(Bölüm I: Tümleşik Devre Tasarımı, Bölüm II: Tümleşik Devre İmalatı, Bölüm III: Temel Paketleme, Test ve Gelişmiş Paketleme'nin devamı)

5. Yarı iletken ürün üretim ekipmanı

(1) Küçük ve Orta Ölçekli İşletmelerde Yarı İletken Üretim Ekipmanlarının Ana Hatları

Yarı iletken üretim hattının her sürecinde küçük ve orta ölçekli işletmeler tarafından kullanılan birçok türde yarı iletken ürün işleme ve üretim ekipmanı bulunmaktadır. Çıplak levhaların (malzemeler) üretimi için yarı iletkene özgü ekipmanlar (ön işleme), çıplak levhaların nihai levhalara işlenmesi için ekipmanlar (son işleme) ve fotomask üretimi (maske üretimi) için ekipmanlar bulunmaktadır. Yonga üreticilerinin üretim hatlarında çeşitli ön uç ekipmanlara ihtiyacı var. Karmaşık ön uç yarı iletken üretim ekipmanının maliyeti, ultra temiz fabrikalar inşa etme maliyeti de dahil olmak üzere, yarı iletken fabrikaların yüksek maliyetinin önemli bir nedenidir.

Ön uç yarı iletken imalat ekipmanı, fotolitografi, aşındırma, doping veya iyon implantasyonu, biriktirme, cilalama veya kimyasal mekanik düzlemselleştirme gibi çip imalat işlemlerine yönelik ekipmanı içerir. GaAs ve GaN bazlı olanlar da dahil olmak üzere öncelikle bileşik yarı iletkenler üretmek için kullanılan, belirli metallerin ince katmanlarını biriktiren spesifik bir tür biriktirme ekipmanı olan metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) ekipmanı özellikle dikkate alınmalıdır.

Arka uç yarı iletken üretim ekipmanı SME, ATP ve gelişmiş paketleme ekipmanlarını içerir.

(2) Mevcut durum

Yarı iletken imalat ekipmanlarında ABD (satış geliri açısından %41.7 pay), Japonya (%31.1) ve Hollanda'daki (%18.8) şirketler hakimdir. Güney Kore %2.2'lik bir paya sahiptir ve geri kalan yaklaşık %6.2'lik pay Çin, Almanya, Tayvan, İsrail, Kanada ile Güneydoğu Asya ve Avrupa'daki diğer ülkeler tarafından paylaşılmaktadır. Güney Koreli yarı iletken üretim ekipmanı üreticilerinin çoğu Samsung veya SK Hynix'e aittir; bu Güney Koreli yarı iletken ekipman şirketlerinin ana müşterileri Güney Koreli yarı iletken şirketleridir. Farklı türde yarı iletken üretim ekipmanı üreten bir Çinli şirket de bulunsa da Çinli şirketler, arka uç montajı, paketleme ekipmanı ve MOCVD dışında herhangi bir yarı iletken üretim ekipmanı kategorisinde önemli bir paya sahip değil.

Sonuç olarak ABD, Hollanda ve Japonya'da yoğunlaşan litografi ekipmanı üretimi haricinde, çoğu ön uç yarı iletken üretim ekipmanının küresel üretiminde büyük bir paya sahip. ABD aynı zamanda küresel arka uç test ekipmanı üretiminde de büyük bir paya sahip. Buna karşılık, Amerika Birleşik Devletleri küresel arka uç yarı iletken üretim ekipmanı imalatında (montaj ve paketleme ekipmanı) nispeten küçük bir pazar payına sahipken, Çin'in önemli bir payı var. Çin şu anda Çin kaynaklı olmayan yarı iletken üretim ekipmanlarına (ambalajlama ve MOCVD hariç) oldukça bağımlı olsa da, bu tür ekipmanların üretimine odaklanmak için yoğun yatırım yapıyor. Bu yatırımlar yararlanıcı firmalara son teknoloji çip ekipmanları geliştirme ve üretme konusunda diğer firmalara göre önemli bir avantaj sağlıyor.

Aşağıdaki tablonun gösterdiği gibi, ABD çoğu ön uç KOBİ'nin üretiminde oldukça büyük bir pazar payına sahipken, kayda değer istisna, neredeyse tamamı Hollandalı ASML şirketi ve Japon şirketleri Nikon ve Canon tarafından üretilen litografi tarama/step ekipmanıdır. Litografi makineleri için ASML (Hollanda), 5 nm veya daha az hat genişliğine sahip entegre devrelerin üretimi için kritik olan EUV stepper/tarayıcıların tek üreticisidir. Bununla birlikte, yalnızca iki yarı iletken üreticisi TSMC ve Samsung, şu anda üretimde EUV makinelerini kullanıyor ve tek bir cihazın maliyeti 100 milyon dolardan fazla. ASML ve Nikon, bir fotomask aracılığıyla bir ışık huzmesi yansıtan ve levha üzerindeki fotomask deseninin küçültülmüş bir görüntüsünü oluşturan derin ultraviyole (DUV) litografi makineleri üretiyor. Hollanda ve Japonya dışında, ABD ve diğer ülkelerin litografi ekipmanı payı esas olarak belirli düşük hacimli çipler veya fotoğraf maskeleri yapımına yöneliktir.

Bir yarı iletken üretim ekipmanı seti 100'den fazla parçaya sahip olabilir ve yarı iletken üretim ekipmanı parçaları ve aksesuarları sektördeki en büyük ticaret kategorisidir. Üretici Sayımı araştırmasına göre, ABD yarı iletken imalat ekipmanı satış gelirinin yarısı bileşenlere ve diğer malzemelere gidiyor. 130'dan fazla ABD şirketi, yabancı şirketler tarafından satılan ekipmanlar için kritik bileşenler tedarik ediyor. Özellikle Cymer (ABD), ASML'nin EUV kademeli/tarayıcı litografi makineleri için lazerler üretiyor. ASML, Cymer'ı 2013 yılında satın aldı ancak Cymer, ASML'nin ABD merkezli bağımsız bir işletim birimi olmaya devam ediyor.

Sınırlı pazarlar ve müşteriler nedeniyle satışların döngüsel doğası nedeniyle, çoğu büyük ekipman şirketi, müşterilere tam bir ekipman ve bakım seçenekleri paketi sunmak amacıyla birden fazla ekipman türü üretmektedir. ASML gibi litografi step/tarayıcı ekipmanı şirketleri, ekipmanın benzersiz teknolojisi nedeniyle bu kuralın istisnasıdır. Lam Research, Tokyo Electron (TEL) biriktirme ve gravür üzerine odaklanırken, KLA metroloji ve incelemeye odaklanıyor.

Japonya ve Hollanda'daki liderliğin bir istisnası, LED'ler, lazer diyotlar ve diğer fotonik çipler, güç/RF cihazları ve güneş pilleri de dahil olmak üzere GaN ve GaAs gibi silikon dışındaki malzemelerden yapılmış yarı iletkenler üretmek için kullanılan MOCVD ekipmanıdır. Yukarıda bahsedildiği gibi GaN çiplerinin stratejik savunma etkileri vardır. MOCVD ekipmanı Veeco (ABD), Aixtron (Almanya) ve AMEC (Çin) tarafından üretilmektedir. Çin, satın almalar yoluyla MOCVD pazarında pazar payı kazanmaya çalışıyor. 2016 yılında, devlet ve bölgesel kurumlar da dahil olmak üzere anlaşma için kurulan bir şirket olan Çinli Fujian Grand Chip Yatırım Fonu, Aixtron'u satın almaya çalıştı ancak anlaşma, Yabancı Yatırım Komitesi tarafından yapılan incelemenin ardından Başkan Obama tarafından engellendi. Amerika Birleşik Devletleri'nde (CFIUS), potansiyel olarak devralan tarafın devralma teklifinden vazgeçtiği görülüyor.

Aşındırma ekipmanı alanında ilk üç şirket Lam Research (ABD), Tokyo Electron (Japonya) ve Applied Materials (ABD)'dir. AMEC de dahil olmak üzere Çinli şirketlerin aşındırma konusunda bir miktar uzmanlığı var ve düşük kaliteli uygulamalar için ekipman sağlayabiliyorlar, ancak pazar payları yalnızca %1 civarında.

ABD, ön uç yarı iletken üretim ekipmanıyla karşılaştırıldığında arka uç paketleme KOBİ'lerinde nispeten küçük bir pazar payına (%4.9) sahiptir. Japonya, paketleme ekipmanlarında en büyük paya (%35.7) sahiptir, onu Çin (%22.9) ve Hollanda (%11.1) takip etmektedir. Ancak ABD merkezli Kulicke and Soffa, lider bir yarı iletken paketleme ekipmanı şirketidir. ABD ve Japonya, arka uç test ekipmanlarında (ATP) sırasıyla %33.5 ve %48.6 pazar payıyla başı çekiyor.

(3) Yarı iletken imalat ekipmanı, Amerika Birleşik Devletleri'nin riski

Yabancı (ABD dışı) satışlara bağımlılık:

ABD, yarı iletken üretim ekipmanı pazarında büyük bir paya sahip olmasına rağmen, ABD'li üreticiler büyük ölçüde dış satışlara bağımlıdır. En büyük yarı iletken üreticileri olan Tayvan, Çin ve Güney Kore, yarı iletken üretim ekipmanı için en büyük pazarlardır. Tayvan'ın, çip fabrikalarının gerektirdiği yoğun harcamalar nedeniyle 2021 ve 2022'de yarı iletken üretim ekipmanı için en büyük pazar konumunu yeniden kazanması beklense de, Applied Materials ve Lam Research, 90 toplam gelirinin yaklaşık %2020'ının sigara dışı kaynaklardan geleceğini bildirdi. - ABD satışları. Lam Research'ün Çin'den elde ettiği gelir 16'deki %2018'dan 31'de %2020'e yükseldi. Sonuç olarak ABD'li yarı iletken üretim ekipmanı üreticileri, ABD-Çin ticaret kısıtlamalarından veya Asya'daki beklenmedik talep değişikliklerinden önemli ölçüde etkilenme riskiyle karşı karşıya. Yarı iletken üreticilerinin bir dereceye kadar cihaz bağımlılığı yaşaması ve cihaz tedarikçilerini değiştirmenin maliyetli yeniden tasarımlar gerektirmesi nedeniyle ortaya çıkan etki, mevcut gelir düşüşünün çok ötesine geçebilir. Örneğin Lam Research, 2020 yıllık raporunda şunları kaydetti: "Bir yarı iletken üreticisi, rakibinin yarı iletken üretim ekipmanını satın almayı taahhüt ettiğinde, üretici genellikle o rakibin ekipmanını satın almaya devam eder ve bu da bizim gelecekte bizi o müşteriye satmamızı zorlaştırır. . teçhizat." Ayrıca yarı iletken üretim ekipmanlarının satışı, fabrikalara sahip olan üniversiteler ve yarı iletken üretim şirketleri ile sınırlıdır, çünkü bu tür ekipmanlar yarı iletken endüstrisine özgü olduğundan, yarı iletken üretim ekipmanı şirketleri müşteri tabanını bu kategorilerin dışına çıkaramaz.

Yarı iletken imalat ekipmanlarının üretimine yönelik Çin sübvansiyonları piyasayı bozuyor:

Buna ek olarak Çin, ülkede yarı iletken üretim ekipmanlarının üretimini finanse etmek için önemli miktarda sübvansiyon sağlamayı planlıyor. Çin Ulusal Entegre Devre Endüstrisi Yatırım Fonu'nun ikinci aşaması, 28.9 ila 47 milyar dolar arasında değişen finansmanla aşındırma makineleri, biriktirme ekipmanı, test ve levha temizleme ekipmanına odaklanıyor. Sübvansiyonlar çoğu kârsız gibi görünse de Çinli şirketlerin faaliyette kalmasını sağlıyor. Örneğin, Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Örgütü'ne (OECD) göre, kurumsal varlıklardaki artışların kârlılıktaki büyümeyle eşleşmediği "hükümet sermaye enjeksiyonları, Çinli yarı iletken üreticilerinin mali performansı üzerinde açık bir etki yarattı" . Bu sübvansiyonlar Çinli şirketlere yeni nesil yarı iletken üretiminde araştırma ve geliştirmeye yatırım yapmaları için fon sağlıyor ve bu tür sübvansiyonları almayan Çinli olmayan şirketlere göre onlara önemli bir avantaj sağlıyor. Geçmişten farklı olarak, bugün yarı iletken üretim ekipmanı üreticileri, yarı iletken üretim ekipmanı üretimi için önemli Ar-Ge ve sermaye harcamaları ve son teknoloji çip üretiminin ne zaman ve nerede yapılacağına ilişkin belirsizlik göz önüne alındığında, yeni nesil levha boyutları için Ar-Ge'ye yatırım yapma konusunda isteksizdir. .