中國半導體設備市場的危與機|半導體行業觀察

來源：內容由 公眾號 半導體行業觀察 （ID：icbank）張健 原創，謝謝！

中美貿易爭端本來已經緩解，然而在前些天，美國商務部對外宣布，將44家中國企業和學校列入了美國企業應謹慎對待的「未經核實」實體的「危險名單」。據悉，該名單內包括半導體光電、汽車技術、液晶材料、精密光學、機床生產領域的企業，以及廣東工業大學、中國人民大學、同濟大學以及位於西安的兩所高校。

據了解，美國供應商不能依照現有的許可證為名單上的企業提供產品和服務，必須重新申請新的許可證。據知情人士透露，雖然該名單並未要求廠商禁止與名單上的公司進行往來，不過卻要求美國公司謹慎對待這些企業。

這樣一則消息，再一次牽動了本來就很敏感的半導體業神經，特別是在半導體設備領域，美國及其盟友日本的相關企業在全球處於壟斷地位，而中國大陸近幾年又在大力發展半導體製造業，需要大量的設備，但本土的供給能力很有限（特別是中高端設備），因此，必須從美國進口大量產品。

中國半導體設備市場的危與機

1.危

來自SEMI的統計數據顯示，中國大陸本土廠商的半導體設備，只佔全球市場份額的1~2%。而從下圖，我們可以看到，中國大陸市場對半導體設備的需求量巨大，而且還在快速增長當中。

圖源：SEMI

2017年，中國大陸佔全球半導體設備銷售量的15%，排在全球第3。而就在上周，SEMI的最新數據顯示，2018年全球半導體製造設備銷售總額達645億美元，比2017年的566.2億美元增長了14%，創下歷史新高。中國大陸半導體設備市場更是首度以131.1美元超越台灣地區，居全球第二。

圖：2017 ~ 2018年全球各區域全年統計數據 (單位：10 億美元) 及年增長率。

然而，在全球市場中，中國大陸的IC設備廠商所能佔有的份額，最多也就是5%。這種巨大的市場容量與極為有限的設備輸出水平形成了強烈的反差。其結果就是，我們要花大量的外匯去購買美日歐廠商的先進設備，使得貿易逆差和產業安全問題難以避免。

中國大陸對半導體設備的渴求程度，從下圖中也可窺到一斑。在過去的十幾年中（圖中從2004年開始計算），全球的IC及元器件製造、封測等工廠在所使用的設備方面的投入逐年穩步上升，2017年，全球相關廠商共投入了560億美元，用於購買各種設備，這比2016年的400億美元提升了38%，這個上升幅度是很大的。

圖源：SEMI

之所以在2017年出現了這麼大幅度的增長，一方面是因為全球半導體產業從2014年之前的緩慢復甦和低速增長（由於2008年爆發經濟危機，半導體行業低迷了好幾年，2011年才恢復正增長，但年增長率也只有1%左右），而從2015年開始，增長幅度快速提升，使得全球半導體行業又開始火熱了起來。在這樣的背景下，2017年全球半導體設備支出才出現了同比提升38%的情形。

以上是全球的驅動因素，除此之外，還有一個巨大的驅動力，就是中國大陸半導體產業的快速跟進。2014年，集成電路產業發展綱要推出，同年「大基金」成立，在中央和各地方政府的大力推動和扶持下，一批晶圓代工廠項目上馬、籌建，帶動了IC設計及相關服務業的興起，據中國半導體行業協會統計，2017年，大陸的IC設計公司居然達到了1300多家，此外，還帶動了產業鏈下游的封裝測試企業的積極性，擴展生產線，購入先進設備，以應對上游企業和潛在客戶爆髮式增長。

這樣，在半導體製造、封測等方面的投資自然就會快速增長，從而為全球半導體設備支出同比大幅提升貢獻了不少份額。

這樣，在相對短的時間內，資金大量湧入、諸多大項目快速上馬，然而，在謀求跨越式發展的同時，產業安全問題似乎不應該被忽視：由於中國大陸對半導體設備的需求量巨大，而且這種需求還在不斷加強，而與之相對應的，未來幾年，我國大陸廠商的設備在全球市場份額當中所佔比例最多不過5%，而且還是以中低端設備為主。這種情況持續下去的話，存在著較大的風險，似乎總有一把無形的達摩克利斯之劍懸在頭上。

2、機會與成績

危局中往往蘊育著機會，我國半導體設備的短板迫使本土企業必須加大投入力度、加快發展步伐，才能應對困難局面。目前來看，已經取得了一定的成績。

這裡先簡單介紹一下半導體製造設備的分類和市場佔比，在所有半導體設備中，前道的晶圓加工設備佔比約80%，後道的封裝設備佔比約7%，測試設備佔比約9%。在佔比達到80%的前道晶圓設備中，光刻機約佔19%，PVD（物理氣相沉積）、CVD（化學氣相澱積）等沉積設備佔比約為22%，刻蝕和清洗設備合計佔比約為30%。

以上各種設備中，越靠近前端，其技術難度越大，例如，製造設備技術難度大於封裝和測試設備。而在製造設備中，光刻機的技術難度大於刻蝕設備，刻蝕難度大於薄膜沉積設備，而清洗、拋光、檢測等設備的難度相對較小。

之所以如此，是因為光刻有嚴格的線寬要求，而刻蝕涉及等離子體物理學，且會對晶圓產生破壞，氣相沉積設備涉及高溫化學且對沉積膜的均勻性要求極高。而後段的清洗、檢測等則沒有這方面的要求，且本身不會對晶圓產生破壞。封裝設備中，技術難度最大的是鍵合，測試設備中，封裝後測試技術難度小於晶圓測試。

最近幾年，我國大陸已立項的晶圓製造和代工廠有20多座，有的已經投產，有的則在規劃或建設過程當中。粗略統計，它們需要的投資規模達1255億美元，按照70%投資設備的比例計算，有約879億美元設備採購支出，如果以3年為一個建設周期計算的話，則2017~2019年平均每年約有293億美元的採購規模。

而在晶圓加工設備中，國內能夠供應的主要是刻蝕、沉積和清洗設備。

近年來，隨著國家對半導體產業的持續投入，以及民營企業的興起，國產半導體設備產業鏈布局逐步走向完善，特別是在硅單晶爐、刻蝕機、封裝、測試設備等壁壘相對低的領域，國

產設備已經達到或接近國際先進水平，且成本優勢明顯。此外，一些產線配套設備、自動化設備、潔靜設備等也取得了一定的市場佔有率。

例如，晶盛機電生產的單晶硅長晶爐，其在投料量、自動化程度和晶棒尺寸等指標方面均已處於國際領先水平；中微半導體生產的刻蝕機實現了商業化量產，並已進入台積電先進工藝產線；北方華創的CVD設備已進入中芯國際28nm產線，14nm設備也處於驗證期，由於中芯國際的14nm製程將在今年實現量產，估計不久就能批量使用北方華創的14nm設備。

測試設備崛起

遵從先易後難的順序，國產設備要在市場佔有率方面取得突破，先在測試、清洗、CMP、晶圓檢測、切割等設備上下了不少功夫，並取得了效果，而測試設備作為更偏向軟體的設備領域，是最先崛起的。

目前，國內測試設備競爭較為激烈，國內廠商，如華峰和長川科技已經在技術上取得了一定的突破，利用成本優勢，從分立元件測試、模擬測試、分選機等低端測試領域開始，和國際廠商展開競爭，並取得了一定的市場份額。

2014年創立的中國中科飛測（Skyverse）是晶圓測試設備商，根據日經新聞的報導，該公司將競爭目標對準了美國晶圓檢測設備大廠KLA。中科飛測營銷經理Leo He表示，該公司計劃今年量產，長江存儲、中芯國際、華力微電子都將使用其設備。他說，中美貿易衝突升溫，更多本土晶元商願意使用該公司的測試設備，而在幾年前還鮮有這種情況出現，他表示2019將是中科飛測的里程碑之年。

晶圓加工設備的進展

晶圓加工設備難度高，其中以光刻機和刻蝕機為最。目前，晶圓加工設備主要由海外巨頭供應，國內代表企業為北方華創和中微半導體等，正努力追趕。以下介紹部分設備的發展情況。

高溫爐方面，市場主要被應用材料、日立、東電電子等國際企業佔據。本土設備品牌中，北方華創12英寸立式氧化爐陸續通過了90nm/65nm/45nm/28nm製程產線的工藝驗證，並實現了應用。同時，隨著國內8英寸產線的建設和擴產，北方華創利用其多年在12英寸立式氧化爐方面的積累，開發出了全新的8英寸立式高溫氧化爐，並中標了國內多個8英寸和12英寸項目。

此外，亦庄國投於2016年收購了美國公司Mattson Technology，Mattson在刻蝕、快速熱處理（RTP）、光刻膠剝離及清洗等技術領域具有領先優勢。據悉，該公司2018年的研發經費倍增至4000萬美元。Mattson總裁兼CEO陸郝安（Allen lu）表示，貿易緊張的不確定性讓中國晶元廠樂於使用本土設備，政府也願意相助，但是，最終的設備質量才是取得訂單的關鍵。

光刻方面，全球光刻機市場主要由荷蘭的ASML、日本尼康和佳能三家把持。國產光刻機領域，上海微電子（SMEE）一枝獨秀，2018年3月，該公司承擔「02專項」的90nm光刻機樣機研製順利通過驗收，成為國產光刻機的代表。

據悉，上海微電子早期的光刻機主要用於90nm後道封裝測試，在該領域較早實現了國產替代，2018年5月，該公司第100台光刻機交付長電科技產線。目前，其SMEE 600系列IC前道投影光刻機兼容200mm和300mm晶圓，可用於90nm關鍵層和非關鍵層的前道IC製造，正在逐步滲透進入客戶前道工藝產線。

刻蝕設備方面，全球市場主要被Lam Research（市佔約為53%）、東電電子（市佔約20%）和應用材料（市佔約19%）這3家把持，該TOP 3市佔總和超過90%。

國產核心設備中，刻蝕機國產化率最高，上升速度最快。據SEMI預計，到2020年，我國

國內刻蝕機國產率將達到20%。

國內企業中，中微半導體在介質刻蝕領域，北方華創在硅刻蝕機和金屬刻蝕機領域處於國內領先地位，尤其是中微半導體的介質刻蝕機，由28nm向10nm，以及7nm不斷演進，其最先進的7nm刻蝕機已經進入台積電產線，成為極少數進入國際一流代工廠最先進位程工藝產線的本土半導體設備廠商。

此外，2018年6月和8月，北方華創兩台等離子體刻蝕設備分別中標上海華力集成、株洲中車時代電氣生產線；2018年10月，北京創世威納一台離子束刻蝕機中標北方特種能源集團；截至2019年3月，來自北方華創和中微半導體的3台刻蝕設備中標了華虹半導體生產線。

CVD市場方面，應用材料佔據龍頭地位，全球市場份額達到30%，其次是Lam Research和東電電子。在國內，北方華創的LPCVD和瀋陽拓荊的PECVD已通過主流晶圓代工廠驗證，實現了小批量的設備交付。

除了以上設備，還有晶盛機電的單晶爐、凱世通的離子注入機等，取得了不錯的業績，這裡就不再詳述了。

以上是我國本土半導體設備企業取得的成績。

然而，雖然我國在部分領域有所突破，但總體而言，國內半導體設備產業實力依然薄弱，總體國產化率不足15%，且絕大部分企業無法達到國際上已經量產的10nm製程工藝水平，而在28nm或14nm工藝取得突破的設備廠商，其產品穩定性與國際巨頭仍有差距，要想大批量進入產線，還需要時間和積累。

國產設備需要試錯機會

由於巨額資金的投入和升級工藝的緊迫性，國內的晶圓廠採購設備時，對成本不是很敏感，主要關注點在能夠快速、穩定地實現先進工藝的量產。

我國本土設備在量產的穩定性上，與國際設備公司相比存在較大的差距，而且，國外設備廠商的產品已經在台積電、三星等公司的產線上實現穩定量產，因此，對國內晶圓代工廠而言，採用國外的設備是最省時間和精力的。因此，優先採購的，大多是國外先進設備公司的成熟產品。

半導體設備具有較高的技術壁壘，且研發周期長、投入大。國產設備廠商雖然在工藝製程上已經有所突破，但離穩定量產還有一定的差距，因此，需要有試錯機會，試錯周期通常達一年甚至數年。但現在中國大陸大力發展集成電路製造業，首要任務是實現製造工藝的更新，而提升國產化率的要求較弱，所以沒有太多時間給國產設備廠商提供試錯機會。量產中，製造設備一旦出問題，整條產線上的晶圓都有可能報廢，需要停工檢查維修，這對晶圓廠而言代價巨大。因此，國產設備常常處於產品研發出來，但得不到大批量使用的境地。

不過，從近一年的情勢來看，以上狀況正在悄然地發生著改變，主要原因就是貿易保護主義的影響，使得我們不得不更多地考慮採用本土設備，以降低產業風險。

以長江存儲為例，來自國君機械的研究和統計顯示，長江存儲的設備國產化率較高，特別是在2018年，其對國產設備的支持力度較大。自2017年初開工至2018年底投產，在這兩年期間，長江存儲共採購了17批設備，共計約2000台。

其中，刻蝕設備國產化率接近15%，主要供應商是中微半導體；清洗設備國產化率達到23%，主要供應商是盛美和北方華創；氧化/退火設備的國產化率達到30%，主要供應商為北方華創和Mattson；泵的國產化率達到35%，主要供應商為瀋陽科儀；溫控設備的國產化率達到65%，主要供應商為北京京儀；去膠設備、熱處理設備的國產化率達到100%，主要供應商為Mattson。

但是，長江存儲項目初期的成膜設備國產化率較低，約為2~3%，主要供應商是北方華創和瀋陽拓荊；量測設備的國產化率也較低，約為1~2%，主要供應商是睿勵科儀。而光刻機、塗膠顯影、測試、研磨拋設備的國產率最低，幾乎為0。

結語

如本文開篇所述，美國商務部於近期將44家中國企業和學校列入了美國企業應謹慎對待的「未經核實」實體的「危險名單」，有一些企業也受到了直接影響。

但實際上，無論是中國本土採購企業（需求側），還是國際半導體設備廠商（供給側），都不願意看到貿易爭端持續下去，畢竟，在商言商，有好的生意做才是硬道理，在這個層面講，大家有共同的利益訴求，都不希望有過多的政治因素干擾。

退一步講，即使出現極端狀況，中國本土半導體企業被國外設備廠商完全斷貨（非設備供應商所願，大多是被迫的），也未必就是壞事，因為可以倒逼本土產業鏈進一步完善和成熟。

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