半導(dǎo)體設(shè)備，日本不行了？

2020年，COVID-19在全球范圍內(nèi)的傳播引發(fā)了特殊需求，2021年至2022年，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)和制造設(shè)備市場(chǎng)快速擴(kuò)張。預(yù)計(jì)2022年半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到5741億美元，設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1076億美元，均創(chuàng)歷史新高（圖1 ）。

但由于2022年新冠特殊需求結(jié)束以及半導(dǎo)體衰退，2023年半導(dǎo)體市場(chǎng)將減少約10%至5151億美元，設(shè)備市場(chǎng)也將減少約15%至91.2美元億。據(jù)說(shuō)到2024年，經(jīng)濟(jì)將恢復(fù)到2022年創(chuàng)下歷史新高的水平。

圖1 全球半導(dǎo)體市場(chǎng)與制造設(shè)備市場(chǎng)

順便說(shuō)一下，我去年曾經(jīng)報(bào)道日本前端工藝設(shè)備行業(yè)正處于危機(jī)邊緣，市場(chǎng)份額迅速下降。因此，在本文中，我想討論一下日本前端設(shè)備世界份額的最新趨勢(shì)。先說(shuō)結(jié)論，日本前道工藝設(shè)備全球份額從2021年的26%下降2個(gè)百分點(diǎn)至24%。也就是說(shuō)，日本前端設(shè)備份額的下降趨勢(shì)并未停止，而且形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

在這樣的情況下，看似已經(jīng)觸底的光刻設(shè)備的市場(chǎng)份額卻在上升，尤其是佳能對(duì)i-line和KrF業(yè)務(wù)的關(guān)注，使得設(shè)備數(shù)量的市場(chǎng)份額有所增加。這在日漸衰落的日本前處理設(shè)備產(chǎn)業(yè)中，可以說(shuō)是一個(gè)亮點(diǎn)。

首先我們來(lái)看看各種前處理設(shè)備的出貨金額。

各類前處理設(shè)備出貨額

圖2顯示了各種前處理設(shè)備出貨額的變化。檢驗(yàn)設(shè)備是外觀檢驗(yàn)和缺陷檢驗(yàn)的總和。另外，清洗設(shè)備的出貨量按單片式和批量式的總和計(jì)算。

圖2 各類前道工藝設(shè)備出貨額變化

到2022年，干法刻蝕設(shè)備將達(dá)到202億美元，成為首個(gè)單臺(tái)設(shè)備出貨量超過(guò)200億美元的設(shè)備。其次是檢查設(shè)備，出貨額為 178 億美元，超過(guò)光刻設(shè)備的 167 億美元，成為第二大出貨量。此外，CVD設(shè)備以112億美元排名第四。

這里，由于檢查設(shè)備中的視覺(jué)檢查設(shè)備價(jià)值135億美元，因此2022年將超過(guò)100億美元的前道工藝設(shè)備有四類：干蝕刻設(shè)備、曝光設(shè)備、視覺(jué)檢查設(shè)備、CVD設(shè)備。

所有前端工藝設(shè)備的出貨量在2000年IT泡沫期間達(dá)到頂峰。因此，我為每個(gè)設(shè)備繪制了一個(gè)以 2000 年出貨量標(biāo)準(zhǔn)化的圖表（圖 3）。從圖中可以看出，預(yù)處理設(shè)備可以分為四種類型。以下，將2000年的出貨量歸一化后的值稱為“增長(zhǎng)率”。

圖3 2000年標(biāo)準(zhǔn)化的各種前端工藝設(shè)備的出貨值

（增長(zhǎng)率）

“第一”類是干法刻蝕設(shè)備，到 2022 年增長(zhǎng)了 4.6 倍。2015年以來(lái)，干法刻蝕設(shè)備不僅在出貨量上，而且在增長(zhǎng)率上都超越了其他設(shè)備。

“第二”是2022年增長(zhǎng)率約為3或以上的設(shè)備。具體來(lái)看，按照增長(zhǎng)率由高到低排列，檢驗(yàn)設(shè)備為3.7，曝光設(shè)備和清洗設(shè)備均為3.1，包括立式擴(kuò)散爐在內(nèi)的熱處理設(shè)備為2.9。其中，檢查設(shè)備已超過(guò)光刻設(shè)備，成為出貨量第二大的設(shè)備，具有極高的增長(zhǎng)潛力。另一方面，熱處理設(shè)備增速較2021年的3.2下降0.3個(gè)百分點(diǎn)。

此外，屬于第一類和第二類的設(shè)備組，2010年至2013年增長(zhǎng)率均在1以上，導(dǎo)致此后的高增長(zhǎng)。

“第三”是CVD設(shè)備，2022年增速為2.6。CVD設(shè)備增速超過(guò)1是在2016年之后。這很大程度上受到NAND閃存（NAND）結(jié)構(gòu)從2D到3D變化的影響。這是因?yàn)?，隨著3D NAND層數(shù)增加到48、64、92/96、112/128等，每一代需要的CVD設(shè)備增加1.5倍。

最后的“第四”是一組增長(zhǎng)率為 2 或更低的設(shè)備。從2017年到2020年，這些設(shè)備的增長(zhǎng)率為1或以上。也就是說(shuō)，這是一組無(wú)法輕易超越2000巔峰的裝備。具體來(lái)說(shuō)，按照增長(zhǎng)率由高到低排列，PVD設(shè)備為2.0，CD-SEM為1.9，CMP設(shè)備為1.7，涂布機(jī)/顯影機(jī)為1.6。

接下來(lái)我們看看各公司各前處理設(shè)備的市場(chǎng)占有率。

各種前處理設(shè)備各公司的市場(chǎng)份額

圖4顯示了各類前端工藝設(shè)備按企業(yè)劃分的市場(chǎng)份額，歐洲、美國(guó)、日本的份額以及2022年的市場(chǎng)規(guī)模。一眼就能看出，前端工藝設(shè)備寡頭壟斷正在持續(xù)推進(jìn)。

圖 4 按公司劃分的市場(chǎng)份額、按地區(qū)劃分的份額以及各種前端流程的市場(chǎng)規(guī)模

例如，作為“1強(qiáng)+其他”，曝光設(shè)備ASML（91.8%）、鍍膜機(jī)開(kāi)發(fā)商Tokyo Electron（TEL，88.8%）、濺射設(shè)備Applied Materials（AMAT，84.7%）、目視檢查設(shè)備包括KLA（57.2%） ）和缺陷檢測(cè)設(shè)備KLA（73.4%）。

排名前2+的其他包括熱處理設(shè)備TEL（58.5%）和國(guó)際電氣（34.8%）、CMP設(shè)備AMAT（70.4%）和Ebara Corporation（24.2%）、批量清洗設(shè)備SCREEN（51.4%）和TEL （28.7%）、掩模檢測(cè)設(shè)備KLA（54.5%）和Lasertech（36.4%）、CD-SEM日立高新技術(shù)（65.5%）和AMAT（34.5%）。

另一方面，有些設(shè)備正在與三個(gè)或更多公司競(jìng)爭(zhēng)。Lam Research (Lam, 49.4%)、TEL (22.4%)、AMAT (15.8%) 干式蝕刻設(shè)備、AMAT (37.9%)、Lam (32.5%)、ASMI (14.4%) CVD 設(shè)備、SCREEN (36.7%) 、TEL (27.9%)、Lam (17.4%) 和 SEMES (11.0%)。

歐美日前端設(shè)備市場(chǎng)占有率

我們看一下上圖4中歐洲、美國(guó)、日本的地區(qū)份額。ASML所在的歐洲在光刻設(shè)備方面擁有91.8%的壟斷地位。美國(guó)以AMAT、Lam、KLA為主，擁有干蝕刻設(shè)備（65.2%）、CVD設(shè)備（66.2%）、濺射設(shè)備（87.9%）、CMP設(shè)備（70.4%）、目視檢查設(shè)備(69.6%).%)、缺陷檢測(cè)設(shè)備(90.3%)、掩模檢測(cè)設(shè)備(59.9%)。

另一方面，日本在涂布機(jī)/顯影機(jī)（92.0%）、熱處理設(shè)備（94.7%）、單片清洗設(shè)備（64.6%）、批量清洗設(shè)備（80.1%）、CD-SEM(65.5%)等方面擁有世界第一的市場(chǎng)份額。

但日本占有率較高的設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模并不是很大。另一方面，歐美占據(jù)前端設(shè)備全球份額，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)100億美元。202億美元的干蝕刻設(shè)備是最大市場(chǎng)，Lam和AMAT合計(jì)占65.2%；167億美元的曝光設(shè)備，ASML占91.8%；135億美元的視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備，KLA和AMAT占69.6%；112億美元的CVD設(shè)備AMAT和Lam占66.2%。

也就是說(shuō)，歐美的AMAT、ASML、Lam、KLA都專注于市場(chǎng)規(guī)模較大的設(shè)備，壟斷了全球市場(chǎng)份額。似乎有一種基于營(yíng)銷的自上而下的策略。

那么，所有前端流程中的區(qū)域份額是多少？

日本前處理設(shè)備份額持續(xù)下降

圖5顯示了預(yù)處理設(shè)備的區(qū)域份額。2022年，美國(guó)為49.0%，日本為24.0%，歐洲為21.3%，韓國(guó)為2.1%，中國(guó)為0.4%。

圖5 各地區(qū)前端設(shè)備市場(chǎng)份額

（截至2022年）

自2020年以來(lái)，美國(guó)的份額有所增加。另一方面，直到2010年左右，以35-40%左右的份額與美國(guó)爭(zhēng)奪第一的日本，此后份額大幅下降，雖然在2018年看似有所回升，但一直處于停滯狀態(tài)。2019年以來(lái)形勢(shì)嚴(yán)峻。2022 年比 2021 年下降 2 個(gè)百分點(diǎn)。

為什么日本前處理設(shè)備的份額下降？

為了找出原因，我們繪制了2011年和2020年至2022年各種前端工藝設(shè)備的市場(chǎng)份額圖（圖6）。從該圖中可以看出，只有掩模版檢測(cè)設(shè)備的市場(chǎng)份額顯著增加，但幾乎所有前端工藝設(shè)備的市場(chǎng)份額從2011年到2020-2022年都有所下降。

圖6 日本前端設(shè)備市場(chǎng)份額

（2011年、2021-2022年）

尤其是曝光設(shè)備、干法刻蝕設(shè)備、CVD設(shè)備、濺射設(shè)備、批量式清洗設(shè)備、CD-SEM等市場(chǎng)份額出現(xiàn)較大下滑。我只能用悲慘的境遇來(lái)形容。我有一種危機(jī)感，如果我們不阻止每種設(shè)備市場(chǎng)份額的下降，那就太晚了。

那么，日本前端設(shè)備產(chǎn)業(yè)還有一線希望嗎？在這里，我注意到日本光刻設(shè)備的份額從2021年的5.4%上升到2022年的8.2%。這里可能有一束光。

曝光裝置似乎已經(jīng)跌入谷底，

但是……

20世紀(jì)90年代，曾經(jīng)有一段時(shí)間，尼康和佳能壟斷了曝光設(shè)備出貨量合計(jì)市場(chǎng)份額的80%左右。但被2000年左右崛起的ASML推翻，日本市場(chǎng)份額跌至不足10%注1)。

然而，按公司劃分的曝光設(shè)備出貨量份額圖表顯示，日本公司表現(xiàn)良好（圖7 ）。三大光刻設(shè)備廠商中，ASML在出貨量上壟斷了90%以上，但在出貨量上的份額卻在60%左右。

圖7 各公司光刻設(shè)備出貨量占比

（截至2022年）

與此同時(shí)，尼康在 2011 年的出貨量份額為 23.7%，到 2022 年下降至 6.8%。然而，另一家日本公司佳能的出貨量份額穩(wěn)步上升，2022年達(dá)到31.5%。這大約是ASML的一半。換句話說(shuō)，可以說(shuō)，從光刻設(shè)備的出貨量來(lái)看，佳能表現(xiàn)不錯(cuò)。

那么佳能正在與哪些光刻工具競(jìng)爭(zhēng)呢？

佳能專注于i-line和KrF

圖8顯示了2022年各類曝光設(shè)備的出貨量。ASML出貨了40臺(tái)EUV（極紫外）曝光設(shè)備（準(zhǔn)確地說(shuō)，出貨了54臺(tái)，驗(yàn)收了40臺(tái)）。至于ArF浸入式，ASML出貨81臺(tái)，尼康出貨4臺(tái)。至于ArF dry，ASML出貨了28臺(tái)，尼康出貨了4臺(tái)。在KrF中，ASML出貨151臺(tái)，尼康7臺(tái)，佳能51臺(tái)。在 i 系列中，佳能出貨了 125 臺(tái)，而 ASML 為 45 臺(tái)，尼康為 23 臺(tái)。

圖8 按曝光設(shè)備類型劃分的公司出貨量

（2022年）

ASML在EUV、ArF浸入式和ArF干式方面具有壟斷地位。也就是說(shuō)，先進(jìn)曝光設(shè)備由ASML主導(dǎo)。另一方面，與尖端曝光設(shè)備無(wú)關(guān)的佳能，KrF 的 ASML 出貨量有三分之一，i-line 的出貨量大約是 ASML 的三倍。也就是說(shuō)，佳能的策略非常明確，可以說(shuō)是在ASML不太重視的i-line業(yè)務(wù)上競(jìng)爭(zhēng)。

在三大曝光設(shè)備制造商中，尼康的業(yè)務(wù)最為三心二意。在領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)上無(wú)法與ASML競(jìng)爭(zhēng)，并且在KrF和i-line上輸給了佳能。

臺(tái)積電、三星、英特爾等建設(shè)最先進(jìn)的工廠時(shí)，不僅引入了EUV，還均勻引入了ArF浸沒(méi)式、ArF干式、KrF和i-line。最先進(jìn)的曝光設(shè)備EUV和將于2023年下半年開(kāi)始開(kāi)發(fā)的High NA備受關(guān)注，但KrF和i-line都是制造尖端半導(dǎo)體所必需的。佳能似乎也注意到了這一點(diǎn)。

事實(shí)證明，佳能在曝光設(shè)備的出貨量方面表現(xiàn)不錯(cuò)，但日本前端設(shè)備的形勢(shì)依然嚴(yán)峻。我應(yīng)該怎么辦？

設(shè)備廠商別無(wú)選擇，

只能自己努力

作者認(rèn)為，日本大部分前端工藝設(shè)備的份額正在下降，并且日本整體前端工藝設(shè)備份額的下降仍在持續(xù)。換句話說(shuō)，這意味著日本前端設(shè)備廠商的競(jìng)爭(zhēng)力正在下降。不得不說(shuō)，形勢(shì)十分嚴(yán)峻。在這種情況下，設(shè)備廠商別無(wú)選擇。首要政策應(yīng)該是讓強(qiáng)者變得更強(qiáng)。?！皬?qiáng)的東西”是制造設(shè)備和材料。

然而，日本政府尚未拿出加強(qiáng)設(shè)備和材料制造商的政策。相反，他們正在實(shí)施以Rapidus為中心發(fā)放2萬(wàn)億日元補(bǔ)貼的毫無(wú)意義的政策，無(wú)論怎么想都是不可能實(shí)現(xiàn)的。而國(guó)外廠商為了補(bǔ)貼，也紛紛向日本聚集，補(bǔ)貼的糖讓螞蟻蜂擁而至（圖9 ）

圖9 螞蟻（半導(dǎo)體企業(yè)等）蜂擁而至

日本2萬(wàn)億日元補(bǔ)貼

“自助者，天助之”。我希望日本設(shè)備制造商認(rèn)真思考如何生存，例如制定類似于佳能的戰(zhàn)略。我們希望一年后，即2024年，當(dāng)進(jìn)行與本文相同的分析時(shí)，將會(huì)有許多設(shè)備制造商正在增加其市場(chǎng)份額。