韓媒最新報道顯示,當(dāng)前半導(dǎo)體核心部件的交貨周期已長達(dá)6個月,相比此前的2-3個月交期已經(jīng)翻了兩倍有余,。另據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)數(shù)據(jù)顯示,部分晶圓廠設(shè)備的交付時間甚至超過2年,。

在近日美國半導(dǎo)體設(shè)備龍頭應(yīng)用材料舉辦的2022財年第二季度財報電話會議上,公司總裁兼CEO Gary Dickerson表示,應(yīng)用材料正在面對供應(yīng)中的多重挑戰(zhàn),關(guān)鍵問題是硅元件以及設(shè)備子系統(tǒng)中某些部件的短缺。Gary Dickerson還表示,應(yīng)用材料正在通過和供應(yīng)商加強聯(lián)系,、跟蹤客戶需求等方式解決短缺問題,這樣不僅和供應(yīng)商加強合作,還設(shè)立了能夠克服零部件短缺的方案,將在未來幾年加速產(chǎn)品交付效率,。其首席財務(wù)官Brice Hill也提到其庫存和發(fā)貨成本不斷上升,導(dǎo)致了公司毛利率的下降。

眾所周知,應(yīng)用材料是全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商,尤其是在薄膜沉積,、離子注入,、機械化學(xué)拋光(CMP)等設(shè)備市場中均占據(jù)了舉足輕重的份額占比。不僅僅是應(yīng)用材料遭受著部件短缺帶來的收益下降難題,設(shè)備龍頭泛林,、東京電子,、ASML等廠商也紛紛表態(tài),直言當(dāng)前困苦,。要知道,這四家廠商可以說基本占據(jù)了全球半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)中的絕大部分市場份額,但這些巨頭最新季度的電話會議卻顯示,其均受到了零部件短缺的影響。

刻蝕設(shè)備龍頭泛林的首席執(zhí)行官Timothy M. Archer也表示,公司正面臨著物流和運費上漲,、鎳 / 鋁等大宗商品推動的原材料,以及集成電路成本的增加等問題,。同時泛林海提到了關(guān)鍵部件短缺導(dǎo)致的訂單積壓,以及收入遞延的情況。據(jù)悉,泛林遞延收入已超過20億美元,。Timothy M. Archer認(rèn)為,若供應(yīng)不受限制,全球前端晶圓廠設(shè)備市場需求或超過1000億美元,很多無法被滿足的需求或?qū)⒀永m(xù)至明年,。

光刻機龍頭ASML首席執(zhí)行官Peter Wennink針對訂單積壓表示,半導(dǎo)體行業(yè)對光刻機的強勁需求,導(dǎo)致了過去幾個季度大量的預(yù)定訂單,其積壓訂單金額約290億歐元,再創(chuàng)歷史新高。但意外的是,盡管訂單爆滿,ASML的毛利率較去年同期仍有所下降,。

代工大廠齊擴產(chǎn)引發(fā)半導(dǎo)體設(shè)備訂單滿載

半導(dǎo)體設(shè)備短缺的背后,是全球晶圓廠大肆擴產(chǎn)帶來的半導(dǎo)體設(shè)備需求大漲,。自2020年缺芯潮出現(xiàn)以來,臺積電、三星,、英特爾,、中芯國際等代工主力大廠相繼建廠、擴產(chǎn),。其中臺積電在美國,、中國大陸、中國臺灣和日本全面啟動建廠擴產(chǎn)計劃,制程覆蓋28nm-5nm,。在美國亞利桑那州建設(shè)5nm制程的12英寸晶圓廠,預(yù)計2024年投產(chǎn);在南京擴建28nm制程產(chǎn)能,預(yù)計2022年投產(chǎn);在中國臺灣高雄建設(shè)7nm與28nm晶圓廠,預(yù)計2024年投產(chǎn);在日本熊本和索尼共同建設(shè)22/28nm晶圓廠,預(yù)計2024年投產(chǎn),。

三星于去年宣布將在美國得克薩斯州和韓國平澤建設(shè)12英寸晶圓廠,兩座晶圓廠制程分別為3nm和5nm,預(yù)計將于2023年和2022年投產(chǎn);英特爾則宣布在美國亞利桑那州、愛爾蘭以及德國建設(shè)12英寸晶圓廠,并生產(chǎn)基于Intel 7及更先進節(jié)點的芯片,。

中芯國際與與臺積電,、三星等傳統(tǒng)金圓代工企業(yè)相比,核心競爭力優(yōu)勢并不明顯。但在國內(nèi)它有較為充分的專利優(yōu)勢,專利獲得量,申請量都在國內(nèi)居于首位,同時也承載了國內(nèi)大部分代工訂單,。在公司的擴產(chǎn)規(guī)劃和產(chǎn)能分配上,2022年初上海臨港新廠破土動工,京城和深圳兩個項目穩(wěn)步推進,預(yù)計今年年底投入生產(chǎn),中芯國際2022年計劃產(chǎn)能的增量將會多于2021年,。

根據(jù)SEMI的預(yù)測,2020年至2024年期間,全球?qū)?6家新晶圓廠或大型晶圓廠擴建項目投產(chǎn),2022年全球晶圓廠設(shè)備總支出將超過800億美元,全球晶圓廠設(shè)備支出有望連續(xù)三年創(chuàng)下歷史新高。

國產(chǎn)設(shè)備廠商保持高增速

值得注意的是,在海外設(shè)備大廠因為訂單積壓等問題苦惱時,中微公司,、北方華創(chuàng)等國產(chǎn)設(shè)備廠商也借此迎來黃金發(fā)展期,多家廠商保持了50%以上的營收增長,遠(yuǎn)超SEMI預(yù)計12%的全球行業(yè)增速,。

有券商機構(gòu)統(tǒng)計,2022年Q1 A股設(shè)備大廠北方華創(chuàng)、中微公司,、盛美上海,、華峰測控、長川科技,、至純科技和芯源微等半導(dǎo)體設(shè)備公司平均營收同比增長高達(dá)63%,。其中,營收最高的北方華創(chuàng)和中微公司同比營收增長均超過50%,這說明在半導(dǎo)體設(shè)備短缺背后,國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備公司發(fā)育態(tài)勢正猛。

具體來看,北方華創(chuàng),、晶盛機電,、中微公司營收排在前列;從營收增幅來看,基本上全部實現(xiàn)了正增長,其中華峰測控、至純科技,、晶盛機電均實現(xiàn)了100%以上的營收增幅,。

從凈利潤來看,近半數(shù)廠商近利潤破億;凈利潤增幅方面,華峰測控、芯源微分別以355.74%,、398.34%的數(shù)據(jù)遙遙領(lǐng)先,。

對于當(dāng)前行業(yè)高景氣度以及訂單產(chǎn)能等問題的影響,多家廠商也在業(yè)績說明會中給出了各自的回應(yīng)。北方華創(chuàng)表示,公司目前在手訂單較為充足,生產(chǎn)經(jīng)營正常,預(yù)計上半年業(yè)績將保持增長,。針對疫情對公司生產(chǎn)和經(jīng)營的影響,北方華創(chuàng)表示,進口零部件和國產(chǎn)零部件交付周期均有所延長,導(dǎo)致公司半導(dǎo)體設(shè)備交付周期可能有所延長,。從短期看消費電子下滑導(dǎo)致缺芯緩解,從長期看應(yīng)不會對國內(nèi)集成電路行業(yè)的資本開支產(chǎn)生影響。

中微公司也針對業(yè)績說明表示,公司2021年新簽訂單41.3億元,同比增長90.5%,其中以刻蝕產(chǎn)品為主,。在先進制程的刻蝕裝備上,中微公司的刻蝕設(shè)備在國內(nèi)主要客戶端市場占有率不斷提升,。在邏輯集成電路制造環(huán)節(jié),公司開發(fā)的12英寸高端刻蝕設(shè)備已運用在國際知名客戶65nm到5nm等先進的芯片生產(chǎn)線上;同時,公司根據(jù)先進集成電路廠商的需求,已開發(fā)出小于5nm刻蝕設(shè)備用于若干關(guān)鍵步驟的加工,并已獲得行業(yè)領(lǐng)先客戶的批量訂單。

半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)格局一覽:EUV領(lǐng)域難抗衡

雖然國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備廠商在營收增均上普遍高于應(yīng)用材料,、東京電子,、泛林、ASML四家國際龍頭,但從營收規(guī)模,、設(shè)備產(chǎn)品線的覆蓋程度等比起來均有所不足,。

光刻

具體來看,最重要的光刻環(huán)節(jié)需要用到光刻機(Mask Aligner又名掩模對準(zhǔn)曝光機)曝光系統(tǒng),光刻系統(tǒng)等,是制造芯片的核心裝備。它采用類似照片沖印的技術(shù),把掩膜版上的精細(xì)圖形通過光線的曝光印制到硅片上,。光刻機是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設(shè)備,需要掌握深厚的光學(xué)和電子工業(yè)技術(shù),世界上只有少數(shù)廠家掌握,而且光刻機價格昂貴,通常在3千萬至5億美元,。極紫外光刻機(EUV)由ASML一家獨大,尼康、佳能也僅僅能在深紫外線光刻機(DUV)上與之爭鋒,國內(nèi)方面僅有上海微電子較為知名,。

光刻環(huán)節(jié)還要用到涂膠顯影設(shè)備,以及對準(zhǔn)檢測設(shè)備等,。涂膠顯影設(shè)備是利用機械手實現(xiàn)晶圓在各系統(tǒng)間的傳輸和加工,與光刻機達(dá)成完美配合從而完成晶圓的光刻膠涂覆、固化,、顯影等工藝過程,。國外以東京電子、迪恩士,、蘇斯微,國內(nèi)有芯源微較為知名;對準(zhǔn)檢測設(shè)備主要用于光刻工藝中掩模板與晶圓的對準(zhǔn),、芯片鍵合時芯片與基板的對準(zhǔn)、表面組裝工藝中元器件與PCB基板的對準(zhǔn),也應(yīng)用于各種加工過程中,如晶圓測試,、晶圓劃片,、各種激光加工工藝中等。KLA,、應(yīng)用材料,、Onto占據(jù)大部分市場,精測電子、賽騰股份,、中微公司等能夠在國內(nèi)排上號,。

氧化/擴散

氧化/擴散環(huán)節(jié)要用到擴散爐、氧化爐等設(shè)備,擴散爐用于大規(guī)模集成電路,、分立器件,、電力電子,、光電器件和光導(dǎo)纖維等行業(yè)的擴散、氧化,、退火,、合金及燒結(jié)等工藝。擴散工藝的主要用途是在高溫條件下對半導(dǎo)體晶圓進行摻雜,即將元素磷,、硼擴散入硅片,從而改變和控制半導(dǎo)體內(nèi)雜質(zhì)的類型,、濃度和分布,以便建立起不同的電特性區(qū)域。氧化爐為半導(dǎo)體材料進氧化處理,提供要求的氧化氛圍,實現(xiàn)半導(dǎo)體設(shè)計預(yù)期的氧化處理,是半導(dǎo)體加工過程不可或缺的一個環(huán)節(jié),。國外廠商以應(yīng)用材料,、東京電子、日本日立為主,國內(nèi)以北方華創(chuàng),、屹唐半導(dǎo)體為主,。

刻蝕

刻蝕狹義理解就是光刻腐蝕,先通過光刻將光刻膠進行光刻曝光處理,然后通過其它方式實現(xiàn)腐蝕處理掉所需除去的部分。隨著微制造工藝的發(fā)展,廣義上來講,刻蝕成了通過溶液,、反應(yīng)離子或其它機械方式來剝離,、去除材料的一種統(tǒng)稱,成為微加工制造的一種普適叫法。

刻蝕按照被刻蝕材料劃分,主要分為硅刻蝕,、介質(zhì)刻蝕以及金屬刻蝕,。不同的刻蝕材質(zhì)其所使用的的刻蝕機差距較大?？涛g機方面泛林,、東京電子、應(yīng)用材料是國外的知名代表,國內(nèi)則以北方華創(chuàng),、中微公司,、屹唐半導(dǎo)體等擁有較多話語權(quán)。

清洗

集成電路制造過程中,隨著特征尺寸的不斷縮小,半導(dǎo)體對雜質(zhì)含量越來越敏感,難以避免會引入一些顆粒,、有機物,、金屬和氧化物等污染物。清洗關(guān)鍵目的在于減少雜質(zhì)對芯片良率的影響,實際生產(chǎn)中不僅僅需要提高單次的清洗效率,還需要在幾乎所有制程前后都頻繁的進行清洗,清洗步驟約占整體步驟的33%,。

單片清洗設(shè)備跟槽式清洗設(shè)備區(qū)別在于,前者多用于單晶圓清洗,采用噴霧或聲波結(jié)合化學(xué)試劑對單晶圓進行清洗,能夠在制造周期提供更好的工藝控制;另外圓片邊緣清洗效果更好,多品種小批量生產(chǎn)的適配性等優(yōu)點也是單晶圓清洗的優(yōu)勢之一,。而槽式清洗設(shè)備通常采用槽式的全自動清洗機。這種方法或存在交叉污染,、清洗均勻可控性和后續(xù)工藝相容性等問題,在45nm工藝周期到來時已經(jīng)無法適應(yīng)新的清洗要求,單晶圓清洗開始逐步取代批量清洗,。清洗設(shè)備方面國外有迪恩士、東京電子,、泛林等,國內(nèi)則由北方華創(chuàng),、盛美半導(dǎo)體、至純科技主導(dǎo),。

離子注入

離子注入是通過對半導(dǎo)體材料表面進行某種元素的摻雜,從而改變其特性的工藝制程,在泛半導(dǎo)體工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用,。離子注入設(shè)備是高壓小型加速器中的一種,應(yīng)用數(shù)量最多,。它是由離子源得到所需要的離子,經(jīng)過加速得到幾百千電子伏能量的離子束流,用做半導(dǎo)體材料、大規(guī)模集成電路和器件的離子注入,還用于金屬材料表面改性和制膜等,。常用的生產(chǎn)型離子注入機主要有三種類型:低能大束流注入機,、高能注入機和中束流注入機。應(yīng)用材料,、亞舍利科技、SMIT是該領(lǐng)域國外最為知名的代表,國內(nèi)以中科信,、凱世通等更具代表性,。

薄膜生長

薄膜生長是集成電路制造中的重要環(huán)節(jié),主要應(yīng)用在電子半導(dǎo)體功能器件和光學(xué)鍍膜上,總的來說可以分為物理方法(PVD)和化學(xué)方法(CVD),兩者各有優(yōu)缺。其中用到的設(shè)備包括原子層沉積設(shè)備,、電鍍設(shè)備,。原子層沉積設(shè)備可以將物質(zhì)以單原子膜形式一層一層的鍍在基底表面的方法。電鍍設(shè)備主要分為前道銅互連電鍍設(shè)備和后道先進封裝電鍍設(shè)備,。前道銅互連電鍍設(shè)備針對55nn,、40nm、28nm 及20-14nm以下技術(shù)節(jié)點的前道銅互連鍍銅技術(shù)Ultra ECP map,主要作用在晶圓上沉淀一層致密,、無孔洞,、無縫隙和其他缺陷、分布均勻的銅;后道先進封裝電鍍設(shè)備針對先進封裝電鍍需求進行差異化開發(fā),適用于大電流高速電鍍應(yīng)用, 并采用模塊化設(shè)計便于維護和控制,減少設(shè)備維護保養(yǎng)時間,提高設(shè)備使用率,。該領(lǐng)域國外由應(yīng)用材料,、Evatec、Ulvac等為主,國內(nèi)以北方華創(chuàng)為主,。

拋光

拋光方面,拋光設(shè)備依靠非常細(xì)小的拋光粉的磨削,、滾壓作用,除去試樣磨面上的極薄一層金屬。拋光常常用于增強產(chǎn)品的外觀,防止儀器的污染,除去氧化,創(chuàng)建一個反射表面,或防止腐蝕的管道,。在半導(dǎo)體制造的過程中,拋光用于形成平坦,無缺陷的表面,用于在顯微鏡下檢查金屬的微觀結(jié)構(gòu),。拋光過程中可以使用拋光墊和拋光液。應(yīng)用材料,、Ebara,、Evatec是國外的拋光設(shè)備代表,華海清科、電科裝備45所是國內(nèi)的代表,。

封裝測試

封裝測試是半導(dǎo)體制造流程中極其重要的收尾工作,。半導(dǎo)體封裝是利用薄膜細(xì)微加工等技術(shù)將芯片在基板上布局、固定及連接,并用可塑性絕緣介質(zhì)灌封后形成電子產(chǎn)品的過程,目的是保護芯片免受損傷,保證芯片的散熱性能,以及實現(xiàn)電能和電信號的傳輸,確保系統(tǒng)正常工作;而半導(dǎo)體測試主要是對芯片外觀,、性能等進行檢測,目的是確保產(chǎn)品質(zhì)量,。具體來看主要的半導(dǎo)體封裝測試設(shè)備具體包括測試機、分選機,、探針機等,泰瑞達(dá),、科休,、愛德萬占據(jù)主要市場份額,長川科技、華峰測控,、上海中藝是國內(nèi)的龍頭,。