半导体设备之王应用材料(Applied Materials)是如何赚钱的?

应用材料

简介

公司介绍

应用材料公司(中文简称应材,美股代码:AMAT)创立于1967年,是全球最大的半导体制造装置和服务供应商。主要产品为晶片制造相关类产品,例如原子层沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、侵蚀、离子注入、快速热处理、化学机械抛光、测量学和矽片检测等,并包含配套的软体、质检服务提供给营运客户,例如晶圆厂与萤幕工厂的各式半导体制造商。

半导体设备供应链

由于在半导体先进制程的资本⽀出当中,前段制程设备占比⾼达80∼90%,主要由五⼤设备供应商提供,除了应⽤材料之外,还有艾司摩尔(美股代码:ASML)、科林研发(美股代码:LRCX)、东京威⼒科创(美股代码:TOELY)、科磊(美股代码:KLA)。

这五大半导体设备商以其领先的技术、强大的资金支援占据着全球半导体装置制造业超过70%的份额。

台湾本地厂商因技术的差距,在前段制程设备着墨较少,主要切入点为设备代⼯、厂务⼯程、后段制程设备、零组件维修与通路等业务,相关供应链如京鼎、帆宣、翔名、瑞耘与公准等。

关于半导体设备供应链的完整说明,请各位参见:

产品范围

应⽤材料主要是提供物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原⼦层沉积(ALD)、化学机械研磨(CMP)、热处理(RTP)、离⼦植入、蚀刻与检测等设备,在全球拥有极⾼市占率。

最著名的产品Producer

Producer平台于1998 年7 ⽉推出,借由将晶片的⾦属层配线由铝改为更理想的导体─铜,协助晶片加快执⾏速度。Producer平台⾃20 年前上市以来至2018年为止的平台20周年间,Produce平台出货量⾼达5000台。

这套制造系统协助制造全球几乎所有的晶片,也就是说,全球几乎所有电脑晶片,都是使⽤Producer平台制造。已经处理过19亿平⽅公尺的矽晶圆,⾯积相当于30个美国纽约曼哈顿的⼤⼩,⽬前可⽀援从180奈米 到5奈米的10 个技术节点。

20 年来协助推动各项业界技术转折,其中包括铜、应变⼯程、⾼介电⾦属闸极、FinFET 及3D NAND;现今Producer 平台能够专⾨配置组合,以因应摩尔定律不断增加的挑战。

Producer 平台原先是专为执⾏化学气相沉积的单⼀制程系统,并成为业界标竿。这些年来,应⽤材料公司不断扩⼤平台的技术功能,包括蚀刻、选择性移除及薄膜处理技术。现今愈来愈多材料濒临传统摩尔定律微缩的物理极限。现在的这个平台可以做为⼀套整合式制程平台,在同⼀套真空系统中,提供诸如沉积与薄膜处理、沉积与蚀刻,或者是沉积与选择性移除的多种组合。

半导体制程必备

在市值被艾司摩尔(ASML)超越之前,应⽤材料是任何制造半导体晶片无法替代的设备商,这一点到目前为止还是成立。

只不过进入更先进的半导体晶片的节点后,先进制程制造设备DUV和EUV光刻机的重要性变成不可或缺,使得艾司摩尔抢了应⽤材料持续了几十年来的半导体制程设备之王的风采。这一部份,请参见我的另一篇贴文的详细分析:《真正掐住台积电脖子的企业艾司摩尔(ASML)》。

三大部门

应用材料公司分为三个主要业务部门:半导体产品、应用材料全球服务、显示器和邻近市场。

半导体产品

该公司开发和制造用于制造半导体装置的晶圆制造步骤的设备,包括原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、快速热处理(RTP)、化学机械抛光( CMP)、蚀刻、离子注入和晶圆检查。[32]该公司于 2009 年底收购了该集团的 Semitool。2019 年,应用材料公司同意以 22 亿美元收购半导体制造商 Kokusai。

应用全球服务

应用全球服务 (AGS) 团队提供设备安装支援和保固延长支援以及维护支援。 AGS 还提供新设备和翻新设备,以及已安装基础设备的升级和增强。该部门还包括用于制造环境的自动化软体。

展示及邻近市场

AGS 将现有业务部门与2006 年中期收购的 Applied Films Corporation的显示业务部门合并。电脑显示器和电视中常用的TFT LCD (薄膜电晶体液晶显示器)的制造流程与积体电路的制造流程类似。在无尘室环境中,TFT-LCD 和积体电路生产均使用光刻、化学和物理气相沉积以及测试。

业务分析

2023年度

2023财年,应用材料公司公布获利68.56亿美元,年营收265.17亿美元,营收成长率0.88%。以 GAAP 计算,公司毛利率为 46.7%,营业收入为 76.5 亿美元,占净销售额的 28.9%,每股收益为 8.11 美元。

2023年第3季概况

从各项业务指标来看,应用材料在晶圆代工、逻辑及其他半导体系统方面业绩表现良好,营收占据半导体系统总营收的79%,高于去年同期的66%;在记忆体晶片领域的业务营收则稍显疲软,其中DRAM设备占据半导体系统总营收的17%,NAND Flash设备占4%,这是因为记忆体晶片客户的支出正处于十多年来的最低水准所致。

客户

几乎全球所有半导体制造商都是应材的客户,而长期以来英特尔(美股代码:INTL)是第⼆⼤客⼾,占应材总销售比重约为12 %,台积电(美股代码:TSM)则是最⼤客⼾,销售占比高达14%。

地域

2022年,中国市场占应用材料、科磊及泛林集团的营收约三成。应材2020 年对中国的销售额就价值50亿美元。

挑战和风险

主要的挑战

应材想抢回全球半导体设备市值的王座,主要的挑战就必需找出艾司摩尔的光刻机的耳代方案才行。

艾司摩尔的光刻机

艾司摩尔的光刻机可让晶片储存和存取数据的电路图案是烧在晶圆上,接着⽤其他⾦属和其他物质填满。这种制程中的微影阶段已变得愈来愈困难,原因是电路尺⼨缩⼩,⼩到比多数光源的波⻑还要⼩。艾司摩尔的极紫外光设备(EUV)能够处理这些先进半导体的制程,EUV机台更是该公司的「摇钱树」,其销量⾃2019年来已增加近⼀倍。

艾司摩尔的机台是半导体设备里最贵的机台。但艾司摩尔的⽅法有其缺陷,晶片的某些部分需要多重曝光,必须进⾏两次以上的曝光才能达到预期的效果。

应材的新微影技术

应材的CenturaSculpta机器是所谓的图案成形系统,让客⼾减少必须花在微影制程的时间。应材的新机器则利⽤电⼒活化化学技术来完成制程的这⼀部分,不再需要⼀些多重曝光。应材表⽰,这样的想法是要「补充」紫外光微影,同时处理先进晶片制造的经济与环境问题。

这种新设备有望为应材年营收增加2亿⾄3亿美元,但短期内不会削弱艾司摩尔的EUV营收。采⽤这套新系统的晶片业者,在运作每⽉处理10万片晶圆的产线规模情况下,可节省多达2.5亿美元的资本费⽤,每片晶圆能节省50美元的成本、节能效益达15度电、省下15公升的⽔,减少排出0.35公⽄的⼆氧化碳。

这项新产品主要⽤于⽣产先进逻辑晶片,例如辉达⽤于AI的绘图处理器。世界上⽬前只有台积电、三星和英特尔专精这类型晶片的⽣产。而英特尔是已经采用应材这项新机台的第一家公司。

地缘政治的风险

受到美对中国半导体禁令的影响,2022年10月,应材、科磊与科林已开始撤离其在长江存储的驻厂员工,并且暂停其在中国的业务。

2023年11月,应用材料因违反出口中国限制,遭美国政府刑事调查,受此冲击,股价立即暴跌7.61%。2024年2月,美国再度调查应材的中国事业,应材股价立即重挫2%反映。

由于中国的营收占比高达公司的三成以上,投资人必需考量美国政府对中国的半导体禁令,在可见的未来,都只会加强,不可能会松绑。

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