尋找中國(guó)芯片之王（二）：設(shè)備篇

周迎

動(dòng)輒耗資上百億元的芯片生產(chǎn)線，75%來(lái)自設(shè)備投資。

目前我國(guó)已是全球芯片消費(fèi)量最大的國(guó)家之一，每年進(jìn)口芯片接近2萬(wàn)億元。而芯片國(guó)產(chǎn)的關(guān)鍵，在于設(shè)備，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)設(shè)備商的供應(yīng)能力嚴(yán)重不足，半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率僅12%。

面對(duì)巨大的市場(chǎng)需求，以及國(guó)際禁售圍攻，半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化替代變得急迫起來(lái)。制造一顆合格的芯片需要哪些設(shè)備，當(dāng)前國(guó)內(nèi)芯片設(shè)備領(lǐng)域的“種子選手”又有哪些？

光刻機(jī)

半導(dǎo)體設(shè)備主要包括晶圓制造設(shè)備、封裝設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、其他設(shè)備等。

其中，晶圓制造設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模最大，約450億美元，占比80%；其次是測(cè)試設(shè)備約47億美元，占比8%；封裝設(shè)備約占7%。

而在晶圓制造設(shè)備中，最主要、價(jià)格也最昂貴的當(dāng)屬光刻機(jī)、刻蝕設(shè)備以及沉積設(shè)備，分別占晶圓制造設(shè)備投資的25%、15%、15%。

整個(gè)芯片制造，要經(jīng)歷擴(kuò)散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長(zhǎng)、拋光（CMP）、金屬化的過(guò)程。在加工芯片時(shí)，光刻機(jī)的光束透射過(guò)畫著線路圖的掩膜，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。一臺(tái)光刻機(jī)含上萬(wàn)個(gè)零部件，其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)程度的誤差不得超過(guò)一根頭發(fā)絲的千分之一。

無(wú)疑，自研芯片最大的技術(shù)壁壘，就在于光刻機(jī)。

目前，全球只有少部分國(guó)家能夠生產(chǎn)光刻機(jī)設(shè)備，能夠量產(chǎn)的僅荷蘭阿斯麥（ASML），日本尼康、佳能三家公司。

ASML作為光刻機(jī)領(lǐng)域的龍頭老大，占據(jù)全球75%的市場(chǎng)份額，并一舉壟斷了7納米以上光刻機(jī)100%的市場(chǎng)。其一臺(tái)7納米光刻機(jī)售價(jià)就高達(dá)1億美元，且有價(jià)難求，每年出貨量?jī)H有十幾二十臺(tái)。

2018年，中芯國(guó)際就曾花1.2億美元（相當(dāng)于2018年中芯國(guó)際一年的凈利潤(rùn)）從ASML訂購(gòu)了一臺(tái)EUV光刻機(jī)。按合同約定ASML本應(yīng)在2019年底向中芯國(guó)際交貨，但因?yàn)槭艿揭恍┪鞣絿?guó)家的阻撓，直到現(xiàn)在，ASML仍未完成交貨。

除了ASML，尼康、佳能分別占據(jù)光刻設(shè)備市場(chǎng)11.3%、6.2%的份額。

反觀國(guó)內(nèi)光刻設(shè)備，在高端領(lǐng)域預(yù)計(jì)不久將實(shí)現(xiàn)“0”的突破。

目前，我國(guó)光刻工藝制程還處于較低水平。作為“全村希望”的上海微電子，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，已能夠量產(chǎn)90納米制程的光刻機(jī)，不過(guò)與ASML的7納米制程還相差甚遠(yuǎn)。

驚喜的是，上海微電子6月宣布已造出28納米工藝沉浸式光刻機(jī)，在升級(jí)了光刻機(jī)技術(shù)后直接超越了日本佳能。同時(shí)，在11納米光刻機(jī)的研制上，也已取得積極進(jìn)展。

刻蝕機(jī)

光刻機(jī)把圖案印上去后，需要刻蝕機(jī)對(duì)晶圓進(jìn)行刻蝕，完整地將掩膜圖形復(fù)制到硅片表面，選擇性去除硅片上不需要的材料。

如果把在硅晶體上的施工比成木匠活，光刻機(jī)的作用相當(dāng)于木匠在木料上用墨斗畫線，刻蝕機(jī)的作用則相當(dāng)于木匠在木料上用鋸子、鑿子、斧子、刨子等工具施工。

在半導(dǎo)體制程上，蝕刻是不可或缺的技術(shù)，占據(jù)芯片設(shè)備投入的20%，2018年全球刻蝕設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)100億美元。

放眼國(guó)際市場(chǎng)，刻蝕設(shè)備領(lǐng)域被三大巨頭占領(lǐng)。其中，泛林半導(dǎo)體（Lam Research）占據(jù)55%的市場(chǎng)份額，獨(dú)占半壁江山；東京電子與應(yīng)用材料相當(dāng)，市占率分別為20%、19%。3家公司幾乎壟斷了整個(gè)刻蝕設(shè)備市場(chǎng)。

中國(guó)當(dāng)前刻蝕機(jī)制造的國(guó)產(chǎn)化率約為20%左右。其中有兩家公司，已在該行業(yè)積累了不小的影響力，一是中微半導(dǎo)體，二是北方華創(chuàng)。

其中，中微半導(dǎo)體是國(guó)內(nèi)唯一能夠生產(chǎn)7納米和5納米制程刻蝕設(shè)備的公司。

2004年，60歲的尹志堯回國(guó)創(chuàng)業(yè)，在上海成立了中微半導(dǎo)體設(shè)備公司。曾在英特爾、泛林任職，后進(jìn)入應(yīng)用材料總公司任副總裁的尹志堯，行業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富，但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)此時(shí)對(duì)半導(dǎo)體巨大的投入持保守態(tài)度，中微靠著政府資助艱難起步，尹志堯曾四處尋找風(fēng)投……

3年后，中微終于生產(chǎn)出了第一臺(tái)CCP（電容性等離子刻蝕）設(shè)備產(chǎn)品Primo DRIE，效率甚至比國(guó)外同類產(chǎn)品高出30%。

如今，中微旗下自研的7納米介質(zhì)刻蝕等離子刻蝕機(jī)已進(jìn)入臺(tái)積電生產(chǎn)線，成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)進(jìn)入臺(tái)積電生產(chǎn)線的半導(dǎo)體設(shè)備。此外，其5納米等離子刻蝕設(shè)備也已通過(guò)臺(tái)積電認(rèn)證，將用于臺(tái)積電全球首條5納米制程生產(chǎn)線。

據(jù)中微半導(dǎo)體公開(kāi)信息，5納米的等離子刻蝕機(jī)將在2020年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。這也意味著，在半導(dǎo)體設(shè)備刻蝕機(jī)這一領(lǐng)域，我國(guó)終于達(dá)到了全球領(lǐng)先水平。

中微半導(dǎo)體2019年年報(bào)數(shù)據(jù)顯示，公司2019年?duì)I收19.47億元，同比增長(zhǎng)18.77%；凈利潤(rùn)1.89億元，同比增長(zhǎng)107.51%；其中，研發(fā)投入達(dá)4.25億元。雖然當(dāng)前整體規(guī)模還較小，但潛力巨大。

二是北方華創(chuàng)。北方華創(chuàng)由七星電子和北方微電子重組而成，是目前國(guó)內(nèi)品類最全的半導(dǎo)體設(shè)備制造商。

產(chǎn)品包括刻蝕設(shè)備、沉積設(shè)備，還生產(chǎn)清洗設(shè)備。目前北方華創(chuàng)生產(chǎn)的半導(dǎo)體設(shè)備大多實(shí)現(xiàn)了28納米供貨，14納米的半導(dǎo)體設(shè)備也進(jìn)入生產(chǎn)線驗(yàn)證階段。

沉積設(shè)備

半導(dǎo)體制造中的薄膜沉積是指在硅片襯底上沉積一層膜的工藝，這層膜可以是導(dǎo)體、絕緣物質(zhì)或者半導(dǎo)體材料。

作為半導(dǎo)體制程工藝中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，沉積分為化學(xué)氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、其他沉積等，2018年分別占半導(dǎo)體制造設(shè)備投入的15%、4%、3%。

沉積設(shè)備壁壘高企，絕大部分市場(chǎng)由國(guó)外廠商占據(jù)。

據(jù)Gartner 2018年數(shù)據(jù)，CVD領(lǐng)域前三大廠商美國(guó)應(yīng)用材料、Lam Research和日本東京電子占據(jù)全球74%的市場(chǎng)份額；PVD僅應(yīng)用材料一家就占據(jù)了74%的市場(chǎng)份額；其他沉積設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用材料、Lam Research和Aixtron 3家公司占據(jù)全球67%的市場(chǎng)份額。

該賽道的中國(guó)區(qū)選手，仍以中微半導(dǎo)體和北方華創(chuàng)為主。

中微半導(dǎo)體在其他沉積設(shè)備中，占據(jù)7%的市場(chǎng)份額，主要產(chǎn)品為MOCVD設(shè)備，目前已開(kāi)發(fā)出第三代MOCVD設(shè)備，這是一種高端薄膜沉積設(shè)備，技術(shù)水平世界領(lǐng)先。

2018年，美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)咨詢公司VLSI Research對(duì)全球半導(dǎo)體設(shè)備公司的客戶滿意度進(jìn)行調(diào)查和評(píng)比，中微公司綜合評(píng)分全球第三。其中，刻蝕設(shè)備排名第二，薄膜沉積設(shè)備排名第一。

北方華創(chuàng)在PVD和CVD領(lǐng)域均有觸及，其中PVD全球市場(chǎng)占比1.4%。北方華創(chuàng)年報(bào)顯示，公司PVD設(shè)備應(yīng)用跨越90納米至14納米的多個(gè)技術(shù)帶，12英寸PVD、ALD以及LPCVD設(shè)備已進(jìn)入集成電路主流代工廠。

清洗設(shè)備

在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)設(shè)備市場(chǎng)中，80%份額為晶圓制造處理設(shè)備，而在此環(huán)節(jié)中，清洗步驟就占到了整體步驟的33%。

在半導(dǎo)體制造中，難免會(huì)受到一些顆粒、有機(jī)物、金屬或氧化物等雜質(zhì)的污染，為了保證芯片良率，不僅要提高清洗效率，還需要在整個(gè)制程中進(jìn)行頻繁清洗。

清洗設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用占到了晶圓制造設(shè)備的5%。2018年，全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約30億美元。隨著工藝升級(jí)以及良率要求的提高，清洗設(shè)備用量需求還將持續(xù)增加，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到35億～40億美元，2015-2020年年均復(fù)合增速達(dá)6.8%。

縱觀全球清洗設(shè)備市場(chǎng)，日系企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，DNS、東京電子（Tokyo Electron）分別占據(jù)約60%、30%的市場(chǎng)，剩下則由美國(guó)Lam Research、韓國(guó)SEMES等企業(yè)瓜分，中國(guó)企業(yè)與國(guó)際水平仍有較大差距。

國(guó)內(nèi)方面，北方華創(chuàng)、盛美半導(dǎo)體、至純科技堪稱半導(dǎo)體清洗設(shè)備的“三劍客”。

其中，北方華創(chuàng)設(shè)備品類最為完備，旗下不僅生產(chǎn)刻蝕設(shè)備、沉積設(shè)備，還包括關(guān)鍵設(shè)備：清洗機(jī)。

北方華創(chuàng)原有的清洗設(shè)備產(chǎn)品線基本覆蓋泛半導(dǎo)體領(lǐng)域，其90納米～28納米產(chǎn)品均在中芯國(guó)際完成產(chǎn)線認(rèn)證。

2017年，北方華創(chuàng)以1 500萬(wàn)美元的價(jià)格，實(shí)現(xiàn)對(duì)美國(guó)Akrion公司的收購(gòu)，后者主要業(yè)務(wù)是硅片清洗，擁有豐富技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和客戶積累。

美國(guó)Akrion公司自研的12英寸清洗機(jī)到2016年底時(shí)已累計(jì)流片量突破60萬(wàn)片，收購(gòu)?fù)瓿珊?，北方華創(chuàng)的清洗業(yè)務(wù)得到進(jìn)一步補(bǔ)充，形成了涵蓋集成電路、硅晶圓制造、先進(jìn)封裝等半導(dǎo)體領(lǐng)域的8～12英寸批式和單片清洗機(jī)產(chǎn)品線。

與北方華創(chuàng)不同，盛美半導(dǎo)體則主攻單片清洗設(shè)備。

成立于1998年，盛美半導(dǎo)體擁有獨(dú)創(chuàng)的兆聲波清洗（SAPS）技術(shù)、通電氣泡震蕩兆聲波清洗（TEBO）技術(shù)，是國(guó)內(nèi)唯一進(jìn)入14納米產(chǎn)線驗(yàn)證的清洗設(shè)備廠商，在清洗技術(shù)上已能與國(guó)際企業(yè)抗衡競(jìng)爭(zhēng)，但在規(guī)模、研發(fā)投入等方面還遠(yuǎn)不及國(guó)際巨頭。

在客戶方面，盛美半導(dǎo)體與海力士有著長(zhǎng)期合作關(guān)系，已進(jìn)入知名半導(dǎo)體制造商長(zhǎng)江存儲(chǔ)、中芯國(guó)際、華力微電子、長(zhǎng)電科技等企業(yè)生產(chǎn)線。

此外，還不得不提到半導(dǎo)體清洗設(shè)備的新星—至純科技。自2000年成立，2017年成立子公司至微半導(dǎo)體，至純科技開(kāi)始切入清洗設(shè)備領(lǐng)域。

到2018年時(shí)，至純科技半導(dǎo)體清洗設(shè)備業(yè)務(wù)營(yíng)收達(dá)1.1億元，約占總營(yíng)收的16%。其清洗設(shè)備已獲得中芯國(guó)際、萬(wàn)國(guó)半導(dǎo)體、燕東和華潤(rùn)等公司的訂單。

以上3家公司的發(fā)展路線各不相同。北方華創(chuàng)通過(guò)收購(gòu)，吸納領(lǐng)先技術(shù)；盛美半導(dǎo)體通過(guò)自主研發(fā)實(shí)現(xiàn)突破；至純科技則通過(guò)與國(guó)際廠商合作，補(bǔ)足短板。

總的說(shuō)來(lái)，國(guó)產(chǎn)清洗設(shè)備已迎來(lái)發(fā)展良機(jī)，未來(lái)的天花板還很高。

測(cè)試設(shè)備

相較于晶圓制造設(shè)備，芯片測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模較小，全球市場(chǎng)空間約為54億美元。

測(cè)試設(shè)備主要用于芯片的封裝測(cè)試，包括晶圓檢測(cè)和成品檢測(cè)兩大環(huán)節(jié)。

其中，晶圓檢測(cè)就是通過(guò)探針和連接線把芯片的引腳與測(cè)試機(jī)連接，測(cè)試機(jī)輸入一個(gè)信號(hào)，檢測(cè)輸出信號(hào)是否正常；成品測(cè)試則是在芯片完成封裝后，通過(guò)分選機(jī)和測(cè)試機(jī)對(duì)芯片進(jìn)行功能和電參數(shù)測(cè)試。

測(cè)試通過(guò)后，一枚合格的芯片就誕生了。

根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2018年國(guó)內(nèi)集成電路測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約57億元，其中測(cè)試機(jī)占63.1%的市場(chǎng)份額，分選機(jī)占17.4%的市場(chǎng)份額，探針臺(tái)占15.2%的市場(chǎng)份額。

全球市場(chǎng)份額向巨頭聚集，主要被美國(guó)和日本廠商占據(jù)。以美國(guó)泰瑞達(dá)和日本愛(ài)德萬(wàn)為首，兩家企業(yè)合計(jì)的市場(chǎng)份額高達(dá)90%。其中，泰瑞達(dá)在SOC測(cè)試領(lǐng)域獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，而愛(ài)德萬(wàn)在存儲(chǔ)器測(cè)試領(lǐng)域處于領(lǐng)軍地位。

當(dāng)前我國(guó)測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)的主要格局，愛(ài)德萬(wàn)占據(jù)39%份額，泰瑞達(dá)33%，本土品牌長(zhǎng)川科技和華峰測(cè)控各占3%。

長(zhǎng)川科技成立于2008年，公司主要產(chǎn)品包括測(cè)試機(jī)、分選機(jī)、探針臺(tái)和自動(dòng)化生產(chǎn)線。

在測(cè)試技術(shù)方面，長(zhǎng)川科技推出的第三代CTA8290系統(tǒng)，技術(shù)達(dá)到高端裝備水平，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代；其自主研發(fā)的D9000數(shù)字測(cè)試機(jī)，技術(shù)也已達(dá)到國(guó)外主流數(shù)字測(cè)試機(jī)級(jí)別，國(guó)內(nèi)技術(shù)排名第一，但目前還無(wú)法量產(chǎn)。

在分選技術(shù)方面，目前我國(guó)總體技術(shù)都比較落后，國(guó)內(nèi)僅長(zhǎng)川科技的技術(shù)勉強(qiáng)能跟上。

2018年，長(zhǎng)川科技營(yíng)收僅2.16億元，其中分選機(jī)收入為1.18億元，測(cè)試機(jī)收入為0.86億元，規(guī)模還很小。

華峰測(cè)控剛于2月登陸科創(chuàng)板上市，募資10億元用于集成電路測(cè)試設(shè)備和相關(guān)基地建設(shè)。其成立于1993年，前身為華峰技術(shù)。

目前，華峰測(cè)控已成長(zhǎng)為國(guó)內(nèi)最大的半導(dǎo)體測(cè)試機(jī)本土供應(yīng)商，也是為數(shù)不多進(jìn)入國(guó)際封測(cè)市場(chǎng)供應(yīng)商體系的中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備廠商。2018年，華峰測(cè)控的半導(dǎo)體自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備銷量為403臺(tái)，平均單價(jià)為49萬(wàn)元。

此外，本土品牌精測(cè)電子、華興源創(chuàng)也涉及檢測(cè)設(shè)備業(yè)務(wù)。

離子注入設(shè)備

在半導(dǎo)體晶圓制造中，由于純凈硅的導(dǎo)電性能很差，需要加入少量雜質(zhì)使其結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率發(fā)生改變，從而變成一種有用的半導(dǎo)體，這個(gè)過(guò)程稱為摻雜。

目前摻雜主要有高溫?zé)釘U(kuò)散法和離子注入法兩種，其中離子注入占據(jù)著主流地位，其對(duì)電路的集成度、開(kāi)啟速度、成品率和壽命產(chǎn)生著重要影響。

離子注入設(shè)備在晶圓加工設(shè)備中的比重為5%。2018年，全球集成電路離子注入機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約為25億美元。

作為集成電路制造工藝中必不可少的關(guān)鍵裝備，離子注入機(jī)開(kāi)發(fā)難度僅次于光刻機(jī)，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壁壘高，行業(yè)集中度高。

整體而言，離子注入機(jī)市場(chǎng)主要由美國(guó)廠商壟斷。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的統(tǒng)計(jì)，美國(guó)應(yīng)用材料占據(jù)全球半導(dǎo)體制造離子注入機(jī)市場(chǎng)約70%的份額，Axcelis占據(jù)20%的份額，呈現(xiàn)寡頭壟斷的格局。

國(guó)內(nèi)離子注入設(shè)備領(lǐng)域，最關(guān)鍵的公司要屬萬(wàn)業(yè)企業(yè)。

萬(wàn)業(yè)企業(yè)成立于1991年，靠房地產(chǎn)起家。

2018年，萬(wàn)業(yè)企業(yè)3.98億元收購(gòu)凱世通公司100%的股權(quán)，后者主要業(yè)務(wù)就是離子注入機(jī)制造，且該公司在光伏離子注入機(jī)領(lǐng)域的市占率全球第一。

同時(shí)，萬(wàn)業(yè)企業(yè)還通過(guò)入股上海半導(dǎo)體裝備材料基金，投資飛凱材料、精測(cè)電子、長(zhǎng)川科技等，以外延并購(gòu)+產(chǎn)業(yè)整合的方式殺入半導(dǎo)體裝備領(lǐng)域。

一面是巨大的藍(lán)海，一面是海外巨頭的壟斷，當(dāng)前芯片設(shè)備國(guó)產(chǎn)化雖然規(guī)模較小，但已勢(shì)不可逆。