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    日本半導體設備,沒有那么強?

    Aug,22,2022 << Return list

    這篇文章似乎已經向四面八方發出了漣漪。這是因為,7月20日,日經Crosstech發表了一篇題為“日本的半導體制造設備,以下一代技術應對全球市場份額下降”的文章。另外,7月28日,日經新聞電子版發表了一篇內容完全相同的文章,標題為“日本的半導體制造設備,下一代技術奪回市場份額”。


    但為什么日本在前端工藝設備中的份額卻在下降?


    在我自己之前的文章中,我指出從 2011 年到 2021 年的十年間,所有前端工藝設備的份額(不包括掩模檢測設備)將下降(圖 2)。我還認為,這與日本前端設備份額的下降直接相關。


    但是,我覺得僅此分析是不夠的。因此,在本文中,我們將再次探討日本前端設備份額下降的問題。分析結果顯示,歐美企業集中在市場規模較大的設備領域,市場份額有所增加。


    除非日本企業的增長速度趕上并超過西方和韓國企業,否則這個問題將無法解決。畢竟可以說事態嚴重。


    西方公司的戰略與集中度


    圖 3顯示了 2021 年各公司各前端工藝的市場份額、歐洲、美國和日本的份額以及市場規模。日本在設備領域具有市場占有率高的特點,但市場規模并不大。具體來看,90.6%份額的鍍膜機/顯影機33億美元,94.7%份額的熱處理設備38億美元,61.4%份額的單片清洗設備41億美元,90.7%的批量清洗設備設備成本9億美元,占68.7%份額的CD-SEM成本8億美元。沒有日本壟斷的設備領域,市場規模超過50億美元。


    另一方面,在市場規模超過100億美元的設備領域,歐美設備制造商占據市場份額。具體來說,ASML 在 164 億美元的曝光設備中占據 95%,Lam Research (Lam) 和 Applied Materials (AMAT) 合計占 189 億美元的干法蝕刻設備的 64.8%,約 100 億美元。在價值 104 億美元的外觀檢測設備中,KLA 和 AMAT 占據了 73% 的份額。


    在其他市場規模小于100億美元的領域中,AMAT在濺射設備44億美元中占據86%的份額,在CMP設備28億美元中占據68%,在圖案檢測領域占據35億美元。KLA和AMAT合計壟斷設備87.5%。


    ASML、AMAT、Lam和KLA是在各類設備市場占據主導地位的四家西方公司,其中四類設備價值超過100億美元??傊?,歐美四家設備制造商在市場規模較大的領域牢牢占據了設備的份額。這顯示了西方公司獨有的戰略性質和集中度。


    設備廠家銷售排名


    從目前的分析來看,4家歐美設備制造商在設備領域壟斷了市場份額,市場規模較大。這四家公司是什么時候開始占據市場份額的?


    圖4顯示了 2000 年至 2021 年設備制造商的前 10 名銷售排名。從這張圖可以看出,從2007年開始,前五名的排名已經固定為AMAT、ASML、Lam、Tokyo Electron(TEL)、KLA。


    但是,前五名的排名不時發生變化。例如,AMAT 位居榜首,而 ASML 在 2011 年僅位居榜首。此外,從2000年到2008年排名第二的TEL,從2015年開始排名逐漸下滑,從2015年開始排名第四。


    因此,從 2017 年到 2021 年,順序已轉移到第一 AMAT、第二 ASML、第三 Lam、第四TEL 和 第五 KLA。


    從2007年開始,前5名已經確定,但前6名及以下每年都在劇烈波動。其中,自2013年以來,清潔設備市場占有率全球第一的SCREEN已經占據了第6位。然而,2016年首次進入前10名的韓國SEMES已經躍居第6位,2021年取代了SCREEN。


    這有點偏題,但我將解釋 SEMES 的歷史以及它是如何發展的。


    SEMES的背景


    1993年,三星電子(Samsung)成為全球DRAM銷量第一的公司。據說,三星當時已經委托尼康、TEL、大日本屏幕制造(簡稱DNS,后來的SCREEN)等日本設備制造商在韓國為三星制造設備。


    然而,許多日本制造商拒絕這樣做,擔心技術泄漏。但是,應三星的要求,SCREEN 于 1993 年 1 月與三星合資成立了 K-DNS。K-DNS 可能意味著“韓國的 DNS”。向K-DNS派遣了大量的SCREEN工程師,在這里生產三星的清洗設備(圖5)。


    事實上,第一臺本地生產的清洗設備已于 1994 年 5 月交付給三星的器興工廠。此后,K-DNS 繼續為三星提供清潔設備。K-DNS 于 2005 年 1 月更名為 SEMES。SEMES 中的“SE”代表三星電子。


    2010 年,SCREEN 出售了其在 SEMES 的股份(或者更確切地說,它被三星收購),使 SEMES 成為三星的全資子公司。以此為契機,三星所有的清潔設備均由SEMES制造,據悉,SCREEN已無法再向三星供應任何設備??傊?,SCREEN把屋檐租出去了,主樓被接管了。


    2021年,SEMES在設備銷售方面最終將超越SCREEN,盡管差距很小。


    現在,回到主題。下面,我們來看看各大設備廠商的銷售趨勢。


    主要設備廠商銷售趨勢


    圖 6顯示了歐洲、美國、日本和韓國主要設備制造商的銷售趨勢。許多設備制造商在 2000 年 IT 泡沫期間出現了一個大高峰,在 2008 年雷曼沖擊后出現下滑,在 2018 年內存泡沫期間達到峰值,在 2019 年出現內存衰退,在 2020 年出現新冠風暴。似乎正在增加銷量不管。


    2013年以來,前四名(AMAT、ASML、Lam、TEL)與第5名的KLA差距拉大,第5名和第6名及以下的KLA差距也拉大。如果把它比作馬拉松,領先的團體是AMAT、ASML、Lam和TEL,而KLA的位置稍微遠一點,排在第5位。我猜是這個位置。


    因此,下面我們將分析排名第5位及以上的設備制造商和排名第6位及以下的設備制造商的增長潛力。


    前五名設備制造商增長潛力


    每個設備制造商都在 2000 年 IT 泡沫時期出現了一個高峰。因此,我繪制了一個圖表,將 2000 年每家公司的銷售額標準化為“1”(圖 7)。簡而言之,我想澄清自 2000 年以來的 21 年間,排名前五的公司增長了多少。



    因此,Lam 增長最快,銷售額在 21 年內增長了 8.9 倍。下面,按照增長率從高到低排列,ASML 為 5.45 倍,KLA 為 3.11 倍,TEL 為 2.76 倍,AMAT 為 1.75 倍。


    接下來,我繪制了一張圖表,將每家公司在 2011 年的銷售額標準化為“1”(圖 8)。這個結果比圖4更重要。這是因為這有可能導致日本自 2013 年以來前端設備的份額迅速下降。


    從圖 8 來看,Lam 再次顯示出最高的增長,在過去十年中增長了 4.62 倍。排名第二的小組正在激烈角逐。第二名是AMAT的2.49倍,第三名是TEL的2.29倍,第四名是ASML的2.06倍,第五名是KLA的1.90倍。


    可以說,唯一一家進入前五名的日本公司TEL表現不錯,但與Lam的增長潛力相差甚遠。那么為什么Lam會變得如此之大呢?


    Lam的成長源泉是什么?


    首先,2008 年,Lam 收購了奧地利單晶圓清洗設備制造商 SEZ。大約在 2008 年左右,清洗設備的范式從批量型轉變為單片型,使 SEZ 為 Lam 的成長做出了貢獻。


    2011年,Lam收購了CVD設備制造商Novellus。2016年以來,NAND型閃存向3D化,CVD設備的需求急劇增加,因此Novellus對Lam的增長做出了極其巨大的貢獻。


    此外,Lam 原本在柵極和金屬導電薄膜的干法蝕刻設備市場占有率最高。在這里,Lam 開始蠶食 TEL 在 2000 年后投入使用的 Cu/Low-k 介質蝕刻設備的市場份額?;谶@項技術,他們幾乎壟斷了 3D NAND 存儲單元的 HARC(高縱橫比接觸)蝕刻的世界份額。


    綜上所述,相信收購SEZ和Novellus以及擴大3D NAND閃存用HARC等絕緣膜干法刻蝕設備的銷售是高增長的源泉。


    Lam和TEL在干法刻蝕設備、CVD設備、單晶圓清洗設備方面處于競爭關系,但TEL在整體增長方面落后于Lam。這被認為是日本前端工藝設備份額下降的原因之一。


    前6名以下的設備制造商增長潛力


    現在我們來分析一下前六名及以下設備制造商的增長潛力。圖9是以2000年IT泡沫的銷量為“1”,將前6名及以下主要設備制造商的銷售額標準化的圖表。


    請注意,垂直軸上的標準化銷售額是對數的。令人驚訝的是,韓國的 SEMES 增長了 31.6 倍。如果把圖表畫在線性軸上,除了SEMES以外的設備制造商的增長幾乎無法理解,所以我只好把它畫在對數軸上。即便如此,SEMES的增長潛力也是巨大的。


    SEMES以外,增長率從高到低依次為Kokusai electric2.91倍、歐洲ASMI 2.02倍、SCREEN 1.98倍、日立高新技術1.31倍、荏原株式會社0.81倍、佳能0.67倍、尼康0.15 倍。荏原公司、佳能和尼康的負增長不到 1 倍。


    接下來,我繪制了一張圖表,將每家公司在 2011 年的銷售額標準化為“1”(圖 10)。再次,SEMES 的增長率最高,為 4.33 倍。緊隨其后的是 ASMI 3.46 倍、Kokusai electric 2.47 倍、荏原株式會社 1.81 倍、佳能 1.47 倍、SCREEN 1.04 倍、日立高新技術 0.97 倍、尼康 0.16 倍。


    在這里,Kokusai electric是唯一一家增長一倍以上的日本設備制造商,總體而言,日本企業的增長率并不高。SCREEN和日立高新技術幾乎沒有增長,尼康的增長率明顯為負。


    設備銷售排名前10的日本設備制造商很多。但是,如果我們分析其增長潛力,與韓國的SEMES和歐洲的ASMI相比,可以說是相形見絀。


    總結與未來展望


    圖 11顯示了歐洲、美國、日本和韓國主要設備制造商的增長潛力和設備組合。我們通過將設備制造商分為前 5 名或以上和前 6 名或以下,分析了 2000 年和 2011 年的增長率。在圖 11 中,藍色顯示高增長,綠色顯示中等增長,黃色顯示中等增長,粉紅色顯示低增長。


    TEL 是唯一一家進入前五名的日本公司。TEL 從 2000 年和 2011 年開始的增長率都“有點高”。因此,可以說TEL表現不錯,但與Lam的高成長潛力不匹配,后者在干法刻蝕設備、CVD設備、清洗設備等領域展開競爭。


    在前六名之下,SEMES 和 ASMI 自 2011 年以來均顯示出高增長率。其中,Kokusai electric是唯一一家被評價為從2000年到2011年增長速度“略高”的日本企業,可以說表現不錯。然而,沒有其他日本設備制造商顯示出高增長潛力。相反,低增長的公司隨處可見。


    此外,涉足100億美元以上裝備領域的西方企業普遍表現出“高”或“略高”的增長潛力。另一方面,不幸的是,不得不說,日本設備制造商的增長潛力普遍不如歐美和韓國公司。


    我們分析了2013年以來日本前端設備份額快速下降的原因。得出的結論是,歐美四家公司戰略集中在裝備領域突破100億美元,穩占市場份額,而日本在銷售增長方面不及歐美韓。據說是市場份額下降的原因。那么日本設備制造商應該怎么做呢?


    日本設備制造商如何繼續?


    在文章開頭提到的文章,,我解釋了日本設備制造商的競爭力如下(圖12)。


    “在日本市場占有率高的設備,往往處理液體、流體、粉末,初始形狀不固定,因此,需要優化的參數很多,而且非常復雜。在這種情況下,日本人通過經驗和直覺找到了最優解。這個過程有很多無法記錄的隱性知識和訣竅,因此,它可以像一種技能或工藝。


    在這些世界中,車間的持續改進和改進很重要,勤奮和耐心的日本人將零件優化到最小的細節。因此,設備、材料和零件是自下而上創建的。相信這些日本特色是高市場占有率的源泉。


    然而,隨著各類設備變得極其復雜和高精度,日本的這種設備開發方式或許正在走向轉折點。那么,在未來的裝備發展中,可能需要在充分發揮日本特色的同時,努力吸收歐美的優點。上述文章對歐美的設備開發方法進行了如下討論。


    “首先,我們通過營銷把握需求??茖W正處于開發各種設備的開端?;谶@些需求和科學,整個設備由一個強大的自上而下的領導者來架構。當時,它通常是模塊化的。


    此外,我們在設備開發的每個過程中都充分利用了模擬。此外,技術和專有技術被轉化為軟件并集成到設備中。然后,通過將這些整合在一起,我們將創造出世界標準的設備……(略)


    阻止市場份額的下降并再次增加它并非易事。但是,日本要想在前端設備領域保持高水平的競爭力,卻是無法回避的問題。對于日本設備制造商來說,這是關鍵時刻。我希望這不會重演日本半導體產業的衰落。

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