自主裝備助力打造中國(guó)“芯”

文=劉振宇 樊 可

大規(guī)模集成電路（IC）是二十世紀(jì)人類最重大的發(fā)明之一，也是人類社會(huì)大規(guī)模生產(chǎn)的最精密的產(chǎn)品之一。1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利等三位科學(xué)家發(fā)明了第一個(gè)晶體管，推開(kāi)了半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的大門。1957年第一塊集成電路（IC）在德州儀器（TI）誕生，并在此后取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，目前先進(jìn)制程的芯片上晶體管數(shù)量已可達(dá)到百億級(jí)別。

下游需求始終是推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的動(dòng)力源泉。從20世紀(jì)70年代以來(lái)，伴隨著電腦、手機(jī)和平板產(chǎn)品消費(fèi)的持續(xù)增長(zhǎng)，全球半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模由最初的十億美元規(guī)模增長(zhǎng)至2017年的4087億美元。未來(lái)幾年隨著汽車電子、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、AI等行業(yè)的興起，預(yù)計(jì)半導(dǎo)體行業(yè)規(guī)模仍將持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織（WSTS）預(yù)計(jì)，到2018年全球半導(dǎo)體行業(yè)銷售規(guī)模將達(dá)到4110億美元。

集成電路是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心，通常將半導(dǎo)體和集成電路等價(jià)。根據(jù)產(chǎn)品類型的差異，半導(dǎo)體元器件可分為集成電路、分立器件、光電子器件和微型傳感器等。根據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)，2017年全球集成電路銷售額高達(dá)3402億美元，占半導(dǎo)體市場(chǎng)的83.33%，其中存儲(chǔ)器、邏輯器件、微芯片和模擬器件分別占30%、25%、15%和13%。

半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展符合“摩爾定律”

自大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)開(kāi)始以來(lái)，在市場(chǎng)需求與技術(shù)進(jìn)步的雙重作用下，IC芯片技術(shù)發(fā)生了日新月異的變化?？季窟^(guò)去五十年間半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，基本符合“摩爾定律”：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。近年來(lái)隨著芯片制程逐步逼近物理極限，摩爾定律出現(xiàn)放緩的跡象，但新技術(shù)的不斷推出仍使得這一規(guī)律大致有效。

制程工藝是指在生產(chǎn)集成電路過(guò)程中所采用的線路的寬度。線路越窄，則在相同尺寸的晶圓上可以容納更多的電子元件，從而增加芯片的運(yùn)算效率，并降低耗電量。芯片制造工藝從20世紀(jì)70年代開(kāi)始不斷精進(jìn)，從10微米（um）提升到當(dāng)前的10納米（nm）。目前國(guó)際領(lǐng)先的IC廠商均已實(shí)現(xiàn)10nm工藝的量產(chǎn)，代工巨頭臺(tái)積電（TSMC）更是領(lǐng)先一步，即將實(shí)現(xiàn)7納米量產(chǎn)。但隨著物理極限的逼近，芯片制程提升的周期在拉長(zhǎng)，同時(shí)成本也在指數(shù)級(jí)提升，經(jīng)濟(jì)性變差，這都為后來(lái)者的追趕創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

為了降低芯片成本，需要不斷地提高生產(chǎn)的效率，一方面是提高產(chǎn)品的良率，另一方面是改進(jìn)工藝，不斷變大的晶圓尺寸就是發(fā)展趨勢(shì)之一。芯片（chip）生產(chǎn)過(guò)程第一步是在圓形晶圓（Wafer）上制造出一個(gè)個(gè)集成電路，再切割成一個(gè)個(gè)長(zhǎng)方形晶片（die），在切割的過(guò)程中必須切掉邊緣部分不完整的電路。因此晶片越大，容納的電路越多，廢棄的比例越少，同時(shí)也降低了成本，但其要求的材料技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)也更高。

從20世紀(jì)70年代至今晶圓尺寸逐步由100mm（4英寸）發(fā)展至當(dāng)前的主流路線300mm（12英寸）。根據(jù)IC Insight統(tǒng)計(jì)，2016年全球晶圓出貨量為10738MSI（百萬(wàn)平方英寸），其中300mm晶圓占全球晶圓產(chǎn)能的63.6%，預(yù)計(jì)到2021年，全球?qū)⒂?23家12英寸晶圓廠，產(chǎn)能占比將達(dá)到71.2%。18英寸晶圓技術(shù)尚未成熟，且成本高昂，需求不足，目前尚未達(dá)到量產(chǎn)階段。未來(lái)幾年內(nèi)300mm（12英寸）晶圓仍將是主流技術(shù)路線。

技術(shù)進(jìn)步推升投資規(guī)模，F(xiàn)abless模式應(yīng)運(yùn)而生

芯片制造可以分為芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試三個(gè)環(huán)節(jié)。

芯片設(shè)計(jì)是將系統(tǒng)、邏輯與性能的設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)化為具體的物理版圖的過(guò)程，也是一個(gè)把產(chǎn)品從抽象的過(guò)程一步步具體化的過(guò)程。這一環(huán)節(jié)輸出的是集成電路設(shè)計(jì)圖紙。

晶圓制造的過(guò)程是設(shè)計(jì)成果轉(zhuǎn)化成最終物理產(chǎn)品的過(guò)程。通過(guò)一定的工藝方式在硅片襯底上制造出電路所需要的晶體管、二極管、電阻器和電容器等元器件，并連接起來(lái)，形成具有特定計(jì)算能力的芯片（Die，裸片）。

封裝是指把晶圓制造環(huán)節(jié)所生產(chǎn)的裸片放在一塊起到承載作用的基板上，并把管腳引出來(lái)，然后固定包裝成一個(gè)整體。芯片面積與封裝面積比值可以用來(lái)衡量封裝技術(shù)的先進(jìn)性。

測(cè)試包括芯片設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、晶圓制造中的晶圓檢測(cè)（Probe Test）和封裝完成后的成品測(cè)試（Final Test）。一般將封裝后的測(cè)試環(huán)節(jié)與封裝環(huán)節(jié)合稱為封裝測(cè)試。

根據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)，2015年全球芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測(cè)試的收入分別約占產(chǎn)業(yè)鏈整體銷售收入的27%、51%和22%。

半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展是一個(gè)逐步專業(yè)化分工的過(guò)程。早期的集成電路企業(yè)以IDM（Integrated Device Manufacturing）模式為主，也稱為垂直集成模式，即IC 制造商自行設(shè)計(jì)、并將自行生產(chǎn)加工、封裝、測(cè)試后的成品芯片銷售。目前這類企業(yè)典型包括三星（Samsung）、英特爾（Intel）等。半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)率先于20世紀(jì)60年代分離出來(lái)，成為獨(dú)立的公司。此后EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件企業(yè)也于20世紀(jì)70年代分離出來(lái)。

與半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)步同步出現(xiàn)的是成本的飆升。1995 年以來(lái)，芯片制造工藝經(jīng)歷了從 0.5 微米到目前 28nm、16/14nm 的發(fā)展過(guò)程，從65nm 開(kāi)始，晶圓制造生產(chǎn)線投資呈幾何級(jí)數(shù)的增長(zhǎng)。以芯片制造過(guò)程中必須使用的光罩（MASK）為例，55nm的MASK費(fèi)用約為400萬(wàn)元人民幣，40nm的MASK費(fèi)用約為700萬(wàn)元人民幣，28nm的MASK費(fèi)用約為1500萬(wàn)元人民幣左右，16nm的MASK費(fèi)用更高達(dá)4000萬(wàn)元人民幣左右。晶圓廠的投資更是水漲船高，以月產(chǎn)3萬(wàn)片12英寸20nm制程的晶圓生產(chǎn)線為例，建造成本約為70億美元。臺(tái)積電披露其最新7nm工廠預(yù)計(jì)投資將達(dá)到5000億新臺(tái)幣（約合170億美元）。隨著集成電路制程節(jié)點(diǎn)的縮小，制造技術(shù)難度成倍增加，能跟隨工藝發(fā)展的制造廠商越來(lái)越少。

1987年臺(tái)積電（TSMC）成立，開(kāi)創(chuàng)性提出了Foundry模式，專注代工生產(chǎn)，為客戶提供芯片生產(chǎn)和測(cè)試服務(wù)。與臺(tái)積電Foundry模式對(duì)應(yīng)，其客戶可以專注于芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，而不需要自建工廠生產(chǎn)，被稱為Fabless（無(wú)工廠）模式。典型的Fabless公司包括ARM、AMD和高通等。國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)芯片企業(yè)都采用Fabless模式，從而避免投入巨量資金建設(shè)工廠。

由于Fabless模式充分體現(xiàn)了專業(yè)化分工的優(yōu)勢(shì)，因此被大部分集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)采用。這一模式下芯片設(shè)計(jì)企業(yè)（Fabless）、晶圓制造代工企業(yè)（Foundry）、封裝測(cè)試企業(yè)（Package & Testing House）分離成集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的獨(dú)立一環(huán)，因此也被稱為垂直分工模式。目前雖然全球半導(dǎo)體前20大廠商中大部分仍為IDM廠商，如三星（Samsung）、英特爾（Intel）等，但由于近年來(lái)半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)成本以及晶圓生產(chǎn)線投資成本呈指數(shù)級(jí)上揚(yáng)，更多的IDM廠商開(kāi)始采用輕晶圓制造（Fab-lite）模式，即將晶圓委托晶圓制造代工企業(yè)廠商制造，甚至直接變成獨(dú)立的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，如超微（AMD）、恩智浦（NXP）和瑞薩（Renesas）等，垂直分工已成為半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)營(yíng)模式的發(fā)展方向。

在垂直分工模式下，IC設(shè)計(jì)企業(yè)（Fabless）只需要完成芯片開(kāi)發(fā)與銷售工作即可，晶圓制造代工企業(yè)（Foundry）與封裝測(cè)試企業(yè)（Package & Testing House）通過(guò)外包的形式完成制造工作。Fabless模式大大降低了IC行業(yè)的進(jìn)入門檻，目前國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)公司大多數(shù)都采用了Fabless模式，典型有海思半導(dǎo)體（HiSilicon）、展訊（SpreadTrum）等。同時(shí)一批專業(yè)代工企業(yè)也逐步發(fā)展起來(lái)，如晶圓代工企業(yè)中芯國(guó)際（SMIC）、長(zhǎng)電科技等。

中國(guó)市場(chǎng)已成為半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的主戰(zhàn)場(chǎng)

（一）世界半導(dǎo)體市場(chǎng)仍由歐美日韓巨頭主導(dǎo)

根據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，受存儲(chǔ)器價(jià)格上漲影響，2017年全球半導(dǎo)體行業(yè)銷售收入再次實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)，銷售額達(dá)到4087億美元，其中集成電路行業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入3402億美元。WSTS預(yù)計(jì)2018年半導(dǎo)體行業(yè)整體銷售額可達(dá)到4373億美元。

從供給端看，全球 IC 行業(yè)高度集中，美、歐、日、韓企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)。根據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)，2017年世界前10大IC廠商銷售額高達(dá)2453.02億美元（未包括代工廠商），占全行業(yè)銷售收入的58.44%。其中三星憑借612.15億美元的銷售收入登頂，英特爾以577.12億美元收入居于次席，SK海力士以263.09億美元收入位居第三。臺(tái)積電以330億美元收入占據(jù)晶圓代工市場(chǎng)56%左右的份額。根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計(jì)，2017年全球晶圓代工總產(chǎn)值約為573億美元，整體增長(zhǎng)7.1%。大陸企業(yè)中芯國(guó)際以30.99億美元收入位居代工企業(yè)第四，華虹宏力以8.07億美元收入位居第九。

從消費(fèi)端看，大陸地區(qū)是全球最大半導(dǎo)體市場(chǎng)。2017年我國(guó)IC市場(chǎng)消費(fèi)規(guī)模超過(guò)1.3萬(wàn)億元人民幣。近幾年隨著國(guó)內(nèi)電子行業(yè)的崛起，智能手機(jī)、平板電腦、汽車電子、工業(yè)控制、儀器儀表以及智能家居等物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)快速發(fā)展，已在全球市場(chǎng)占據(jù)領(lǐng)先地位，同時(shí)對(duì)各類IC產(chǎn)品需求不斷增長(zhǎng)。2000年我國(guó)IC市場(chǎng)消費(fèi)規(guī)模僅為945億元人民幣，到2017年已增長(zhǎng)至13215.6億元人民幣。2017年中國(guó)IC市場(chǎng)消費(fèi)規(guī)模占全球市場(chǎng)的61%，并保持10%以上的增速。

集成電路產(chǎn)品已成為我國(guó)最大宗進(jìn)口商品。過(guò)去幾年中，國(guó)內(nèi)IC企業(yè)雖然實(shí)現(xiàn)了較快增長(zhǎng)，但自給率仍然較低。2017年我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生的貿(mào)易逆差達(dá)1925億美元。

（二）國(guó)內(nèi)IC行業(yè)初具規(guī)模，但自給率仍然較低

近年國(guó)內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，2010年國(guó)內(nèi)IC行業(yè)銷售額為1342億元人民幣，2017年實(shí)現(xiàn)銷售額5427億元，平均年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)22.1%，遠(yuǎn)高于全球行業(yè)整體增速。我們預(yù)計(jì)未來(lái)幾年行業(yè)增速仍將保持在20%以上。

根據(jù)Wind公布的集成電路產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)看，2016年和2017年我國(guó)集成電路產(chǎn)品產(chǎn)量分別以21.04%和19.46%的增速持續(xù)創(chuàng)造新高，2017年總產(chǎn)量已達(dá)1391.90億塊。

國(guó)內(nèi)封測(cè)與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)發(fā)展較快，晶圓代工仍需努力。IC封裝測(cè)試行業(yè)特性與晶圓代工類似，以成本優(yōu)勢(shì)和資本優(yōu)勢(shì)作為重要的競(jìng)爭(zhēng)力，但相對(duì)而言對(duì)資本的需求低，成本優(yōu)勢(shì)更加顯著，技術(shù)難度也更低，因此成為中國(guó)企業(yè)進(jìn)軍IC行業(yè)的突破口。2017年封測(cè)行業(yè)收入占全國(guó)IC行業(yè)總收入的39%。根據(jù)Yole Développement發(fā)布的《先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀-2017版》報(bào)告，中國(guó)企業(yè)長(zhǎng)電科技以7.8%的市場(chǎng)份額，超過(guò)日月光、安靠（Amkor）、臺(tái)積電及三星等公司，位列全球先進(jìn)封裝行業(yè)第三。

基于貼近終端市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)IC設(shè)計(jì)企業(yè)也迅速崛起。根據(jù)IC Insight 統(tǒng)計(jì)，2009年國(guó)內(nèi)僅有海思半導(dǎo)體一家企業(yè)入圍世界芯片設(shè)計(jì)五十強(qiáng)，到2016年這一數(shù)據(jù)已增長(zhǎng)至11家。其中展訊與海思已進(jìn)入全球前10強(qiáng)之列。

與設(shè)計(jì)和封裝測(cè)試行業(yè)形成對(duì)比的是，國(guó)內(nèi)企業(yè)在晶圓制造環(huán)節(jié)仍是短板。國(guó)內(nèi)領(lǐng)先代工企業(yè)中芯國(guó)際（SMIC）與華虹雖然進(jìn)入了全球代工企業(yè)前十，但與臺(tái)積電相比在產(chǎn)能上還有相當(dāng)大的差距，并且技術(shù)上也落后2-3個(gè)世代。晶圓制造是國(guó)內(nèi)IC行業(yè)最為薄弱的一環(huán)，也是未來(lái)幾年投資的重點(diǎn)方向。

（三）政策與市場(chǎng)雙重推動(dòng)，未來(lái)兩年將迎國(guó)內(nèi)建廠高潮

一是“政策+資金”，助力國(guó)內(nèi)IC企業(yè)崛起。2020年基本建成技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的集成電路產(chǎn)業(yè)體系。近年來(lái)我國(guó)政府持續(xù)出臺(tái)各種鼓勵(lì)政策，從財(cái)政稅收、基礎(chǔ)建設(shè)等多方面支持其發(fā)展。2015年《中國(guó)制造2025——重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》中提出：到2020年，集成電路產(chǎn)業(yè)與國(guó)際先進(jìn)水平的差距逐步縮小，全行業(yè)銷售收入年均增速超過(guò)20%，企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力大幅增強(qiáng)。移動(dòng)智能終端、網(wǎng)絡(luò)通信、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等重點(diǎn)領(lǐng)域集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系初步形成。16/14nm制造工藝實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，封裝測(cè)試技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，關(guān)鍵裝備和材料進(jìn)入國(guó)際采購(gòu)體系，基本建成技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的集成電路產(chǎn)業(yè)體系。

2014年《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》正式實(shí)施，作為核心配套措施，由財(cái)政部牽頭成立了“國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金”（大基金），以公司形式投資并扶植國(guó)內(nèi)IC行業(yè)重點(diǎn)公司，同時(shí)撬動(dòng)更大規(guī)模的投資以解決IC行業(yè)投資規(guī)模大、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大、社會(huì)資本不愿意進(jìn)入的問(wèn)題。截至2017年6月，國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金一期投資規(guī)模已達(dá)1387億元。另?yè)?jù)《中國(guó)證券報(bào)》3月2日的報(bào)道，目前大基金二期正在募資，預(yù)計(jì)規(guī)模將在1500億-2000億元左右。

大基金一期投資重點(diǎn)在制造環(huán)節(jié)，投資了中芯國(guó)際、長(zhǎng)江存儲(chǔ)、三安光電等一批高端晶圓制造項(xiàng)目。二期重點(diǎn)在設(shè)計(jì)，聚焦新興應(yīng)用，圍繞國(guó)家戰(zhàn)略和新興行業(yè)，比如智能汽車、智能電網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G等領(lǐng)域進(jìn)行投資規(guī)劃。

除財(cái)政部牽頭的大基金之外，多地政府也針對(duì)IC行業(yè)成立了有針對(duì)性的產(chǎn)業(yè)基金。北京市于2013年12月成立了集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金，募集總規(guī)模為300億元；上海市于2016年1月成立的產(chǎn)業(yè)基金總規(guī)模為500億元；陜西省于2016年8月成立的產(chǎn)業(yè)基金初期規(guī)模為60億元，目標(biāo)規(guī)模300億元；南京市于2016年12月成立了總規(guī)模達(dá)到600億元的產(chǎn)業(yè)基金。根據(jù)我們的統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)各地地方政府主導(dǎo)成立的集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金總規(guī)模接近5000億元。

在國(guó)內(nèi)資金涌入IC行業(yè)的同時(shí)，基于接近終端消費(fèi)市場(chǎng)和降低成本的考慮，各大國(guó)際IC廠商也開(kāi)始在中國(guó)境內(nèi)投資建設(shè)工廠，包括英特爾、三星、格羅方德、日月光等。

二是全球 IC 產(chǎn)業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)明顯。據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SEMI）公布數(shù)據(jù)顯示，2017-2020年，全球?qū)⑿陆?2座晶圓廠投入營(yíng)運(yùn)，其中26座落戶中國(guó)，占比高達(dá)42%。2017年中國(guó)境內(nèi)有6座新建的晶圓廠投產(chǎn)，2018年將達(dá)到峰值，預(yù)計(jì)將有多達(dá)13座晶圓廠投產(chǎn)。

集成電路項(xiàng)目資本開(kāi)支中，設(shè)備是占比最大的一類，高達(dá)60%-70%。國(guó)內(nèi)晶圓制造項(xiàng)目投資高峰無(wú)疑也將帶來(lái)新一輪設(shè)備采購(gòu)的高峰，利好國(guó)內(nèi)相關(guān)專用設(shè)備廠商。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體專用設(shè)備年市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)千億規(guī)模。

內(nèi)資廠商與國(guó)內(nèi)設(shè)備企業(yè)共攀先進(jìn)制程高峰

從物理制造流程來(lái)看，集成電路制造可以分為晶片制造、晶圓制造和封裝測(cè)試三個(gè)環(huán)節(jié)。IC產(chǎn)業(yè)對(duì)設(shè)備的需要也都集中在這三個(gè)環(huán)節(jié)上。其中晶圓制造環(huán)節(jié)又稱為前段（Front End），封裝測(cè)試環(huán)節(jié)又被稱為后段（Back End）。

晶圓制造設(shè)備是半導(dǎo)體設(shè)備的核心。根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額中晶圓處理設(shè)備占比80%，其中光刻設(shè)備、鍍膜設(shè)備和刻蝕設(shè)備分別占20%、15%和15%，其他晶圓處理相關(guān)設(shè)備占30%。

晶圓制造是IC生產(chǎn)環(huán)節(jié)中技術(shù)難度最大，也是價(jià)值量最高的一環(huán)。晶圓制造的過(guò)程是將IC設(shè)計(jì)階段所產(chǎn)生的電路設(shè)計(jì)成果轉(zhuǎn)化到硅晶片上，并生產(chǎn)出能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)功能的裸晶。制造環(huán)節(jié)主要的工藝包括薄膜、圖形化、摻雜和熱處理。隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，目前使用的先進(jìn)芯片大多具有幾十層的結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)的過(guò)程中需要反復(fù)多次進(jìn)行薄膜、圖形化、摻雜和熱處理過(guò)程，因此也對(duì)相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生了大量的需求。

薄膜工藝是在晶圓表面形成薄膜的加工工藝，這些薄膜可能是不同的材料，并使用多種工藝生長(zhǎng)或沉積而成。通用的沉淀技術(shù)包括物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、蒸發(fā)和濺射、分子束、外延生長(zhǎng)、分子束外延和原子層沉積（ALD）等。生長(zhǎng)技術(shù)包括氧化工藝和氮化工藝等。

圖形化工藝是通過(guò)一系列生產(chǎn)步驟將晶圓表面薄膜的特定部分除去的工藝，此后晶圓表面會(huì)留下帶有微圖形結(jié)構(gòu)的薄膜。主要工藝是光刻。圖形化是四個(gè)基本工藝中最關(guān)鍵的一步，確定了器件的關(guān)鍵尺寸。

摻雜是將特定的雜質(zhì)通過(guò)薄膜開(kāi)口引入晶圓表層的工藝過(guò)程，可在晶圓表層建立兜形區(qū)。摻雜的主要工藝方法包括熱擴(kuò)散和離子注入兩種。

熱處理是簡(jiǎn)單地將晶圓加熱和冷卻來(lái)達(dá)到特定結(jié)果的制程。熱處理并不會(huì)在晶圓上增加或減少任何物質(zhì)，但可以消除離子注入所產(chǎn)生的損傷、改善金屬導(dǎo)線性能或者去除晶圓表面光刻膠中溶劑。

一代設(shè)備，一代器件。薄膜、圖形化、摻雜和熱處理等工藝環(huán)節(jié)都需要使用對(duì)應(yīng)的設(shè)備，常用的包括：擴(kuò)散爐、氧化爐、CVD爐、濕法刻蝕機(jī)、離子刻蝕機(jī)、光刻機(jī)、清洗機(jī)和拋光機(jī)等類設(shè)備。晶圓生產(chǎn)完成后，檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品會(huì)送往封裝工廠進(jìn)行封裝。在封裝測(cè)試環(huán)節(jié)會(huì)使用到劃片機(jī)、鍵合機(jī)、測(cè)試機(jī)等設(shè)備。在提升芯片制程技術(shù)時(shí)，芯片制造廠商需要與設(shè)備產(chǎn)商協(xié)力研發(fā)新一代技術(shù)所需的專用設(shè)備，因此有了“一代設(shè)備，一代器件”的說(shuō)法。

全球集成電路設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模在800億美元左右。根據(jù)IC Insight統(tǒng)計(jì)，2017年全球集成電路設(shè)備市場(chǎng)達(dá)到912億美元，增長(zhǎng)36%。另外IC Insight預(yù)測(cè)未來(lái)5年全球集成電路設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模仍然巨大，將保持在800億美元左右。

晶圓設(shè)備投資是集成電路設(shè)備投資中最主要的部分。根據(jù)SEMI發(fā)布的世界晶圓產(chǎn)線報(bào)告，2017年全球晶圓設(shè)備支出達(dá)到570億美元，增長(zhǎng)41%，預(yù)計(jì)2018年將繼續(xù)增長(zhǎng)11%至630億美元。

中國(guó)和韓國(guó)（三星與SK海力士天量投資）在晶圓生產(chǎn)設(shè)備上的投資是造成全球支出高速增長(zhǎng)的主要原因。我們認(rèn)為隨著國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)投資的走高，未來(lái)幾年國(guó)內(nèi)設(shè)備投資規(guī)模有望達(dá)到年均千億，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商也將迎來(lái)一輪歷史性成長(zhǎng)機(jī)會(huì)。

國(guó)內(nèi)投資高峰帶來(lái)設(shè)備廠商崛起的歷史機(jī)遇

（一）集成電路專用設(shè)備市場(chǎng)外企為主，國(guó)產(chǎn)化突破可期

全球集成電路專用設(shè)備生產(chǎn)商以美、歐、日企業(yè)為主，主要包括美國(guó)應(yīng)用材料公司（Applied Materials）、荷蘭阿斯美爾（ASML）、美國(guó)泛林半導(dǎo)體（Lam Research）、日本東京電子（Tokyo Electron）、美國(guó)科磊（KLA-Tencor）等。根據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2016年前十大設(shè)備廠商銷售額合計(jì)達(dá)到294億美元，合計(jì)市占率達(dá)到79%。其中應(yīng)用材料公司以77.36億美元的收入，占有了20.68%的市場(chǎng)份額。在細(xì)分領(lǐng)域上集中度甚至更高，通常行業(yè)前三市占率可達(dá)到90%以上。比如在光刻機(jī)領(lǐng)域ASML一家獨(dú)大，市占率高達(dá)80%以上。

我國(guó)集成電路專用設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)份額仍主要由國(guó)外知名企業(yè)所占據(jù)。外企企業(yè)憑借較強(qiáng)的技術(shù)、品牌優(yōu)勢(shì)，在高端市場(chǎng)占據(jù)領(lǐng)先地位，面對(duì)我國(guó)巨大的市場(chǎng)需求和相對(duì)較低的生產(chǎn)成本，紛紛通過(guò)在我國(guó)建立獨(dú)資企業(yè)、合資建廠的方式占領(lǐng)大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

根據(jù)中國(guó)電子專業(yè)設(shè)備工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2016 年中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模（泛半導(dǎo)體，包括集成電路、LED、光伏）為 72.88 億美元，其中進(jìn)口設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模為64.6億美元，同比增長(zhǎng) 31.8%，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模為57億元（折合8.28億美元），國(guó)產(chǎn)設(shè)備占比為11.36%。國(guó)產(chǎn)設(shè)備中IC裝備占比為50%，約為28.5億元（折合4.14億美元）。

在國(guó)家科技重大專項(xiàng)之“極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專項(xiàng)”（02專項(xiàng)）的大力支持和推動(dòng)下，我國(guó)集成電路設(shè)備制造行業(yè)已實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有、從低端裝備到高端裝備的突破，部分集成電路關(guān)鍵裝備通過(guò)02專項(xiàng)驗(yàn)收并投入規(guī)?；a(chǎn)中，包括90nm-65nm等離子體介質(zhì)刻蝕機(jī)、45nm-32nm等離子體介質(zhì)刻蝕機(jī)、65nm硅柵刻蝕機(jī)、封裝光刻機(jī)等設(shè)備。總的來(lái)看，除光刻機(jī)這一核心產(chǎn)品外，國(guó)內(nèi)廠商已能夠接近或達(dá)到28nm制程要求，與國(guó)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)目前的制程水平基本一致，能夠滿足國(guó)內(nèi)廠商建廠需求。中微半導(dǎo)體7nm深硅刻蝕機(jī)已成功進(jìn)入臺(tái)積電7nm先進(jìn)制程生產(chǎn)線，達(dá)到了國(guó)際一流水平。目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商14nm工藝仍處于研發(fā)階段，北方華創(chuàng)等國(guó)內(nèi)領(lǐng)先設(shè)備企業(yè)有機(jī)會(huì)共同參與研發(fā)相關(guān)專用設(shè)備。

《中國(guó)制造2025》對(duì)于半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化提出了明確要求：在2020年之前，90—32納米工藝設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到50%，實(shí)現(xiàn)90納米光刻機(jī)國(guó)產(chǎn)化，封測(cè)關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到50%。在2025年之前，20－14納米工藝設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到30%，實(shí)現(xiàn)浸沒(méi)式光刻機(jī)國(guó)產(chǎn)化。到2030年，實(shí)現(xiàn)18英寸工藝設(shè)備、EUV光刻機(jī)、封測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。國(guó)內(nèi)具有足夠技術(shù)儲(chǔ)備的設(shè)備廠商將能夠借助本輪投資高峰登上世界的舞臺(tái)。

（二）內(nèi)資企業(yè)投資高峰為國(guó)產(chǎn)設(shè)備創(chuàng)造成長(zhǎng)機(jī)會(huì)

近兩年中國(guó)晶圓廠房建設(shè)投入創(chuàng)下歷史紀(jì)錄。SEMI預(yù)計(jì)2017-2018年中國(guó)境內(nèi)晶圓廠房土建投入分別為60億和66億美元，創(chuàng)下歷史紀(jì)錄。其中國(guó)內(nèi)企業(yè)的投資額也首次超過(guò)了外國(guó)企業(yè)在華投資額。

晶圓廠建設(shè)高峰意味著后續(xù)更多的配套設(shè)備支出。2013-2017年，國(guó)內(nèi)企業(yè)每年的晶圓設(shè)備投資額（國(guó)內(nèi)市場(chǎng)投資部分）通常保持在15億-25億美元，而國(guó)外企業(yè)每年的投資額在25億-50億美元。SEMI預(yù)計(jì)2018年國(guó)外企業(yè)將在中國(guó)投資63億晶圓設(shè)備，同時(shí)中國(guó)企業(yè)的投資額將達(dá)到58億美元，將進(jìn)一步縮小與在中國(guó)投資的國(guó)外企業(yè)的差距。

外資企業(yè)都已經(jīng)形成了全球穩(wěn)定的供應(yīng)鏈關(guān)系，基于生產(chǎn)穩(wěn)定性的考慮，核心部分采購(gòu)一般不會(huì)考慮國(guó)內(nèi)廠商，因此其投資對(duì)國(guó)內(nèi)設(shè)備企業(yè)難以形成有力的拉動(dòng)。國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)一方面技術(shù)水平相對(duì)落后，在提升制程的過(guò)程中需要設(shè)備廠商配合研發(fā)，同時(shí)在政策的引導(dǎo)下能夠加大與國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商的合作力度，因此我們認(rèn)為，國(guó)內(nèi)企業(yè)在晶圓設(shè)備投資上的增加將為國(guó)內(nèi)集成電路專用設(shè)備廠商創(chuàng)造快速發(fā)展的機(jī)遇。

以2018年國(guó)內(nèi)企業(yè)投資額預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)（58億美元）作為目標(biāo)市場(chǎng)，扣除其中技術(shù)門檻較高的光刻機(jī)部分（假設(shè)占比為25%），國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商可以進(jìn)軍的市場(chǎng)空間可達(dá)43.5億美元。如假設(shè)內(nèi)資采購(gòu)部分國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到35%，國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商的銷售額可達(dá)到20億美元左右，接近2016年國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備銷售額的5倍。假設(shè)2019年國(guó)內(nèi)投資額與2018年持平，但國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到40%，則國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商的銷售額可達(dá)到23億美元。在上述假設(shè)條件下，2018-2019年國(guó)產(chǎn)設(shè)備銷售額合計(jì)可達(dá)到43億美元，約合270億元人民幣（假設(shè)匯率為6.3）。

晶圓廠所需設(shè)備包括光刻設(shè)備、鍍膜設(shè)備、刻蝕設(shè)備和其他輔助設(shè)備四大類，在整體設(shè)備采購(gòu)額中占比分別約為25%、18.5%、18.5%和38%。以2018年國(guó)內(nèi)企業(yè)投資額預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)（58億美元）作為目標(biāo)市場(chǎng)，則上述四類設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模分別為14.5億美元、10.73億美元、10.73億美元和22億美元。