半导体设备，日本不行了？

2020年，COVID-19在全球范围内的传播引发了特殊需求，2021年至2022年，全球半导体市场和制造设备市场快速扩张。预计2022年半导体市场规模将达到5741亿美元，设备市场规模将达到1076亿美元，均创历史新高（图1 ）。

但由于2022年新冠特殊需求结束以及半导体衰退，2023年半导体市场将减少约10%至5151亿美元，设备市场也将减少约15%至91.2美元亿。据说到2024年，经济将恢复到2022年创下历史新高的水平。

图1 全球半导体市场与制造设备市场

顺便说一下，我去年曾经报道日本前端工艺设备行业正处于危机边缘，市场份额迅速下降。因此，在本文中，我想讨论一下日本前端设备世界份额的最新趋势。先说结论，日本前道工艺设备全球份额从2021年的26%下降2个百分点至24%。也就是说，日本前端设备份额的下降趋势并未停止，而且形势依然严峻。

在这样的情况下，看似已经触底的光刻设备的市场份额却在上升，尤其是佳能对i-line和KrF业务的关注，使得设备数量的市场份额有所增加。这在日渐衰落的日本前处理设备产业中，可以说是一个亮点。

首先我们来看看各种前处理设备的出货金额。

各类前处理设备出货额

图2显示了各种前处理设备出货额的变化。检验设备是外观检验和缺陷检验的总和。另外，清洗设备的出货量按单片式和批量式的总和计算。

图2 各类前道工艺设备出货额变化

到2022年，干法刻蚀设备将达到202亿美元，成为首个单台设备出货量超过200亿美元的设备。其次是检查设备，出货额为 178 亿美元，超过光刻设备的 167 亿美元，成为第二大出货量。此外，CVD设备以112亿美元排名第四。

这里，由于检查设备中的视觉检查设备价值135亿美元，因此2022年将超过100亿美元的前道工艺设备有四类：干蚀刻设备、曝光设备、视觉检查设备、CVD设备。

所有前端工艺设备的出货量在2000年IT泡沫期间达到顶峰。因此，我为每个设备绘制了一个以 2000 年出货量标准化的图表（图 3）。从图中可以看出，预处理设备可以分为四种类型。以下，将2000年的出货量归一化后的值称为“增长率”。

图3 2000年标准化的各种前端工艺设备的出货值

（增长率）

“第一”类是干法刻蚀设备，到 2022 年增长了 4.6 倍。2015年以来，干法刻蚀设备不仅在出货量上，而且在增长率上都超越了其他设备。

“第二”是2022年增长率约为3或以上的设备。具体来看，按照增长率由高到低排列，检验设备为3.7，曝光设备和清洗设备均为3.1，包括立式扩散炉在内的热处理设备为2.9。其中，检查设备已超过光刻设备，成为出货量第二大的设备，具有极高的增长潜力。另一方面，热处理设备增速较2021年的3.2下降0.3个百分点。

此外，属于第一类和第二类的设备组，2010年至2013年增长率均在1以上，导致此后的高增长。

“第三”是CVD设备，2022年增速为2.6。CVD设备增速超过1是在2016年之后。这很大程度上受到NAND闪存（NAND）结构从2D到3D变化的影响。这是因为，随着3D NAND层数增加到48、64、92/96、112/128等，每一代需要的CVD设备增加1.5倍。

最后的“第四”是一组增长率为 2 或更低的设备。从2017年到2020年，这些设备的增长率为1或以上。也就是说，这是一组无法轻易超越2000巅峰的装备。具体来说，按照增长率由高到低排列，PVD设备为2.0，CD-SEM为1.9，CMP设备为1.7，涂布机/显影机为1.6。

接下来我们看看各公司各前处理设备的市场占有率。

各种前处理设备各公司的市场份额

图4显示了各类前端工艺设备按企业划分的市场份额，欧洲、美国、日本的份额以及2022年的市场规模。一眼就能看出，前端工艺设备寡头垄断正在持续推进。

图 4 按公司划分的市场份额、按地区划分的份额以及各种前端流程的市场规模

例如，作为“1强+其他”，曝光设备ASML（91.8%）、镀膜机开发商Tokyo Electron（TEL，88.8%）、溅射设备Applied Materials（AMAT，84.7%）、目视检查设备包括KLA（57.2%） ）和缺陷检测设备KLA（73.4%）。

排名前2+的其他包括热处理设备TEL（58.5%）和国际电气（34.8%）、CMP设备AMAT（70.4%）和Ebara Corporation（24.2%）、批量清洗设备SCREEN（51.4%）和TEL （28.7%）、掩模检测设备KLA（54.5%）和Lasertech（36.4%）、CD-SEM日立高新技术（65.5%）和AMAT（34.5%）。

另一方面，有些设备正在与三个或更多公司竞争。Lam Research (Lam, 49.4%)、TEL (22.4%)、AMAT (15.8%) 干式蚀刻设备、AMAT (37.9%)、Lam (32.5%)、ASMI (14.4%) CVD 设备、SCREEN (36.7%) 、TEL (27.9%)、Lam (17.4%) 和 SEMES (11.0%)。

欧美日前端设备市场占有率

我们看一下上图4中欧洲、美国、日本的地区份额。ASML所在的欧洲在光刻设备方面拥有91.8%的垄断地位。美国以AMAT、Lam、KLA为主，拥有干蚀刻设备（65.2%）、CVD设备（66.2%）、溅射设备（87.9%）、CMP设备（70.4%）、目视检查设备(69.6%).%)、缺陷检测设备(90.3%)、掩模检测设备(59.9%)。

另一方面，日本在涂布机/显影机（92.0%）、热处理设备（94.7%）、单片清洗设备（64.6%）、批量清洗设备（80.1%）、CD-SEM(65.5%)等方面拥有世界第一的市场份额。

但日本占有率较高的设备市场规模并不是很大。另一方面，欧美占据前端设备全球份额，市场规模超过100亿美元。202亿美元的干蚀刻设备是最大市场，Lam和AMAT合计占65.2%；167亿美元的曝光设备，ASML占91.8%；135亿美元的视觉检测设备，KLA和AMAT占69.6%；112亿美元的CVD设备AMAT和Lam占66.2%。

也就是说，欧美的AMAT、ASML、Lam、KLA都专注于市场规模较大的设备，垄断了全球市场份额。似乎有一种基于营销的自上而下的策略。

那么，所有前端流程中的区域份额是多少？

日本前处理设备份额持续下降

图5显示了预处理设备的区域份额。2022年，美国为49.0%，日本为24.0%，欧洲为21.3%，韩国为2.1%，中国为0.4%。

图5 各地区前端设备市场份额

（截至2022年）

自2020年以来，美国的份额有所增加。另一方面，直到2010年左右，以35-40%左右的份额与美国争夺第一的日本，此后份额大幅下降，虽然在2018年看似有所回升，但一直处于停滞状态。2019年以来形势严峻。2022 年比 2021 年下降 2 个百分点。

为什么日本前处理设备的份额下降？

为了找出原因，我们绘制了2011年和2020年至2022年各种前端工艺设备的市场份额图（图6）。从该图中可以看出，只有掩模版检测设备的市场份额显著增加，但几乎所有前端工艺设备的市场份额从2011年到2020-2022年都有所下降。

图6 日本前端设备市场份额

（2011年、2021-2022年）

尤其是曝光设备、干法刻蚀设备、CVD设备、溅射设备、批量式清洗设备、CD-SEM等市场份额出现较大下滑。我只能用悲惨的境遇来形容。我有一种危机感，如果我们不阻止每种设备市场份额的下降，那就太晚了。

那么，日本前端设备产业还有一线希望吗？在这里，我注意到日本光刻设备的份额从2021年的5.4%上升到2022年的8.2%。这里可能有一束光。

曝光装置似乎已经跌入谷底，

但是……

20世纪90年代，曾经有一段时间，尼康和佳能垄断了曝光设备出货量合计市场份额的80%左右。但被2000年左右崛起的ASML推翻，日本市场份额跌至不足10%注1)。

然而，按公司划分的曝光设备出货量份额图表显示，日本公司表现良好（图7 ）。三大光刻设备厂商中，ASML在出货量上垄断了90%以上，但在出货量上的份额却在60%左右。

图7 各公司光刻设备出货量占比

（截至2022年）

与此同时，尼康在 2011 年的出货量份额为 23.7%，到 2022 年下降至 6.8%。然而，另一家日本公司佳能的出货量份额稳步上升，2022年达到31.5%。这大约是ASML的一半。换句话说，可以说，从光刻设备的出货量来看，佳能表现不错。

那么佳能正在与哪些光刻工具竞争呢？

佳能专注于i-line和KrF

图8显示了2022年各类曝光设备的出货量。ASML出货了40台EUV（极紫外）曝光设备（准确地说，出货了54台，验收了40台）。至于ArF浸入式，ASML出货81台，尼康出货4台。至于ArF dry，ASML出货了28台，尼康出货了4台。在KrF中，ASML出货151台，尼康7台，佳能51台。在 i 系列中，佳能出货了 125 台，而 ASML 为 45 台，尼康为 23 台。

图8 按曝光设备类型划分的公司出货量

（2022年）

ASML在EUV、ArF浸入式和ArF干式方面具有垄断地位。也就是说，先进曝光设备由ASML主导。另一方面，与尖端曝光设备无关的佳能，KrF 的 ASML 出货量有三分之一，i-line 的出货量大约是 ASML 的三倍。也就是说，佳能的策略非常明确，可以说是在ASML不太重视的i-line业务上竞争。

在三大曝光设备制造商中，尼康的业务最为三心二意。在领先优势上无法与ASML竞争，并且在KrF和i-line上输给了佳能。

台积电、三星、英特尔等建设最先进的工厂时，不仅引入了EUV，还均匀引入了ArF浸没式、ArF干式、KrF和i-line。最先进的曝光设备EUV和将于2023年下半年开始开发的High NA备受关注，但KrF和i-line都是制造尖端半导体所必需的。佳能似乎也注意到了这一点。

事实证明，佳能在曝光设备的出货量方面表现不错，但日本前端设备的形势依然严峻。我应该怎么办？

设备厂商别无选择，

只能自己努力

作者认为，日本大部分前端工艺设备的份额正在下降，并且日本整体前端工艺设备份额的下降仍在持续。换句话说，这意味着日本前端设备厂商的竞争力正在下降。不得不说，形势十分严峻。在这种情况下，设备厂商别无选择。首要政策应该是让强者变得更强。。“强的东西”是制造设备和材料。

然而，日本政府尚未拿出加强设备和材料制造商的政策。相反，他们正在实施以Rapidus为中心发放2万亿日元补贴的毫无意义的政策，无论怎么想都是不可能实现的。而国外厂商为了补贴，也纷纷向日本聚集，补贴的糖让蚂蚁蜂拥而至（图9 ）

图9 蚂蚁（半导体企业等）蜂拥而至

日本2万亿日元补贴

“自助者，天助之”。我希望日本设备制造商认真思考如何生存，例如制定类似于佳能的战略。我们希望一年后，即2024年，当进行与本文相同的分析时，将会有许多设备制造商正在增加其市场份额。