日本半導體設備，沒(méi)有那么強？

來(lái)源：內容由半導體行業(yè)觀(guān)察（ID：icbank）編譯自setup

在我（本文作者湯之上隆，下同）之前的文章《日本半導體設備和材料為何那么強？》中，我們描述了日本半導體制造設備的強。
但是，如圖1所示，從 2013 年左右開(kāi)始，整個(gè)日本的前端設備份額一直在下降。
圖1：前端工藝設備出貨量及地區占比變化（至2021年）來(lái)源：作者根據野村證券數據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“日本的半導體制造設備，以下一代技術(shù)應對全球市場(chǎng)份額下降”的文章。另外，7月28日，日經(jīng)新聞電子版發(fā)表了一篇內容完全相同的文章，標題為“日本的半導體制造設備，下一代技術(shù)奪回市場(chǎng)份額”。
但為什么日本在前端工藝設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，所有前端工藝設備的份額（不包括掩模檢測設備）將下降（圖 2）。我還認為，這與日本前端設備份額的下降直接相關(guān)。圖2：前端設備市場(chǎng)份額（2011年和2021年）來(lái)源：作者根據野村證券數據制作但是，我覺(jué)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備份額下降的問(wèn)題。分析結果顯示，歐美企業(yè)集中在市場(chǎng)規模較大的設備領(lǐng)域，市場(chǎng)份額有所增加。
除非日本企業(yè)的增長(cháng)速度趕上并超過(guò)西方和韓國企業(yè)，否則這個(gè)問(wèn)題將無(wú)法解決。畢竟可以說(shuō)事態(tài)嚴重。西方公司的戰略與集中度圖 3顯示了 2021 年各公司各前端工藝的市場(chǎng)份額、歐洲、美國和日本的份額以及市場(chǎng)規模。日本在設備領(lǐng)域具有市場(chǎng)占有率高的特點(diǎn)，但市場(chǎng)規模并不大。具體來(lái)看，90.6%份額的鍍膜機/顯影機33億美元，94.7%份額的熱處理設備38億美元，61.4%份額的單片清洗設備41億美元，90.7%的批量清洗設備設備成本9億美元，占68.7%份額的CD-SEM成本8億美元。沒(méi)有日本壟斷的設備領(lǐng)域，市場(chǎng)規模超過(guò)50億美元。圖 3：各公司前端設備市場(chǎng)份額、日本、美國和歐洲市場(chǎng)份額（2021 年） 來(lái)源：作者根據野村證券數據制作另一方面，在市場(chǎng)規模超過(guò)100億美元的設備領(lǐng)域，歐美設備制造商占據市場(chǎng)份額。具體來(lái)說(shuō)，ASML 在 164 億美元的曝光設備中占據 95%，Lam Research (Lam) 和 Applied Materials (AMAT) 合計占 189 億美元的干法蝕刻設備的 64.8%，約 100 億美元。在價(jià)值 104 億美元的外觀(guān)檢測設備中，KLA 和 AMAT 占據了 73% 的份額。
在其他市場(chǎng)規模小于100億美元的領(lǐng)域中，AMAT在濺射設備44億美元中占據86%的份額，在CMP設備28億美元中占據68%，在圖案檢測領(lǐng)域占據35億美元。KLA和AMAT合計壟斷設備87.5%。
ASML、AMAT、Lam和KLA是在各類(lèi)設備市場(chǎng)占據主導地位的四家西方公司，其中四類(lèi)設備價(jià)值超過(guò)100億美元?？傊?，歐美四家設備制造商在市場(chǎng)規模較大的領(lǐng)域牢牢占據了設備的份額。這顯示了西方公司獨有的戰略性質(zhì)和集中度。設備廠(chǎng)家銷(xiāo)售排名從目前的分析來(lái)看，4家歐美設備制造商在設備領(lǐng)域壟斷了市場(chǎng)份額，市場(chǎng)規模較大。這四家公司是什么時(shí)候開(kāi)始占據市場(chǎng)份額的？
圖4顯示了 2000 年至 2021 年設備制造商的前 10 名銷(xiāo)售排名。從這張圖可以看出，從2007年開(kāi)始，前五名的排名已經(jīng)固定為AMAT、ASML、Lam、Tokyo Electron（TEL）、KLA。圖 4：設備制造商前 10 名銷(xiāo)售排名（2000-2021）  來(lái)源：作者根據電子期刊《半導體制造設備數據手冊》和野村證券數據制作。但是，前五名的排名不時(shí)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(kāi)始排名逐漸下滑，從2015年開(kāi)始排名第四。
因此，從 2017 年到 2021 年，順序已轉移到第一 AMAT、第二 ASML、第三 Lam、第四TEL 和 第五 KLA。
從2007年開(kāi)始，前5名已經(jīng)確定，但前6名及以下每年都在劇烈波動(dòng)。其中，自2013年以來(lái)，清潔設備市場(chǎng)占有率全球第一的SCREEN已經(jīng)占據了第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(diǎn)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(xiāo)量第一的公司。據說(shuō)，三星當時(shí)已經(jīng)委托尼康、TEL、大日本屏幕制造（簡(jiǎn)稱(chēng)DNS，后來(lái)的SCREEN）等日本設備制造商在韓國為三星制造設備。
然而，許多日本制造商拒絕這樣做，擔心技術(shù)泄漏。但是，應三星的要求，SCREEN 于 1993 年 1 月與三星合資成立了 K-DNS。K-DNS 可能意味著(zhù)“韓國的 DNS”。向K-DNS派遣了大量的SCREEN工程師，在這里生產(chǎn)三星的清洗設備（圖5）。圖5：SCREEN（原DNS）和SEMES（原K-DNS）設備銷(xiāo)量 來(lái)源：作者根據電子期刊《半導體制造設備數據手冊》和野村證券數據制作事實(shí)上，第一臺本地生產(chǎn)的清洗設備已于 1994 年 5 月交付給三星的器興工廠(chǎng)。此后，K-DNS 繼續為三星提供清潔設備。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(shuō)，它被三星收購），使 SEMES 成為三星的全資子公司。以此為契機，三星所有的清潔設備均由SEMES制造，據悉，SCREEN已無(wú)法再向三星供應任何設備?？傊?，SCREEN把屋檐租出去了，主樓被接管了。
2021年，SEMES在設備銷(xiāo)售方面最終將超越SCREEN，盡管差距很小。
現在，回到主題。下面，我們來(lái)看看各大設備廠(chǎng)商的銷(xiāo)售趨勢。主要設備廠(chǎng)商銷(xiāo)售趨勢圖 6顯示了歐洲、美國、日本和韓國主要設備制造商的銷(xiāo)售趨勢。許多設備制造商在 2000 年 IT 泡沫期間出現了一個(gè)大高峰，在 2008 年雷曼沖擊后出現下滑，在 2018 年內存泡沫期間達到峰值，在 2019 年出現內存衰退，在 2020 年出現新冠風(fēng)暴。似乎正在增加銷(xiāo)量不管。圖6：主要設備制造商銷(xiāo)售趨勢（2000-2021）來(lái)源：作者根據電子期刊《半導體制造設備數據手冊》和野村證券數據制作2013年以來(lái)，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)先的團體是AMAT、ASML、Lam和TEL，而KLA的位置稍微遠一點(diǎn)，排在第5位。我猜是這個(gè)位置。
因此，下面我們將分析排名第5位及以上的設備制造商和排名第6位及以下的設備制造商的增長(cháng)潛力。前五名設備制造商增長(cháng)潛力每個(gè)設備制造商都在 2000 年 IT 泡沫時(shí)期出現了一個(gè)高峰。因此，我繪制了一個(gè)圖表，將 2000 年每家公司的銷(xiāo)售額標準化為“1”（圖 7）。簡(jiǎn)而言之，我想澄清自 2000 年以來(lái)的 21 年間，排名前五的公司增長(cháng)了多少。圖 7：2000 年標準化設備制造商銷(xiāo)售額排名前五 來(lái)源：作者根據電子期刊《半導體制造設備數據手冊》和野村證券數據制作因此，Lam 增長(cháng)最快，銷(xiāo)售額在 21 年內增長(cháng)了 8.9 倍。下面，按照增長(cháng)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(lái)，我繪制了一張圖表，將每家公司在 2011 年的銷(xiāo)售額標準化為“1”（圖 8）。這個(gè)結果比圖4更重要。這是因為這有可能導致日本自 2013 年以來(lái)前端設備的份額迅速下降。圖8：2011年標準化設備制造商銷(xiāo)售額排名前五 來(lái)源：作者根據電子期刊《半導體制造設備數據手冊》和野村證券數據制作從圖 8 來(lái)看，Lam 再次顯示出最高的增長(cháng)，在過(guò)去十年中增長(cháng)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(shuō)，唯一一家進(jìn)入前五名的日本公司TEL表現不錯，但與Lam的增長(cháng)潛力相差甚遠。那么為什么Lam會(huì )變得如此之大呢？Lam的成長(cháng)源泉是什么？首先，2008 年，Lam 收購了奧地利單晶圓清洗設備制造商 SEZ。大約在 2008 年左右，清洗設備的范式從批量型轉變?yōu)閱纹?，?SEZ 為 Lam 的成長(cháng)做出了貢獻。
2011年，Lam收購了CVD設備制造商Novellus。2016年以來(lái)，NAND型閃存向3D化，CVD設備的需求急劇增加，因此Novellus對Lam的增長(cháng)做出了極其巨大的貢獻。
此外，Lam 原本在柵極和金屬導電薄膜的干法蝕刻設備市場(chǎng)占有率最高。在這里，Lam 開(kāi)始蠶食 TEL 在 2000 年后投入使用的 Cu/Low-k 介質(zhì)蝕刻設備的市場(chǎng)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S(chǎng)EZ和Novellus以及擴大3D NAND閃存用HARC等絕緣膜干法刻蝕設備的銷(xiāo)售是高增長(cháng)的源泉。
Lam和TEL在干法刻蝕設備、CVD設備、單晶圓清洗設備方面處于競爭關(guān)系，但TEL在整體增長(cháng)方面落后于Lam。這被認為是日本前端工藝設備份額下降的原因之一。前6名以下的設備制造商增長(cháng)潛力現在我們來(lái)分析一下前六名及以下設備制造商的增長(cháng)潛力。圖9是以2000年IT泡沫的銷(xiāo)量為“1”，將前6名及以下主要設備制造商的銷(xiāo)售額標準化的圖表。圖 9：2000 年標準化前 6 名以下設備制造商的銷(xiāo)售額 來(lái)源：作者根據電子期刊《半導體制造設備數據手冊》和野村證券數據制作請注意，垂直軸上的標準化銷(xiāo)售額是對數的。令人驚訝的是，韓國的 SEMES 增長(cháng)了 31.6 倍。如果把圖表畫(huà)在線(xiàn)性軸上，除了SEMES以外的設備制造商的增長(cháng)幾乎無(wú)法理解，所以我只好把它畫(huà)在對數軸上。即便如此，SEMES的增長(cháng)潛力也是巨大的。
SEMES以外，增長(cháng)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(huì )社0.81倍、佳能0.67倍、尼康0.15 倍。荏原公司、佳能和尼康的負增長(cháng)不到 1 倍。
接下來(lái)，我繪制了一張圖表，將每家公司在 2011 年的銷(xiāo)售額標準化為“1”（圖 10）。再次，SEMES 的增長(cháng)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(huì )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年標準化6強以下設備廠(chǎng)商銷(xiāo)售額 資料來(lái)源：作者根據電子期刊《半導體制造設備數據手冊》和野村證券數據制作在這里，Kokusai electric是唯一一家增長(cháng)一倍以上的日本設備制造商，總體而言，日本企業(yè)的增長(cháng)率并不高。SCREEN和日立高新技術(shù)幾乎沒(méi)有增長(cháng)，尼康的增長(cháng)率明顯為負。
設備銷(xiāo)售排名前10的日本設備制造商很多。但是，如果我們分析其增長(cháng)潛力，與韓國的SEMES和歐洲的ASMI相比，可以說(shuō)是相形見(jiàn)絀。總結與未來(lái)展望圖 11顯示了歐洲、美國、日本和韓國主要設備制造商的增長(cháng)潛力和設備組合。我們通過(guò)將設備制造商分為前 5 名或以上和前 6 名或以下，分析了 2000 年和 2011 年的增長(cháng)率。在圖 11 中，藍色顯示高增長(cháng)，綠色顯示中等增長(cháng)，黃色顯示中等增長(cháng)，粉紅色顯示低增長(cháng)。
圖11：主要前端設備廠(chǎng)商增長(cháng)率及設備組合 來(lái)源：作者根據電子期刊《半導體制造設備數據手冊》和野村證券數據制作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(kāi)始的增長(cháng)率都“有點(diǎn)高”。因此，可以說(shuō)TEL表現不錯，但與Lam的高成長(cháng)潛力不匹配，后者在干法刻蝕設備、CVD設備、清洗設備等領(lǐng)域展開(kāi)競爭。
在前六名之下，SEMES 和 ASMI 自 2011 年以來(lái)均顯示出高增長(cháng)率。其中，Kokusai electric是唯一一家被評價(jià)為從2000年到2011年增長(cháng)速度“略高”的日本企業(yè)，可以說(shuō)表現不錯。然而，沒(méi)有其他日本設備制造商顯示出高增長(cháng)潛力。相反，低增長(cháng)的公司隨處可見(jiàn)。
此外，涉足100億美元以上裝備領(lǐng)域的西方企業(yè)普遍表現出“高”或“略高”的增長(cháng)潛力。另一方面，不幸的是，不得不說(shuō)，日本設備制造商的增長(cháng)潛力普遍不如歐美和韓國公司。
我們分析了2013年以來(lái)日本前端設備份額快速下降的原因。得出的結論是，歐美四家公司戰略集中在裝備領(lǐng)域突破100億美元，穩占市場(chǎng)份額，而日本在銷(xiāo)售增長(cháng)方面不及歐美韓。據說(shuō)是市場(chǎng)份額下降的原因。那么日本設備制造商應該怎么做呢？日本設備制造商如何繼續？在文章開(kāi)頭提到的文章，，我解釋了日本設備制造商的競爭力如下（圖12）。“在日本市場(chǎng)占有率高的設備，往往處理液體、流體、粉末，初始形狀不固定，因此，需要優(yōu)化的參數很多，而且非常復雜。在這種情況下，日本人通過(guò)經(jīng)驗和直覺(jué)找到了最優(yōu)解。這個(gè)過(guò)程有很多無(wú)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(chē)間的持續改進(jìn)和改進(jìn)很重要，勤奮和耐心的日本人將零件優(yōu)化到最小的細節。因此，設備、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(chǎng)占有率的源泉。
圖12：日本與歐美設備發(fā)展差異[點(diǎn)擊放大] 來(lái)源：Takashi Yunoue / EE Times Japan然而，隨著(zhù)各類(lèi)設備變得極其復雜和高精度，日本的這種設備開(kāi)發(fā)方式或許正在走向轉折點(diǎn)。那么，在未來(lái)的裝備發(fā)展中，可能需要在充分發(fā)揮日本特色的同時(shí)，努力吸收歐美的優(yōu)點(diǎn)。上述文章對歐美的設備開(kāi)發(fā)方法進(jìn)行了如下討論。“首先，我們通過(guò)營(yíng)銷(xiāo)把握需求?？茖W(xué)正處于開(kāi)發(fā)各種設備的開(kāi)端?；谶@些需求和科學(xué)，整個(gè)設備由一個(gè)強大的自上而下的領(lǐng)導者來(lái)架構。當時(shí)，它通常是模塊化的。
此外，我們在設備開(kāi)發(fā)的每個(gè)過(guò)程中都充分利用了模擬。此外，技術(shù)和專(zhuān)有技術(shù)被轉化為軟件并集成到設備中。然后，通過(guò)將這些整合在一起，我們將創(chuàng )造出世界標準的設備……（略）阻止市場(chǎng)份額的下降并再次增加它并非易事。但是，日本要想在前端設備領(lǐng)域保持高水平的競爭力，卻是無(wú)法回避的問(wèn)題。對于日本設備制造商來(lái)說(shuō)，這是關(guān)鍵時(shí)刻。我希望這不會(huì )重演日本半導體產(chǎn)業(yè)的衰落。

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