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ASML獨霸EUV光刻機背后:你不一定知道的設備格局

2019-11-14
2015年以后,伴隨著存儲半導體市場的爆發式的增長,一直以來以最大規模著稱的曝光設備的TOP1的寶座被干蝕刻(Dry Etching)奪取。


有關曝光設備市場,人們普遍認為,荷蘭的ASML占有絕對的優勢。但是,我們調查了i線(365nm)、KrF(248nm)、ArF Dry(193nm)、ArF溶液(193nm)、EUV(13.5nm)等相關的曝光設備的2019年的出貨金額、各家企業的占比,可以得出“ASML并沒有絕對的優勢”這一結論。(括號內為光源波長。)
 
也就是說,如果圖案(Pattern)可以縮小到與光源波長一致,曝光設備的價格也就相對較高。比方說,i線約為4億日元(約人民幣2,400萬元),KrF約為14億日元(約人民幣8,400萬元),ArF Dry約為20 億日元(約人民幣1.2億元),ArF溶液約為60億日元(約人民幣3.6億元),EUV約為200億日元(約人民幣12億元)。如今發射一個火箭的價格約為100億日元(約人民幣6億元),最先進的曝光設備—EUV的價格要比100億日元高得多!
   
在本文里,我們講分析各家企業的曝光設備和出貨金額,然后你會發現 ASML并不是占有絕對優勢,反而是尼康、佳能、美國的Veeco三家企業分棲共存。然后,我們將通過分析全球各個區域的曝光設備市場,最后論證出各個國家的半導體市場趨向。最后,我們也將會看到,到2020年,曝光設備會再次超越干蝕設備,再次榮登市場規模第一的寶座。
 

圍繞曝光設備,各家企業的攻守、分棲共存


圖1是關于各種曝光設備和所有曝光設備的出貨金額、各家企業的占比。據預測,2019年的全球曝光設備的出貨金額約為9,060億日元(約人民幣543.6億元)。各家企業的占比如下:ASML(81.2%)、尼康(5.9%)、佳能(11%)、美國Veeco(1.9%),ASML占絕對優勢。

圖1 :各種曝光設備的出貨金額、各家企業的出貨金額比例。(2019年的數值是預測值。)(圖片出自:筆者根據“全球半導體生產設備,測試、檢查設備市場年鑒-2016、2019”的數據制作了此表。)


可以看出,ASML是2019年全球占比最大的尖端曝光設備——EUV的唯一生產商,而ArF溶液的全球占比94.3%,雖然僅次于EUV,但也占絕對優勢。也就是說,ASML由于獨占了最尖端、市場規模最大的EUV和ArF溶液市場,在整個市場上的占比具有壓倒性的優勢。


而在市場規模較小的ArF Dry市場,ASML的占比(38.3%)則不如尼康的市場占比(61.7%)。此外,隨著NAND閃存半導體的逐步3D化,KrF和i線將會再次“榮耀登場”,與ArF Dry一樣,ASML將不再是TOP 1!

在KrF方面,佳能則以51.1%的占比位居首位,第二名為ASML(46.2%);i線的第一名為佳能(55.2%),第二名為Veeco(23.5%),第三名為尼康(12.8%),第四名為ASML(8.5%),ASML的占比最低。

從以上結果可以看出,曝光設備廠商為了生存下去而采取的戰略。在整體曝光設備市場上擁有領先份額的ASML在i線、KrF、ArF Dry方面卻相對落后,這主要因為他們將主要精力和資源著重集中在市場規模較大、最尖端的EUV和ArF溶液方面。由此可見,全球最尖端的細微加工的重擔落在了ASML的雙肩上。
 
另一方面,難以與ASML抗衡的尼康卻瞄準了“縫隙市場”—ArF Dry、力求超過ASML的市場占比。此外,佳能不僅專注于KrF和i線,而且在這兩個領域中都是TOP1。此外,Veeco生產的i線的價格還不足佳能價格的一半!
 
獨霸ArF溶液和EUV、擔當著最尖端細微加工命運的ASML的存在的確不可小覷。但是,要生產最尖端的半導體,i線、ArF Dry等各種曝光設備也是必須的!尼康、佳能、Veeco雖然在ArF和EUV領域中被“淘汰”了,但是各自都在i線、KrF、ArF Dry等方面確保了自己的“陣地”!也就是說,在曝光設備領域,各家曝光設備廠商“分棲共存”。
 

分析各個國家和地區的曝光設備市場


圖2 是各個地區及國家的曝光設備的市場推移表。從圖中可以看出,擁有存儲半導體廠商三星電子和SK Hynix兩家存儲巨頭的韓國市場在2016年-2018年獲得了巨大的成長,但是進入2019年開始低迷。這主要是因為2016年到2018年存儲半導體市場獲得了爆發式的成長,但在2019年卻突然迎來了市況萎靡!

圖2:各個國家和地區的曝光設備的出貨金額。(圖片出自:筆者根據“全球半導體生產設備,測試、檢查設備市場年鑒-2016、2019”的數據制作了此表。)


如果說韓國的曝光設備市場的動向與存儲半導體市場情況一致的話,那么也就是說曝光設備市場受DRAM、NAND等存儲半導體的影響較大。再次觀察上圖2,雖然不及韓國市場那么“動蕩”。不過我們同樣看到,擁有存儲半導體廠家鎂光和英特爾的美國、擁有“Kioxia”(即鎧俠株式會社,原東芝存儲半導體)的日本在2016年-2018年期間,曝光設備市場增長也十分明顯,2019年的市場也都稍有下降。由此可以得出結論,存儲半導體市場情況的好壞與曝光設備市場具有一定關系。

另一方面,擁有全球領先的集成電路專業代工工廠TSMC的中國臺灣的曝光設備市場的動向卻與韓國不同,在存儲半導體迅速增長的2016年-2018年期間,臺灣的曝光設備市場卻出現了萎縮,在存儲半導體出現低迷的2019年,臺灣市場卻出現了增長趨勢。這主要由以下幾方面原因造成的:


首先,2018年以前中國臺灣市場萎縮的主要原因在于Apple 的iPhone銷售低迷、虛擬貨幣挖礦市場的“崩潰”等。因為TSMC這幾年的主要業務來源于代工iPhone、挖礦機的處理器。
 
而在2018年-2019年期間,在別的國家和地區的曝光設備市場都呈現了低迷態勢,只有中國臺灣市場出現了增長。這是因為TSMC為了加碼先進制程,大量購入了單價約為200億日元(約人民幣12億元)的最尖端的EUV曝光設備。據報道,在2019年,TSMC采購了18臺EUV,三星電子采購了8臺EUV,英特爾采購了4臺EUV。(如圖3)


圖3:各個國家和地區的EUV曝光設備的出貨數量。(圖片出自:筆者根據“全球半導體生產設備,測試、檢查設備市場年鑒-2016、2019”的數據制作了此表。)


但是,要“熟練”使用EUV設備,是極其困難的,并且需要大量的練習。據說,TSMC于2018年每月在EUV上耗費了3萬-4萬個硅晶圓,最后都報廢了。未來最尖端的曝光設備有可能是EUV, 不過當前最厲害的當屬TSMC一家。


行動“可疑”的中國曝光設備市場


中國的曝光設備市場與我們剛剛看過的韓國、中國臺灣市場大有不同。

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