После успешной статьи о компании Inphi я оказался в довольно затруднительном положении – у меня накопилось много материалов как о компании Inphi, так и о рынке трансиверов в целом. Есть несколько компаний, достойные упоминания, но сегодня я хочу рассказать специализированном оборудовании, используемом в полупроводниковой промышленности (semiconductor capital equipment или semicap).

Semicap – это незаметный герой глобального лидерства Соединенных Штатов в полупроводниковой промышленности, где Штаты удерживают пальму первенства в трех категориях – проектирование (electronic design automation, EDA), интеллектуальной собственности (Intellectual PRoperty, IPR) и специализированном оборудовании.

Хотел бы рассказать обо всём подробнее, но тема EDA – не моя сильная сторона, а вот про semicap я знаю значительно больше, и с моей точки зрения структура этой отрасли и перспективы бизнеса очень привлекательны.


Во-первых, я собираюсь начать с обзора отрасли, сводка по основным игрокам которой приведена на рисунке ниже.

На иллюстрации хорошо видно, кто есть кто на рынке semicap, но существует ещё один уровень, для которого нужен отдельный график. «Промежуточное оборудование» (mid-end semicap) – это относительно новое направление, про которое мало кто слышал. Я бы отнес высокоплотный монтаж (advanced packaging) к этому сегменту, т.к. именно на этом уровне, по сути дела, формируется конечный продукт.

На иллюстрации хорошо видно, что на одном крае (выходе) указаны потребители, а на другом – поставщики материалов и оборудования для производства (входе). С моей точки зрения в настоящий момент нет чёткой границы между уровнями, как это было раньше, и причиной этого является формирование промежуточного звена по обработке полупроводников. Очевидно, что со временем производственные циклы базового уровня (front-end) сохранят свои позиции, но по мере постепенного отмирания «Закона Мура» (Moore’s law) потребуются новые материалы, новые технологии, новые методы монтажа и интенсификация научно-технического прогресса. В следующем разделе рассмотрим промышленные уровни, используемые при производстве полупроводников – «базовый» (front-end), «финальный» (back-end) и «промежуточный» (mid-end).


Ниже привожу инфографику, взятую из годового финансового отчета ASML, о процессе создания полупроводников, и вкратце расскажу о этапах производства.

Начнем с фоторезистов (photoresist). Фоторезисты – это светочувствительные полимеры, которые наносятся на кремниевую пластину, и затем под воздействием света преобразуются в специальный раствор. Процесс воздействия света на фоторезисты называется литографией и его помощью можно печатать материалы на пластине. Этот процесс похож на изготовление старых фотографий: свет проходит через специальную линзу, называемую фотомаской, и формирует изображение на пленке или кремниевой пластине.

После литографии происходит процедура закрепление полученных форм, которые готовятся к следующему этапу – «проявке». Процесс проявки похож на проявку фотографии при котором используется водные основы для создания формы профиля фоторезистов. Далее следует процедуры травления, химической или ионной имплантации, и каждая из этих процедур выполняет свою функцию по созданию схемы полупроводникового транзистора.

Травление является наиболее распространенным процессом, который обычно выполняется с использованием жидких химикатов или плазмы и используется для формирования структур глубокого залегания – материал фоторезистов защищает подготовленные формы, после чего начинается процесс печати на подложке.

Затем слой фоторезистов удаляется, чтобы затем перейти к следующему этапу. При этом часто бывает так, что этап может заключаться только в печати одного слоя, а с учетом того, что современные полупроводники имеют сотни слоев, наложенных друг на друга, любая ошибка приведет к образованию дефекта в полупроводнике. Это объясняет, почему в цехах по производству полупроводников соблюдается чистота – даже один микрон пыли может разрушить матрицу и снижает производительность.

Что касается меня, то я воспринимаю создание полупроводников, как строительство города с небоскребами по одному «этажу» за проход и каждый этап в этом процессе либо добавляет, либо убирает один «этаж». После сотни проходов перед вами возникает полностью построенный «город» с сотнями миниатюрных транзисторов, похожих на небоскребы. 

Всё, что описано в этом небольшом обзоре, является тем, что называется «циклами базового уровня» (front-end) производства полупроводников. Циклы базового уровня обычно завязаны на оборудование, которое используется для физического создания транзисторов из кремния, и, как правило, является самым большим источником расходов для заводов. Зарождающийся «средний уровень» – это оборудование, используемое после этапа формирования транзисторов, но до процессов создания матрицы или высокоплотного монтажа. Благодаря процессам высокоплотного монтажа, таким как Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS), те процессы, которые исторически относились к финальному этапу (back-end) постепенно перемещаются к процессам базового уровня (front-end).

И наконец, нужно сказать про финальный этап. После того, как полупроводники покидают территорию завода, он ещё не готов для использования – нужно пройти ещё несколько этапов сборки и тестирования, чтобы из кусков кремния получился конечный продукт. Даже обычный процессор, который вы можете взять в руки, прошел ряд процедур высокоплотного монтажа. Исторически сложилось так, что этот вид деятельности был более цикличным и считался худшим этапом в конце цепочки поставок полупроводников. Но повышенный спрос на компактные чипы, используемые в сложных вычислениях, привел к увеличению важности финального этапа.

Каждый из описанных этапов «принадлежит» определенной компании, которые мы рассмотрим более детально, а пока нужно знать лишь то, что 5 ведущих компаний занимают порядка 65% рынка специализированного оборудования – фактически речь идет о маржинальной олигополии.

Перевод статьи Semiconductor Capital Equipment Series: Introduction

Тэги: США, Технологии

07.03.2023