《全球晶圆制造产能分布或将这样改变》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2020-05-20
  • 由于半导体晶圆厂对厂房洁净度的要求非常高,在空气净化方面,采用欧洲(CEEN149:2001)防护标准FFP2的过滤级别,能过滤最小直径为300nm的尘埃颗粒,而搭载灰尘或液滴的冠状病毒尺寸已达微米级别,因而疫情爆发初期对半导体晶圆厂正常运营造成的直接影响并不大。
    然而,疫情持续蔓延,长期影响逐步显现出来,主要体现在供应链以及产业链下游的市场需求层面。专家认为,疫情不改半导体产业全球协同的趋势,但由于半导体产业链长而且复杂,即使小到一枚电阻电容,如果缺少了就会造成问题。疫情过后,晶圆制造产能在全球范围内分散化布局可能会进一步加强。
    产业链下游市场需求影响较大
    近日,台积电发布财报,第一季度获利优于市场预期,营收103.06亿美元,去年同期70.96亿美元,同比大增45.2%。但是,台积电却下调了对未来的展望,认为疫情将导致终端市场需求萎缩,并冲击整体半导体产业的前景。
    中芯国际的情况也基本相同。在日前发布的公告中,中芯国际上调了此前发布的业绩指引,将2020年第一季度营收由原先的0%至2%上调为6%至8%,毛利率也由原先的21%至23%上调为25%至27%。但是业内人士指出,疫情的影响有可能在第二、三季度表现出来。
    “因为大多数半导体工厂特别是晶圆厂的运营是365天不能停的。即使是在疫情爆发当中,我们了解武汉的晶圆厂仍然保持了正常的运营。”Gartner研究副总裁盛陵海指出,“但是随着疫情持续,长期的影响将逐渐显现出来。”
    摩根大通数据也显示,半导体将在第二、三季度浮现更大规模库存调整,多数晶圆代工与封测厂第三季度营收仅能与第二季度持平甚至下滑,这增加了对晶圆代工本季度砍单的担忧。摩根大通将全球半导体2020年成长预期由年增5.3%,调整为年衰退6%,其中晶圆代工产业2020年顶多也只能勉强与2019年持平,基于库存调整压力将逐渐浮现。
    全球供应链携手应对复杂局面
    半导体产业链漫长且复杂,一条晶圆生产线的主要设备就有十几种之多,包括光刻机、蚀刻机、薄膜设备、扩散离子注入设备、湿式设备、过程检测设备等,其中光刻、蚀刻和薄膜沉积设备等所占比重高,光刻机约占总体设备销售额的30%,蚀刻约占20%,薄膜沉积设备约占25%(PVD15%、CVD10%),这些设备厂商主要位于荷兰、美国、日本等国家。半导体生产过程中使用到的材料种类更是繁多,包括硅片、光刻胶、光刻胶配套试剂、湿电子化学品、电子气体、CMP抛光材料以及靶材等,其中以日本、美国、韩国、德国等国家和中国台湾地区占主导,比如在硅片领域,日本信越化工、日本SUMCO、台湾环球晶圆、德国Siltronic、韩国LGSilitron占比全球前五;在靶材领域,日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯等为靶材行业龙头。
    由于疫情在全球蔓延,呈现长期化趋势,上游原材料、设备维护、配件等供应链方面的问题已经开始困扰半导体厂商。三星电子位于西安的第二座内存厂在3月份启用,原本应由日本技术人员安装新设备,由于全球性的人员流动限制,该厂设备安装进度遭遇延迟。另外,荷兰光刻机巨头ASML也有因技术人员流动限制和物流停滞影响,进而推迟出货。
    对此,麦肯锡公司高级合伙人兼半导体业务主管MarkPatel指出,半导体供应链正在努力克服新冠疫情所带来的棘手挑战,包括用于晶圆制造和封装测试的原材料等。对大多数半导体晶圆制造商和供应商而言,他们面临的一个严峻挑战是公司运营受限,使得新产品推出、新工艺开发和设备扩产等方面都更为艰难。
    另外,因产业链下游传导而来的市场需求缩减,使半导体厂商的压力可能更大。半导体制造业处于电子信息产业中游,如果说其上游是半导体材料与设备企业,下游则是芯片设计公司与终端设备厂商。
    盛陵海指出:“疫情对零售业、商业的影响较大,第一季度电子产品的销售,比如大家电、手机、PC等都会受到一定的影响。相对而言,PC可能会好一些,因为在家办公或者学生上课的需求会刺激一部分PC的网上销售。智能手机相对来说紧缺性、稀缺性更低,受到的影响更大一些。大家电中,电视机由于有学生上网课的需求,因此小尺寸电视的需求有一定恢复,但是其他的大家电,如冰箱、洗衣机、空调等都受到较大影响。此外,汽车行业的售销也受较大影响。”当这些情况反映到半导体芯片上,来自市场需求端的影响就会凸显出来。盛陵海认为,当前半导体产业受到的影响主要来源于需求端的下降。
    无论是供应链还是需求端的问题,如果反映到中小企业身上,往往表现得更加严重。有渠道商表示:“对于很多中小型企业而言,供应链和生厂商都在国内,由于无法预估国外的需求,同时封锁逐步趋严,都害怕下订单,也害怕做出产品之后无法出口。”随着国外疫情爆发,四月份物流问题、砍单问题都开始凸显,五六月情况也需要密切观察。
    园区和行业协会发挥积极作用
    为了保供应链的持续不断,以及产业链的顺畅,我国半导体企业采取了多种办法保产业链复工复产,在这当中园区与行业协会的协调保障工作发挥了重要作用。采访中,几乎所有半导体企业在谈到防控疫情影响时,都会提到“与企业所在园区和行业协会保持沟通,进行协调”。园区与行业协会发挥了积极作用,参与到物资运输的组织协调,以及意见建议的上传下达当中,取得了良好的效果。
    受新冠肺炎疫情冲击,长鑫存储原定设备进口计划无法实施。合肥经开区空港办主动对接企业,制定设备进口方案,同时协调海关对设备进行快速通关,保障设备第一时间运抵。与长鑫存储原有进口渠道相比,最终的运输成本不到原来的一半,时效性提高一倍以上。
    受疫情的影响,半导体行业供应链的本地化趋势将进一步加强。SEMI全球副总裁、中国区总裁居龙指出,无论是国内企业,还是国际企业,在本地形成可靠的供应链,这是一个方向。
    疫情期间,国外原厂支持工程师很难到位,这给客户的排产造成较大影响。北方华创科技集团股份有限公司董事长赵晋荣此前接受采访时指出:“疫情期间,我们一直持续提供服务,积极采取防疫措施,在保证人员健康安全的前提下,快速响应客户需求。举例来说,公司专门为身处武汉疫区工作的客服人员租住了酒店,租了专车往返于酒店与客户工厂之间,对关键客服人员,直接就近住在客户的员工宿舍,更‘贴身’地满足客户需求。疫情期间,与客户‘同进退,共抗疫’的情谊,也极大地增强了客户对国产设备的信任。从长远看,相信这对中国高端半导体装备业的发展是十分有利的。”
    与此同时,全球化的趋势也不会改变。成为与本地化发展的“一体两面”。在谈到疫情对产业的长期影响时,盛陵海指出:“疫情的发展有可能加剧半导体产业链产能的分散化布局。半导体产业链长而且复杂,即使小到一枚电阻电容,如果缺少了还是会造成问题。所以我们预计疫情过后,整个产业链在全球范围内分散化的趋势将进一步加强。不仅是原本的国际化公司会这么做,中国本土公司也会加速整个供应链的全球化布局。”

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    • 一、全球市场概览 1.1市场规模 根据SEMI数据显示,2018年全球集成电路销售额再创新高,达4688亿美金。 微缩”是集成电路行业的代名词和发展引擎。 过去几十年,集成电路行业基本遵循“摩尔定律”发展,即当价格不变时,集成电路上可容纳元器件数目约每隔18-24个月增加一倍,性能提升一倍。 我们对全球主要的20家IDM、Foundry的营收进行了统计,这20家公司2018年合计实现营收规模占全球集成电路销售额的70%以上。 根据SEMI最新数据,2018年全球半导体材料销售额为519.4亿美金,其中晶圆制造材料322亿美金、封装材料197亿美金。 1.2 晶圆制造材料 如前文所述,全球晶圆生产厂商有较明显的大客户集中性。晶圆制造材料的最终客户是晶圆制造厂,这意味着材料供应商在技术研发、销售、提供优质服务等方面面临较大压力。 目前7nm是已实现量产的最先进制程,4月3日台积电宣布其已进入5nm制程的试产阶段。随着制程的不断进步,对材料的品质、稳定性等要求越来越高,而能提供先进制程材料的供应商越来越少。 2017年的IRDS(International Roadmap for Devices and Systems)对设备、材料、制造工艺如何在“More Moore”的发展道路上保持技术领先性,给出了时间表: 注:以下我们还将反复提到的事实是,随着下游客户间的不断整合,数量上便较以往年度更少,这将导致材料供应商之间的竞争越来越激烈,而不断出现并购现象。越往先进制程发展,上游材料供应商的垄断现象则愈加明显。 晶圆制造材料分为硅晶圆、光罩、光刻胶、光刻胶辅助材料、湿化学品、气体、靶材、研磨液/垫和其他材料。 DBS Bank在2018年6月的一份报告中对晶圆制造材料在未来4年的市场规模的成长空间作了预估,根据其测算,成长性比较明显的是硅晶圆和气体: 我们汇总整理了全球主要晶圆制造材料供应商在半导体材料领域的历年财务数据,如下所示: 可以看到,全球营收排名靠前的材料供应商主要分布在日本、美国和韩国,他们的汇总营收超过200亿美金。其中,全球几大硅晶圆龙头供应商的营收排名都较靠前,信越化学更是以33.46亿美金的营收独占鳌头(公司不仅供应硅晶圆,与此同时还生产光刻胶、掩模版的石英基板等半导体材料)。 我们对晶圆制造材料供应商供应的产品进行了汇总,如下所示: 在材料领域,很多公司都基于自身技术的领先性优势和强大的研发能力,同时涉足多种不同的材料;从市场规模的角度来讲,也是因为很多细分类别材料的市场空间都很小,以至于材料公司在产品类别上会具有更多的多样性。 二、产业链跟踪 2.1分类 我们将晶圆制造材料进行不同以往的分类,分为:硅晶圆相关材料、光刻材料和其他材料(单位驱动材料、产能驱动材料)三类。进行这样分类的原因主要有以下几点: ①、硅晶圆产业链,硅是集成电路发展至今的基石,硅晶圆在整个晶圆制造材料中占比超过30%,硅的纯度直接与制造工艺的精度相关,目前为了适应先进制程的纯度要求,信越生产的硅晶圆纯度已经达到13个9; ②、光刻产业链,光刻是“微缩”的关键技术,光刻的分辨率决定了集成电路工艺的发展程度,光刻技术的发展带来了材料突破、设备升级。因此,把光刻产业链单独罗列出来,是非常有必要的; ③、其他,研磨垫/液、靶材、湿化学品、气体等这些材料都划分在“其他材料”这个类别,并根据这些材料在制造工艺中的“资产属性”进行细分。 每生产一单位的产品需要消耗的材料,我们称为“单位驱动材料”(Unit-drive Materials),如研磨液/垫、靶材、湿化学品、石英部件等。 与下游Fab产能投资拉动密切相关所消费的材料,我们称为“产能驱动材料”(Capital-drive Materials),如气体、流体处理部件等。 2.2 跟踪分析框架 我们试图从以下两个视角来构建跟踪分析框架: ①、公司视角:龙头公司历年财务表现,预期未来财务表现,产能利用率情况,股价走势等; ②、供应链视角:产品价格走势,订单/出货变动走势,进出口数据跟踪,行业指数,相关性分析、材料代理商经营变动情况等; 三、硅晶圆产业链 前几年硅晶圆厂商扩产的不积极导致近两年硅晶圆供不应求状况显著,单片价格不断调涨,2018年全球硅晶圆实现114亿美金销售额,接近于2007年的121亿美金的历史峰值。 硅晶圆的制造大致会经过如下步骤:多晶硅料熔炼和精炼、长晶、切割、抛光、清洗等,最后制成硅晶片。 通常将在半导体生产过程中使用的硅晶圆的直径值来衡量硅晶圆的大小,直径尺寸从25.4mm到450mm之间不等。目前主流硅晶圆大小为200mm(8吋)、300mm(12吋)。 我们跟踪、分析的硅晶圆产业链上材料有:硅晶圆(Silicon Wafer),再生晶圆(Reclaimed Wafer)、多晶硅料(Polysilicon)、石英部件(Quartz)、晶圆运输盒(Shipping Box)、晶圆承载盒(Carrier)等。 四、光刻产业链 光刻(Lithography)是通过清洗、烘干、旋涂光刻胶、对准曝光、显影、刻蚀、清洗、检测等一系列生产步骤,将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。光刻生产的目标是根据电路设计的要求,生成尺寸精确的特征图形。 2018年全球半导体用光刻机共出货374台,其中ASML、Nikon、Canon分别出货224台、36台、114台,实现同比增长12.6%、38.5%和62.9%。 集成电路的光刻工艺,我们对其进行如下细分: 注:橙色方框为步骤,蓝色方框为设备类,黄色方框为材料类; 五、其他材料 研磨液/垫、靶材、湿化学品、气体等则在“其他材料”这一部分进行跟踪,因涉及公司较多,在此不逐一列出。
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