Panoramablick auf die Kette der Halbleiterausrüstungsindustrie

Dem SEMI-Bericht zufolge wird der weltweite Umsatz mit Halbleiterfertigungsanlagen im Jahr 2022 107,6 Milliarden US-Dollar erreichen, was einem Anstieg von 5 % gegenüber dem Vorjahr entspricht und einen weiteren Rekordwert darstellt.Von 2018 bis 2022 wird der weltweite Markt für Halbleiterausrüstung von 64,5 Milliarden US-Dollar auf 107,6 Milliarden US-Dollar wachsen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate. Die Rate erreichte 13,65 %;Der Umsatz mit Halbleiterausrüstung auf dem chinesischen Festland belief sich auf 28,3 Milliarden US-Dollar und ist immer noch der weltweit größte Markt für Halbleiterausrüstung.

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Überblick über die Halbleiterausrüstungsbranche

Ausrüstung ist der Eckpfeiler der Entwicklung der Halbleiterindustrie.Unter Halbleiter-Spezialausrüstung versteht man im Allgemeinen die Produktionsausrüstung, die für die Herstellung verschiedener Halbleiterprodukte erforderlich ist.Es ist ein wichtiges tragendes Glied in der Kette der Halbleiterindustrie.Es ist auch der Teil mit dem größten Platzangebot und dem wichtigsten strategischen Wert in der Upstream-Verbindung.

Die Stellung der Halbleiterausrüstung in der Halbleiterindustriekette:

Halbleiter-Spezialausrüstung ist Technologieführer in der Halbleiterindustrie.Chipdesign, Waferherstellung, Verpackung und Prüfung usw. müssen im Rahmen der Gerätetechnik entworfen und hergestellt werden.Der technologische Fortschritt der Geräte wiederum fördert die Entwicklung der Halbleiterindustrie.Am Beispiel integrierter Schaltkreise, die den höchsten technischen Schwierigkeitsgrad, den größten Mehrwert und die komplexesten Prozesse in der Halbleiterindustriekette aufweisen, können die im Bereich der integrierten Schaltkreise verwendeten Geräte normalerweise in Front-End-Prozessgeräte (Wafer) unterteilt werden Fertigung) und Back-End-Prozessausrüstung (Verpackung und Prüfung).) zwei Kategorien.Die Waferherstellung kann in sieben Hauptprozesse unterteilt werden, nämlich Oxidation/Diffusion, Fotolithographie, Ätzen, Ionenimplantation, Dünnschichtabscheidung, Reinigung und Metallisierung.Die entsprechende Spezialausrüstung umfasst hauptsächlich Oxidations-/Diffusionsgeräte, Fotolithographiegeräte, Ätzgeräte, Reinigungsgeräte, Ionenimplantationsgeräte, Geräte zur Dünnschichtabscheidung, mechanische Poliergeräte usw. Die Ausrüstungsinvestitionen in Geräte zur Chipherstellung machen etwa 80 % des Hauptkapitals aus Ausgaben für integrierte Schaltkreise.Klassifizierung von Halbleitergeräten:

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Kernverbindung von Halbleitergeräten

Die Herstellung von Siliziumwafern ist der größte Schritt in der Halbleiterverarbeitung.Die am Siliziumwafer-Herstellungsprozess beteiligte Ausrüstung gliedert sich hauptsächlich in Wachstumsöfen und andere Verarbeitungsgeräte, einschließlich Schneidemaschinen, Schleifmaschinen, Ätzmaschinen, Poliermaschinen, Reinigungsmaschinen usw. Der Wafer-Herstellungsprozess ist komplex und umfasst viele Prozesse.Nachdem der Siliziumwafer geschliffen, poliert und in Scheiben geschnitten wurde, bildet er einen Siliziumwafer, also einen Wafer.Der Prozessablauf der Waferherstellung umfasst hauptsächlich Diffusion, Fotolithographie, Ätzen, Ionenimplantation, Filmwachstum, Polieren und Metallisierung.Ein typischer Wafer-Herstellungsprozess ist komplex und zeitaufwändig, dauert 6–8 Wochen und umfasst mehr als 350 Schritte.Im Wafer-Herstellungsprozess werden als Kernausrüstung hauptsächlich Dünnschichtabscheidungsgeräte, Fotolithografiegeräte und Ätzgeräte verwendet.während die Marktgröße von PVD-/Reinigungs-/Messgeräten im zweiten Bereich liegt.

1. Ätzausrüstung

Bei der Herstellung integrierter Schaltkreise werden hauptsächlich alle Fotomaskenmuster Schicht für Schicht über drei Hauptprozesszyklen auf den Wafer übertragen: Filmabscheidung, Fotolithographie und Ätzen.Das Ätzen ist einer der drei wichtigsten Gerätetypen im Front-End-Waferproduktionsprozess und macht 25 % seines Wertes aus.Mit zunehmender Komplexität der Halbleiterbauelementstruktur, insbesondere der Verringerung der Linienbreite und der 3D-Struktur, nimmt auch der Ätzaufwand eines einzelnen Halbleiterbauelements stark zu.Die Ätztechnik wird hauptsächlich in Trockenätzen und Nassätzen unterteilt.Beim Trockenätzen werden hauptsächlich reaktive Gase und Plasma zum Ätzen verwendet, während beim Nassätzen hauptsächlich chemische Reagenzien verwendet werden, die zum Ätzen mit dem geätzten Material reagieren.Trockenätzen ist die derzeit gängige Ätztechnologie.SEMI prognostiziert, dass der weltweite Markt für Ätzgeräte in den nächsten fünf Jahren eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 5 % erreichen wird und dass die Marktgröße im Jahr 2025 voraussichtlich 15,5 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Klassifizierung von Ätzgeräten und Hauptanwendungsbereiche:

Aus Sicht der globalen Marktstruktur für Ätzgeräte ist der Wettbewerb zwischen den Herstellern hart und es entstehen chinesische Unternehmen.Laut Gartner-Daten wird der weltweite Marktanteil von Ätzmaschinen immer noch von den drei Giganten Lam Semiconductor (46,71 %), Tokyo Electronics (26,57 %) und Applied Materials (16,96 %) dominiert.Hitachi High-tech und Ximeishi nehmen 3,45 % bzw. 2,53 % des Weltmarktanteils ein.Auf inländische Kleinstunternehmen entfallen 1,37 % des Weltmarktes, auf Kelei 1,23 %, auf Nord-Huachuang 0,89 %, auf Aifake 0,19 % und auf Yitang Semiconductor 0,10 %.

2. Ausrüstung zur Dünnschichtabscheidung

Mit Anlagen zur Dünnschichtabscheidung werden in der Regel Filmschichten aus Leitern, Isolatoren oder Halbleitern auf Substraten abgeschieden, um ihnen bestimmte besondere Eigenschaften zu verleihen.Geräte zur Dünnschichtabscheidung können nach unterschiedlichen Prozessprinzipien in Geräte zur physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), Geräte zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) und Geräte zur Atomlagenabscheidung (ALD) unterteilt werden.CVD macht 64 % des Gesamtmarktanteils von Depositionsanlagen aus.Es verfügt über viele technische Wege und verfügt über gute Porenfüllungs- und Filmdickenkontrollfähigkeiten, sodass es das am weitesten verbreitete Abscheidungsgerät ist.

Aus Sicht der Marktstruktur werden Dünnschichtabscheidungsanlagen hauptsächlich von japanischen, amerikanischen und europäischen Herstellern dominiert.Laut Gartner-Daten hat Applied Materials bei PVD-Geräten einen absoluten Marktanteilsvorteil und macht 85 % des Marktanteils aus;Applied Materials, Lam Semiconductor und Tokyo Electronics sind mit einem Anteil von 30 %, 21 % bzw. 19 % führend auf dem Markt für CVD-Geräte.%;Unter den ALD-Geräten sind Tokyo Electronics und ASMI die Branchenführer und halten 31 % bzw. 29 % des Marktanteils.

Unter den inländischen Herstellern sind Northern Huachuang und Tuojing Technology führend in der Forschung und Entwicklung von Geräten zur Dünnschichtabscheidung.Während sich China Microelectronics intensiv mit MOCVD für die LED-Herstellung beschäftigt, investiert das Unternehmen auch in mit Wolfram gefüllte CVD-Geräte.Die CVD-, PVD- und andere zugehörige Ausrüstung von Northern Huachuang hat das 28-nm-Prozessniveau erreicht;Die 14-nm-Dünnschichtabscheidungsausrüstung für fortschrittliche Prozesse und die ALD-Ausrüstung wurden auf Kundenseite durch Mehrprozessprozesse verifiziert und implementiert.Die mit Wolfram gefüllten CVD-Geräte von AMEC können für das Füllen von Kontaktlöchern in fortschrittlichen Logikgeräten sowie für mehrere wichtige Filmabscheidungsschritte in 64-lagigem, 128-lagigem und 200-lagigem 3D-NAND eingesetzt werden.Einige der CVD-Geräte von Tuojing Technology werden häufig in Chinas Waferfabriken für Fertigungslinien für integrierte Schaltkreise mit 14-nm- und höheren Prozessen eingesetzt, und es wurden Produktverifizierungstests für Prozesse mit 14-nm- und niedrigeren Prozessen durchgeführt.Einige ALD-Geräte wurden in Chinas Waferfabriken für 28-nm- und höher-Prozesse eingesetzt.Produktionslinie für die Herstellung integrierter Schaltkreise und hat Produktverifizierungstests für 28-nm-Prozesse und darunter gestartet.

3. Lithographiemaschine

Die Lithografiemaschine ist die Kernausrüstung des Lithografieprozesses bei der Chipherstellung mit äußerst hohem technischen und werthaltigen Inhalt.Es nutzt eine dem Fotodruck ähnliche Technologie, um die feinen Muster auf der Maske durch Lichteinwirkung auf den Siliziumwafer zu drucken.Es wird seit mehr als zehn Generationen entwickelt und wiederholt.Die Industriekette der Lithographiemaschinen umfasst hauptsächlich drei Hauptglieder: Upstream-Ausrüstung und unterstützende Materialien, Midstream-Lithographiemaschinensystemintegration und -produktion sowie nachgelagerte Lithographiemaschinenanwendungen.Die Technologie ist äußerst komplex und umfasst Systemintegration, Präzisionsoptik, Präzisionsbewegung, Präzisionsmaterialübertragung, hochwertige Präzisions-Mikroumgebungssteuerung und andere fortschrittliche Technologien. Einige Modelle erfordern Hunderttausende Teile, weshalb die Herstellung von Lithografiemaschinen normalerweise erforderlich ist Tausende von Lieferanten.

Die technischen Hürden für Fotolithografiemaschinen sind extrem hoch und ASML ist das einzige Unternehmen in den Niederlanden.Der Umsatz mit Lithografiemaschinen von ASML wird im Jahr 2022 etwa 16,1 Milliarden US-Dollar betragen, was einer Steigerung von 23 % gegenüber 13,1 Milliarden im Jahr 2021 entspricht. Der Umsatz mit Lithografiemaschinen von Canon wird etwa 2 Milliarden US-Dollar betragen, und der Umsatz mit Lithografiemaschinen von Nikon wird etwa 1,5 Milliarden US-Dollar betragen Canon und Nikon Einige der Lithographiemaschinen werden in der Panelindustrie eingesetzt, andere in der Halbleiterindustrie.Im Jahr 2022 wird der Gesamtumsatz der Lithografiemaschinen der drei großen Unternehmen knapp 20 Milliarden US-Dollar betragen und der Gesamtmarktanteil wird 90 % überschreiten.Das inländische Benchmark-Produkt ist das DUV-Lithographiegerät von ASML: TWINSCAN NXT:2000i.Am Beispiel von NXT:2000i ist jedes Subsystem wie folgt aufgeteilt: Shanghai Microelectronics ist für das Design und die Gesamtintegration der Lithographiemaschine verantwortlich, Beijing Keyi Hongyuan liefert das Lichtquellensystem, Beijing Guowang Optics liefert das Objektivlinsensystem und Guoke Precision liefert das optische Belichtungssystem, Huazhuo Jingke stellt Doppelwerkbänke bereit und Zhejiang Qier Electromechanical liefert das Immersionssystem.

4. Klebe- und Entwicklungsgeräte Unter Klebe- und Entwicklungsgeräten versteht man die Leimbeschichtungs-, Back- und Entwicklungsgeräte, die in Verbindung mit der Fotolithographiemaschine im Fotolithographieprozess verwendet werden, einschließlich Leimbeschichtungsmaschinen, Leimspritzmaschinen und Entwicklungsmaschinen.Die Leimbeschichtungs-/Entwicklungsmaschine dient als Eingabe (Fotolackbeschichtung vor der Belichtung) und Ausgabe (Entwicklung von Grafiken nach der Belichtung) der Fotolithographiemaschine.Es werden hauptsächlich Roboter eingesetzt, um Wafer zwischen Systemen zu transferieren und zu verarbeiten, um die Waferverarbeitung abzuschließen.Fotolackbeschichtung, Aushärtung, Entwicklung, Filmhärtung und andere Prozesse.Dies wirkt sich nicht nur direkt auf die Bildung feiner Belichtungsmuster im Fotolithographieprozess aus, sondern die Musterqualität des Entwicklungsprozesses hat auch einen tiefgreifenden Einfluss auf die Ergebnisse der Musterübertragung bei nachfolgenden Ätz- und Ionenimplantationsprozessen.Es ist ein unverzichtbarer Schlüsselprozess im Herstellungsprozess integrierter Schaltkreise.Ausrüstung.Fotolithographieverfahren:

Im Bereich der Frontend-Beschichtungs- und Entwicklungsausrüstung verfügt der japanische Hersteller Tokyo Electronics (TEL) über einen Weltmarktanteil von bis zu 87 %.Basierend auf jahrelanger Technologieakkumulation entwickelte der inländische Hersteller Xinyuan Micro im Jahr 2018 unabhängig die erste inländische Hochleistungs-Front-End-Klebebeschichtungsanlage und bestand erfolgreich die Prozessüberprüfung nachgelagerter Fertigungsanlagen für integrierte Schaltkreise.Derzeit haben die von Xinyuan Micro hergestellten Front-End-Beschichtungs- und Entwicklungsgeräte Bestellungen und Anwendungen von mehreren großen Front-End-Kunden erhalten.Das Geschäft mit Front-End-Beschichtungs- und Entwicklungsgeräten wird erheblich von den inländischen Substitutionsmöglichkeiten profitieren.

5. Reinigungsgeräte

Unter Halbleiterreinigung versteht man den Prozess der zerstörungsfreien Reinigung der Waferoberfläche entsprechend unterschiedlicher Prozessanforderungen, um Verunreinigungen wie Partikel, natürliche Oxidschichten, Metallverunreinigungen, organische Stoffe, Opferschichten und Polierrückstände während des Halbleiterherstellungsprozesses zu entfernen.Um den Einfluss von Verunreinigungen auf die Spanausbeute zu reduzieren, ist es in der tatsächlichen Produktion nicht nur notwendig, die Effizienz einzelner Reinigungsvorgänge zu verbessern, sondern auch häufige Reinigungen vor und nach fast allen Prozessen durchzuführen.Nach dem Reinigungsprinzip lässt sich der Reinigungsprozess in Trockenreinigung und Nassreinigung unterteilen.Derzeit sind mehr als 90 % der Reinigungsschritte hauptsächlich Nassprozesse.Im Rahmen des Nassreinigungsverfahrens umfasst es hauptsächlich Einzelchip-Reinigungsgeräte, Trogreinigungsgeräte, kombinierte Reinigungsgeräte und rotierende Sprühreinigungsgeräte vom Batch-Typ, wobei Einzelchip-Reinigungsgeräte am weitesten verbreitet sind.Klassifizierung der Reinigungsgeräte:

Auf dem globalen Markt für Reinigungsgeräte nehmen japanische Unternehmen eine dominierende Stellung ein, wobei DNS mehr als 40 % des Marktanteils ausmacht.TEL, SEMES, Ram Research usw. haben ebenfalls einen hohen Marktanteil in der Branche und die Marktkonzentration ist hoch.Auf dem Inlandsmarkt nehmen DNS und TEL immer noch einen großen Marktanteil ein, während Shengmei und Northern Huachuang etwa 10 % bzw. 5 % des Marktanteils ausmachen, wodurch das Importmonopol bis zu einem gewissen Grad gebrochen und eine inländische Substitution eröffnet wird.Zu den Herstellern im Bereich der Halbleiterreinigung in meinem Land gehören Shengmei Shanghai, Northern Huachuang, Xinyuan Micro und Pure Technology usw. Die Lokalisierungsrate der Reinigungsgeräte liegt bei etwa 31 %.Im Vergleich zu anderen Halbleitergeräten ist der technische Schwellenwert von Reinigungsgeräten niedriger und es wird erwartet, dass es in den nächsten fünf Jahren als erstes Gerät eine vollständige Lokalisierung erreicht.

6. Oxidations-/Diffusionsausrüstung

Die kontinuierliche Verbesserung der nachgelagerten Nachfrage nach der Leistung von Halbleiterprodukten wird sich positiv auf den Markt für vorgelagerte Wärmebehandlungsgeräte auswirken.Aufgrund dieses Trends wird erwartet, dass Wärmebehandlungsanlagen mehr Entwicklungsfläche gewinnen.Das inländische Unternehmen Yitang Semiconductor liegt als einziges chinesisches Unternehmen mit einem Marktanteil von 11,50 % an zweiter Stelle.Die anderen drei großen Unternehmen auf dem internationalen Markt sind International Electric, Veiko und Schooling.

7. CMP-Ausrüstung

Chemisch-mechanisches Schleifen/chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist derzeit eine anerkannte globale Präzisionsverarbeitungstechnologie zur Planarisierung im Nanomaßstab.Beim Siliziumwafer-Herstellungsprozess muss nach Abschluss der Kristallzieh-, Siliziumbarrenverarbeitungs- und Schneidformungsprozesse im Polierprozess der endgültige glatte und sauber polierte Wafer durch CMP-Geräte und -Prozesse erreicht werden.Im Herstellungsprozess integrierter Schaltkreise kann der Chipherstellungsprozess je nach technischer Arbeitsteilung hauptsächlich in Dünnschichtabscheidung, CMP, Fotolithographie, Ätzen, Ionenimplantation und andere Prozessverbindungen unterteilt werden.CMP-Geräte sind unverzichtbar.Im Bereich der fortschrittlichen Verpackung erfordern TSV-Technologie (Through Silicon Via), Fan-Out-Technologie (Fan Out), 2,5D-Interposer, 3D-IC usw. den Einsatz von CMP-Geräten.Anwendungsszenarien für den Herstellungsprozess integrierter Schaltkreise und den CMP-Prozess:

Unter den weltweiten CMP-Ausrüstungsherstellern nimmt Applied Materials mit 70 % den größten Anteil ein, gefolgt von Ebara Machinery mit 25 %.Auch unter den inländischen Herstellern sind eine Reihe herausragender Unternehmen entstanden, darunter Huahai Qingke, Tianjun Electromechanical, CLP 45, Shuoke Micro usw., die die Lücke bei den inländischen CMP-Geräteherstellern schließen.Allerdings gibt es im Vergleich zu ausländischen Herstellern noch viel Raum für Verbesserungen bei der Lokalisierungsrate von CMP-Geräten.Derzeit werden CMP-Geräte von Huahai Qingke hauptsächlich in Produktionslinien für 28-nm- und höher-Prozesse eingesetzt, und 14 nm wird noch vor anderen inländischen Herstellern verifiziert.Seine Ausrüstung wird häufig in den großen Produktionslinien führender Unternehmen zur Herstellung integrierter Schaltkreise der Branche wie SMIC, Yangtze Memory, Huahong Group, Dalian Intel, Xiamen Lianxin, Changxin Memory, Guangzhou Yuexin, Shanghai Jita usw. eingesetzt Inländisches CMP macht den größten Teil des Marktanteils beim Geräteverkauf aus.

8. Ionenimplanter

Der Ionenimplanter ist ein sehr großes Gerät, das mehrere Subsysteme umfasst: Gassystem, Motorsystem, Vakuumsystem, Steuersystem und das wichtigste Strahlensystem.Ionenimplantationsausrüstung und Hauptprozessablauf:

Unter den weltweiten CMP-Ausrüstungsherstellern nimmt Applied Materials mit 70 % den größten Anteil ein, gefolgt von Ebara Machinery mit 25 %.Auch unter den inländischen Herstellern sind eine Reihe herausragender Unternehmen entstanden, darunter Huahai Qingke, Tianjun Electromechanical, CLP 45, Shuoke Micro usw., die die Lücke bei den inländischen CMP-Geräteherstellern schließen.Allerdings gibt es im Vergleich zu ausländischen Herstellern noch viel Raum für Verbesserungen bei der Lokalisierungsrate von CMP-Geräten.Derzeit werden CMP-Geräte von Huahai Qingke hauptsächlich in Produktionslinien für 28-nm- und höher-Prozesse eingesetzt, und 14 nm wird noch vor anderen inländischen Herstellern verifiziert.Seine Ausrüstung wird häufig in den großen Produktionslinien führender Unternehmen zur Herstellung integrierter Schaltkreise der Branche wie SMIC, Yangtze Memory, Huahong Group, Dalian Intel, Xiamen Lianxin, Changxin Memory, Guangzhou Yuexin, Shanghai Jita usw. eingesetzt Inländisches CMP macht den größten Teil des Marktanteils beim Geräteverkauf aus.

8. Ionenimplanter

Der Ionenimplanter ist ein sehr großes Gerät, das mehrere Subsysteme umfasst: Gassystem, Motorsystem, Vakuumsystem, Steuersystem und das wichtigste Strahlensystem.Ionenimplantationsausrüstung und Hauptprozessablauf:

Auf dem Markt für Ionenimplantate monopolisieren amerikanische Unternehmen den größten Teil des Marktanteils, wobei Applied Materials (AMAT) etwa 70 % des Marktanteils und Axcelis etwa 20 % des Marktanteils ausmachen.In Japan gibt es auch bekannte Hersteller von Plasmaimplantaten wie Nissin, Nippon Vacuum und Sumitomo Heavy Industries.Von den inländischen Unternehmen verfügen nur Keshitong und Zhongkexin über die Forschungs-, Entwicklungs- und Produktionskapazitäten für integrierte Ionenimplantationsschaltkreise.Der erste Niedrigenergie-Großstrahl-Ionenimplantierer, der unabhängig von Keshitong (einer Tochtergesellschaft von Wanye Enterprise) entwickelt wurde, übernahm die Führung bei der Verifizierung der Ausrüstung in einer heimischen Fabrik zur Herstellung von 12-Zoll-Mainstream-Chips für integrierte Schaltkreise.Der Hochenergie-Ionenimplantierer wurde erfolgreich an eine 12-Zoll-Produktionsanlage für integrierte Schaltkreischips geliefert.Der Niederenergie-Hochstrahl-Schwermetall-Ionenimplantierer und der Niederenergie-Fernstrahl-Ultra-Niedertemperatur-Ionenimplantierer haben die Herstellerüberprüfung erfolgreich bestanden.Zhongkexins Projekt „Forschung, Entwicklung und Industrialisierung von 90-65-nm-Großwinkel-Ionenimplantern“ hat die Annahme eines großen Sonderprojekts auf nationaler Ebene mit einer hohen Punktzahl bestanden, und verschiedene Modelle von 45-28-nm-Ionenimplantatoren haben die Verifizierung der internationalen Spitzentechnologie bestanden.Zu den Produkten gehören Mittelstrahl-, Großstrahl-, Hochenergie- und Spezialanwendungen sowie Halbleiter-Plasmaimplantatoren der dritten Generation.Die F&E- und Industrialisierungsprojekte von 12-Zoll-45-22-nm-Niedrigenergie-Großstrahl-Ionenimplantierern sind in eine neue Phase unabhängiger Innovation eingetreten.

9. Ausrüstung zum Entfernen von Leim

Mit der Entwicklung fortschrittlicher Chip-Herstellungstechnologie,