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应材(AMAT):半导体“军火”龙头成长史!

芯榜 ·2019-03-25 18:07·芯榜
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近日,美国调查公司发布了2018年全球半导体生产设备厂商的营收排名。

图:2018年全球半导体设备厂商营收排名,单位:百万美金

其中,应用材料(Applied Materials)毫无悬念,再一次蝉联世界第一。

这已经是应用材料(AMAT)连续26年蝉联世界第一大半导体设备供应商。

相应的英特尔也就称霸半导体最大企业才25年,于2017年被三星超越。

2016年,中国十强半导体设备企业总营收6.56亿美元,2016应用材料一家营收76.5亿美元,是中国所有设备企业营收的十倍!

应材以一敌整个中国设备业,还绰绰有余余余...多么无敌的存在。

全球几乎每 个新生产的芯片和先进显示器的背后都有AMAT的身影。

应材公司主要产品为芯片制造相关类产品,例如原子层沉积ALD、物理气相沉积PVD、化学气相沉积CVD、刻蚀ETCH、离子注入、快速热处理RTP、化学机械抛光CMP、电镀、测量和硅片检测等。

也就是说应用材料(AMAT)除了没做光刻机,其它设备它全做。

简单来说,你想建一座晶圆厂,只要搞定应材和ASML,其它你就可以等着生产晶圆了。

应材被业内成为半导体军火龙头,名副其实。是超越ASML的存在。

 

成立历史

AMAT创建于1967年,1972年10月1日在美国纳斯达克上市(股票代码:AMAT),1992年成为全球最大的半导体设备制造商,并蝉联这一头衔至今。

1970年营收为730万美元,1972年上市时财年营收为630万美元,到2017财年营收已达145亿美元,45年增长2300倍。

1972年上市时市值为300万美元,截至2018年6月8日市值达到507亿美元,46年来市值上涨了16900倍。

 

创业危机--艰难曲折前行,回归核心业务

在现代世界,半导体制造技术彻底改变了工业化国家,为所有电子产品提供了基础,从先进的战斗机仪器到消费品,如收音机和数字手表。事实上,说经济和民族文化受到半导体行业的巨大影响并不是夸大其辞。

1947年美国贝尔实验室发明了半导体点接触晶体管,从而开创了人类的硅文明时代。随着晶体管的出现,使电子电路变小,可以制造重量更轻、结构更紧凑且更节能的电子产品。

1950年代后期,最初设计和制造自用生产设备的半导体芯片制造商开始与提供用于制造其小型化器件的设备的供应商签约。这一变化趋势有助于半导体设备行业发展。

此时,Michael A. McNeilly刚好研究生毕业,来到八叛逆之一Jean Hoerni创办的Union Carbide公司的有机硅部门工作,当时Union Carbide主要是向多晶硅生产商供应三氯硅烷(trichlorosilane)。1965年McNeilly创办了一家化学品公司Apogee Chemicals Inc.,为半导体行业提供新的UHP化学品和化学品输送系统。在此次创业时期,McNeilly和半导体的西点军校仙童半导体(Fairchild)公司打起了交道,也和Gordon Moore和Bob Noyce等人结下了友情。

McNeilly此时意识到,半导体行业是个聪明人汇集的地方,不管是物理学家、器件专家还是电子专家,但是他们真的不懂化学,不了解用于处理半导体的化学品的处理。而且McNeilly认为,不久的将来,半导体器件制造的未来将基于利用各种危险化学品和其他材料进行器件生产的能力。

与此同时,许多工程师离开仙童半导体去创办新的器件制造厂,从1968-1972年,硅谷大约有30多家器件制造商,包括英特尔、超微半导体等优秀的半导体公司。

于是Mike McNeilly抓住时机,和四位共同创始人在1967年创办了AMAT,用于生产半导体制造设备,并于1968年推出外延反应器系统AMV 800D和首个二氧化硅薄膜商业系统CVD系统AMS 2600 Silox。

在这种历史背景下,AMAT在半导体制造业发展中的地位是独一无二的。从1967年到1973年,公司收入以每年40%以上的速度增长,半导体设备行业的市场份额达到6.5%。随着如此迅速的市场扩张和令人羡慕的财务成功,公司于1972年上市。1974年公司营收2890万美元。

每个公司在建立初期都会遇到各种挑战,甚至遭遇困境。是的,AMAT也不能例外,真得是遇到了麻烦。

公司的高速发展,管理层开始向上游扩充产品线。1974年管理层决定收购硅晶圆制造商Galamar Industries来拓展硅片制造业务,1975年与仙童相机仪器公司(仙童半导体的母公司,Fairchild Camera and Instrument Corporation)合资成立了的硅片生产中心。然而,1970年代中期,严重的衰退对整个半导体行业产生了非常不利的影响,AMAT受到了特别的打击,1975年的销售额下降了55%。

这可真是个大麻烦。于是董事会找来了救星James C. Morgan出任总裁兼CEO。摩根上任后马上关闭无利可图的GalamarIndustries,出售其在硅片制造中心的份额,使公司的核心业务回归半导体设备领域。专注才能有所成就,Morgan的一系列改革取得了成效,1976年开始,AMAT的销售额连年增长,到1983年公司营收首次超过1亿美元,1976-1983年间平均增幅超过20%。 芯榜(微信:icrankcn)

全球布局--拓展新兴市场,扩大发展空间

AMAT的商业版图随着产业转移和产业链变迁而形成全球布局。

1971年AMAT就开始全球化的布局尝试,在欧洲设立了第一个海外办事机构,也向日本客户出售了第一台外延设备。但是由于全球半导体产业的衰退而减慢了全球拓展的步伐。

1970年代后期,半导体产业由美国向日本转移,1980年后期,再由日本向韩国和台湾转移。公司审时度势,抓住产业转移的时机,大力推行全球化战略,在全球各地设立办事处,强化同海外市场的联系。

1979年,AMAT在日本设立合资公司Applied Materials Japan(AMJ),1984年领先其他美国半导体设备生产商在日本建立技术中心。

1984年在北京设立了客户服务支持中心,为中国本土的半导体制造商提供系统支持和服务,成为第一家在中国开设服务中心的海外半导体设备公司;1994年在上海成立办事处;1995年在天津和无锡设立办事处。

1985年在韩国设立办事处,并太平洋地区总部设立香港;同年还在设立苏格兰(Livingston)和德国(Stuttgart)设立办事处。

1989年开设台湾办事处,设立德国Boeblingen和法国Grenoble办公室。

1990年成立Applied Materials (Israel) Ltd.,同时在日本Hachioji成立新的服务中心,在台湾台北成立新的办公室。

1992年设立新加坡销售和服务中心,并在韩国、欧洲等地强化布局。

永远跟随客户,做好贴身服务。由于AMAT对半导体新兴市场的主动出击,公司开始从亚洲的扩张战略中受益。

公司的营收连续大成长。1983年突破1亿美元;1992年营收达到7.5亿美元,成为全球最大半导体设备供应商,其中亚洲贡献了42%,超过美国本土的40%,成为其重要的收入来源;1993年AMAT的营收突破10亿美元,达到10.8亿美元,成为全球第一个突破10亿美元营收的半导体设备厂商;1995年突破30亿美元,1996年突破40亿美元。 

 

外延收购--扩大经营范围,加速公司成长

半导体行业技术门槛高、更新迭代快、研发投入大并且周期长,进行收购有利于最大化集成新技术,降低研发失败的风险,最主要的是可以迅速抢占市场。

AMAT通过数次并购活动,成功跟随市场变化进行技术革新,取得显著成效。

在1967到1996年的30年里,公司只有一次和核心业务相关的收购。1980年收购英国Lintott Engineering, Ltd.,进入离子注入市场;1985年发布第一台全自动离子注入机Precision Implant 9000。

1997年先后分别以1.75亿美元和1.1亿美元收购两家以色列公司Opal Technologies和Orbot Instruments。Opal的主要产品是生产集成电路时用以验证临界尺寸的高速计量系统(CD-SEM),而Orbot主要生产一套成品率提高系统,该系统通过在半导体生产过程中对图形化硅晶圆进行监测来提高成品率。

1998年收购了Consilium公司,通过其MES系统提高生产效率,推动软件技术与设备操作系统相结合。

1999年收购Obsidian Inc.,获得CMP(chemical mechanical planarization)技术,帮助AMAT推出新的产品线。

2000年收购掩膜板制造供应商Etec Systems,AMAT成功切入光罩图案生成解决方案。Etec Systems占据着当时全球掩膜板制造设备80%的市场份额。

2001年收购斯伦贝谢(Schlumberger)电子束晶圆检测业务。

2001年收购以色列半导体晶片激光清洗技术公司Oramir公司,对AMAT已有的晶片检测控制系统有一个很好的补充。

2004年收购Metron Technology N.V.,Metron提供专业的原料管理、厂房清洁、专业设备和厂房维护等服务,推动AMAT成为半导体最大服务公司。 芯榜(微信:icrankcn)

2005收购SCP Global Technologies的湿法工艺和硅片清洗部门,促使AMAT巩固湿法设备领先地位。

2007年收购了半导体和平板显示行业工厂管理和控制软件的领先供应商Brooks Software,大幅扩展了晶圆厂范围的软件解决方案。

2009年Semitool以提高公司在晶圆级封装和存储器铜互连工艺这两大快速增长市场上的地位。Semitool总部位于蒙大拿州的Kalispell,供应电化镀层及晶圆表面预处理设备。

2011年收购Varian,公司重新进入离子注入领域。

正是由于这些并购活动壮大了公司的规模和主营业务,并在公司增速放缓、市场份额已难以提高之时为其提供了新的增长驱动力,使公司一直得以在多个领域维持有竞争力的市占率。

持续创新--不断投入研发,适时更新产品

AMAT公司的长期发展战略要求持续进行技术创新,不断发展新产品。在市场出现强劲的需求之前,公司会与客户建立密切的合作关系,积极研发新的产品和技术,使得在技术选型周期的早期阶段能够将这些产品纳入自己的生产计划。这池是AMAT成为全球第一家推出200mm(1989年)和300mm(1997年)晶圆制造设备的公司的原因。

因故未拿到AMAT公司2016年和2017年专利数量)

AMAT每年的平均研发经费达到营收的15%,最低的是1974年的4.84%;最高的是2002年的20.75%。而从2008年到2017年的平均研发经费达到营收的17%,如此大规模的投入,使公司核心设备技术始终领先全球,并相继突破了诸多技术难题,推出了一系列出类拔萃的产品。

1976年推出第一台商用CVD设备;

1981年推出AMC 7810/7820 Isomax反应器,提高晶圆良率、吞吐量和生产潜力;

1987年推出革命性的单晶圆多反应腔平台Precision 5000;

1989年成为第一家提供200mm晶圆半导体设备制造企业;

1995年凭借Mirra CMP设备进入化学机械平坦化市场,凭借RTP Centura进军快速高温处理市场;

1997年成为第一家将300mm晶圆生产设备出售的半导体设备制厂商;

1999年凭借Electra Cu ECP系统进入电化学电镀(ECP)市场;

2005年发布Centura Advant Edge系统,采用了最先进的硅片刻蚀技术,能够将300mm晶圆的误差控制在3nm之内;

2006年发布Producer GT,该产品为最高效、投入产出比最高的CVD平台;

2008年推出Endura Extensa PVD,行业内唯一能够量产应用于55纳米内存芯片的铜互联阻隔薄膜;

2010年宣布了其突破性的Producer Eterna FCVD,这是首创的也是唯一的以高质量介电薄膜隔离20纳米及以下存储器和逻辑器件中的高密度晶体管的薄膜沉积技术;

2012年生产出用于制造20nm晶体管结构的Varian VII Sta Trident离子注入机;

2013年推出全新的应用于高性能晶体管的外延技术;

2014年推出行业领先的PVD、Ion Implant、CVD及CMP解决方案,帮助客户加快3D设计芯片进程;钴工艺获得突破性进展,Applied Endura Volta CVD Cobalt系统可有效缓解铜互联的瓶颈,并为摩尔定律的继续推进提供可能;

2015年推出高效的Olympia ALD系统和Centris Sym3 Etch系统,实现3D领域原子级别精准制造;宣告Centura Tetra Z Photomask Etch系统可在10nm级别延伸多重曝光;

2016年和2017年连续推出能够实现1纳米分辨率的PROVision电子束检测系统,可以降低互连器件电阻的Endura Volta CVD W,以及实现原子级刻蚀精准性的Producer Selectra系统。

同时,大规模的研发投入,高强度的研发,使公司的专利申请数量有了明显的提升,2013-2015年三年间,其专利申请数量为3743件,平均每天申请4个以上专利。由于专利申请数量之多,让AMAT有业界最强的知识产权储备,拥有超过11900项专利。

值得一提的是,2002年AMAT在美国设立了“Maydan Technology Center(MTC)”,耗资数十亿美元,致力于先进芯片制造,是全球最先进半导体研发实验室之一,技术中心设有一个完整的12寸实验室环境,可以从头到尾做一个完整的工艺流程,在客户想做一些新的技术尝试的时候,就可以利用这个实验室做一些早期的开发和研究,这一块的价值对应用材料公司的客户来说是很重要的。

进军中国--抢滩最大市场,致力人才培养

作为一家全球化的公司,AMAT早在1984年就在中国北京设立技术服务中心,开始在华业务并且成为第一家进入中国的外资半导体生产设备供应商。AMAT的脚步也随着中国半导体工业和集成电路产业的发展向前迈进。

AMAT的价值是在客户所投资的地方成立服务据点,加大投入和支持力度,确保这些项目能顺利成功,可以更快的TTM(Time to market),拥有丰富经验累积的AMAT有丰富的资源和能力可以让这些项目能更快的进入量产。AMAT于1997年正式在中国注册独资公司,落户上海浦东张江高科技园区,在北京、天津、重庆、西安、大连、深圳、成都、合肥、厦门、无锡、苏州、鄂尔多斯、福清、莆田设有办事处或零配件仓库,并把上海作为全球技术培训中心之一。2003年,AMAT在外高桥保税区设立了第一个外资半导体制造设备的再制造中心。

笔者试着梳理一下AMAT在中国30多年的发展历程:

1984年在中国北京设立服务中心,开始在华业务并且成为第一家进入中国的外资半导体生产设备供应商。

1994年在上海设立办事处;与上海市科学技术委员会共同设立“上海-应用材料研究与发展基金”,捐赠100万美元,用于支持当地的大学在微电子领域内的研究; 芯榜(微信:icrankcn)

1995年在天津和无锡设立办事处;

2000年中国公司营收突破1亿美元;与上海市合作成立“上海-应用材料研究与发展基金”,再次捐赠100万美元用于设立奖学金并支持当地科学技术的发展;

2001年在北京设立技术中心;在上海设立中国地区总部;获得超过2亿美元的单笔订单;

2003年首台12寸用半导体设备运抵中国,成功安置在中芯国际北京厂;

2004年与上海市合作开展“明日科技之星”项目,已累计捐赠超过1000万人民币的资金支持活动,成功选拔出超过3200多名的优秀青少年后备科技人才,对全面推进青少年素质教育,提升青少年科技创新精神和科学实践能力起到了积极的作用;与上海市政府开始进入研发与发展基金合作的第三阶段,再次捐赠100万美元;

2007年在西安设立全球开发中心,为全球AMAT分支机构提供工程与软件服务,并完成第一台在开发的12寸半导体设备封装用CHARGER PVD;启动“西安—应用材料创新基金”,用于支持大学和研究机构进行研究和应用发展,基金在三年内共投入60万美元,主要面向高科技产业,尤其是半导体产业的研发活动以及颁发学生奖学金。

受益中国光伏产业的发展,2010年中国收入超过15亿美元;2011年公司在中国营收超过25亿美元,成为当年AMAT的第一大营收来源地区。

从上图的对比可以发现,应用材料在中国的发展与中国集成电路产业的政策有着极大的关系。

多年来,应用材料公司为中国的大学、研究机构、研发团体、民间组织和慈善组织累计捐赠超过7500万美元,参与30多个项目。在西安设有全球培训中心,设立了400多门课程,涵盖公司全系列产品,并集中全球培训力量,拥有超过60位通过认证的专家级讲师;针对高校优秀学子的新锐计划(New Star Program),旨在通过专业培训与活动,为行业注入新鲜活力;举办工程师“芯光大道”技术大赛,鼓励工程师提出技术创新与变革。

AMAT一直坚信,人才是公司乃至一个国家未来成长和发展的动力和源泉,也是技术发展的核心所在,没有任何一家公司和国家可以在没有人才的基础上实现成长。2016年3月,AMAT的总裁兼CEO Gary E. Dickerson在其首次来中国时表示,我们必须通过全新的方式,将技术研发与人才培养两者有如双剑合璧般完美结合,相辅相成激发出更大效能。而这也是中国在全球半导体产业中脱颖而出的当务之急。

2018年3月携手复旦大学举办专业技术讲座,涵盖8大半导体技术主题,包括前道(包括FinFET晶体管)与后道工艺(包括金属互连)的整合与挑战,前道与后道工艺模块技术和设备,图案化与光刻,工艺诊断和控制等,全面阐释当前半导体技术的难点和热点以及解决方案。同时,AMAT未来也计划走进全国各地专业高等学府,推进专业技术讲座的校园普及,以分享半导体工艺和材料工程的最新发展趋势,为高校半导体人才培养贡献一己之力。

从2014年起,中国市场已经连续4年成为AMAT前三大营收来源地区。AMAT正在拓展中国市场的运营,未来五年计划投资超过40亿元人民币,拓展在中国市场的实力。同时也将持续助力中国科创人才的培养。

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