ASML公布1nm光刻机路线，应用材料有望重回霸主地位

电子发烧友报道（文/周凯扬）对于半导体的生产与制造来说，设施设备同样至关重要。设备决定了代工厂能否抢占更多的订单份额，以及垂直整合制造企业的产品竞争力与技术红利，能否弥补技术突破需要的巨大资金投入。
 
据VLSI Research之前的预计，全球半导体生产制造设备的市场将会在2020年达到848亿美元，相较去年提升了10.1%。而在最新的预计报告中，VLSI Research指出这一市场将在今年达到898亿美元，同比去年提升16.6%。据VLSI Research总裁提供的解释，原本他们估计该市场在第四季度将放慢增长速度，与第三季度相比将出现8%的下滑，但事实并非如此，反而出现了2%的上升。这一提升主要出现在代工厂和存储半导体产业上，其中韩国厂商重整旗鼓的趋势明显。

2019-2021年半导体市场预测 / VLSI Research

 
随着年底半导体设备订单活动居高不下，VISI Research预计2021年设备市场将继续实现5.8%的增长，达到950亿美元；而整个半导体市场在2020年实现了8.2%的增长，明年在维持这一势头，以7.5%的增长率达到4113亿美元的市场总值。
 
四年一轮回的存储市场
 
而近期半导体生产制造设备的一大增长因素就是存储市场。目前存储半导体的市场仍处于四年周期的状态，比如过去的15年里，DRAM市场分别在2006、2010、2014和2018年达到峰值，而NAND市场则在2007、2011、2015和2018年达到峰值。据ASML指出，DRAM市场在今年下半年有了强劲的增长，预计明年会有更多EUV光刻机用于DRAM，与此同时存储市场仍将保持为DUV光刻机的主要收入来源之一。
 
三星在今年下半年加速了NAND的投入，这一趋势或将延续到2021年上半年，再者就是它的DRAM和EUV代工业务，预计也将在2021年迅猛增长。美光、SK海力士、西部数据和铠侠今年相对保守，但2021至2022年也将扩大资本输出，尽管很可能会面临设备供应的短缺。Intel明年可能会相对风平浪静，而中国长江存储在NAND市场的激进增长将维持至2022年。据KeyBanc分析，存储市场在2021年上半年可能会趋于稳定，但在2022年之前依然将维持增势。
 
EUV一家独大的ASML
 
不少半导体公司都在今年规划了产品路线图，其中除了自身技术的突破以外，制程上带来的性能效率提升时最简单直观的。因此独占EUV设备的ASML自然成了各大半导体公司的不二之选，此外比利时微电子研究中心IMEC正与ASML通力合作，争取延续摩尔定律。为了做到这一点，ASML的产品对策即高分辨率EUV光刻技术，高NA EUV。
 
目前台积电和三星的7nm节点采用的就是ASML已经量产的EUV光刻系统，NXE:3400C。该系统配有一个数值孔径（NA）为0.33的透镜，可以实现13nm的分辨率，然后通过提高频率从而实现了5nm工艺。而ASML下一代EUV系统EXE:5000将配有一个0.55 NA的透镜，实现8nm的分辨率，该系统基本设计已经完成，预计2022年左右可以商用，从各大厂商的制程路线图来看，很有可能用于2nm之后的超精密工艺。

光刻机路线图 / ASML

 
今年IMEC在日本东京举办的技术论坛上，其CEO Luc Van den hove强调摩尔定律不会终止，在他们与ASML合建的高NA EUV实验室内，他们在进一步研究如何利用该技术实现1nm乃至更小的半导体工艺。会上他还给出了EUV光刻机的路线图，随着制程要求的提升，光刻机也需要用到更大更复杂的光学系统，因此与现有NXE:3400C相比，下一代EXE:5000光刻机的体积将进一步增大，高度可及无尘室的天花板。
 
半导体设备市场之争
 
半导体的先进节点开发成本高达数十亿美元，而且需要的是资本密集的300mm晶圆厂，后者同样需要耗费数十亿美元。据预计，3nm节点的一块芯片设计成本就达10亿美元，而且制造工序多达上千道。但如果在单个设备或单个工艺步骤上出现问题，从而影响成品率，使得芯片无法达到规格要求的话，晶圆厂就很可能蒙受巨大的财务损失，因此半导体制造与生产设备往往需要经过严厉的评估。
 
ASML作为唯一一家EUV光刻设备的提供商，为半导体的前段工序提供了极大的技术优势，也在2019年打破了由应用材料公司近20年的统治地位。然而今年第一季度却表现不佳，与上一季度相比销量下滑了31%，这很有可能是因为应用材料公司重新夺回了一些市场份额。

2020年与2019年相比前九个月的设备销售额增长 / The Information Network

 
由The Information Network统计，应用材料公司的市场份额从2019年的15.9%上涨至2020年的18.8%，而ASML的市场份额将从2019年的16.9%略降至今年的16.8%，因此今年从市场份额来看，应用材料公司有望重返王座。
 

2019年半导体生产制造设备市场份额排名 / 电子发烧友网整理

 
尽管ASML在光刻机上占有绝对优势，但半导体的生产制造并非单独取决于光刻机，刻蚀、清洗和沉积等设备同样是前段工艺中举足轻重的环节。由上图可知，这些半导体设备厂商多数是欧洲和日本厂商，而中国能在前三占据一席之地的只有中微半导体设备和北方华创。
 
中国市场对半导体设备厂商的影响
 
中国市场也是半导体设备的最大市场之一，在近期传出美国计划将中芯国际加入MEU清单的消息后，总部位于美国半导体设备厂商应用材料、Lam Research和KLA的股价纷纷出现了一定幅度的下跌。
 
中芯国际本就已经面临美国商务部的巨大压力，虽然在这几家公司去年的收入占比中不到10%，但也对他们造成了一定的影响。早在今年3月，中芯国际就向应用材料和东京电子购买了近1亿美元的半导体设备。
 
不单是中芯国际，中国市场占据了2019年应用材料29%的收入、Lam Research 31%的收入以及KLA 25%的收入。不仅是美国半导体设备厂商，欧洲与日本厂商同样如此。虽然无法给特定厂商供应光刻机，但国内市场占了ASML今年第三季度收入的21%，并预计今年在国内的总销售额将达到10亿欧元。从东京电子这一财年的报告中也可以看出，在新财年过去的两个季度中，大陆市场的份额首次领先，分别占据了22%和24%。
 
小结
 
从短期来看，不少公司为了推进自身产品的路线图，都直接选择了更高端的制程工艺，因此也带动了半导体生产制造设备的销量激增。但购置设备、生产运输加上部署产线都需要一定时间，不少代工厂都达到了产量的瓶颈，更高制程产品的缺货情况也开始显现出来。
 
所以哪怕半导体设备依然在稳定出货，终端产品供不应求的情况很可能持续至明年整个上半年。中国半导体设备厂商虽然在供应方面也没有出现问题，与全球顶尖的设备厂商相比在国内外的市占比上仍有不小差距。但借助刮起的半导体热潮，国内厂商或许可以借助加大的资本投入，先从存储半导体等涨势明显的领域找到转机。

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