(המשך מחלק א': עיצוב מעגל משולב, חלק ב': ייצור מעגלים משולבים, חלק שלישי: אריזה בסיסית, בדיקה ואריזה מתקדמת)

5. ציוד לייצור מוצרי מוליכים למחצה

(1) מתווה של ציוד לייצור מוליכים למחצה ארגונים קטנים ובינוניים

ישנם סוגים רבים של ציוד לעיבוד וייצור של מוצרי מוליכים למחצה המשמשים ארגונים קטנים ובינוניים בכל תהליך של קו הייצור של מוליכים למחצה. יש ציוד ספציפי למוליכים למחצה (קדם-עיבוד) לייצור פרוסות חשופות (חומרים), ציוד לעיבוד פרוסות חשופות לפרוסות סופיות (פוסט-עיבוד), וציוד לייצור פוטומסכות (ייצור מסכות). יצרני שבבים זקוקים למגוון של ציוד חזיתי בקווי הייצור שלהם. העלות של ציוד מורכב לייצור מוליכים למחצה חזיתיים היא סיבה מרכזית לעלות הגבוהה של יצורי מוליכים למחצה, לרבות עלות בניית מארזים נקיים במיוחד.

ציוד לייצור מוליכים למחצה חזיתיים כולל ציוד לתהליכי ייצור של שבבים כגון פוטוליטוגרפיה, תחריט, סימום או השתלת יונים, השקיעה, ליטוש או מישור מכני כימי. יש לציין במיוחד ציוד מתכת-אורגני כימיקלים (MOCVD), סוג מסוים של ציוד שיקוע המפקיד שכבות דקות של מתכות מסוימות, המשמשות בעיקר לייצור מוליכים למחצה מורכבים, כולל כאלה המבוססים על GaAs ו-GaN.

ציוד לייצור מוליכים למחצה אחורי SME כולל ATP וציוד אריזה מתקדם.

(2) המצב הנוכחי

ציוד לייצור מוליכים למחצה נשלט על ידי חברות בארה"ב (נתח של 41.7% מבחינת הכנסות ממכירות), יפן (31.1%) והולנד (18.8%). לדרום קוריאה נתח של 2.2%, כאשר את הנותרים, כ-6.2%, משותפים סין, גרמניה, טייוואן, ישראל, קנדה ומדינות אחרות בדרום מזרח אסיה ובאירופה. רוב יצרני ציוד ייצור המוליכים למחצה בדרום קוריאה נמצאים בבעלות סמסונג או SK Hynix, והלקוחות העיקריים של חברות ציוד המוליכים למחצה בדרום קוריאה הללו הן חברות מוליכים למחצה דרום קוריאניות. למרות שיש גם חברה סינית המייצרת סוגים שונים של ציוד לייצור מוליכים למחצה, לחברות סיניות אין נתח משמעותי באף קטגוריה של ציוד ייצור מוליכים למחצה מלבד הרכבה אחורית, ציוד אריזה ו-MOCVD.

בסך הכל, ארה"ב אחראית על נתח גדול מהייצור העולמי של רוב ציוד ייצור מוליכים למחצה חזיתיים, למעט ייצור ציוד ליתוגרפיה שמתרכז בהולנד וביפן. ארה"ב גם אחראית על נתח גדול מהייצור העולמי של ציוד בדיקה אחורי. לעומת זאת, לארצות הברית יש נתח שוק קטן יחסית בייצור ציוד לייצור מוליכים למחצה האחורי העולמי (ציוד הרכבה ואריזה), בעוד לסין יש נתח ניכר. בעוד שסין נשענת כיום מאוד על ציוד לייצור מוליכים למחצה שאינם ממקור סיני (למעט אריזה ו-MOCVD), היא משקיעה רבות כדי להתמקד בייצור ציוד כזה. השקעות אלו מעניקות לחברות המוטבות יתרון משמעותי בפיתוח וייצור ציוד שבבים חדשני ביחס לחברות אחרות.

כפי שמראה התרשים שלהלן, בעוד שלארה"ב יש נתח שוק נכבד בייצור של רוב חברות קטנות ובינוניות חזיתיות, החריג הבולט הוא ציוד סריקה/סטפר ליטוגרפי, המיוצר כמעט כולו על ידי החברה ההולנדית ASML והחברות היפניות Nikon ו-Canon. עבור מכונות ליתוגרפיה, ASML (הולנד) היא היצרנית היחידה של EUV steppers/סורקים, שהם קריטיים לייצור מעגלים משולבים עם רוחב קו של 5 ננומטר או פחות. עם זאת, רק שתי יצרניות מוליכים למחצה, TSMC וסמסונג, משתמשות כיום במכונות EUV בייצור, כאשר מכשיר בודד עולה יותר מ-100 מיליון דולר. ASML ו-Nikon מייצרות שתיהן מכונות ליתוגרפיה אולטרה סגול עמוקה (DUV) המקרינות קרן אור דרך פוטומסכת ויוצרות תמונה מוקטנת של תבנית הפוטומסק על גבי הוואפר. מחוץ להולנד ויפן, חלקם של ארה"ב ומדינות אחרות בציוד ליתוגרפיה הוא בעיקר עבור שבבים ספציפיים בנפח נמוך או לייצור מסכות פוטו.

סט של ציוד לייצור מוליכים למחצה יכול לכלול יותר מ-100 חלקים, וחלקים ואביזרים של ציוד לייצור מוליכים למחצה הם קטגוריית הסחר הגדולה ביותר בתעשייה. על פי סקר מפקד היצרנים, מחצית מההכנסות ממכירות ציוד לייצור מוליכים למחצה בארה"ב הולכות לרכיבים וחומרים אחרים. יותר מ-130 חברות אמריקאיות מספקות רכיבים קריטיים לציוד שנמכר על ידי חברות זרות. יש לציין כי Cymer (ארה"ב) מייצרת לייזרים למכונות הליטוגרפיה של ASML EUV stepper/סורק. ASML רכשה את Cymer ב-2013, אך סיימר נותרה יחידת הפעלה עצמאית של ASML, שבסיסה בארה"ב.

בגלל האופי המחזורי של המכירות בגלל השווקים והלקוחות המוגבלים, רוב חברות הציוד הגדולות מייצרות יותר מסוג אחד של ציוד על מנת לספק ללקוחות חבילה מלאה של ציוד ותחזוקה. חברות ציוד ליטוגרפיה סטפרים/סורקים כגון ASML הן חריגות לכלל זה בשל הטכנולוגיה הייחודית של הציוד. Lam Research, Tokyo Electron (TEL) מתמקדת בתצהיר ותחריט, בעוד KLA מתמקדת במטרולוגיה ובדיקה.

יוצא מן הכלל אחד למוביל ביפן ובהולנד הוא ציוד MOCVD, המשמש לייצור מוליכים למחצה העשויים מחומרים שאינם סיליקון כמו GaN ו-GaAs, כולל נוריות LED, דיודות לייזר ושבבים פוטוניים אחרים, התקני הספק/RF ותאים סולאריים. כפי שצוין לעיל, לשבבי GaN יש השלכות הגנתיות אסטרטגיות. ציוד MOCVD מיוצר על ידי Veeco (ארה"ב), Aixtron (גרמניה) ו-AMEC (סין). סין מנסה לצבור נתח שוק בשוק MOCVD באמצעות רכישות. בשנת 2016, קרן ההשקעות הסינית Fujian Grand Chip, חברה שהוקמה לצורך העסקה, הכוללת מוסדות בבעלות ממשלתית ואזורית, ניסתה לרכוש את Aixtron, אך העסקה נחסמה על ידי הנשיא אובמה לאחר סקירה של הוועדה להשקעות זרות בארצות הברית (CFIUS), פוטנציאלית של הרוכש לזנוח את הצעת הרכישה.

שלוש החברות המובילות לציוד תחריט הן Lam Research (ארה"ב), Tokyo Electron (יפן) ו-Applied Materials (ארה"ב). לחברות סיניות, כולל AMEC, יש מומחיות מסוימת בתחריט והן יכולות לספק ציוד ליישומים מתקדמים, עם זאת, נתח השוק שלהן הוא רק כ-1%.

לארה"ב יש נתח שוק קטן יחסית (4.9%) בחברות קטנות ובינוניות של אריזות אחוריות בהשוואה לציוד לייצור מוליכים למחצה קדמיים. ליפן יש את הנתח הגדול ביותר של ציוד אריזה (35.7%), ואחריה סין (22.9%) והולנד (11.1%). עם זאת, Kulicke and Soffa שבסיסה בארה"ב היא חברת ציוד אריזה מוליכים למחצה מובילה. ארה"ב ויפן מובילות את הדרך בציוד בדיקה אחורי (ATP) עם נתח שוק של 33.5% ו-48.6%, בהתאמה.

(3) ציוד לייצור מוליכים למחצה, הסיכון של ארצות הברית

הסתמכות על מכירות זרות (לא ארה"ב):

בעוד שארה"ב מחזיקה בנתח גדול משוק ציוד ייצור המוליכים למחצה, יצרנים אמריקאים תלויים במידה רבה במכירות מחו"ל. כיצרניות המוליכים למחצה הגדולות ביותר, טייוואן, סין ודרום קוריאה הן השווקים הגדולים ביותר לציוד ייצור מוליכים למחצה. למרות שטייוואן צפויה להחזיר לעצמה את מעמדה כשוק הגדול ביותר לציוד ייצור מוליכים למחצה ב-2021 וב-2022, עקב ההוצאות הכבדות הנדרשות ממפעלי השבבים, Applied Materials ו-Lam Research מדווחות כי כ-90% מסך הכנסותיה בשנת 2020 יגיעו ממכירות שאינן אמריקאיות. הכנסותיה של Lam Research מסין גדלו מ-16% בשנת 2018 ל-31% בשנת 2020. כתוצאה מכך, יצרני ציוד ייצור מוליכים למחצה בארה"ב נמצאים בסיכון להיפגע באופן משמעותי מהגבלות סחר בין ארה"ב לסין או משינויים בלתי צפויים בביקוש באסיה. ההשפעה הנובעת מכך עשויה לחרוג הרבה מעבר לירידה הנוכחית בהכנסות, שכן יצרני מוליכים למחצה חווים מידה מסוימת של נעילת מכשירים, ושינוי ספקי מכשירים דורש עיצובים מחדש יקרים. לדוגמה, חברת Lam Research ציינה בדו"ח השנתי שלה לשנת 2020, "ברגע שיצרן מוליכים למחצה מתחייב לרכוש ציוד לייצור מוליכים למחצה של מתחרה, היצרן בדרך כלל ממשיך לרכוש את הציוד של אותו מתחרה, מה שמקשה עלינו למכור את הציוד שלנו ללקוח זה בעתיד." בנוסף, מכירות של ציוד לייצור מוליכים למחצה מוגבלות לאוניברסיטאות ולחברות לייצור מוליכים למחצה שבבעלותן מפעלים. חברות ציוד לייצור מוליכים למחצה אינן יכולות להגדיל את בסיס הלקוחות שלהן מחוץ לקטגוריות אלה מכיוון שציוד כזה ייחודי לתעשיית המוליכים למחצה.

סובסידיות סיניות לייצור ציוד לייצור מוליכים למחצה מעוותות את השוק:

בנוסף, סין מתכננת לספק סובסידיות משמעותיות למימון ייצור ציוד לייצור מוליכים למחצה במדינה. השלב השני של קרן ההשקעות הלאומית של China Integrated Circuit Industry מתמקד במכונות תחריט, ציוד שיקוע, בדיקות וציוד לניקוי פרוסות, עם מימון שנע בין 28.9 ל-47 מיליארד דולר. הסובסידיות משאירות חברות סיניות בפעילות, למרות שרובן נראות כלא רווחיות. לדוגמה, על פי הארגון לשיתוף פעולה ופיתוח כלכלי (OECD), "להזרקת הון ממשלתית הייתה השפעה ברורה על הביצועים הפיננסיים של יצרני מוליכים למחצה סיניים", כאשר הגידול בנכסי החברות לא זכה לצמיחה ברווחיות. . סובסידיות אלו מספקות לחברות סיניות כספים להשקיע במחקר ופיתוח בייצור מוליכים למחצה מהדור הבא, מה שמקנה להן יתרון משמעותי על פני חברות לא סיניות שאינן מקבלות סובסידיות כאלה. שלא כמו בעבר, יצרני ציוד לייצור מוליכים למחצה אינם ששים כיום להשקיע במו"פ עבור גדלי פרוסות מהדור הבא, לאור המו"פ וההוצאות המשמעותיות לייצור ציוד לייצור מוליכים למחצה ואי הוודאות מתי ואיפה ייצור שבבים מוביל יתבצע .