在中國(guó)“十四五”提出數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，瞄準(zhǔn)集成電路等戰(zhàn)略性領(lǐng)域之際，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫推出“國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程”系列專題，講述當(dāng)今中國(guó)半導(dǎo)體各領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)程，解析國(guó)產(chǎn)化最新態(tài)勢(shì)。本期為“國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程”專題半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈篇第二篇文章：半導(dǎo)體設(shè)備。

　　全球芯片供不應(yīng)求的局面，使晶圓廠產(chǎn)能成為了香餑餑，相應(yīng)的商機(jī)也在向產(chǎn)業(yè)鏈上游傳導(dǎo)，特別是半導(dǎo)體設(shè)備，營(yíng)收屢創(chuàng)新高。據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，2022年，全球前端晶圓廠設(shè)備支出總額將較前一年增長(zhǎng)18%，達(dá)到1070億美元的歷史新高，這已經(jīng)是連續(xù)三年大幅增長(zhǎng)。SEMI指出，晶圓代工廠將是2022、2023年設(shè)備支出的大戶，約占全球總支出的50%，其次是存儲(chǔ)，約占35%。

　　水漲船高，半導(dǎo)體設(shè)備商的產(chǎn)能也隨之提升，SEMI的數(shù)據(jù)顯示，全球設(shè)備業(yè)產(chǎn)能連年增長(zhǎng)，2021年提升7%后，今年將增長(zhǎng)8%，2023年估計(jì)也會(huì)有6%的增幅。

　　作為全球半導(dǎo)體設(shè)備的主要消費(fèi)市場(chǎng)，中國(guó)大陸在2020年的銷售額為187.2億美元，同比增長(zhǎng)39.2%，占全球市場(chǎng)的26.3%，首次成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備消費(fèi)市場(chǎng)。按照這樣的發(fā)展勢(shì)頭，預(yù)計(jì)中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額全球占比有望從 2021 年的28%提升到2023年的32%。由此測(cè)算，2021年中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額約為287.8億美元，同比增長(zhǎng)53.7%，2022年有望達(dá)到343億美元，同比增長(zhǎng)19.2%。

　　全球格局

　　半導(dǎo)體設(shè)備可分為晶圓制造(前道設(shè)備)和封裝、測(cè)試設(shè)備(后道設(shè)備)。前道設(shè)備主要包括光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積、熱處理設(shè)備、離子注入機(jī)、CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)設(shè)備、清洗機(jī)、前道檢測(cè)設(shè)備等。其中，薄膜沉積、光刻和刻蝕是前道晶圓制造的三大核心工藝。

　　在全球半導(dǎo)設(shè)備產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，前道設(shè)備在總銷售額中的占比約為85%，后端測(cè)試設(shè)備約為9%，封裝設(shè)備約為6%，這三個(gè)數(shù)據(jù)每年會(huì)有所微調(diào)，但變化不大，基本面是穩(wěn)定的。目前，全球前道設(shè)備市場(chǎng)主要由美日歐企業(yè)把持，幾家頭部設(shè)備大廠，如美國(guó)AMAT(應(yīng)用材料)占比約為17%，荷蘭ASML約為16.6%，日本TEL(東京電子)約為12.5%，美國(guó)Lam Research約為 11.2%，美國(guó)KLA約為6.3%，合計(jì)占比近64%。

　　在各細(xì)分領(lǐng)域，依然呈現(xiàn)出寡頭壟斷的局面。

　　光刻機(jī)，特別是EUV主要由ASML一家壟斷，占據(jù)83%的市場(chǎng)份額;刻蝕市場(chǎng)主要由Lam、TEL和AMAT三家把持，份額分別為45%、28%和18%;離子注入市場(chǎng)主要由AMAT、Axcelis和SMIT三家把持;薄膜沉積方面，PVD(物理式真空鍍膜)市場(chǎng)主要由AMAT一家壟斷，市場(chǎng)份額達(dá)85%的，CVD(化學(xué)式真空鍍膜)市場(chǎng)主要被AMAT、Lam和 TEL把持，份額分別為30%、26%和17%;熱處理市場(chǎng)由AMAT、TEL和Kokusai把持;涂膠顯影/去膠市場(chǎng)主要由TEL一家壟斷，份額達(dá)91%;清洗設(shè)備市場(chǎng)則被SCREEN、TEL 和Lam三家壟斷。

　　全球測(cè)試機(jī)市場(chǎng)被愛德萬(wàn)、泰瑞達(dá)和Lam壟斷，三家的市占率分別為50%，40%和8%;全球封裝設(shè)備市場(chǎng)主要由ASM Pacific、K&S、Shinkawa、Besi把持。

　　中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備供給側(cè)亟待提升

　　中國(guó)大陸是全球三大半導(dǎo)體設(shè)備消費(fèi)市場(chǎng)之一，然而，本土設(shè)備廠商的市占率卻很低。以2020年為例，國(guó)內(nèi)晶圓廠(包含三星、臺(tái)積電、SK海力士等國(guó)際大廠在中國(guó)大陸的晶圓廠)設(shè)備采購(gòu)總額約為154億美元，其中，國(guó)產(chǎn)設(shè)備采購(gòu)額僅為9.9億美元，占比僅7%，國(guó)產(chǎn)化率低、被國(guó)外巨頭壟斷的局面非常明顯。

　　2008 年之前，我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備基本全靠進(jìn)口，因此，國(guó)家設(shè)立了國(guó)家科技重大專項(xiàng)——極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝科技項(xiàng)目(簡(jiǎn)稱02專項(xiàng))研發(fā)國(guó)產(chǎn)化設(shè)備。但是，由于設(shè)備制造對(duì)技術(shù)和資金需求要求比較高，只有北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體、上海微電子等少數(shù)重點(diǎn)企業(yè)能夠承擔(dān) 02專項(xiàng)研發(fā)工作，整個(gè)行業(yè)集中度相對(duì)較高。雖然在02專項(xiàng)的支持下，我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有，但相比國(guó)內(nèi)龐大的市場(chǎng)規(guī)模而言，自給率嚴(yán)重不足。

　　即使在發(fā)展水平相對(duì)較高的 IC 封裝測(cè)試領(lǐng)域，我國(guó)與先進(jìn)國(guó)際水平相比仍然存在較大差距。而單晶爐、氧化爐、CVD 設(shè)備、磁控濺射鍍膜設(shè)備、CMP設(shè)備、光刻機(jī)、涂布/顯影設(shè)備、ICP等離子體刻蝕系統(tǒng)、探針臺(tái)等設(shè)備市場(chǎng)幾乎被國(guó)外企業(yè)所占據(jù)。

　　目前，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備處于局部有所突破，但整體較為落后的狀態(tài)。尤其與國(guó)際巨頭相比，本土設(shè)備企業(yè)的實(shí)力仍然偏弱，絕大部分企業(yè)無(wú)法達(dá)到國(guó)際上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的7nm工藝水平，部分企業(yè)突破到28nm或14nm工藝，但在使用的穩(wěn)定性上與國(guó)際巨頭差距較大，較難大批量進(jìn)入量產(chǎn)線，也較難進(jìn)入國(guó)際代工巨頭的生產(chǎn)線。

　　半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)技術(shù)壁壘非常高，隨著制程越來(lái)越先進(jìn)，對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備的性能和穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求，需要投入大量的研發(fā)資金。應(yīng)用材料公司一直保持著在研發(fā)上的高投入，其30%的員工為專業(yè)研發(fā)人員，擁有近12000 項(xiàng)專利，平均每天申請(qǐng)4個(gè)以上的新專利。正是這種持續(xù)的高研發(fā)投入，促成了應(yīng)用材料的內(nèi)部創(chuàng)新，構(gòu)成了較高的技術(shù)壁壘。

　　由于半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)周期長(zhǎng)、投入大。國(guó)產(chǎn)設(shè)備公司雖然在工藝制程上的研發(fā)已經(jīng)有所突破，但是與穩(wěn)定量產(chǎn)之間還有一定距離，非常關(guān)鍵的一點(diǎn)是要有試錯(cuò)機(jī)會(huì)，試錯(cuò)的周期通常長(zhǎng)達(dá)一年甚至數(shù)年，而由于市場(chǎng)長(zhǎng)期被國(guó)際大廠占據(jù)，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商很難得到應(yīng)用機(jī)會(huì)和發(fā)展空間。

　　設(shè)備用零部件存在短板

　　制造半導(dǎo)體設(shè)備需要多種零部件，半導(dǎo)體設(shè)備零部件及相關(guān)原材料市場(chǎng)規(guī)模也很可觀，2022 年有望超過300億美元。

　　據(jù)VLSI統(tǒng)計(jì)，半導(dǎo)體設(shè)備包括8類核心子系統(tǒng)：氣液流量控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制程診斷系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、電源及氣體反應(yīng)系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、晶圓傳送系統(tǒng)、其它集成系統(tǒng)及關(guān)鍵組件，每個(gè)子系統(tǒng)都包含大量的零部件。

　　目前來(lái)看，半導(dǎo)體設(shè)備零部件市場(chǎng)被美日歐企業(yè)把持，美國(guó)占44%，日本占33%，歐洲占21%，主要廠商包括MKS、ICHOR、UCT、AE、Ferrotec等。

　　中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備零部件需要大量進(jìn)口，目前只有腔體、機(jī)架等機(jī)械類實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，而電器類、氣體輸送系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、傳感器、儀器儀表、氣動(dòng)系統(tǒng)等零部件以進(jìn)口為主。在半導(dǎo)體晶圓制造流程中，閥類、密封圈、靜電吸盤、陶瓷類真空壓力計(jì)等零部件進(jìn)口份額較大。其中，閥類費(fèi)用約占耗材成本的10.6%，有較大的市場(chǎng)需求，但國(guó)內(nèi)供給側(cè)在該領(lǐng)域仍處于空白狀態(tài)。

　　中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備零部件供應(yīng)商中，排名前七的是：萬(wàn)業(yè)企業(yè)，富創(chuàng)精密，新萊應(yīng)材，中科儀，江豐電子，華卓精科，神工股份。排名第一的萬(wàn)業(yè)企業(yè)2021年?duì)I收約為9.2億元人民幣，第二的富創(chuàng)精密約為8.4億元。

　　那么，這些企業(yè)在全球同類廠商中處于怎樣的位置呢?以富創(chuàng)精密為例，該公司是全球?yàn)閿?shù)不多的能夠?yàn)?nm制程工藝設(shè)備批量提供精密零部件的廠商，該公司2021年?duì)I收超過1億美元，但相比全球排名第一的MKS的29.5億美元，差距很大，即使與全球排名第五的Ferrotec(約10億美元)相比，差距也不小。

　　國(guó)產(chǎn)設(shè)備發(fā)展的契機(jī)和希望

　　雖說中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備廠商的技術(shù)和市占率還無(wú)法與國(guó)際大廠抗衡，但國(guó)內(nèi)巨大的市場(chǎng)需求，以及國(guó)家政策、資金的大力支持，再有，近些年國(guó)產(chǎn)替代意識(shí)和意愿的加強(qiáng)，給本土半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大動(dòng)力和樂觀的市場(chǎng)預(yù)期，并在多個(gè)設(shè)備領(lǐng)域取得了不俗的成績(jī)。

　　首先看刻蝕設(shè)備。刻蝕工藝位于薄膜沉積和光刻之后，目的是利用化學(xué)、物理、光學(xué)反應(yīng)將晶圓表面附著的不必要的物質(zhì)去除，反復(fù)多次，最終得到構(gòu)造復(fù)雜的集成電路。國(guó)內(nèi)的刻蝕設(shè)備企業(yè)主要是中微半導(dǎo)體、北方華創(chuàng)、屹唐半導(dǎo)體和中電科。其中，中微半導(dǎo)體在 CCP刻蝕領(lǐng)域具備明顯優(yōu)勢(shì)，在邏輯芯片制造方面，該公司的CCP刻蝕設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入國(guó)際知名晶圓代工廠的先進(jìn)制程產(chǎn)線，用于7nm/5nm芯片的生產(chǎn);在3D NAND芯片制造方面，該公司的CCP刻蝕設(shè)備可應(yīng)用于64層堆疊芯片的量產(chǎn)，并且正在開發(fā)96層及更先進(jìn)的刻蝕設(shè)備。

　　光刻機(jī)方面，與國(guó)際高水平有很大差距，雖說上海微電子可以生產(chǎn)光刻機(jī)整機(jī)，華卓精科和國(guó)科精密等可以生產(chǎn)光刻機(jī)零部件，但仍不具備EUV，以及先進(jìn)DUV設(shè)備的生產(chǎn)能力，能支持的最高制程工藝仍為90nm。

　　薄膜沉積是一連串涉及原子的吸附、吸附原子在表面擴(kuò)散，以及在適當(dāng)?shù)奈恢孟戮劢Y(jié)，以漸漸形成薄膜并成長(zhǎng)的過程，分為原子層沉積(ALD)、物理式真空鍍膜(PVD)、化學(xué)式真空鍍膜(CVD)等。我國(guó)的薄膜沉積設(shè)備代表廠商是北方華創(chuàng)和拓荊科技，其中，北方華創(chuàng)已實(shí)現(xiàn)PVD、CVD、ALD設(shè)備在28nm/14nm技術(shù)領(lǐng)域的突破。

　　熱處理方面，主要包括氧化、擴(kuò)散和退火工藝。國(guó)內(nèi)的氧化擴(kuò)散設(shè)備生產(chǎn)商主要包括北方華創(chuàng)和屹唐半導(dǎo)體。近些年，北方華創(chuàng)市占率逐年上升，例如，截至2020年10月，北方華創(chuàng)熱處理設(shè)備在長(zhǎng)江存儲(chǔ)的占比已經(jīng)超過了30%。

　　CMP是一種表面全局平坦化技術(shù)，系統(tǒng)主要由拋光設(shè)備、拋光液和拋光墊三個(gè)部分組成。國(guó)內(nèi)CMP設(shè)備廠商主要有華海清科和北京爍科精微電子，華海清科是國(guó)內(nèi)唯一一家實(shí)現(xiàn)12英寸CMP設(shè)備量產(chǎn)的廠商。

　　去膠設(shè)備方面，屹唐半導(dǎo)體在國(guó)內(nèi)占主導(dǎo)地位，此外，芯源微和中電科45所也可以生產(chǎn)去膠機(jī)。目前，我國(guó)去膠設(shè)備的國(guó)產(chǎn)率已經(jīng)超過90%，基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代。

　　清洗步驟貫穿整個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)流程，用于去除硅片制備、晶圓制造和封裝測(cè)試等步驟中可能存在的雜質(zhì)，避免雜質(zhì)影響芯片良率和性能。國(guó)內(nèi)主要清洗設(shè)備廠商包括盛美、北方華創(chuàng)、芯源微和至純科技。

　　在后道設(shè)備方面，國(guó)內(nèi)測(cè)試機(jī)廠商主要包括華峰測(cè)控和長(zhǎng)川科技，華峰測(cè)控在國(guó)內(nèi)模擬測(cè)試機(jī)市占率接近60%。封裝設(shè)備方面，國(guó)內(nèi)具備制造能力的企業(yè)主要有中電科45所、艾科瑞斯和大連佳峰。

　　加大研發(fā)投入力度

　　2021年，主要國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備廠商合計(jì)銷售額約為240億元人民幣，同比增長(zhǎng)56%，北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體、盛美上海、華峰測(cè)控、長(zhǎng)川科技、芯源微的凈利潤(rùn)增速均顯著高于收入增速。北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體、盛美上海等在原有成熟設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)一步放量，萬(wàn)業(yè)企業(yè)旗下凱世通實(shí)現(xiàn)離子注入機(jī)0-1突破，芯源微多款涂膠顯影設(shè)備在客戶端進(jìn)展順利。

　　目前，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備廠商處于高速發(fā)展期，半導(dǎo)體設(shè)備的高技術(shù)壁壘屬性要求廠商持續(xù)投入大量資金用于研發(fā)。例如，北方華創(chuàng)2021年研發(fā)投入28.9億元，在國(guó)內(nèi)遙遙領(lǐng)先。拓荊科技研發(fā)投入占比38%，北方華創(chuàng)研發(fā)投入占比30%，中微半導(dǎo)體和長(zhǎng)川科技占比23%，都處于高強(qiáng)度研發(fā)投入階段。

　　在半導(dǎo)體設(shè)備這個(gè)技術(shù)和資金密集的重資產(chǎn)領(lǐng)域，高投入才能有高產(chǎn)出，引擎加速后，相信國(guó)產(chǎn)設(shè)備能夠在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)，邁上一個(gè)新臺(tái)階。