美國科技封鎖帶來的雙重效應：半導體設(shè)備國產(chǎn)化速度加快

近年來，在中美科技戰(zhàn)加劇的背景下，國內(nèi)加大了對整個半導體產(chǎn)業(yè)鏈的支持力度，國產(chǎn)化呼聲與關(guān)鍵工藝節(jié)點的突破加速，在伴隨著國內(nèi)半導體市場規(guī)模的穩(wěn)步提升和全球半導體產(chǎn)業(yè)重心向我國轉(zhuǎn)移的潮流中，國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)迎來了巨大的市場機遇，當然半導體的設(shè)備產(chǎn)業(yè)也不外如是。


半導體設(shè)備，是整個半導體產(chǎn)業(yè)的重要支撐

半導體設(shè)備處于產(chǎn)業(yè)鏈上游的核心部分，對先進制程的推進具有重大作用，是各大芯片代工與封測公司的建廠擴能的主要投資與瓶頸之一。

根據(jù)涉及的各個核心工藝環(huán)節(jié)，半導體設(shè)備包含有光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、量檢測設(shè)備、清洗設(shè)備、化學研磨CMP設(shè)備、離子注入設(shè)備等，其中最核心工藝環(huán)節(jié)的光刻機和刻蝕機就占了將近一半的市場份額。簡而言之，具有“種類多、技術(shù)廣、產(chǎn)品精”的特點。

根據(jù)SEMI的統(tǒng)計，2021年全球半導體設(shè)備銷售額為1026億美元，同比增長44.1%。其中，中國大陸市場的銷售為296億美元，是全球第一大的市場。然而，半導體設(shè)備的國產(chǎn)化率確不理想。


寡頭壟斷格局，美日技術(shù)領(lǐng)先

當下，半導體設(shè)備行業(yè)處于由美國、日本的企業(yè)主導的局面，根據(jù)VLSI Research的數(shù)據(jù)，2020年全球前十大的半導體設(shè)備廠商均為境外企業(yè)，市場占有率高達76.6%，其中美國、日本各擁有4家企業(yè)上榜。行業(yè)前五的企業(yè)依次為應用材料（美國）、阿斯麥（荷蘭）、拉姆研究（美國）、東京電子（日本）、科磊半導體（美國）。


半導體設(shè)備國產(chǎn)化進展

據(jù)韓國媒體Ddaily報道指出，中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)取得重大進步，目前超過40%制造設(shè)備都由中國本土企業(yè)生產(chǎn)。目前在半導體設(shè)備國產(chǎn)化領(lǐng)域，我國已經(jīng)取得了一些突破。在成熟制程領(lǐng)域國產(chǎn)化程度比較高，先進制程方面相對比較低。根據(jù)中國電子專用設(shè)備工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示。在28nm及以上領(lǐng)域，國產(chǎn)半導體設(shè)備廠商已經(jīng)實現(xiàn)了全覆蓋，國產(chǎn)化率達到了80%以上。14nm工藝上，國產(chǎn)的半導體設(shè)備廠商也已經(jīng)實現(xiàn)了50%以上的覆蓋，國產(chǎn)化率可能達到了20%以上。在14nm以下的領(lǐng)域，國產(chǎn)化率還比較低，可能只有10%左右。

隨著美國對我國半導體技術(shù)的封鎖，國產(chǎn)半導設(shè)備制造廠商獲得了巨大的發(fā)展機遇。因為半導體產(chǎn)線要認證新的設(shè)備和原材料需要投入大量時間和成本，所以一旦驗證通過的設(shè)備和原材料，晶圓廠方面是輕易不會更改的。原來這些設(shè)備和原材料絕大多數(shù)都被國外廠商占據(jù)，國產(chǎn)半導體設(shè)備和原材料很難有機會打入半導體生產(chǎn)線。因此國產(chǎn)半導體設(shè)備制造商往往因為缺乏在產(chǎn)線的測試認證的機會而發(fā)展緩慢。

但是美國的技術(shù)封鎖一開始，國內(nèi)半導體設(shè)備制造商的機會就來了。國內(nèi)的半導體產(chǎn)線都積極引入國產(chǎn)半導體設(shè)備和材料，在生產(chǎn)線上測試認證，能用國產(chǎn)的就用國產(chǎn)的，以免受美弟技術(shù)封鎖的影響。國產(chǎn)半導體設(shè)備制造商獲得空前的發(fā)展機遇。目前國產(chǎn)半導體設(shè)備在清洗、CMP、刻蝕、測試機、分選機上面，已突破雙位數(shù)，并在光刻機、沉積、離子注入、探針臺等領(lǐng)域也取得了一定的突破。

刻蝕設(shè)備方面，北方華創(chuàng)和中微公司雖然在全球市場占比不高，但近些年進步速度較快，中微公司的介質(zhì)刻蝕機已進入臺積電5nm產(chǎn)線，北方華創(chuàng)擅長ICP刻蝕，相關(guān)設(shè)備已經(jīng)進入中芯國際產(chǎn)線驗證階段。

8月初，中微公司董事長兼總經(jīng)理尹志堯博士表示，到今年年底，大約80%的進口刻蝕設(shè)備有望被國內(nèi)產(chǎn)品替代。到2024年底中微公司的零部件將全部完成國產(chǎn)化替代。尹志堯預計，在未來幾個季度，中國本土CCP刻蝕設(shè)備市場自給率將達到60%，比截至2022年10月的25%市場份額大幅增加，該公司還在關(guān)注ICP刻蝕設(shè)備市場，并計劃以幾乎同樣快的速度占有中國本土75%的市場份額。

薄膜沉積設(shè)備方面，拓荊科技是中國本土龍頭企業(yè)，北方華創(chuàng)和中微公司也有相關(guān)產(chǎn)品，但市占率都很低。涂膠顯影設(shè)備，東京電子占該市場近90%的份額，是絕對的行業(yè)龍頭，中國本土企業(yè)只有芯源微，市場影響力很小。離子注入設(shè)備原本也是中國本土企業(yè)的短板，但近一兩年北方華創(chuàng)和萬業(yè)企業(yè)等企業(yè)也取得不小的進展。

光刻機是中國最弱一環(huán)，但國產(chǎn)廠商也已經(jīng)取得了突破。這方面，ASML是產(chǎn)業(yè)龍頭，特別是前道工序用到的EUV產(chǎn)品，是全球唯一的一家供貨商。日本的尼康和佳能分別占據(jù)全球13％和6％的市場份額，這兩家主要生產(chǎn)DUV光刻機，沒有EUV光刻機產(chǎn)品。而且尼康、佳能的產(chǎn)品分別僅停留在了28nm和90nm的節(jié)點上，目前尚沒有更先進制程產(chǎn)品。

據(jù)業(yè)內(nèi)專業(yè)人士爆料，我國國產(chǎn)浸沒式DUV光刻可能在年底驗收。而國產(chǎn)EUV光刻機隨著長春光機所EUV光源研制成功，年初已經(jīng)有樣機，目前正在產(chǎn)線測試，有可能在年底前完成驗收。明年可能投入產(chǎn)線進行大規(guī)模生產(chǎn)。國產(chǎn)EUV光刻機的發(fā)展速度遠遠超出絕大多數(shù)人的想象。

檢測量測：貫穿制造全流程，國產(chǎn)替代正當時

量測檢測設(shè)備：集成電路良率控制關(guān)鍵，貫穿全流程

檢測和量測環(huán)節(jié)是集成電路制造工藝中不可缺少的組成部分，貫穿于集成電路全過程。

檢測指在晶圓表面上或電路結(jié)構(gòu)中，檢測其是否出現(xiàn)異質(zhì)情況，如顆粒污染、表面劃傷、開短路等對芯片工藝性能具有不良影響的特征性結(jié)構(gòu)缺陷。量測指對被觀測的晶圓電路上的結(jié)構(gòu)尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數(shù)的量測。

從技術(shù)路線原理上看，檢測和量測主要包括光學檢測技術(shù)、電子束檢測技術(shù)和X光量測技術(shù)，其中光學檢測技術(shù)空間占比較大。


缺陷檢測：有圖形缺陷檢測難度大，且價值量占比高

按照照明方法，可以分為明場和暗場檢測，兩種檢測各有優(yōu)缺點，兩者通常結(jié)合使用； 缺陷檢測具體可以分為，有圖形和無圖形檢測兩大類。


量測環(huán)節(jié)：監(jiān)控制造流程，提高工藝穩(wěn)定性

在量測環(huán)節(jié)，光學檢測技術(shù)基于光的波動性和相干性實現(xiàn)測量遠小于波長的光學尺度，集成電路制造和先進封裝環(huán)節(jié)中的量測主要包括三維形貌量測、 薄膜膜厚量測、套刻精度量測、關(guān)鍵尺寸量測等；


零部件供應鏈：光源等核心部件仍依賴海外進口

以中科飛測上游零部件采購為例，如機械手等運動與控制系統(tǒng)類零部件主要向日本等境外供應商采購，光源等光學類零部件主要向德國等境外供應商采購，相關(guān)零部件國產(chǎn)化率相對偏低。進一步提升檢測制程，或?qū)⑿枰O(shè)備廠商向上游核心零部件延伸。


市場格局：美國科磊全球市占率超50%，我國國產(chǎn)化率極低

2021年全球半導體量測檢測設(shè)備市場規(guī)模104億美元。2020年全球市場科磊、應用材料、日立穩(wěn)居前三，合計市場份額超70%。根據(jù)2020年數(shù)據(jù)，全球半導體檢測與量測設(shè)備市場呈現(xiàn)相對集中的格局，份額前五被美國和日本廠商包攬，科磊半導體、 應用材料、日立位居前三，科磊以營收38.9億美元絕對優(yōu)勢占據(jù)50.8%的全球市場份額。

國內(nèi)量測設(shè)備國產(chǎn)化率較低，進口依賴度較高，科磊占據(jù)過半市場份額。VLSI Research 數(shù)據(jù)顯示，2020年國內(nèi)檢測與量測設(shè)備市場仍由海外幾家龍頭廠商占據(jù)主導地位，其中科磊半導體在中國市場的占比仍然最高，2020年達 54.8%。