(تابع من الجزء الأول: تصميم الدوائر المتكاملة، الجزء الثاني: تصنيع الدوائر المتكاملة، الجزء الثالث: التغليف الأساسي والاختبار والتعبئة المتقدمة)

5. معدات تصنيع منتجات أشباه الموصلات

(1) الخطوط العريضة لمعدات تصنيع أشباه الموصلات للشركات الصغيرة والمتوسطة

هناك أنواع عديدة من معدات معالجة وتصنيع منتجات أشباه الموصلات التي تستخدمها الشركات الصغيرة والمتوسطة في كل عملية من عمليات خط إنتاج أشباه الموصلات. هناك معدات خاصة بأشباه الموصلات (المعالجة المسبقة) لتصنيع الرقائق العارية (المواد)، ومعدات لمعالجة الرقائق العارية إلى رقائق نهائية (ما بعد المعالجة)، ومعدات لتصنيع الأقنعة الضوئية (إنتاج الأقنعة). يحتاج صانعو الرقائق إلى مجموعة متنوعة من المعدات الأمامية في خطوط الإنتاج الخاصة بهم. تعد تكلفة معدات تصنيع أشباه الموصلات الأمامية المعقدة سببًا رئيسيًا لارتفاع تكلفة مصانع أشباه الموصلات، بما في ذلك تكلفة بناء مصانع فائقة النظافة.

تشتمل معدات تصنيع أشباه الموصلات الأمامية على معدات لعمليات تصنيع الرقائق مثل الطباعة الحجرية الضوئية أو النقش أو التطعيم أو زرع الأيونات أو الترسيب أو التلميع أو الاستواء الميكانيكي الكيميائي. تجدر الإشارة بشكل خاص إلى معدات ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي (MOCVD)، وهي نوع محدد من معدات الترسيب التي ترسب طبقات رقيقة من معادن معينة، تستخدم في المقام الأول لإنتاج أشباه الموصلات المركبة، بما في ذلك تلك القائمة على GaAs و GaN.

تشتمل معدات تصنيع أشباه الموصلات الخلفية SME على ATP ومعدات التعبئة والتغليف المتقدمة.

(2) الوضع الحالي

تهيمن شركات في الولايات المتحدة على معدات تصنيع أشباه الموصلات (حصة 41.7% من حيث إيرادات المبيعات)، واليابان (31.1%)، وهولندا (18.8%). وتمتلك كوريا الجنوبية حصة تبلغ 2.2%، بينما تتقاسم الحصة المتبقية البالغة 6.2% تقريباً الصين وألمانيا وتايوان وإسرائيل وكندا ودول أخرى في جنوب شرق آسيا وأوروبا. معظم الشركات المصنعة لمعدات تصنيع أشباه الموصلات في كوريا الجنوبية مملوكة لشركة Samsung أو SK Hynix، والعملاء الرئيسيون لشركات معدات أشباه الموصلات الكورية الجنوبية هم شركات أشباه الموصلات الكورية الجنوبية. على الرغم من أن هناك أيضًا شركة صينية تقوم بتصنيع أنواع مختلفة من معدات تصنيع أشباه الموصلات، إلا أن الشركات الصينية ليس لديها حصة كبيرة في أي فئة من معدات تصنيع أشباه الموصلات باستثناء التجميع الخلفي ومعدات التعبئة والتغليف وMOCVD.

وفي الإجمال، تمثل الولايات المتحدة حصة كبيرة من الإنتاج العالمي لأغلب معدات إنتاج أشباه الموصلات الأمامية، باستثناء إنتاج معدات الطباعة الحجرية التي تتركز في هولندا واليابان. وتمثل الولايات المتحدة أيضًا حصة كبيرة من الإنتاج العالمي لمعدات الاختبار الخلفية. في المقابل، تتمتع الولايات المتحدة بحصة سوقية صغيرة نسبيًا في تصنيع معدات إنتاج أشباه الموصلات الخلفية العالمية (معدات التجميع والتعبئة)، في حين تمتلك الصين حصة كبيرة. وفي حين تعتمد الصين حاليا بشكل كبير على معدات إنتاج أشباه الموصلات من مصادر غير صينية (باستثناء التعبئة والتغليف وMOCVD)، فإنها تستثمر بكثافة للتركيز على إنتاج مثل هذه المعدات. تمنح هذه الاستثمارات الشركات المستفيدة ميزة كبيرة في تطوير وإنتاج معدات الرقائق المتطورة مقارنة بالشركات الأخرى.

كما يظهر الرسم البياني أدناه، في حين أن الولايات المتحدة لديها حصة سوقية كبيرة في إنتاج معظم الشركات الصغيرة والمتوسطة الأمامية، فإن الاستثناء الملحوظ هو معدات المسح الضوئي / السائر للطباعة الحجرية، والتي تصنعها بالكامل تقريبًا الشركة الهولندية ASML والشركتان اليابانيتان Nikon و Canon. بالنسبة لآلات الطباعة الحجرية، فإن شركة ASML (هولندا) هي المنتج الوحيد لأجهزة الخطوة/الماسحات الضوئية ذات الأشعة فوق البنفسجية، والتي تعد ضرورية لإنتاج دوائر متكاملة بعرض خطوط يبلغ 5 نانومتر أو أقل. ومع ذلك، فإن شركتين فقط من صانعي أشباه الموصلات، TSMC وSamsung، تستخدمان حاليًا آلات الأشعة فوق البنفسجية في الإنتاج، حيث تبلغ تكلفة الجهاز الواحد أكثر من 100 مليون دولار. تقوم كل من ASML ونيكون بتصنيع آلات الطباعة الحجرية العميقة فوق البنفسجية (DUV) التي تعرض شعاعًا من الضوء من خلال قناع ضوئي وإنشاء صورة مصغرة لنمط قناع ضوئي على الرقاقة. وخارج هولندا واليابان، فإن حصة الولايات المتحدة ودول أخرى من معدات الطباعة الحجرية مخصصة في الأساس لرقائق محددة منخفضة الحجم أو لصنع الأقنعة الضوئية.

يمكن أن تحتوي مجموعة معدات تصنيع أشباه الموصلات على أكثر من 100 قطعة، وتعد قطع غيار وملحقات معدات تصنيع أشباه الموصلات أكبر فئة تجارية في الصناعة. وفقًا لمسح تعداد الشركات المصنعة، فإن نصف إيرادات مبيعات معدات تصنيع أشباه الموصلات في الولايات المتحدة تذهب إلى المكونات والمواد الأخرى. وتقوم أكثر من 130 شركة أمريكية بتوريد المكونات الحيوية للمعدات التي تبيعها الشركات الأجنبية. ومن الجدير بالذكر أن شركة Cymer (الولايات المتحدة الأمريكية) تقوم بتصنيع أجهزة الليزر لآلات الطباعة الحجرية ذات الأشعة فوق البنفسجية/الماسحة الضوئية الخاصة بشركة ASML. استحوذت ASML على Cymer في عام 2013، لكن Cymer تظل وحدة تشغيل مستقلة مقرها الولايات المتحدة تابعة لـ ASML.

نظرًا للطبيعة الدورية للمبيعات بسبب محدودية الأسواق والعملاء، تقوم معظم شركات المعدات الكبيرة بتصنيع أكثر من نوع واحد من المعدات من أجل تزويد العملاء بمجموعة كاملة من المعدات وخيارات الصيانة. تعد شركات معدات الطباعة الحجرية/الماسحات الضوئية مثل ASML استثناءات لهذه القاعدة نظرًا للتقنية الفريدة للمعدات. تركز شركة Lam Research وشركة Tokyo Electron (TEL) على الترسيب والحفر، بينما تركز شركة KLA على القياس والتفتيش.

يُعدّ جهاز الترسيب الكيميائي للبخار العضوي المعدني (MOCVD) استثناءً من ريادة اليابان وهولندا في هذا المجال، حيث يُستخدم لإنتاج أشباه الموصلات المصنوعة من مواد أخرى غير السيليكون، مثل نتريد الغاليوم (GaN) وأرسينيد الغاليوم (GaAs)، بما في ذلك مصابيح LED، وثنائيات الليزر، ورقائق الفوتونيات الأخرى، وأجهزة الطاقة/الترددات اللاسلكية، والخلايا الشمسية. وكما ذُكر سابقًا، فإن لرقائق نتريد الغاليوم أهمية استراتيجية دفاعية. تُصنّع أجهزة MOCVD من قِبل شركات فيكو (الولايات المتحدة الأمريكية)، وأيكسترون (ألمانيا)، وأميك (الصين). وتسعى الصين إلى زيادة حصتها السوقية في سوق MOCVD من خلال عمليات الاستحواذ. ففي عام 2016، حاولت شركة فوجيان غراند تشيب إنفستمنت فاند الصينية، وهي شركة تأسست خصيصًا لهذه الصفقة وتضم مؤسسات مملوكة للدولة والمؤسسات الإقليمية، الاستحواذ على شركة أيكسترون، إلا أن الرئيس أوباما أوقف الصفقة بعد مراجعة لجنة الاستثمار الأجنبي في الولايات المتحدة (CFIUS)، ما قد يكون دفع الشركة المستحوذة إلى التخلي عن عرض الاستحواذ.

أكبر ثلاث شركات لمعدات النقش هي Lam Research (الولايات المتحدة)، وTokyo Electron (اليابان)، وApplied Materials (الولايات المتحدة). تتمتع الشركات الصينية، بما في ذلك AMEC، ببعض الخبرة في مجال الحفر ويمكنها توفير المعدات للتطبيقات المنخفضة التكلفة، ومع ذلك، تبلغ حصتها في السوق حوالي 1٪ فقط.

تتمتع الولايات المتحدة بحصة سوقية صغيرة نسبيًا (4.9٪) في الشركات الصغيرة والمتوسطة في مجال التغليف الخلفي مقارنة بمعدات تصنيع أشباه الموصلات الأمامية. تمتلك اليابان الحصة الأكبر من معدات التعبئة والتغليف (35.7%)، تليها الصين (22.9%) وهولندا (11.1%). ومع ذلك، فإن شركة Kulicke and Soffa ومقرها الولايات المتحدة هي شركة رائدة في مجال معدات تعبئة أشباه الموصلات. تتصدر الولايات المتحدة واليابان الطريق في مجال معدات الاختبار الخلفية (ATP) بحصة سوقية تبلغ 33.5% و48.6% على التوالي.

(3) معدات تصنيع أشباه الموصلات، خطر الولايات المتحدة

الاعتماد على المبيعات الأجنبية (غير الأمريكية):

وفي حين تمتلك الولايات المتحدة حصة كبيرة من سوق معدات إنتاج أشباه الموصلات، فإن المنتجين الأمريكيين يعتمدون بشكل كبير على المبيعات الأجنبية. باعتبارها أكبر الشركات المصنعة لأشباه الموصلات، تعد تايوان والصين وكوريا الجنوبية أكبر الأسواق لمعدات إنتاج أشباه الموصلات. على الرغم من أنه من المتوقع أن تستعيد تايوان مكانتها كأكبر سوق لمعدات إنتاج أشباه الموصلات في عامي 2021 و2022، بسبب الإنفاق الكبير الذي تتطلبه مصانع الرقائق، إلا أن شركة Applied Materials وLam Research تشير إلى أن حوالي 90% من إجمالي إيراداتها لعام 2020 ستأتي من مصادر غير صناعية. - مبيعات الولايات المتحدة. ارتفعت إيرادات Lam Research من الصين من 16% في عام 2018 إلى 31% في عام 2020. ونتيجة لذلك، يتعرض صانعو معدات إنتاج أشباه الموصلات في الولايات المتحدة لخطر التأثر بشكل كبير بالقيود التجارية بين الولايات المتحدة والصين أو التغيرات غير المتوقعة في الطلب في آسيا. ومن الممكن أن يتجاوز التأثير الناتج انخفاض الإيرادات الحالي، حيث يعاني مصنعو أشباه الموصلات من درجة من تقييد الأجهزة، ويتطلب تغيير موردي الأجهزة عمليات إعادة تصميم مكلفة. على سبيل المثال، أشارت Lam Research في تقريرها السنوي لعام 2020 إلى أنه "بمجرد أن تلتزم شركة تصنيع أشباه الموصلات بشراء معدات تصنيع أشباه الموصلات الخاصة بمنافس، تستمر الشركة المصنعة عادةً في شراء معدات ذلك المنافس، مما يجعل من الصعب علينا بيعنا لذلك العميل في المستقبل. . معدات." بالإضافة إلى ذلك، تقتصر مبيعات معدات إنتاج أشباه الموصلات على الجامعات وشركات تصنيع أشباه الموصلات التي تمتلك مصانع تصنيع أشباه الموصلات، ولا يمكنها تنمية قاعدة عملائها خارج هذه الفئات لأن هذه المعدات فريدة من نوعها لصناعة أشباه الموصلات.

الإعانات الصينية لإنتاج معدات تصنيع أشباه الموصلات تشوه السوق:

وبالإضافة إلى ذلك، تخطط الصين لتقديم إعانات كبيرة لتمويل إنتاج معدات إنتاج أشباه الموصلات في البلاد. وتركز المرحلة الثانية من الصندوق الوطني الصيني للاستثمار في صناعة الدوائر المتكاملة على آلات الحفر، ومعدات الترسيب، ومعدات الاختبار وتنظيف الرقائق، بتمويل يتراوح بين 28.9 إلى 47 مليار دولار. تعمل الإعانات على إبقاء الشركات الصينية في مجال الأعمال، على الرغم من أن معظمها يبدو غير مربح. على سبيل المثال، وفقا لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD)، "كان لضخ رأس المال الحكومي تأثير واضح على الأداء المالي لمنتجي أشباه الموصلات الصينيين"، حيث لم يقابل الزيادات في أصول الشركات نمو في الربحية. . وتوفر هذه الإعانات للشركات الصينية الأموال اللازمة للاستثمار في البحث والتطوير في تصنيع الجيل التالي من أشباه الموصلات، مما يمنحها ميزة كبيرة على الشركات غير الصينية التي لا تتلقى مثل هذه الإعانات. على عكس الماضي، يتردد مصنعو معدات إنتاج أشباه الموصلات اليوم في الاستثمار في البحث والتطوير لأحجام رقائق الجيل التالي، نظرًا للنفقات الكبيرة على البحث والتطوير والنفقات الرأسمالية لتصنيع معدات إنتاج أشباه الموصلات وعدم اليقين بشأن متى وأين سيتم إنتاج الرقائق المتطورة. .