本文來自微信公眾號：知識自動化 （ID：zhishipai），作者：林雪萍
全球半導(dǎo)體設(shè)備誰最強(qiáng)？唯壟斷二字擔(dān)當(dāng)。
人人都為芯片狂。但芯片是巨人打架的地方。半導(dǎo)體市場大約 6000 億美元的規(guī)模，其中有 1000 億美元是半導(dǎo)體設(shè)備，到處都是巨頭的身影。一個(gè)晶圓廠目前投資動輒上百億美元以上，沒有幾家企業(yè)能夠負(fù)擔(dān)得起?，F(xiàn)在全球的芯片工廠建設(shè)，都在等著國家補(bǔ)貼，連英特爾都跑到德國去投資。
這其中 30% 用于建設(shè)潔凈加耗電巨大的廠房，而 70% 的投資則用于設(shè)備。一個(gè)晶圓廠往往有設(shè)備 3000 臺，涉及十大類設(shè)備，170 多種細(xì)分設(shè)備。而前道設(shè)備投資量占總設(shè)備投資總量約 80%。
實(shí)際上，半導(dǎo)體設(shè)備最激烈的競爭市場在前道設(shè)備。這里充滿了無情的寡頭形象。半導(dǎo)體設(shè)備種類很多，但四種前道設(shè)備占到了 70% 以上。
從日本半導(dǎo)體制造設(shè)備協(xié)會的數(shù)據(jù)來看，前道設(shè)備中的干法刻蝕設(shè)備 202 億美元，這是第一個(gè)單類型出貨量超過 200 億美元的設(shè)備。其次是檢測設(shè)備，出貨額為 178 億美元，成為第二大出貨量。這其中，僅僅視覺檢查設(shè)備價(jià)值就達(dá)到 135 億美元。傳感器加上儀器儀表技術(shù)，在這里大有可為。國人最關(guān)注的光刻機(jī)設(shè)備，排名第三為 167 億美元。而化學(xué)氣相沉積 CVD 設(shè)備以 112 億美元排名第四。
如果去看前處理設(shè)備的市場占有率就非常奇葩了。前端工藝設(shè)備呈現(xiàn)了壟斷的局面，基本就是一家獨(dú)大的獨(dú)頭蒜、雙雄爭霸的雙峰駱駝和三國演義的三葉草形態(tài)。在此之外，幾乎寸草不生。
先看一家獨(dú)大的獨(dú)頭蒜。光刻機(jī)設(shè)備 ASML 占比 92%，鍍膜機(jī)則主要來自東京電子 TEL 占比 89%，而濺射設(shè)備則以美國應(yīng)材最多，占比 85%。在目視檢查和缺陷檢測領(lǐng)域，則是美國科磊 KLA 的天下，分別是 57% 和 73.4%。
再看兩熊相爭的雙駝峰。熱處理設(shè)備是日本 TEL（59%）和日立國際電氣（35%），兩者基本瓜分掉 93%；研磨拋光 CMP 設(shè)備由美國應(yīng)材 AMAT（70.4%）和日本荏原 Ebara（24%）所壟斷。這方面，國產(chǎn)的中華海清科已經(jīng)開始有所突破。
批量清洗設(shè)備則主要是日本迪恩士 SCREEN（51%）和東京電子 TEL（29%）；掩模檢測設(shè)備則是美國科磊 KLA（54.5%）和日本公司 lasertech（36%）；而關(guān)鍵尺寸掃描電鏡 CD-SEM 則主要是來自日立高新（65.5%）和 AMAT（34.5%），二者完全瓜分。
最后看三國演義的三葉草，三家企業(yè)控制了市場。在干法刻蝕領(lǐng)域被美國泛林（49%)、東京電子 TEL (22%) 和應(yīng)材 AMAT (16%) 基本吃光；而在干式蝕刻設(shè)備領(lǐng)域被應(yīng)材 AMAT (38%)、美國泛林 Lam (33%)、ASMI (14%) 三家拿下；化學(xué)氣相沉積設(shè)備 CVD 領(lǐng)域也一樣：日本迪恩士 SCREEN (37%) 、東京電子 TEL (28%)、Lam (17%)。
數(shù)下來，基本就沒有別的企業(yè)什么事了。全球 Top10 的設(shè)備廠家，占據(jù)全球 75% 的份額。半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)，真是吃獨(dú)食的行業(yè)。
如果按照國家看，荷蘭偏科，最為知名的 ASML 在光刻設(shè)備方面擁有 92% 的壟斷地位。
然而，美國則是最強(qiáng)大半導(dǎo)體設(shè)備制造國。以美國應(yīng)材 AMAT、泛林 Lam、科磊 KLA 三家公司為主，基本包圓。它們控制了干蝕刻設(shè)備（65%）、CVD 設(shè)備（66%）、濺射設(shè)備（88%）、CMP 設(shè)備（70%）、目視檢查設(shè)備 (70%)、缺陷檢測設(shè)備 (90%)、掩模檢測設(shè)備 (60%)，三家公司構(gòu)建了美國半導(dǎo)體設(shè)備的霸主地位。科磊是量測設(shè)備的領(lǐng)頭羊，很多產(chǎn)品的市場份額往往是競爭對手的四倍以上。國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備檢測的龍頭中科飛測年收入為 5 億元人民幣，而科磊 2022 年收入 92 億美元，凈利潤 12 億美元。
如果考慮全球三大 EDA 軟件公司都是在美國，而芯片設(shè)計(jì)公司如高通、英偉達(dá)、英特爾、蘋果等也都是在美國。顯然，美國是全球最強(qiáng)大的芯片王國，無論是設(shè)計(jì)公司、軟件公司還是設(shè)備公司。唯一的紕漏就是芯片制造。其實(shí)臺積電也幾乎壟斷了全球最先進(jìn)的制程，也是獨(dú)此一家。美國沒有也很正常。而在非先進(jìn)制程方面，美國也有英特爾公司的制造。同時(shí)，類似德州儀器 TI 等模擬芯片的巨頭，在美國都有工廠。
美國政客其實(shí)是利用了“最先進(jìn)制程不在美國”這一點(diǎn)點(diǎn)的分工瑕疵，來作為情緒杠桿，成功地撬動了美國上下的芯片熱狂潮。
這種情緒，很快擴(kuò)散到日本和德國。二者都在尋求芯片晶圓廠的落地。作為機(jī)械制造的全球強(qiáng)國，德國在半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)毫無存在感，這真是令人吃驚。盡管德國通快提供了全球最強(qiáng)的二氧化碳激光器，蔡司提供了最好的鏡頭，博世擁有全球最強(qiáng)的汽車芯片設(shè)計(jì)，但這些都無法遮掩德國半導(dǎo)體設(shè)備的蒼白。
曾經(jīng)在存儲芯片領(lǐng)域呼風(fēng)喚雨的日本則不同，半導(dǎo)體設(shè)備也是同步跟隨發(fā)展起來。根據(jù)日本半導(dǎo)體制造設(shè)備協(xié)會報(bào)告，2023 年度日本生產(chǎn)的半導(dǎo)體設(shè)備銷售額將比上年度下滑 23％，約為 1500 億元人民幣，占據(jù)全球市場的 20% 左右。
但跟歐美策略有所不同，日本采用了利基市場戰(zhàn)略，在小市場占據(jù)大份額。在市場規(guī)模較高的市場規(guī)模都并不是很大。日本獨(dú)辟蹊徑在涂布機(jī) / 顯影機(jī)（92%）、熱處理設(shè)備（95%）、單片清洗設(shè)備（65%）、批量清洗設(shè)備（80%）、電鏡 CD-SEM (66%) 等方面擁有世界第一的市場份額。像 laertech 雖然是一家日本小公司，但卻是唯一一家能夠?yàn)榘⑺果湗O紫光刻機(jī)進(jìn)行光罩檢測的公司。獨(dú)家秘訣，吃的就是獨(dú)家飯。日本很多企業(yè)，就是吃獨(dú)頭蒜。
比較意外的是，雖然荷蘭阿斯麥在光刻機(jī)銷售上占據(jù) 92%，但在出貨量上卻只有 60%。這是因?yàn)槿毡玖硗鈨杉页墒熘瞥痰墓饪淘O(shè)備廠家：尼康和佳能表現(xiàn)突出。雖然無法實(shí)現(xiàn) EUV 極紫光刻機(jī)的突破，但佳能還是在 DUV 深紫光刻機(jī)找到了爆破點(diǎn)。它在干燥式光刻機(jī)的 i-line 和 KrF 光刻機(jī)上，一直深鉆，因此也依然是偏科生勝出。
相對而言，阿斯麥可能在這類型的光刻機(jī)上心不在焉無力耕耘；而尼康則似乎不在狀態(tài)。
從光刻機(jī)的分布而言，也可以看出日本與歐美的差異。大塊肉都被歐美吃掉了。在超過 100 億美元的市場規(guī)模中有四類，其中三類都是美國獨(dú)步武林。最大的市場是 202 億美元的干蝕刻設(shè)備，被美國泛林和應(yīng)材吃掉，占 65%；在 135 億美元的視覺檢測設(shè)備，美國科磊 KLA 和應(yīng)材 AMAT 占 70%；在 112 億美元的化學(xué)沉積 CVD 設(shè)備，仍然是美國應(yīng)材和泛林吃掉 67%；只有在 167 億美元的光刻機(jī)設(shè)備，荷蘭阿斯麥占據(jù)了 92%。
對比而言，在半導(dǎo)體前處理設(shè)備，中國幾乎剛剛邁出了步。2022 年，美國收入占據(jù)全球市場 49%，日本為 24%，荷蘭為 21%。在半導(dǎo)體設(shè)備的舞臺上，只有三個(gè)國家在牌桌上擺局，而其他國家地區(qū)基本沒有存在感。
盡管有著強(qiáng)大的半導(dǎo)體制造能力和消費(fèi)電子的支持，韓國半導(dǎo)體設(shè)備也仍然只有 2.4% 的市場份額。這很大程度依靠三星公司的支撐。三星子公司細(xì)美事 SEMES 在清洗設(shè)備上占有一點(diǎn)點(diǎn)空間。在半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)域，韓國也是一個(gè)跛腳生。
而中國半導(dǎo)體前道設(shè)備，目前全球占有率只有 0.4%，連一個(gè)百分點(diǎn)都不到。2022 年中國大陸連續(xù)第三年成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備市場，將近 300 億美元。但半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)口依賴很嚴(yán)重：從 2021 年中國晶圓廠設(shè)備采購額看，國內(nèi)自給率僅為 11%，這其中國產(chǎn)前道設(shè)備的自給率更是慘淡。
起跑線是從小數(shù)點(diǎn)開始，這正是中國半導(dǎo)體前道設(shè)備所面臨的現(xiàn)狀。而且，技術(shù)差距只是一個(gè)方面，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)孕育了供應(yīng)商和用戶廠商緊密綁定在一起的共生關(guān)系。這些設(shè)備跟使用者早已形成了緊密的利益集團(tuán)，他們雙向鎖定。在應(yīng)材的美國研發(fā)基地，有專門為臺積電設(shè)立的生產(chǎn)線。而臺積電也會向應(yīng)材、科磊等企業(yè)開放寶貴的機(jī)器參數(shù)。復(fù)雜設(shè)備的成長，一定要靠用戶大奶媽的知識反哺。單純只是從設(shè)備制造商一頭去技術(shù)攻關(guān)，那樣的前程黯淡無光。
在半導(dǎo)體設(shè)備超級壟斷的局面下，追趕者幾乎處于絕境之地。如果沒有很好的大工程組織，沒有新的協(xié)同模式，單純只靠企業(yè)的孤軍奮戰(zhàn)，很難改變半導(dǎo)體設(shè)備特有的“二三夫當(dāng)關(guān)，萬千夫莫開”的局面。這不是砸錢就能解決的問題。
作者簡介
林雪萍：北京聯(lián)訊動力咨詢公司總經(jīng)理，上海交大中國質(zhì)量研究院客座研究員
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