日本半導(dǎo)體設(shè)備，沒有那么強？

來源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察（ID：icbank）編譯自setup

在我（本文作者湯之上隆，下同）之前的文章《日本半導(dǎo)體設(shè)備和材料為何那么強？》中，我們描述了日本半導(dǎo)體制造設(shè)備的強。
但是，如圖1所示，從 2013 年左右開始，整個日本的前端設(shè)備份額一直在下降。
圖1：前端工藝設(shè)備出貨量及地區(qū)占比變化（至2021年）來源：作者根據(jù)野村證券數(shù)據(jù)制作這篇文章似乎已經(jīng)向四面八方發(fā)出了漣漪。這是因為，7月20日，日經(jīng)Crosstech發(fā)表了一篇題為“日本的半導(dǎo)體制造設(shè)備，以下一代技術(shù)應(yīng)對全球市場份額下降”的文章。另外，7月28日，日經(jīng)新聞電子版發(fā)表了一篇內(nèi)容完全相同的文章，標(biāo)題為“日本的半導(dǎo)體制造設(shè)備，下一代技術(shù)奪回市場份額”。
但為什么日本在前端工藝設(shè)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(shè)備的份額（不包括掩模檢測設(shè)備）將下降（圖 2）。我還認(rèn)為，這與日本前端設(shè)備份額的下降直接相關(guān)。圖2：前端設(shè)備市場份額（2011年和2021年）來源：作者根據(jù)野村證券數(shù)據(jù)制作但是，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(shè)備份額下降的問題。分析結(jié)果顯示，歐美企業(yè)集中在市場規(guī)模較大的設(shè)備領(lǐng)域，市場份額有所增加。
除非日本企業(yè)的增長速度趕上并超過西方和韓國企業(yè)，否則這個問題將無法解決。畢竟可以說事態(tài)嚴(yán)重。西方公司的戰(zhàn)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(guī)模。日本在設(shè)備領(lǐng)域具有市場占有率高的特點，但市場規(guī)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(shè)備38億美元，61.4%份額的單片清洗設(shè)備41億美元，90.7%的批量清洗設(shè)備設(shè)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(shè)備領(lǐng)域，市場規(guī)模超過50億美元。圖 3：各公司前端設(shè)備市場份額、日本、美國和歐洲市場份額（2021 年） 來源：作者根據(jù)野村證券數(shù)據(jù)制作另一方面，在市場規(guī)模超過100億美元的設(shè)備領(lǐng)域，歐美設(shè)備制造商占據(jù)市場份額。具體來說，ASML 在 164 億美元的曝光設(shè)備中占據(jù) 95%，Lam Research (Lam) 和 Applied Materials (AMAT) 合計占 189 億美元的干法蝕刻設(shè)備的 64.8%，約 100 億美元。在價值 104 億美元的外觀檢測設(shè)備中，KLA 和 AMAT 占據(jù)了 73% 的份額。
在其他市場規(guī)模小于100億美元的領(lǐng)域中，AMAT在濺射設(shè)備44億美元中占據(jù)86%的份額，在CMP設(shè)備28億美元中占據(jù)68%，在圖案檢測領(lǐng)域占據(jù)35億美元。KLA和AMAT合計壟斷設(shè)備87.5%。
ASML、AMAT、Lam和KLA是在各類設(shè)備市場占據(jù)主導(dǎo)地位的四家西方公司，其中四類設(shè)備價值超過100億美元?？傊瑲W美四家設(shè)備制造商在市場規(guī)模較大的領(lǐng)域牢牢占據(jù)了設(shè)備的份額。這顯示了西方公司獨有的戰(zhàn)略性質(zhì)和集中度。設(shè)備廠家銷售排名從目前的分析來看，4家歐美設(shè)備制造商在設(shè)備領(lǐng)域壟斷了市場份額，市場規(guī)模較大。這四家公司是什么時候開始占據(jù)市場份額的？
圖4顯示了 2000 年至 2021 年設(shè)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(jīng)固定為AMAT、ASML、Lam、Tokyo Electron（TEL）、KLA。圖 4：設(shè)備制造商前 10 名銷售排名（2000-2021）  來源：作者根據(jù)電子期刊《半導(dǎo)體制造設(shè)備數(shù)據(jù)手冊》和野村證券數(shù)據(jù)制作。但是，前五名的排名不時發(fā)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(zhuǎn)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(jīng)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(shè)備市場占有率全球第一的SCREEN已經(jīng)占據(jù)了第6位。然而，2016年首次進(jìn)入前10名的韓國SEMES已經(jīng)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(fā)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(jù)說，三星當(dāng)時已經(jīng)委托尼康、TEL、大日本屏幕制造（簡稱DNS，后來的SCREEN）等日本設(shè)備制造商在韓國為三星制造設(shè)備。
然而，許多日本制造商拒絕這樣做，擔(dān)心技術(shù)泄漏。但是，應(yīng)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(chǎn)三星的清洗設(shè)備（圖5）。圖5：SCREEN（原DNS）和SEMES（原K-DNS）設(shè)備銷量 來源：作者根據(jù)電子期刊《半導(dǎo)體制造設(shè)備數(shù)據(jù)手冊》和野村證券數(shù)據(jù)制作事實上，第一臺本地生產(chǎn)的清洗設(shè)備已于 1994 年 5 月交付給三星的器興工廠。此后，K-DNS 繼續(xù)為三星提供清潔設(shè)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(shè)備均由SEMES制造，據(jù)悉，SCREEN已無法再向三星供應(yīng)任何設(shè)備?？傊琒CREEN把屋檐租出去了，主樓被接管了。
2021年，SEMES在設(shè)備銷售方面最終將超越SCREEN，盡管差距很小。
現(xiàn)在，回到主題。下面，我們來看看各大設(shè)備廠商的銷售趨勢。主要設(shè)備廠商銷售趨勢圖 6顯示了歐洲、美國、日本和韓國主要設(shè)備制造商的銷售趨勢。許多設(shè)備制造商在 2000 年 IT 泡沫期間出現(xiàn)了一個大高峰，在 2008 年雷曼沖擊后出現(xiàn)下滑，在 2018 年內(nèi)存泡沫期間達(dá)到峰值，在 2019 年出現(xiàn)內(nèi)存衰退，在 2020 年出現(xiàn)新冠風(fēng)暴。似乎正在增加銷量不管。圖6：主要設(shè)備制造商銷售趨勢（2000-2021）來源：作者根據(jù)電子期刊《半導(dǎo)體制造設(shè)備數(shù)據(jù)手冊》和野村證券數(shù)據(jù)制作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(lǐng)先的團(tuán)體是AMAT、ASML、Lam和TEL，而KLA的位置稍微遠(yuǎn)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(shè)備制造商和排名第6位及以下的設(shè)備制造商的增長潛力。前五名設(shè)備制造商增長潛力每個設(shè)備制造商都在 2000 年 IT 泡沫時期出現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)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。圖 7：2000 年標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備制造商銷售額排名前五 來源：作者根據(jù)電子期刊《半導(dǎo)體制造設(shè)備數(shù)據(jù)手冊》和野村證券數(shù)據(jù)制作因此，Lam 增長最快，銷售額在 21 年內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)化為“1”（圖 8）。這個結(jié)果比圖4更重要。這是因為這有可能導(dǎo)致日本自 2013 年以來前端設(shè)備的份額迅速下降。圖8：2011年標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備制造商銷售額排名前五 來源：作者根據(jù)電子期刊《半導(dǎo)體制造設(shè)備數(shù)據(jù)手冊》和野村證券數(shù)據(jù)制作從圖 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(jìn)入前五名的日本公司TEL表現(xiàn)不錯，但與Lam的增長潛力相差甚遠(yuǎn)。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(shè)備制造商 SEZ。大約在 2008 年左右，清洗設(shè)備的范式從批量型轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹停?SEZ 為 Lam 的成長做出了貢獻(xiàn)。
2011年，Lam收購了CVD設(shè)備制造商Novellus。2016年以來，NAND型閃存向3D化，CVD設(shè)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(xiàn)。
此外，Lam 原本在柵極和金屬導(dǎo)電薄膜的干法蝕刻設(shè)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(zhì)蝕刻設(shè)備的市場份額?；谶@項技術(shù)，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(shè)備的銷售是高增長的源泉。
Lam和TEL在干法刻蝕設(shè)備、CVD設(shè)備、單晶圓清洗設(shè)備方面處于競爭關(guān)系，但TEL在整體增長方面落后于Lam。這被認(rèn)為是日本前端工藝設(shè)備份額下降的原因之一。前6名以下的設(shè)備制造商增長潛力現(xiàn)在我們來分析一下前六名及以下設(shè)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(shè)備制造商的銷售額標(biāo)準(zhǔn)化的圖表。圖 9：2000 年標(biāo)準(zhǔn)化前 6 名以下設(shè)備制造商的銷售額 來源：作者根據(jù)電子期刊《半導(dǎo)體制造設(shè)備數(shù)據(jù)手冊》和野村證券數(shù)據(jù)制作請注意，垂直軸上的標(biāo)準(zhǔn)化銷售額是對數(shù)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(shè)備制造商的增長幾乎無法理解，所以我只好把它畫在對數(shù)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(shù)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(shù) 0.97 倍、尼康 0.16 倍。
圖10：2011年標(biāo)準(zhǔn)化6強以下設(shè)備廠商銷售額 資料來源：作者根據(jù)電子期刊《半導(dǎo)體制造設(shè)備數(shù)據(jù)手冊》和野村證券數(shù)據(jù)制作在這里，Kokusai electric是唯一一家增長一倍以上的日本設(shè)備制造商，總體而言，日本企業(yè)的增長率并不高。SCREEN和日立高新技術(shù)幾乎沒有增長，尼康的增長率明顯為負(fù)。
設(shè)備銷售排名前10的日本設(shè)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(jié)與未來展望圖 11顯示了歐洲、美國、日本和韓國主要設(shè)備制造商的增長潛力和設(shè)備組合。我們通過將設(shè)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(lán)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。
圖11：主要前端設(shè)備廠商增長率及設(shè)備組合 來源：作者根據(jù)電子期刊《半導(dǎo)體制造設(shè)備數(shù)據(jù)手冊》和野村證券數(shù)據(jù)制作TEL 是唯一一家進(jìn)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(xiàn)不錯，但與Lam的高成長潛力不匹配，后者在干法刻蝕設(shè)備、CVD設(shè)備、清洗設(shè)備等領(lǐng)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(yè)，可以說表現(xiàn)不錯。然而，沒有其他日本設(shè)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(lǐng)域的西方企業(yè)普遍表現(xiàn)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(shè)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(shè)備份額快速下降的原因。得出的結(jié)論是，歐美四家公司戰(zhàn)略集中在裝備領(lǐng)域突破100億美元，穩(wěn)占市場份額，而日本在銷售增長方面不及歐美韓。據(jù)說是市場份額下降的原因。那么日本設(shè)備制造商應(yīng)該怎么做呢？日本設(shè)備制造商如何繼續(xù)？在文章開頭提到的文章，，我解釋了日本設(shè)備制造商的競爭力如下（圖12）。“在日本市場占有率高的設(shè)備，往往處理液體、流體、粉末，初始形狀不固定，因此，需要優(yōu)化的參數(shù)很多，而且非常復(fù)雜。在這種情況下，日本人通過經(jīng)驗和直覺找到了最優(yōu)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(xù)改進(jìn)和改進(jìn)很重要，勤奮和耐心的日本人將零件優(yōu)化到最小的細(xì)節(jié)。因此，設(shè)備、材料和零件是自下而上創(chuàng)建的。相信這些日本特色是高市場占有率的源泉。
圖12：日本與歐美設(shè)備發(fā)展差異[點擊放大] 來源：Takashi Yunoue / EE Times Japan然而，隨著各類設(shè)備變得極其復(fù)雜和高精度，日本的這種設(shè)備開發(fā)方式或許正在走向轉(zhuǎn)折點。那么，在未來的裝備發(fā)展中，可能需要在充分發(fā)揮日本特色的同時，努力吸收歐美的優(yōu)點。上述文章對歐美的設(shè)備開發(fā)方法進(jìn)行了如下討論。“首先，我們通過營銷把握需求?？茖W(xué)正處于開發(fā)各種設(shè)備的開端?；谶@些需求和科學(xué)，整個設(shè)備由一個強大的自上而下的領(lǐng)導(dǎo)者來架構(gòu)。當(dāng)時，它通常是模塊化的。
此外，我們在設(shè)備開發(fā)的每個過程中都充分利用了模擬。此外，技術(shù)和專有技術(shù)被轉(zhuǎn)化為軟件并集成到設(shè)備中。然后，通過將這些整合在一起，我們將創(chuàng)造出世界標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)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(shè)備領(lǐng)域保持高水平的競爭力，卻是無法回避的問題。對于日本設(shè)備制造商來說，這是關(guān)鍵時刻。我希望這不會重演日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的衰落。

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