不只有光刻機，這五大半導體設備巨頭掌控了全球芯片制造的"咽喉要道"

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2022-03-17 07:43:31 8

在芯片的生產過程中，有一類企業雖然沒有直接參與，但卻對整個行業技術的發展起著關鍵性作用，它們就是半導體設備制造商。芯片的制造流程極其復雜，大致可以分為制備硅片、外延工藝、熱氧化、擴散摻雜、離子注入、薄膜制備、光刻、刻蝕、工藝集成等。最廣為人知的荷蘭阿斯麥(ASML)就是主要生產光刻工藝的核心設備——光刻機。除此之外，刻蝕機、薄膜設備、擴散離子注入設備、濕法設備、過程檢測設備也是必不可少。正是通過這些設備制造商不斷研發生產先進的設備，才使得芯片制造的效率效能大幅提高。

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目前，全球半導體設備制造商基本由美日荷三國主導，結合美國半導體產業調查公司VLSI Research和Gartner的數據來看，美國應用材料(Applied Materials)、荷蘭阿斯麥(ASML)、日本東京電子（TEL）、美國泛林集團(LamResearch)和美國科磊(KLA)多年來一直是該市場的領導者。

多元發展的半導體設備巨頭——應用材料

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美國應用材料公司(Applied Materials)成立于1967年，總部位于美國硅谷。創始人名叫Michael McNeilly，畢業于岡薩加大學化學系，曾在被譽為“硅晶體管先驅”金·赫爾尼(Jean Hoerni)創辦的union Carbide Electronics公司有機硅部門工作。后來自立門戶成立了化學品公司Apogee Chemicals。1967年，由于與合伙人發生沖突McNeilly離開Apogee，并從岳父那借來7500美元作為啟動資金成立了應用材料公司，生產半導體制造設備。值得一提的是，1967年美國半導體產業開始迅速發展，許多高管和人才開始從仙童半導體中跳出來創業，硅谷遍布著各種新成立的半導體器件制造商。而這類新興半導體公司與傳統巨頭不同，它們沒有內部生產能力，應用材料借此機會獲得發展，在創立前幾年應用材料的收入每年增長速度均超過40%。

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在業務上，應用材料涉及薄膜設備、離子注入機、清洗設備、熱處理以及前端檢測設備。在技術上，應用材料通過收購集成新技術，保持市場*。例如，1980年收購英國Lintott Engineering進入離子注入市場；2000年收購掩膜板制造供應商Etec Systems切入光罩圖案生成解決方案等。2013年應用材料試圖收購東京電子，但未獲批準。應用材料也早早開始全球化布局。1979年，在日本成立分公司，正式進入亞洲市場。1984年，在北京設立中國客服中心，成為*家進入中國的外資半導體生產設備供應商。2001年，將中國地區總部設立在上海。2020年，應用材料看好中國經濟在疫情后的復蘇前景，商討在上海市臨港區建設合資工廠。應用材料在官網上介紹公司“已從一家小型初創企業轉變為*上最受尊敬的公司之一”，截至2021財年一季度，應用材料營收增長24%至51.6億美元，創下新紀錄，它已經成為全球半導體設備和服務供應巨頭。 風頭正盛的明星企業——阿斯麥

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阿斯麥(ASML)主要為半導體生產商提供光刻機及相關服務。光刻機，又名掩模對準曝光機，是光刻工藝的核心設備。在芯片的制造流程中光刻工藝可謂是最關鍵的一步，通過光刻可以確定芯片的關鍵尺寸，這一步驟也占據芯片整體制造成本的35%。隨著英特爾、臺積電、三星等企業進入以7nm等先進工藝為主打的量產時代，每個芯片生產商都希望盡可能多的購買光刻機來提升產能，這使得阿斯麥的風頭正盛，營收等多項業績指標連創新高。
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而早在近40年前，阿斯麥還只是飛利浦旗下的一家小合資公司，當時光刻機的*技術掌握在美國GCA醫療技術公司和日本尼康手中。1984年，飛利浦和芯片機制造商Advanced Semiconductor Materials International（ASMI）成立了一家新公司，用以開發光刻系統。成立之初，阿斯麥的幾十個員工就在荷蘭埃因霍溫飛利浦辦公總部附近的一個棚子里工作，也是在如此簡陋的條件下，阿斯麥推出了*個光刻系統PAS 2000，獲得市場的初步認可。1995年，阿斯麥在阿姆斯特丹和紐約證券交易所上市，飛利浦回購全部股份，阿斯麥成為一家完全獨立的上市公司。

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此后阿斯麥在兩個“伯樂”的幫助下獲得兩次飛躍。20世紀初，阿斯麥與臺積電合作研發一種被稱作“浸潤式光刻”的技術方案，并于2004年生產出*臺浸潤式光刻機樣機，這使其*次在技術上趕超競爭對手尼康。2007年阿斯麥拿到光刻機市場60%的份額，*在營收上超過尼康。早在1997年，英特爾就聯合政府、企業建立了芯片業最為*的EUV LLC前沿技術組織，研究、推動EUV技術發展。EUV光刻使用較短波長的光來制造更小的芯片。阿斯麥是該組織的成員，并由此獲得美國最*的半導體技術優先使用資格，這一步讓阿斯麥將尼康等對手遠遠甩在身后。2010年，阿斯麥交付*原型極紫外（EUV）光刻工具，2015年阿斯麥EUV光刻工藝可量產。阿斯麥的EUV光刻機產量一直不高，單價更是高達1.15億歐元，目前主要提供給臺積電、英特爾、三星電子等企業。 靠代理貿易起家的日本*——東京電子

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日本企業在半導體制造設備領域仍顯示出巨大的存在感，東京電子(Tokyo ElectronLimited)就是其中的佼佼者。東京電子誕生于1963年，當時企業名稱是"東京電子實驗室株式會社"，隸屬于東京廣播系統有限公司。最初東京電子的注冊資本只有500萬日元，加上創始人一共才有6名員工，直到1965年與美國仙童半導體簽訂IC測試儀的代理合同，才使其開始發展。但東京電子絕不滿足于只做代理。1968年，它與美國Thermco成立合資公司Tel Thermco生產銷售擴散爐，這也是日本*家半導體設備制造廠商。1976年，東京電子開發出*上*臺高壓氧化爐；1986年，生產的*臺立式擴散爐發貨。到1989年，東京電子的半導體制造設備營收突破6億美元，位居全球*，并連續三年蟬聯全球*。

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東京電子的產品幾乎覆蓋了半導體制造流程中的所有工序，在晶圓上涂布光刻膠（感光材料）、呈現電子電路的"涂布顯影設備"領域東京電子掌握全球9成份額，在利用氣體去除電路以外的多余部分的"蝕刻"等領域也具有優勢。為了滿足全球半導體的增長需求，東京電子計劃推進研發等投資。東京電子社長河合利樹表示，該公司計劃在始于2019財年（截至2020年3月）的3年里，投入4000億日元（約合人民幣250億元）的研發資金。東京電子的目標是能成為全球*大半導體設備供應商。 引領刻蝕設備市場——泛林集團

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半導體設備龍頭企業泛林集團(Lam Research)由出生在中國的David K. Lam創立。David K. Lam曾在施樂、惠普和德州儀器工作過。1980年，他獲得英特爾創始人鮑勃·諾伊斯(Bob Noyce)的資金支持，成立了泛林集團。泛林集團專注于蝕刻，沉積和清潔市場。1981年推出*等離子刻蝕機產品 AutoEtch；1992年開發了*臺ICP干法刻蝕設備，打開了ICP刻蝕設備的大門；2014年進入原子層刻蝕領域；2020年更是發布了革新性的等離子刻蝕技術及系統解決方案，將刻蝕輸出精度提升50%以上。泛林集團在刻蝕機市場占據半壁江山。

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泛林集團的業務也遍布全球，從20世紀80年代中期開始泛林集團在全球擴張，先后在歐洲、韓國、新加坡、日本、中國，印度開設辦事處，建立業務。通過泛林的財報可以了解到，亞太地區對其營收貢獻最大，占總體營收的八成。去年中芯國際斥資6億美元購買了泛林蝕刻工具組成的資本設備，用于生產晶圓產品。 半導體檢測設備領域的*——科磊半導體 美國科磊半導體(KLA)是1997年由KLA和Tencor兩家公司合并而成的，前者成立于1975年，專注于缺陷檢測解決方案；后者成立于1977年，專注于量測解決方案。合并后稱為KLA-Tencor Corporation，2019年改名為KLA Corporation。雖然從營收水平上看科磊與前四家制造商差距較大，但據SEMI統計，2018年科磊在前道的檢測和測量市場中占比過半，居行業*。

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科磊半導體的壯大也是通過一系列的并購。僅2019年，科磊半導體就進行了28次并購，如以約32億美元收購以色列公司Orbotech。科磊半導體還一直看好中國市場，從1999年便在中國設立了*個分公司，目前已在北京、上海、南京、西安、武漢、天津、深圳、大連、廈門、無錫設立了10 處辦公室。2019年科磊來自中國的收入占比超過一半。

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2020年雖然全球遭遇新冠疫情，很多行業都面臨極大的挑戰，但半導體設備制造商似乎沒有遭受損失，上述五家半導體設備巨頭的業績和股價在去年幾乎都實現了可觀的增長。不久前，在SEMICON China開幕式上，國際半導體產業協會（SEMI）全球副總裁、中國區總裁居龍透露，2020年全球半導體設備市場大幅增長18.9%，中國大陸增長率達39%，*成為全球最大設備市場。這5家設備廠商2020年在中國大陸市場的營收總和達到727億元人民幣。他們的首席執行官均表示，中國對他們的業務至關重要，并承諾與中國公司進一步密切合作。在科技行業遭遇前所未有的芯片供應危機時，相信只有全球開放合作，共同努力才是企業正確的前進方向。

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