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ASML独霸EUV光刻机背后:你不一定知道的设备格局

2019-11-14
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来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)编译自「biz-journal」,谢谢。


2015年以后,伴随着存储半导体市场的爆发式的增长,一直以来以最大规模著称的曝光设备的TOP1的宝座被干蚀刻(Dry Etching)夺取。


有关曝光设备市场,人们普遍认为,荷兰的ASML占有绝对的优势。但是,我们调查了i线(365nm)、KrF(248nm)、ArF Dry(193nm)、ArF溶液(193nm)、EUV(13.5nm)等相关的曝光设备的2019年的出货金额、各家企业的占比,可以得出“ASML并没有绝对的优势”这一结论。(括号内为光源波长。)
 
也就是说,如果图案(Pattern)可以缩小到与光源波长一致,曝光设备的价格也就相对较高。比方说,i线约为4亿日元(约人民币2,400万元),KrF约为14亿日元(约人民币8,400万元),ArF Dry约为20 亿日元(约人民币1.2亿元),ArF溶液约为60亿日元(约人民币3.6亿元),EUV约为200亿日元(约人民币12亿元)。如今发射一个火箭的价格约为100亿日元(约人民币6亿元),最先进的曝光设备—EUV的价格要比100亿日元高得多!
   
在本文里,我们讲分析各家企业的曝光设备和出货金额,然后你会发现 ASML并不是占有绝对优势,反而是尼康、佳能、美国的Veeco三家企业分栖共存。然后,我们将通过分析全球各个区域的曝光设备市场,最后论证出各个国家的半导体市场趋向。最后,我们也将会看到,到2020年,曝光设备会再次超越干蚀设备,再次荣登市场规模第一的宝座。
 

围绕曝光设备,各家企业的攻守、分栖共存


图1是关于各种曝光设备和所有曝光设备的出货金额、各家企业的占比。据预测,2019年的全球曝光设备的出货金额约为9,060亿日元(约人民币543.6亿元)。各家企业的占比如下:ASML(81.2%)、尼康(5.9%)、佳能(11%)、美国Veeco(1.9%),ASML占绝对优势。

图1 :各种曝光设备的出货金额、各家企业的出货金额比例。(2019年的数值是预测值。)(图片出自:笔者根据“全球半导体生产设备,测试、检查设备市场年鉴-2016、2019”的数据制作了此表。)


可以看出,ASML是2019年全球占比最大的尖端曝光设备——EUV的唯一生产商,而ArF溶液的全球占比94.3%,虽然仅次于EUV,但也占绝对优势。也就是说,ASML由于独占了最尖端、市场规模最大的EUV和ArF溶液市场,在整个市场上的占比具有压倒性的优势。


而在市场规模较小的ArF Dry市场,ASML的占比(38.3%)则不如尼康的市场占比(61.7%)。此外,随着NAND闪存半导体的逐步3D化,KrF和i线将会再次“荣耀登场”,与ArF Dry一样,ASML将不再是TOP 1!

在KrF方面,佳能则以51.1%的占比位居首位,第二名为ASML(46.2%);i线的第一名为佳能(55.2%),第二名为Veeco(23.5%),第三名为尼康(12.8%),第四名为ASML(8.5%),ASML的占比最低。

从以上结果可以看出,曝光设备厂商为了生存下去而采取的战略。在整体曝光设备市场上拥有领先份额的ASML在i线、KrF、ArF Dry方面却相对落后,这主要因为他们将主要精力和资源着重集中在市场规模较大、最尖端的EUV和ArF溶液方面。由此可见,全球最尖端的细微加工的重担落在了ASML的双肩上。
 
另一方面,难以与ASML抗衡的尼康却瞄准了“缝隙市场”—ArF Dry、力求超过ASML的市场占比。此外,佳能不仅专注于KrF和i线,而且在这两个领域中都是TOP1。此外,Veeco生产的i线的价格还不足佳能价格的一半!
 
独霸ArF溶液和EUV、担当着最尖端细微加工命运的ASML的存在的确不可小觑。但是,要生产最尖端的半导体,i线、ArF Dry等各种曝光设备也是必须的!尼康、佳能、Veeco虽然在ArF和EUV领域中被“淘汰”了,但是各自都在i线、KrF、ArF Dry等方面确保了自己的“阵地”!也就是说,在曝光设备领域,各家曝光设备厂商“分栖共存”。
 

分析各个国家和地区的曝光设备市场


图2 是各个地区及国家的曝光设备的市场推移表。从图中可以看出,拥有存储半导体厂商三星电子和SK Hynix两家存储巨头的韩国市场在2016年-2018年获得了巨大的成长,但是进入2019年开始低迷。这主要是因为2016年到2018年存储半导体市场获得了爆发式的成长,但在2019年却突然迎来了市况萎靡!

图2:各个国家和地区的曝光设备的出货金额。(图片出自:笔者根据“全球半导体生产设备,测试、检查设备市场年鉴-2016、2019”的数据制作了此表。)


如果说韩国的曝光设备市场的动向与存储半导体市场情况一致的话,那么也就是说曝光设备市场受DRAM、NAND等存储半导体的影响较大。再次观察上图2,虽然不及韩国市场那么“动荡”。不过我们同样看到,拥有存储半导体厂家镁光和英特尔的美国、拥有“Kioxia”(即铠侠株式会社,原东芝存储半导体)的日本在2016年-2018年期间,曝光设备市场增长也十分明显,2019年的市场也都稍有下降。由此可以得出结论,存储半导体市场情况的好坏与曝光设备市场具有一定关系。

另一方面,拥有全球领先的集成电路专业代工工厂TSMC的中国台湾的曝光设备市场的动向却与韩国不同,在存储半导体迅速增长的2016年-2018年期间,台湾的曝光设备市场却出现了萎缩,在存储半导体出现低迷的2019年,台湾市场却出现了增长趋势。这主要由以下几方面原因造成的:


首先,2018年以前中国台湾市场萎缩的主要原因在于Apple 的iPhone销售低迷、虚拟货币挖矿市场的“崩溃”等。因为TSMC这几年的主要业务来源于代工iPhone、挖矿机的处理器。
 
而在2018年-2019年期间,在别的国家和地区的曝光设备市场都呈现了低迷态势,只有中国台湾市场出现了增长。这是因为TSMC为了加码先进制程,大量购入了单价约为200亿日元(约人民币12亿元)的最尖端的EUV曝光设备。据报道,在2019年,TSMC采购了18台EUV,三星电子采购了8台EUV,英特尔采购了4台EUV。(如图3)


图3:各个国家和地区的EUV曝光设备的出货数量。(图片出自:笔者根据“全球半导体生产设备,测试、检查设备市场年鉴-2016、2019”的数据制作了此表。)


但是,要“熟练”使用EUV设备,是极其困难的,并且需要大量的练习。据说,TSMC于2018年每月在EUV上耗费了3万-4万个硅晶圆,最后都报废了。未来最尖端的曝光设备有可能是EUV, 不过当前最厉害的当属TSMC一家。


行动“可疑”的中国曝光设备市场


中国的曝光设备市场与我们刚刚看过的韩国、中国台湾市场大有不同。


在2012年-2018年期间,中国的曝光设备市场呈直线上升。这是因为中国提出了智能制造计划、且中国要提高半导体自给率(目前仅有15%)的缘故。在此期间,中国开始大批量建设存储工厂 和晶圆代工工厂。如果要建设半导体工厂,需要导入相当数量的曝光设备等生产半导体需要的设备。
 
鉴于以上原因,中国大陆的曝光设备市场在2018年几乎赶上了台湾。但是,业界普遍认为中国引进的曝光设备普遍处于“休眠状态”。之所以这么说是因为中国大陆的半导体出货金额远远不及台湾,因此半导体自给率也没有得以提升。
 
此外,在2019年中国的曝光设备市场出现了萎缩。这是由于中美之间众所周知的原因。 以上是我们分析的曝光设备的市场情况。通过分析曝光设备市场情况,我们可以大致读取各个国家和地区的半导体市场的动向。


曝光设备将再次荣登市场TOP1的“宝座”


如图1 所示,我们预测2019年单价达到200亿日元(约人民币12亿元)的最先进的EUV曝光设备的出货金额将会超过ArF溶液的出货金额。EUV设备的出货金额和出货数量如图3所示,预计今后也会出现较高的增长。推动EUV市场稳定增长的主要是台湾的TSMC,其次是韩国的三星和美国的英特尔。

 TSMC曾公布说,2019年的投资额由最初的100亿美元(约人民币700亿元)增加至150亿美元(约人民币1,050亿元)。据说,TSMC也基本已经确定增加2020年的投资!不管怎么说,一台EUV设备的价格就要200亿日元(约人民币12亿元)呢!如果TSMC持续大量购买这样昂贵的EUV设备,曝光设备的市场规模应该会在2020年超过Dry Etching(干蚀刻)设备市场,再次获得TOP1的宝座!


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*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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