借第三次产业转移东风，国内半导体设备企业能否扬帆起航？
历史上的两次半导体产业转移产生了两批国际巨头，20 世纪 70 年代，半导体产业从美国转移到日本，造就了富士通、东芝等世界顶级的半导体企业；20世纪 80 年代中后期，半导体产业转移向韩国、中国台湾，三星、台积电等企业诞生。
如今，中国已成为半导体产业第三次转移的核心地区，即将迎来半导体行业黄金发展期，中国半导体设备行业能否借第三次产业转移东风，快速崛起？以中微半导体为代表的国内半导体设备企业，成立时间较短，其优质客户源、品牌等优势尚未凸显，目前其技术、产品的真实发展情况是如何的？有何优势？又能否抓住浪潮，扬帆起航？
为了回答这一系列问题、辨明以中微半导体为代表的国内半导体设备企业所处局势、看清国内半导体设备领域的成长机会，本次选取半导体龙头设备厂商之应用材料进行深度探索。本期智芯特刊将从半导体设备赛道的全能选手应用材料入手，从其发展历程、产品、研发、运作等角度逐层深入，探究应用材料如何在多个细分领域拔得头筹、攫取全球最大市场占有率。
在此基础上通过应用材料、拉姆研究两大国际巨头与国内龙头中微半导体的对比，找寻国内半导体设备领域的发展机遇。
国联万众 | 智芯研报
应用材料(Applied Materials，AMAT)成立于 1967 年，于1972 年在纳斯达克上市，总部位于加州硅谷的圣克拉拉，据腾讯网报道，公司在 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。公司主要为半导体、太阳能光伏、平板显示器厂商提供高性能设备及服务，其产品与服务已覆盖刻蚀、薄膜沉积、快速热处理、离子注入、测量与检测、清洗等多个生产步骤；其中沉积设备在全球领先，在刻蚀、清洗、平整化设备、离子注入设备、过程控制设备与自动化装备市场应用材料也占有一席之地。公司成立至今已有 50 余年，五十年内公司取得了长足的发展，实现了从小厂商到国际半导体设备领导厂商的跨越，成为了全球半导体设备的领跑变革者。
初创期：坚守创新，奠定基础（1967—1977）
应用材料成立于 1967 年，由迈克∙麦克内利先生（Mike McNeilly）和其他四位共同创始人一同创立。1968 年，应用材料推出 AMV 800-1200 型立式外延反应器，同年推出的 AMS 2600 氧化硅卧式气相 CVD 系统仅三年内出货量就超过 150 台。1971 年，推出 AMC740，是该 行业第一个量产型的辐射加热外延系统，该系统的外观设计借鉴了“桶”的形状，这一创新 设计一直被广泛沿用至今。1972 年，推出了 2000/ 2001 连续氧化硅反应系统，这一设备将设计理念从“批量处理”上升到“高速生产”，并成为当时市场最流行的款式，同年应用材料在美国纳斯达克上市。在创立的第一个十年里，应用材料坚持创新，以坚实的创新科技为日后的发展奠定了基础。
内生成长期：抓住行业产能转移机遇，进行全球市场布局（1976—1996）
1970-1990 年代半导体产业经历了两次产业转移，拉姆研究审时度势、抓住两次产业转移的机遇，采取全球化战略，成功进行了进行全球市场的布局。1970-1980 年代半导体产业由美国向日本转移，应用材料抓住机遇布局日本市场，1976年，吉姆•摩根成为应用材料首席执行官，当年即在德、英、法三国分别设立分部。1979 年，应用材料在日本的分公司成立， 1984 年，应用材料率先在日本建立技术中心，领先于其他美国半导体设备生产商，并在北京成立服务中心，成为第一家进入中国的国际半导体设备公司。1990 年代半导体产业从日 本向中国台湾、韩国转移，应用材料再次瞄准时机进行台湾市场的布局，1989 年，应用材料在台湾设立办事处，1993 年，应用材料台湾分公司开业，1996 年，应用材料新竹技术中心成立。应用材料迎合半导体产业转移趋势，积极拓宽市场空间，市场份额得到迅速扩大。
另一方面，该阶段应用材料仍然坚守创新，积极研发新产品。据公司官方微信公众号介绍，1978 年，应用材料推出 AMS 2100 氧化硅持续反应器；1981 年，AME8100 刻蚀系统的成功使应用材料进军刻蚀市场；1982 年推出的 AMC 7810/20 标志着其尖端技术水平达到 1.8 微米；1987 年4 月，Precision 5000 化学气相沉积系统诞生，这是世界上第一台单芯片多反应腔平台，对整个半导体行业而言代表着一种全新的设计理念，它使应用材料取得了巨大的成功。1994 年，应用材料推出了其业界领先的物理气相沉系统家族的重要产品：Endura VHP PVD 系统，使总产量提高了近 30%。应用材料通过不断创新产品，已经走在业内前沿。
外延扩展期：贯彻“全盘解决”理念，外延并购扩充业务范围（1997—2010）
20 世纪90 年代，应用材料公司开始贯彻“全盘解决”（Total Solutions）的理念，给整个半导体行业带来变革性影响，半导体企业不再仅仅着眼于销售系统，而是要致力于解决客户的问题。由此，半导体设备企业的定位从单纯设备供应商转变为客户的合作伙伴。在这一时期，应用材料进行了十几起收购，扩展了系统软件业、平板显示、太阳能、晶圆表面处理设备、 先进封装和存储器、离子注入系统等业务。
领跑变革期：多款突破性产品，引领半导体行业变革（2011—2019）
通过 40 余年的持之以恒的研发，应用材料公司已走在时代的前沿，引领行业的变革。2010 年应用材料推出了突破性的产品——Producer Eterna FCVD（可流动化学气相沉积）系统，能够用高品质的介电薄膜彻底隔离密集、复杂的晶体管结构。据公司官方微信公众号介绍，2014 年公司推出的 Endura Volta 化学气相钴沉积系统，使得铜互连工艺中可以集成很薄的钴衬垫层和选择性生长的钴覆盖层，从而将铜互连的可靠性提高了一个数量级。
2015 年，应用材料推出了针对 3D原子级精密制造的 Centris Sym3蚀刻系统，该系统成为公司上量速度最快的产品。2016 年，革命性的 Producer Selectra系统横空出世，拥有极致的选择性刻蚀，实现了前所未有的高选择比性能。2018 年，应用材料通过使用一 种新材料(钴)作为晶体管接触和互联的新导电材料来帮助克服晶体管性能的主要瓶颈，创造行业里程碑。应用材料通过持续设备技术的创新，为下游客户的芯片制造带来一次次变革与 突破，目前应用材料借助高度复杂的沉积、去除、改性和分析方法，已实现在原子级层面对材料进行处理。
五十年来，应用材料坚守创新、抓住行业产能转移机遇，积极外延并购，不断推出新产品， 经历了初创期、内生成长期、外延并购期后，开始引领全球变革。于 2018 财年其营业收入 达 172.53 亿美元，同比增长 19%，净利润达 45.69 亿美元，同比增长 30%。(营收、净利润 为经调整后的数据，Bloomberg)
应用材料在材料工程方面拥有广泛的能力，凭借着多样化的技术能力，为客户提供高性能、 低成本的设备、软件及服务。其客户包括半导体芯片、太阳能光伏、液晶和有机发光二极管 (OLED)显示器等电子设备制造商。其产品与服务已覆盖刻蚀、薄膜沉积、快速热处理、离子 注入、测量与检测、清洗等多个芯片生产步骤。公司分为四大事业部：半导体系统事业部、全球应用服务事业部、面板显示产品事业部、以及其它产品事业部。
半导体系统事业部负责开发、制造和销售用于制造半导体芯片的各种制造设备，包括将集成 电路转移到半导体器件的设备、晶体管互连、计量检测及封装等设备。全球应用服务事业部负责包括集成解决方案、用于提升生产效率的优化设备及备件制造、用于服务及再制造的早 期生产设备、以及半导体、显示器和太阳能产品中的工厂自动化软件。面板显示产品事业部负责由制造液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、电视、智能手机等面向消费者的设备，以及加工柔性基板的设备组成。
半导体系统：覆盖半导体制造的数十种设备，强劲推动营收增长
应用材料的半导体系统部门主要负责开发、制造和销售用于制造半导体芯片的各种制造设备， 包括制版、晶体管互连、计量检测以及封装等设备。据 Bloomberg 统计，其半导体系统部门 在 2018 财年实现 109 亿美元的营收，同比增长19%。
应用材料的制版系统和技术解决了当今最先进的半导体器件所面临的制版尺寸缩小和垂直 叠加复杂性增加所带来的挑战；其晶体管互连技术，使三维晶体管的设备规模不断扩大；其计量检测的成像能力和算法采用光学和电子束技术，以满足自对准双和四模式、极端紫外线 层、测量密集型最佳邻近度校正、新的 3D 架构等先进的技术需求；其封装技术解决了由于多个集成电路芯片在一个封装中日益集成而带来的挑战；应用材料提供了先进的能力，使芯 片制造商能够建立准确的统计过程控制，提高生产运行速度，并实现一贯的高产量，其新设备销售主要面向全球领先的集成设备制造商和铸造厂。
应用材料的半导体系统板块是公司主要的收入来源，其产品线基本涵盖了半导体制造的数十 种设备，包括原子层沉积（ALD）、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、刻蚀、 离子注入、快速热处理（RTP）、化学机械抛光（CMP）、测量和晶圆检测设备等。
半导体系统的客户高度集中，2018财年6个大客户共占半导体系统板块总营收的76%左右。 在 2018 财年，内存客户、代工客户的支出较前一年有所下降，但动态随机存取内存(DRAM) 和 NAND 的需求有所增加，逻辑客户的支出也保持强劲。客户不断在新产能和技术转型方面进行投资，拉动应用材料的半导体系统整体收入同比增长。
从营收和营业利润来看，近三年逐年增长，2018 财年应用材料半导体系统的营业收入同比增长近 15%，主要原因是内存和逻辑客户支出增加；该板块营业利润也同比增长近15%， 主要是由于产品结构发生了有利变化。
从销售区域来看，韩国和台湾是其半导体系统收入的主要来源地，近三年共占据半导体系统营收的 49%、59%、42%，两地营收占比在 2018 财年出现缩减。
显示器及相关产品：多重需求推动产品销量，中国成为该板块创收主动力
显示器及相关产品包括液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)，以及适用于电视、显示器、笔记本电脑、个人电脑、电子平板电脑、智能手机等显示技术产品和柔性基片的加工设备。半导体和显示器制造中使用的技术存在相似性，但最显著的区别是基板的尺寸和组成，用于制造显示面板和其他设备的基材通常是玻璃，但新材料也正在进入市场。显示器及相关产品的增长主要取决于消费者对越来越大、越来越先进的电视和移动设备的高分辨率显示器的需求，以及包括薄显示器、轻显示器和曲面显示器在内的新形式因素，以及虚拟现实等新 应用。
应用材料的 eBeam Review系统拥有卓越的缺陷识别、缺陷根源鉴定能力，并且拥有业内最高分辨率和吞吐量。在应用材料的 eBeam Review (EBR)系统引入之前，对显示器进行 SEM 分析需要将玻璃基板打碎，然后在显微镜下分别检查每一块。这不仅费钱费时，而且几乎不 可能将缺陷行为与最终设备性能连接起来。应用材料通过提供业内最高分辨率和吞吐量的内联 SEM 审查系统，解决了这些限制，而不需要打破面板。
从营收和营业利润来看，显示器及相关产品板块三年均呈现增长趋势，2018 财年该板块的营业收入同比增长近 31%，主要原因是客户在电视显示器制造设备上的投资增加；该板块营 业利润同比增长达 35%，反映出其产品结构较好。
从销售区域来看，中国、韩国对其显示器板块收入的贡献率较大， 2016-2018 年中国、韩国共占据显示器板块营收的 78%、90%、88%，其中2018 财年中国市场成为了应用材料显示器板块创收的主战场，80%的显示器板块营收。
全球服务：迅速安装+延长寿命+预测性维护，八大服务提供高产品价值
应用材料全球服务（AGS）部门提供综合解决方案，以优化设备和工厂性能和生产力，包括备件、升级、服务、再制造的早期设备和半导体、显示器和其他产品的工厂自动化软件。客 户对产品和服务的需求是通过全球分销系统来满足的，该系统覆盖十几个国家的93个地点， 拥有训练有素的服务工程师，为超过 4 万个已安装的应用半导体、显示器和其他制造商提供支持。
应用材料提供一系列灵活的服务解决方案，以提高设备的正常运行时间和工厂效率，使晶圆厂能够专注于芯片生产，并降低每块晶圆的生产成本。应用材料全面的服务能力组合旨在帮助客户实现他们的制造目标，从启动到工厂扩建，从试点生产线到大规模生产，AGS 有服务计划，以确保工具和工厂运行在最佳性能。
在半导体工厂建立、运行的四个阶段， AGS 推出了八大服务：应用性能服务、应用管理服务、应用标准服务、预防性维护、按需服务、工厂转换服务、技术支持服务和 FABVANTAGE 咨询服务。
应用材料依托 50 多年的行业经验，从芯片制造厂的角度出发，提供以下维度的标准服务，涵盖对设备的性能、工厂的管理、工厂的迁移、工具的维修等板块。这些服务标志着应用材料从芯片制造厂的供应商到厂商的合作伙伴的转型。
除此之外，应用材料的 AGS 部门还推出技术支持服务（TECHNOLOGY ENABLED SERVICES）和 FABVANTAGE咨询服务。TechEdge 服务是集成的、先进的服务解决方 案，旨在以更低的成本获得更高的设备性能、更好的工具可用性和更高的收益率。通过将高度可定制的传统支持服务与先进的技术相结合——软件、传感器和控制机制——TechEdge结合技术专家和前沿服务技术，帮助客户发现问题并开发长期解决方案，这些技术支持能力 为应用服务提供了一个新的维度。FabVantage 咨询公司利用 Applied 深厚的技术根基和经 验丰富的工厂专家团队，与全球客户合作，了解和评估困难的生产力问题，然后指导策略来优化工具和流程——帮助客户交付具有较高良品率和产量的竞争性产品。
应用全球服务的服务解决方案需求是由应用庞大且不断增长的制造系统安装基础驱动的，客户需要缩短斜坡时间、提高设备性能和产量、优化工厂产量和运营成本。影响 AGS 零部件和服务销售的行业状况，主要表现为半导体制造商晶圆启动量的增加和持续强劲的利用率、 设备安装基础的增长、新工具的服务强度的增长以及公司销售更全面服务协议的能力。
从营收和营业利润来看，2018 财年全球服务板块均实现了增长，2018 财年应用材料全球服务板块的营业收入同比增长近 24%；营业利润也同比增长近 35%。
应用材料通过创新，引领半导体行业材料、技术、服务的变革。在材料上，应用材料研发出 一系列使用钴作为导体制造晶体管接触孔和互联的产品，这是 20 多年来晶体管供电金属线的第一次变革；在存储技术上，应用材料开发出适用于物联网和云计算的 PVD 系统，实现 了快速、非易失性、低功耗、高密度等特征。在服务上，应用材料提供高级功能监视和微调流程以提高性能，并帮助客户转向更具预测性的操作，并提供一项新的缺陷减少服务，提供了一种专门的方法、流程专业知识、数据分析技术和诊断仪器，可以简化根本原因的识别。
材料工程方案：研发钴材料领跑变革，显著降低电阻及变异性
计算机时代由摩尔定律所代表，依赖于少数材料以及通过光刻实现几何尺寸缩小，从而提升芯片性能、功耗、尺寸及成本（PPAC）。到了移动时代，原来的材料达到物理极限，探索出 一些新型材料，例如从平面晶体管转变到 FinFETs 来促进 PPAC 缩放。对于人工智能时代而 言，PPAC 优化需要更多新型的其它材料。尺寸缩小后，界面层在材料特征中的占比也越来越大，而在原子级层面设计材料成为需求的核心，同时也是重要挑战。新型材料需求的关键之处在于接触孔和本地互联，目前业界使用的材料多为钨和铜。
过去，把少量易于集成的材料根据摩尔定律来微缩加工就可以改善芯片性能、功耗和面积/ 成本（PPAC）。而如今，钨和铜之类的材料已无法在 10nm代工节点以下进行微缩，因为它们的电学性能已达到晶体管通孔和本地互连的物理限制，这成为无法发挥 FinFET 晶体管全 部性能的主要瓶颈。应用材料在创新材料工程方面的突破性进展就是研发出一系列使用钴作为导体制造晶体管接触孔和互联的产品，这是20多年来晶体管供电的金属线的第一次变革， 上一次变革是在 1997 年开始用铜做互联。
据公司官方微信披露，公司采用钴晶体管做接触孔会显著降低电阻和变异性，通过更低的功耗实现更多的晶体管固有性能，钴接触孔电阻低于 87%，变异性从超过 10 欧姆（标准化） 降至约 0.06 欧姆，进而导致成品率损失降低。
虽然钴突破了这一限制，但工艺系统上需要进行策略的改变。随着业界将器件结构微缩到极限尺寸，材料的性能表现会有所不同，因而必须在原子层面系统地进行工程，通常需要在真空环境下进行。为了能够在晶体管接触和互联使用钴作为新的导电材料，应用材料已在 Endura平台上整合了多个材料工程步骤：预清洁、PVD、ALD 以及 CVD。
此外，应用材料还推出了一套集成的钴套件，其中包括 Producer平台上的退火技术、 Reflexion LK Prime CMP 平台上的平坦化技术、PROVision平台上的电子束检测技术。凭借这项经过验证的集成材料解决方案，客户可以缩短其产品投放市场的时间，并提高 7 纳米制程及以下的芯片性能。
新型内存技术：大数据+物联网+云计算驱动，产品创新引领行业
当今行业路线图的根本驱动力是数据的飞速增长。据Cisco、 Intel、 Western Digital 联合出版的文章统计，到 2022 年，需要处理、存储和传输的数据将超过 10 兆字节，其中大约 90%是由计算机生成的。根据估测，2018年全球产生的数据量大约有2.5ZB， 2019年有4.5ZB，2023 年将达到>35ZB，这给芯片带来性能、功耗和成本方面的挑战，当前的计算架构是不可持续的。实现新的人工智能和物联网应用所要求的计算性能和效率的提高，是半导体行业面临的最大的技术挑战，其中最关键的是新的内存技术需求。
为了提高内存和计算的功耗和性能效率，目前业界正在研究多种策略，包括针对边缘和存储 应用程序优化的内存、新的片上系统(SoC)封装方案、使用 TSVs 的3D 封装和内存计算，但没有一种新的内存类型能够满足新兴数据生成应用程序的所有不同需求。从新兴内存的范围 来看，MRAM、PCRAM 和 ReRAM 正在向成熟的市场应用水平迈进，其中 MRAM 主要用 于边缘计算和物联网，PCRAM 主要用于云计算，但新存储在提高性能的同时也提高了能源消耗。
对于 MRAM，主要的挑战是存储堆栈的沉积，这通常是用 PVD 技术完成的。要在 30 多个 极薄的层中沉积 10 多种不同的材料，需要原子水平的精度和控制、无损伤蚀刻和封装。与 MRAM 一样，PCRAM 也是通过新材料实现的，需要在 PVD 和蚀刻技术上进行创新，由于 PCRAM 材料是由三种不同的元素组合而成的，较为复杂，对厚度均匀性要求较高，拥有允许成分调整和最小损伤的过程旋钮，对于材料如何改变相位极为重要。
同时，这给半导体储存器的制造带来了挑战。譬如 DRAM 需要30+层叠加超薄薄膜(厚度为 人类头发的50 万分之一)，仅仅一个原子的一小部分的高度变化就能影响性能和耐力； PCRAM 和 ReRAM 要求对杂质和降解高度敏感的复合材料、精确的厚度和成分均匀性，并面临着难以控制的粗糙度和界面质量。
Endura Clover MRAM PVD System，助力物联网存储
计算机行业正在将物联网，将传感器、计算和通信整合到数百亿台设备中，这些设备将监控 环境、做出决策，并向云数据中心发送关键信息。磁随机存取存储器(MRAM)是存储物联网设备软件和人工智能算法的首选存储器。
MRAM 包含了硬盘驱动器中常见的精密磁性材料。MRAM 本质上是快速的，而且非易失性， 允许软件和数据被保留，即使在断电的情况下。由于其快速的性能和高的持久性，MRAM 最 终可能被用作 SRAM 在3 级高速缓存中的替代品。MRAM 可以集成到物联网芯片设计的后端互连层中，从而实现更小的模具尺寸和更低的成本。
应用材料的新 EnduraCloverMRAM PVD 平台由 9 个独特的晶圆加工室组成，全部集成 在原始的高真空条件下。这是工业上第一个 300 毫米的 MRAM 系统，用于大批量生产，每个腔室可单独存放多达五种不同的材料。MRAM 记忆需要精确地沉积至少 30 层不同的材料， 其中一些材料的厚度是人类头发的 50 万倍。仅原子直径一小部分的工艺变化就能极大地影响器件的性能和可靠性。EnduraClover MRAM PVD 平台包括车载测量和监测 MRAM 层厚度的灵敏度，以确保原子水平的均匀性，而没有风险暴露在外部环境。
Applied Endura Impulse PVD System，助力云计算存储
随着数据生成呈指数级增长，云数据中心需要在连接服务器和存储系统的数据通路的速度和功耗方面进行数量级的改进。电阻 RAM (ReRAM)和 PCRAM(phase change RAM)是快速、 非易失性、低功耗、高密度的内存，可以作为“存储类内存”来填补服务器 DRAM 和存储之间不断扩大的价格性能差距。
与 3D NAND 内存类似，ReRAM和 PCRAM 采用 3D 结构，内存厂商可以通过在每一代产品中增加更多的层来稳定降低存储成本。ReRAM 和 PCRAM 还提供了编程和电阻率的中间阶段的可能性，允许在每个存储单元中存储多个比特的数据。与 DRAM 相比，ReRAM和 PCRAM 都承诺显著的降低成本，并且具有比 NAND 和硬盘驱动器更快的读取性能。ReRAM 也是未来内存计算体系结构的一个主要候选，通过将计算元素集成到内存阵列中，帮助克服 与 AI 计算相关的数据移动瓶颈。
Endura ImpulsePVD平台用于PCRAM和ReRAM，包括多达9个集成在真空下的工艺室，以及车载计量系统，可以精确地沉积和控制这些新兴内存中使用的多组分材料。
服务模型进化：独创缺陷减小方法，FabVantage实现多维价值
领先的半导体晶圆厂需要越来越复杂的服务支持技术来制造复杂的新架构，如 FinFET 和 3D NAND 结构。这些设计包括新的精密材料、更多的工艺步骤、更窄的工艺窗口和更多的交互变量。然而，传统晶圆厂也面临着新的压力，需要生产更广泛的设备，例如模拟芯片和电源 芯片、图像传感器和 MEMS，以支持增强移动性、物联网(IoT)和提高汽车安全标准等。要满 足这些设备的性能和产量目标，需要最先进的服务技术、具有深厚工具知识的先进服务专业 知识，以及供应商和客户之间前所未有的协作和信任。
越来越多的晶圆厂经理依赖先进的技术来检测、分类、诊断、控制和预测各种可能影响晶圆生产结果的故障模式，同时也会影响成本和生产率。应用材料提供高级功能监视和微调流程以提高性能，并帮助客户转向更具预测性的操作。这些技术支持的过程控制可能包括数据挖 掘分析、主动故障检测和分类(FDC)、运行到运行控制和统计过程控制技术。
这些监测系统产生了大量与过程和设备相关的数据，这就需要复杂的分析和数据挖掘软件来 快速提取数据并将其转化为可操作的信息。这种实用的智能可以缩短开发时间，减少过程变化，以获得更高的产量和诊断的根源，为准确的纠正措施。通过将这些真实的“洪水”数据转化为有用的信息，可以确定数据之间的关键相关性，并将半导体制造业推向更具预测性的分析。这种方法最大限度地减少了针对特定的、跟踪的问题的计划外工具停机时间;节约成本， 提高生产效率。
随着设备变得更小、更密集，以及集成电路的复杂性增加，减少缺陷变得更具挑战性，同时 仍对芯片制造商的竞争力至关重要。铸造、内存和逻辑晶圆厂需要一种方法、技能和专门的工具来有效地降低缺陷级别，同时最小化对生产的破坏。应用材料 FabVantage咨询团队 的一项新的缺陷减少服务提供了一种专门的方法、流程专业知识、数据分析技术和诊断仪器，可以简化根本原因的识别。
减少生产晶圆片上的缺陷数量对晶圆厂的生产率和竞争力至关重要。实现所需的个位数缺陷计数在 14 纳米技术节点和下面，制造商必须采取结构化方法根源检测和校正，利用缺陷知识库，广泛的设备设计和工艺的专业知识，和证明著名的方法(bkm),除了先进的计量、检验 和分析。另外，许多因素都有影响减少缺陷的效果，包括硬件配臵和部件清洁度、工艺顺序 和参数设臵、操作和维护程序、校准以及系统软件。
FabVantage咨询服务可以有效地改善基线性能,减少缺陷失控(OOC)事件,缩短 PM 从绿色到绿色的时间，并延长平均清洗间隔时间(MTBC)。
应用材料 FabVantage 咨询团队已经开发并成功演示了一种减少缺陷的方法，该方法采用结构化方法，能够快速地对纠正措施进行执行。然后，客户可以选择让团队继续监视生产工具，以保持改进的性能水平。这种减少缺陷的方法通过减少停机时间和提高 fab 成品率和产量来 加快生产进度。
根据公司官网，FabVantage 还可以实现的价值有：实施了约束工具的改进，生产商 PECVD 工具的正常运行时间增加了 20%；产量增加了 5%；EPI 工具的产量增加了 25%；DPS 蚀刻 的产量增加了 5%；反射铜CME 的产量增加了 5%；fab 的循环时间增加了 5%；收益率与缺陷改进在探测技术和能力增加 20%；收益率在新技术增加 33%等等。
应用材料服务供应链的变革是在 21 世纪半导体产业变革的背景下发生的。处于领先地位的逻辑和内存公司继续在巨大的压力下运营大型晶圆厂，以提高生产率和最大限度地利用投资资产。然而，令许多人感到意外的是，传统芯片厂的持续增长，它们正全力挤出越来越多的电力设备、传感器、模拟集成电路、离散体和其他用于物联网、通信、汽车、电力等市场的组件。随着这些技术和上市时间压力的不断升级，应用材料及其客户形成了战略合作伙伴关系，以解决更具挑战性的问题，从而在公司和许多客户之间达成了长期的服务协议。
过去四年来，应用材料的服务业务以两位数的复合年增长率增长，越来越多的客户开始转向服务合同，据官网披露，其中超过公司服务业务收入的一半来自长期协议订阅收入。服务契约允许应用于全球范围内与客户合作，以主动管理他们的正常运行时间需求。这些服务合同的一个关键原则是零部件的快速周转，能够在数小时内而不是数天或数周内将零部件送到客户手中。合同提供了一个更稳定的规划环境，使公司能够推动更有效的库存水平。
远程技术支持：远程访问和深度学习帮助构建预测维护功能
随着摩尔定律(Moore's Law)得到延伸，半导体行业变得更加全球化、资本密集度更高、竞争力更强，晶圆厂的关注点已超越设备，包括服务技术方面的重大进步，以提高半导体晶圆厂的效率。从开发到生产，随着设备规格越来越严格， AGS 提供的技术支持服务可以帮助客户在半导体工厂生命周期的每一步实现重要的产量、产量和成本改进。
这些服务是在 4 个支柱上创建的：表面技术，如先进的清洗和涂料解决方案；一个庞大且不断壮大的专家网络，为各种解决方案提供专业技能和经验；高级分析和传感器建模等数字工 具，使现场服务工程师能够更有效地解决客户问题；量身定制的供应链，旨在满足客户的独特需求，精简全球业务，提供高效、低成本的解决方案。
应用材料的专有数字工具、算法和模型是专门针对其工具定制的，可以将原始数据转换为可 操作的分析，以帮助减少启动时间、增加晶圆产量、减少晶圆报废和提高产量——同时保护 客户数据。多变量故障检测等分析被证明能够改善薄片内部的性能。AGS 的多变量室内健康指数(CHI)实时远程监测，设备健康监测(EHM)跟踪详细硬件活动的传感器。
密歇根大学机械工程系应用材料顾问、副研究员詹姆斯莫恩(James Moyne)说，深度学习是应用于发现问题和提高产量的许多技术之一。在半导体工厂中，预测计量、预测维护(PdM) 以及来自工具上更多传感器的更多数据都必须被协调到一个知识收集网络中。对于相对简单的事情，比如预测单个部件需要提前多久更换，PdM 技术已经被证明是有效的，只要有足够 好的数据来开发足够的模型。
应用材料集成预测和预防操作的服务为 TechEdge 服务。通过将高度可定制的传统支持服务与先进的技术相结合——软件、传感器和控制机制——TechEdge 结合技术专家和前沿服务技术，帮助客户发现问题并开发长期解决方案，这些技术支持能力为应用服务提供了一个新的维度。
TechEdge 偏移控制是一种增值选项，通过提供更主动的“预测和预防”方法来补充现有的 服务。它可以作为一个选项出售给具有 Appliec 托管服务(AMS)或应用性能服务(APS)的客户， 以帮助交付不属于这些标准服务产品权限的额外工具性能。它使用 FDC 模型库专有技术来增加预测维护能力，并为已确定的合同承诺增加价值。
TechEdge 偏移控制记录了为客户提供非常具体的改进措施的价值案例。在一年的合同期内交付的一些好处例子包括：对于每年在 12 个工具上报废 100 片晶圆的故障模式，报废晶圆的数量减少了 80%。故障模式的非计划停机时间(UDT)减少 100%，导致 12 个工具的非计划 停机时间为 477 小时。故障模式的非计划停机时间(UDT)减少了 100%，导致 12 个工具的非 计划停机时间为 237 小时。
供应链解决方案：头部重建+工具包+预测零件，升级供应链管理
每个客户都面临着独特的挑战，应用材料提供一系列的供应链服务，以保持工具和晶圆厂在 最佳性能运行。从事务性备件到提供专家重建和预测部件管理的全面计划，公司充分优化的全球部件网络支持当今和未来半导体和显示器制造的额外复杂性。为了迎接挑战，应用全球 服务(AGS)已经极大地改变了其服务供应链最大的、最复杂的半导体设备行业，实施新的信息技术，扩大其服务的分销网络。
应用材料拥有4 万多件正在生产的工具，其中许多是根据服务协议生产的。为了支持这一点， AGS 每周从该公司的全球库存点发出超过 3 万份订单。为了服务供应链的演进，AGS 建立 了一个完整的工具安装基础数据库，包括每个工具的高度详细的物料清单(BOM)，并试图描述每个部件的故障率。在此基础上，创建了一个统计模型来定义每个位臵所需的部件。一个一流的客户关系管理(CRM)工具被集成到这个过程中，为计划团队提供一个反馈循环。
Head Smart 是一个集清洗、部件更换、重新组装和测试于一体的 CMP 头部重建服务。Head Smart 确保为 CMP 头提供最高质量的重构，从而获得更好的工具性能。
应用材料的全面工具包管理(TKM)计划降低了成本，优化了工具包和清洁物流。该计划提供了一套定制的认证备件，提供一流的清洗和涂层服务，以降低总拥有成本(CoO)。
为了提高对部件需求的可视性，应用材料最近提供的一个产品是预测部件管理(FPM)模型。在该模型中，客户与 AGS 的管理人员一起开发给定时期所需的部件和数量的预测。
并购整合：多次战略性收购拓宽产品组成，巩固霸主地位
从 1967到 1996 年的 30 年中，公司只有一次和核心业务相关的收购，即 1980 年收购英国 Lintott Engineering, Ltd.，进入离子注入市场；并于 1985 年发布第一台全自动离子注入机 Precision Implant 9000。1992 年应用材料超越东电电子（TEL）成为全球最大的半导体设 备制造商，并蝉联这一头衔至今。在公司成为市场龙头后，加快了并购的步伐。从 1997 年 至 2007 年，公司发生 14 起并购，主要为了进入新市场和完善产品组成。
1997 年为了进入集成电路生产过程监测和控制设备市场，应用材料先后分别以 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 开发和制造高速计量系统用于半导体制造商在生产集成电路过程中来验证关键尺寸;Opal 的主要产品是集成电路制造时用以验证临界尺寸的高速计量系统（CD-SEM），而 Orbot 主要提供成品 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，应用材料为完善自己的生产线收购了 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，获得化学机械研磨（CMP， chemical mechanical planarization）技术，帮助应用材料推出新的产品线；收购 Applied Komatsu Technology，拓展平板显示制造业务。
2000 年，为了进入光罩生产市场和薄膜晶体管阵列测试领域，以换股并购的方式、发行约 2900 万股收购了 EtecSystems 公司，EtecSystems 占据着当时全球掩膜板制造设备 80% 的市场份额。2001 年，应用材料以2100 万美元收购以色列激光清洗技术的半导体芯片的供应商 Oramir 半导体设备有限公司；并收购 Schlumberger，增加电子束检测能力。2003 年， 收购在线监测公司 Boxer Cross，加强开发集成解决方案。 2004 年，收购提供专业的原料 管理、厂房清洁、专业设备和厂房维护等服务的Metron Technology N.V.，推动应用材料成 为半导体最大服务公司。2005 收购 SCP Global Technologies 的湿法工艺和硅片清洗部门， 帮助应用材料巩固湿法设备领先地位。2006 年，通过收购薄膜沉积设备供应商 Applied Films 公司，成功进入太阳能电池和相关设备市场，产品线得到大举扩充； 2007 年，瑞士的 HCT 整形系统公司，成为生产太阳能和半导体芯片的芯片锯切工具的专家；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。
从 2008 年至2018 年，公司并购速度放缓，2013 年试图并购东京电子失败后，2019 年成功 并购同行国际电气。根据芯思想研究院（ChipInsights）的数据表明，2018 年应用材料的市 占率为 17%，国际电气（KE）的市占率为1.8%，收购完成后，应用材料的市占率将上升到 19%。比第二名的 ASML 高出 4 个百分点，继续稳固应用材料全球最大的半导体设备制造商的地位。
2008年1 月，公司收购意大利一家生产太阳能电池所用的工具设计公司 Baccini，成功开拓 意大利市场，并扩大自身在太阳能面板制造设备市场的影响力。2009年，公司耗资约 3.64 亿 美元收购 Semitoollnc.(Kalispell，Mont.)，以增强公司在两大快速增长市场的地位：晶圆 级封装（WLP)和存储器产业向铜互连工艺的转变。2011 年 5 月，公司以 50 亿美元的价格 收购了半导体制造商 Varian Semiconductor Equipment Associates(简称 Varian )，这项收购 交易不仅可以让应用材料重新回到电离子移植设备市场，应用材料还从这项交易中获得生产 太阳能电池板和发光二极管的技术。2016 年，公司收购 DRMSim 公司，拓展软件功能。2019 年，公司收购国际电气（KE），加强应用材料在单晶圆处理系统上的领导地位。
2019 年 7 月 1 日，应用材料宣布将以 22 亿美元现金收购国际电气（KE）的所有流通股。 国际电气是一家提供高生产力的内存批处理系统和服务的领先公司。它的铸造业务和逻辑客 户补充了应用软件在单晶圆加工系统中的领导地位。国际电气在日本和亚洲拥有强大的客户关系、世界级的供应链和制造能力，以及一支优秀的员工队伍。交易完成后，国赛电气将作 为应用半导体产品集团的一个业务部门运营，并继续将总部设在东京，在日本富山和韩国天安建有技术和制造中心。
设立新研究中心：集合学术和创业环境，合作迎接摩尔定律挑战
应用材料通过位于硅谷的 Maydan 技术中心和新建的 META 中心提高研发能力，通过风险投资部门 Applied Ventures 投资核心市场与新兴领域中的创业公司，并与大学、研究机构、业 界同行等建立合作关系，以迎接摩尔定律缩放的挑战。
1. META研发中心：瞩目新材料和结构的突破，支持多领域创业企业
应用材料于2018年6月宣布成立材料工程技术推动中心(Materials EngineeringTechnology Accelerator, META 中心)，这是公司研发能力的一次重大扩展。面临日益严峻的传统摩尔定律的挑战，该中心继续为公司及其客户提供新的驱动创新方法。
META 数据中心的主要目标是加快客户获得新的芯片制造材料和工艺技术，从而在半导体性能、功率、成本方面实现突破，新中心是对 Maydan 技术中心的拓展和补充。META数据中 心是一个独特的研发设施，主要是为材料创新和加快相关的工艺技术。通过该设施，应用材 料正在解决芯片制造商和生态系统合作伙伴日益增长的需求，以获得一个领先的开发环境，重点是在新材料和结构方面实现突破。
在 META 中心培育的协作涉及不同的领域。例如正在进行的新材料非易失性记忆技术的研发工作，以及为人工智能开发一种模仿人类大脑工作方式的新型电子开关。应用材料将为元数 据中心提供一套全面的最先进的工艺系统，以及将材料工程创新引入先进设备所需的配套系统，以及系统的数据收集和分析。该中心还将支持人工智能、增强和虚拟现实(AR/VR)、先 进光学、大数据、生命科学、自动驾驶汽车等领域的初创企业和新兴技术公司。
META 数据中心是应用软件全球研发环境的战略性补充。它将配备一套广泛的应用最先进的工艺系统，以及新芯片材料和结构所需的互补技术，以在客户现场进行大规模生产的试点。 该中心将通过提供一个固定的流程来帮助高级流程开发，在该流程中，项目可以反复运行，不仅关注性能和可靠性数据，还关注可制造性。
应用材料的目标是在纽约北部的成熟产业和新兴产业中投资有前景的初创企业。META 数据中心的材料工程能力可以解决半导体以外的行业的挑战和驱动路线图。另外，应用材料将得 到应用程序的风险投资部门 AppliedVentures, LLC 和纽约州经济发展组织 Empire State Development 之间的一项新的联合投资计划的进一步支持。
2. Applied Ventures：投资新兴的差异化、有价值、可持续的技术
Applied Ventures, LLC 是应用材料的风险投资部门。AppliedVentures 关注全球相关服务行 业的最新创新，关注业务发展和探索性融资机会。感兴趣的领域和机会不断增长，包括新工 艺、材料和设备的想法和产品，这些都将受益于应用材料在精密材料工程方面的优势。Applied Ventures 正在寻找新的机会，以帮助解决迫在眉睫和关键的材料工程挑战，不仅是对半导体 和显示器行业，而且对许多进入这些领域的邻近市场。这些包括设备、材料甚至设备和过程供应商在清洁能源、照明、能源储存和其他市场。
自 2005 年成立到2015 年，Applied Ventures 共向 60 多家公司投资超过2 亿美元，其中一 些公司进行了首次公开募股或收购。至 2019 年，已在13 个国家投资了 75 多家公司。虽然 技术趋势在这段时间内发生了变化，但立 Applied Ventures 的投资战略仍然保持不变——继续积极寻求财务和战略机遇，采用引人注目的差异化、有价值和可持续的技术。Applied Ventures 希望在半导体和显示器等核心市场，以及在生物科学和机器人等其他行业的新应用 领域，能够提升或补充应用材料在材料工程方面的专业知识。
应用材料的营业收入总体呈上升趋势，经历了五次上升期与三次回落期，其变化趋势与全球 半导体市场规模变化趋势保持高度一致。其营收可以分为五个阶段，缓慢上升期（1987-1994）， 应用材料的营业收入从 0.17 亿美元增长到 1994 财年的 16.6 亿美元。接着经历了三个上升 与回落期（1995-2013） ，该段期间应用材料的营收体量已经相当可观了，在 2000 财年应用材料的营收就已经达到 95 亿美元，这比其他半导体设备厂商早了十余年。新一轮增长期 （2013-2018），应用材跟随半导体市场的增长之势，进入新一轮的增长期，到2018 财年其营业收入到达 172.53 亿美元，远超拉姆研究（110.77 亿美元）等半导体厂商，同比增长率达 19%。
应用材料的净利润与营收变动趋势基本一致，也经历了五次上升期与三次回落期，值得注意的是净利润在 2017 财年实现了跨越性增长，其环比增长率高达 98%，2017 财年其净利润 到达 35.25 亿美元，到 2018财年其净利润到达 45.69 亿美元，同比增长率达 30%。
应用材料的毛利率一直较为稳定，围绕 45%上下小幅度波动，2018 财年毛利率达 46%;净利率较为不稳定，在10%-20%之间波动， 2018 财年创下 26%的历史新高。
从营收的构成情况来看，半导体设备销售是主要来源，近六成的营收来源于半导体设备的销售，近一成的营收来自于显示器及周边市场，来自于全球应用服务部的收入占比维持在 20%-25%左右。
从成立时间来看，应用材料成立最早（1967 年），在半导体行业的起源时期成立，其次是拉姆研究（1980 年），成立于半导体行业第一产业转移期，二者占据优质客户源、品牌等先发 优势，享受全球高市占率红利。中微半导体则是成立于第三次产业转移时期（2004），成立时间较短，其优质客户源、品牌等优势尚未凸显，但是其处于半导体行业向中国大陆进行转移的黄金期，对中微半导体而言是一次契机。
从路线图来看，应用材料、拉姆研究均经历了从自主创新路线过度到自主创新+外延并购双路线，区别在于应用材料的集中并购开始时间（1997）比拉姆研究（2006）早了近十年。而中微半导体尚处于自主研发初期，尚未进行外延并购。
从产品线来看，应用材料和拉姆研究不断致力于扩展公司的产品链条。目前来看，应用材料 已经基本打通半导体制造设备的产品线（除光刻设备等），其设备覆盖刻蚀、薄膜沉积、快速热处理、离子注入、测量与检测、清洗、封装等众多生产步骤，其产品链条是三者中最长 的。而拉姆研究的产品链条也较长，目前已能够提供刻蚀、薄膜沉积、计量检测、清洗设备。中微半导体的产品链条则较短，主要提供刻蚀、薄膜沉积两种设备。
从业务模式来看，应用材料和拉姆研究正向“全盘解决”的模式转型，应用材料和拉姆研究 在积极并购方案解决厂商、软件厂商等，致力于形成为客户提供设备+服务的双业务模式， 为客户带来更高的价值。未来半导体设备的竞争不仅是设备技术本身的竞争，而是企业提供 整体解决方案能力的竞争，半导体设备的整体解决方案的能力将成为未来竞争和盈利的一个很重要增长点。2007 年应用材料就已经收购 Brooks Software获取其管理和控制软件，向“整 体解决”进军， 2017 年拉姆研究则收购仿真软件和建模解决方案厂商 Coventor 迈向整体解决之路，提升自身竞争力。
从营业收入来看，中微半导体 2016-2018 财年营收分别为 0.86、1.37、2.31 亿美元，与拉姆研究 90 年代初期、应用材料 80 年代末期的营收规模相近。从净利润来看，拉姆研究在 90 年代初期净利润时正时负，与目前的中微半导体的情况类似，而应用材料 80 年代末净利润就已经持续为正，因此目前中微公司的盈利能力，与拉姆研究 90 年代初期的情况较为接 近。从成立时间来看，到 90 年代初期，拉姆研究成立十年左右 ，到 2018 年，中微半导体 也成立十年左右，因此以中微半导体和拉姆研究从各自成立的时间为起点来计算，目前中微公司的发展情况与拉姆研究历史同期接近。
从公司整体利润率来看，中微半导体的毛利率已与应用材料、拉姆研究差距较小，而在净利 率上差距较大。中微半导体的净利率非常低，2016-2018 财年净利率分别为-39%、3%、6%, 而应用材料、拉姆研究在2018 年毛利率均为 26%，比中微半导体高出了近 20个百分点。
从刻蚀设备细分领域上看，应用材料和拉姆研究的刻蚀产品涉及硅刻蚀、介质刻蚀、金属刻 蚀的全部细分领域，中微半导体主要涉及介质刻蚀、硅通孔刻蚀领域。
从刻蚀设备的技术上看，应用材料提供主流的 ICP 和最前沿的 ALE 设备，拉姆研究同样提 供主流的 DRIE 设备和最前沿的 ALE 设备，中微半导体则只提供了主流的 ICP、CCP 刻蚀设备。在主流的高密度等离子刻蚀设备上，中微半导体已处于较高水平，其 ICP、CCP 刻 蚀设备与拉姆研究的 DRIE 刻蚀设备效果相当，但在最前沿的 ALE 技术上，中微半导体尚 未涉足。从刻蚀设备的制程节点上，中微半导体已步入第一梯队，其刻蚀产品在 65 纳米到7 纳米上已实现产业化，部分 7 纳米、5 纳米刻蚀应用正在进行客户端验证；拉姆研究的 7、5 纳米刻蚀设备均已经量产并成为2018 年的营收主力军，其正在进军 3 纳米，应用材料的刻 蚀设备也已经可帮助客户实现 3 纳米节点。
中微半导体成立时间较晚、产品线较短、毛利率与应用材料和拉姆研究差距较大；在刻蚀设 备的细分领域上，中微半导体的产品覆盖领域较少，主要涉及介质刻蚀、硅通孔刻蚀领域，而应用材料和拉姆研究的刻蚀产品涉及硅刻蚀、介质刻蚀、金属刻蚀的全部细分领域；在刻 蚀设备的技术上，中微半导体在主流的高密度等离子刻蚀设备上与其他两家水平相近，但是在最尖端的 ALE 技术上尚处于落后阶段。但目前我国正在承接第三次半导体产业转移，将 迎来半导体发展的黄金十年，另外新一代智能手机、物联网、人工智能、5G 等行业正在崛 起，应用市场需求庞大；同时国内政府以多项文件、专项计划大力支持，又通过大基金进行 资本投入，使得中微半导体兼具产业转移、政策优势，有望快速崛起。
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