(Tiếp theo Phần I: Thiết kế mạch tích hợp, Phần II: Sản xuất mạch tích hợp, Phần III: Đóng gói cơ bản, Kiểm tra và Đóng gói nâng cao)

5. Thiết bị sản xuất sản phẩm bán dẫn

(1) Sơ lược về thiết bị sản xuất chất bán dẫn Doanh nghiệp vừa và nhỏ

Có rất nhiều loại thiết bị gia công và sản xuất sản phẩm bán dẫn được các doanh nghiệp vừa và nhỏ sử dụng trong từng quy trình của dây chuyền sản xuất chất bán dẫn. Có thiết bị dành riêng cho chất bán dẫn (tiền xử lý) để sản xuất tấm bán dẫn trần (vật liệu), thiết bị xử lý tấm bán dẫn trần thành tấm bán dẫn cuối cùng (xử lý sau) và thiết bị sản xuất mặt nạ quang (sản xuất mặt nạ). Các nhà sản xuất chip cần nhiều loại thiết bị đầu cuối trên dây chuyền sản xuất của họ. Chi phí của thiết bị chế tạo chất bán dẫn mặt trước phức tạp là lý do chính khiến chi phí của các nhà máy bán dẫn cao, bao gồm cả chi phí xây dựng các nhà máy siêu sạch.

Thiết bị chế tạo chất bán dẫn mặt trước bao gồm các thiết bị dành cho các quy trình chế tạo chip như quang khắc, khắc axit, pha tạp hoặc cấy ion, lắng đọng, đánh bóng hoặc làm phẳng cơ học hóa học. Đặc biệt lưu ý là thiết bị lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại (MOCVD), một loại thiết bị lắng đọng cụ thể lắng đọng các lớp mỏng của một số kim loại nhất định, chủ yếu được sử dụng để sản xuất chất bán dẫn hỗn hợp, bao gồm cả các chất bán dẫn dựa trên GaAs và GaN.

Thiết bị sản xuất chất bán dẫn phụ trợ SME bao gồm ATP và thiết bị đóng gói tiên tiến.

(2) Tình hình hiện tại

Thiết bị sản xuất chất bán dẫn bị chi phối bởi các công ty ở Mỹ (41.7% thị phần về doanh thu bán hàng), Nhật Bản (31.1%) và Hà Lan (18.8%). Hàn Quốc có 2.2% thị phần, khoảng 6.2% còn lại được chia sẻ bởi Trung Quốc, Đức, Đài Loan, Israel, Canada và các quốc gia khác ở Đông Nam Á và Châu Âu. Hầu hết các nhà sản xuất thiết bị bán dẫn của Hàn Quốc đều thuộc sở hữu của Samsung hoặc SK Hynix, khách hàng chính của các công ty thiết bị bán dẫn này là các công ty bán dẫn của Hàn Quốc. Mặc dù cũng có một công ty Trung Quốc sản xuất các loại thiết bị sản xuất chất bán dẫn khác nhau, nhưng các công ty Trung Quốc không có thị phần đáng kể trong bất kỳ danh mục thiết bị sản xuất chất bán dẫn nào ngoại trừ lắp ráp phụ trợ, thiết bị đóng gói và MOCVD.

Nhìn chung, Hoa Kỳ chiếm tỷ trọng lớn trong sản xuất hầu hết các thiết bị sản xuất chất bán dẫn đầu cuối trên toàn cầu, ngoại trừ sản xuất thiết bị in thạch bản tập trung ở Hà Lan và Nhật Bản. Mỹ cũng chiếm thị phần lớn trong sản xuất thiết bị kiểm tra phụ trợ toàn cầu. Ngược lại, Hoa Kỳ có thị phần tương đối nhỏ trong lĩnh vực sản xuất thiết bị sản xuất chất bán dẫn phụ trợ toàn cầu (thiết bị lắp ráp và đóng gói), trong khi Trung Quốc có thị phần đáng kể. Mặc dù Trung Quốc hiện phụ thuộc nhiều vào thiết bị sản xuất chất bán dẫn không có nguồn gốc từ Trung Quốc (ngoại trừ bao bì và MOCVD), nhưng nước này đang đầu tư mạnh mẽ để tập trung vào sản xuất các thiết bị đó. Những khoản đầu tư này mang lại cho các công ty được hưởng lợi lợi thế đáng kể trong việc phát triển và sản xuất thiết bị chip tiên tiến so với các công ty khác.

Như biểu đồ bên dưới cho thấy, trong khi Hoa Kỳ có thị phần khá lớn trong việc sản xuất hầu hết các doanh nghiệp vừa và nhỏ đầu cuối, ngoại lệ đáng chú ý là thiết bị quét/bước in thạch bản, gần như hoàn toàn do công ty ASML của Hà Lan và các công ty Nikon và Canon của Nhật Bản sản xuất. Đối với máy in thạch bản, ASML (Hà Lan) là nhà sản xuất duy nhất máy bước/máy quét EUV, thiết bị rất quan trọng để sản xuất mạch tích hợp có độ rộng đường truyền từ 5 nm trở xuống. Tuy nhiên, hiện chỉ có hai nhà sản xuất chất bán dẫn là TSMC và Samsung sử dụng máy EUV trong sản xuất, với một thiết bị có giá hơn 100 triệu USD. ASML và Nikon đều sản xuất máy in thạch bản tia cực tím sâu (DUV) chiếu một chùm ánh sáng qua mặt nạ quang và tạo ra hình ảnh thu nhỏ của mẫu mặt nạ quang trên tấm bán dẫn. Ngoài Hà Lan và Nhật Bản, thị phần thiết bị in thạch bản của Hoa Kỳ và các quốc gia khác chủ yếu dành cho các loại chip khối lượng thấp cụ thể hoặc để chế tạo mặt nạ ảnh.

Một bộ thiết bị sản xuất chất bán dẫn có thể có hơn 100 bộ phận và các bộ phận và phụ kiện của thiết bị sản xuất chất bán dẫn là danh mục thương mại lớn nhất trong ngành. Theo khảo sát Điều tra dân số của các nhà sản xuất, một nửa doanh thu bán thiết bị sản xuất chất bán dẫn của Hoa Kỳ là dành cho linh kiện và vật liệu khác. Hơn 130 công ty Mỹ cung cấp các linh kiện quan trọng cho thiết bị do các công ty nước ngoài bán. Đáng chú ý, Cymer (Mỹ) sản xuất tia laser cho máy in thạch bản bước/scanner EUV của ASML. ASML mua lại Cymer vào năm 2013, nhưng Cymer vẫn là đơn vị điều hành ASML độc lập có trụ sở tại Hoa Kỳ.

Do tính chất chu kỳ của việc bán hàng do thị trường và khách hàng hạn chế, hầu hết các công ty thiết bị lớn đều sản xuất nhiều loại thiết bị để cung cấp cho khách hàng một bộ thiết bị đầy đủ và các phương án bảo trì. Các công ty thiết bị máy quét/bước in thạch bản như ASML là những trường hợp ngoại lệ đối với quy tắc này do công nghệ độc đáo của thiết bị. Lam Research, Tokyo Electron (TEL) tập trung vào lắng đọng và ăn mòn, trong khi KLA tập trung vào đo lường và kiểm tra.

Một ngoại lệ dẫn đầu ở Nhật Bản và Hà Lan là thiết bị MOCVD, được sử dụng để sản xuất chất bán dẫn làm từ các vật liệu không phải silicon như GaN và GaAs, bao gồm đèn LED, điốt laser và các chip quang tử khác, thiết bị nguồn/RF và pin mặt trời. Như đã đề cập ở trên, chip GaN có ý nghĩa phòng thủ chiến lược. Thiết bị MOCVD do Veeco (Mỹ), Aixtron (Đức) và AMEC (Trung Quốc) sản xuất. Trung Quốc đang cố gắng giành thị phần trên thị trường MOCVD thông qua việc mua lại. Vào năm 2016, Quỹ đầu tư Fujian Grand Chip của Trung Quốc, một công ty được thành lập cho thương vụ này, bao gồm các tổ chức thuộc sở hữu nhà nước và khu vực, đã cố gắng mua lại Aixtron, nhưng thương vụ này đã bị Tổng thống Obama chặn sau khi Ủy ban Đầu tư Nước ngoài xem xét. tại Hoa Kỳ (CFIUS), có khả năng bên mua đã từ bỏ lời đề nghị tiếp quản.

Ba công ty hàng đầu về thiết bị khắc là Lam Research (Mỹ), Tokyo Electron (Nhật Bản) và Ứng dụng Vật liệu (Mỹ). Các công ty Trung Quốc, bao gồm AMEC, có chuyên môn về khắc và có thể cung cấp thiết bị cho các ứng dụng cấp thấp, tuy nhiên thị phần của họ chỉ khoảng 1%.

Hoa Kỳ có thị phần tương đối nhỏ (4.9%) trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ đóng gói mặt sau so với thiết bị sản xuất chất bán dẫn mặt trước. Nhật Bản có thị phần thiết bị đóng gói lớn nhất (35.7%), tiếp theo là Trung Quốc (22.9%) và Hà Lan (11.1%). Tuy nhiên, Kulicke và Soffa có trụ sở tại Hoa Kỳ là công ty thiết bị đóng gói bán dẫn hàng đầu. Mỹ và Nhật Bản dẫn đầu về thiết bị kiểm tra back-end (ATP) với thị phần lần lượt là 33.5% và 48.6%.

(3) Thiết bị sản xuất chất bán dẫn, rủi ro của Mỹ

Sự phụ thuộc vào doanh số bán hàng nước ngoài (không phải của Mỹ):

Trong khi Mỹ chiếm thị phần lớn trên thị trường thiết bị sản xuất chất bán dẫn, các nhà sản xuất Mỹ lại phụ thuộc nhiều vào doanh số bán hàng từ nước ngoài. Là những nhà sản xuất chất bán dẫn lớn nhất, Đài Loan, Trung Quốc và Hàn Quốc là những thị trường lớn nhất cho thiết bị sản xuất chất bán dẫn. Mặc dù Đài Loan dự kiến ​​sẽ lấy lại vị trí là thị trường lớn nhất về thiết bị sản xuất chất bán dẫn vào năm 2021 và 2022, do yêu cầu chi tiêu lớn cho các nhà máy sản xuất chip, nhưng các nhà nghiên cứu Vật liệu ứng dụng và Lam Research báo cáo rằng khoảng 90% tổng doanh thu năm 2020 của họ sẽ đến từ các nhà máy sản xuất chip. - Bán hàng Mỹ. Doanh thu của Lam Research từ Trung Quốc tăng từ 16% năm 2018 lên 31% vào năm 2020. Hậu quả là các nhà sản xuất thiết bị sản xuất chất bán dẫn của Mỹ có nguy cơ bị ảnh hưởng đáng kể bởi các hạn chế thương mại Mỹ-Trung hay những thay đổi nhu cầu bất ngờ ở châu Á. Tác động kéo theo có thể vượt xa mức giảm doanh thu hiện tại, vì các nhà sản xuất chất bán dẫn gặp phải tình trạng khóa thiết bị ở mức độ nào đó và việc thay đổi nhà cung cấp thiết bị đòi hỏi phải thiết kế lại tốn kém. Ví dụ, Lam Research đã lưu ý trong báo cáo thường niên năm 2020 của mình: “Sau khi một nhà sản xuất chất bán dẫn cam kết mua thiết bị sản xuất chất bán dẫn của đối thủ cạnh tranh, nhà sản xuất đó thường tiếp tục mua thiết bị của đối thủ cạnh tranh đó, khiến chúng tôi khó bán cho khách hàng đó hơn trong tương lai. . thiết bị." Ngoài ra, việc bán thiết bị sản xuất chất bán dẫn chỉ giới hạn ở các trường đại học và các công ty sản xuất chất bán dẫn sở hữu nhà máy sản xuất chất bán dẫn không thể phát triển cơ sở khách hàng của họ ngoài các danh mục này vì thiết bị đó là duy nhất cho ngành bán dẫn.

Trợ cấp của Trung Quốc cho sản xuất thiết bị sản xuất chất bán dẫn làm méo mó thị trường:

Ngoài ra, Trung Quốc có kế hoạch cung cấp các khoản trợ cấp đáng kể để tài trợ cho việc sản xuất thiết bị sản xuất chất bán dẫn trong nước. Giai đoạn thứ hai của Quỹ đầu tư công nghiệp mạch tích hợp quốc gia Trung Quốc tập trung vào máy khắc, thiết bị lắng đọng, thiết bị thử nghiệm và làm sạch wafer, với nguồn tài trợ từ 28.9 tỷ USD đến 47 tỷ USD. Các khoản trợ cấp giúp các công ty Trung Quốc tiếp tục kinh doanh, mặc dù hầu hết dường như không có lãi. Ví dụ, theo Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), “việc bơm vốn của chính phủ đã có tác động rõ ràng đến hiệu quả tài chính của các nhà sản xuất chất bán dẫn Trung Quốc”, nơi mà sự gia tăng tài sản của công ty không tương xứng với sự tăng trưởng về lợi nhuận. . Những khoản trợ cấp này cung cấp cho các công ty Trung Quốc nguồn vốn để đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sản xuất chất bán dẫn thế hệ tiếp theo, mang lại cho họ lợi thế đáng kể so với các công ty không phải của Trung Quốc không nhận được các khoản trợ cấp đó. Không giống như trước đây, các nhà sản xuất thiết bị sản xuất chất bán dẫn ngày nay không muốn đầu tư vào R&D cho các kích thước wafer thế hệ tiếp theo, do chi phí vốn và R&D đáng kể để sản xuất thiết bị sản xuất chất bán dẫn cũng như sự không chắc chắn về thời gian và địa điểm sản xuất chip tiên tiến nhất sẽ được sản xuất. .