淺談半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)發(fā)展概況

朱在穩(wěn)

引言

半導(dǎo)體設(shè)備作為半導(dǎo)體行業(yè)的基石，支撐著行業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前，全球半導(dǎo)體行業(yè)正蓬勃發(fā)展，行業(yè)規(guī)模再創(chuàng)新高，行業(yè)工藝技術(shù)已實(shí)現(xiàn)5 nm量產(chǎn)。半導(dǎo)體設(shè)備的技術(shù)研發(fā)難度大、費(fèi)用高，制約著我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)發(fā)展。本文通過對(duì)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行總結(jié)分析，明確行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)節(jié)點(diǎn)差距，以期更好地立足現(xiàn)狀，面向未來。

全球半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)概況

1.行業(yè)進(jìn)入新一輪增長(zhǎng)快車道

半導(dǎo)體設(shè)備位于產(chǎn)業(yè)鏈的上游，其市場(chǎng)規(guī)模取決于下游需求。當(dāng)下游出現(xiàn)技術(shù)變革、產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)，下游需求將迅速增加，帶動(dòng)著半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)同步發(fā)展。2013—2018年，在市場(chǎng)對(duì)智能手機(jī)、平板電腦、液晶電視等消費(fèi)類電子產(chǎn)品強(qiáng)勁需求的推動(dòng)下，全球半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)進(jìn)入一個(gè)持續(xù)5年的上升周期，其市場(chǎng)規(guī)模從318億美元增至644億美元，年均增長(zhǎng)15.2%。2019年，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品迭代速度變慢、需求趨于飽和的情況下，市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備需求驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)乏力，市場(chǎng)規(guī)模稍有回落。在5G、物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、大數(shù)據(jù)及人工智能等新技術(shù)、新產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)下，從2020年開始半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)進(jìn)入新一輪的上升周期。盡管受全球疫情和貿(mào)易戰(zhàn)的影響，2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)依舊表現(xiàn)強(qiáng)勁，規(guī)模達(dá)到712億美元，同比增長(zhǎng)19.2%。國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱SEMI）預(yù)測(cè)，未來幾年，全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)1013億美元。

圖1 2013—2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模

2.中國(guó)大陸成半導(dǎo)體設(shè)備最大市場(chǎng)

全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷由美國(guó)→日本→韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣的兩次轉(zhuǎn)移后，目前正處于第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移階段，而中國(guó)大陸正成為全球半導(dǎo)體制造業(yè)轉(zhuǎn)移的主要目的地之一。伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移，行業(yè)不斷出現(xiàn)并購(gòu)重組，半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)趨于集中。目前，從區(qū)域數(shù)據(jù)看，全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)主要集中在亞洲的韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣和中國(guó)大陸地區(qū)。其中，韓國(guó)對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備需求主要源于三星電子和SK海力士在DRAM、NAND Flash產(chǎn)品的生產(chǎn)線擴(kuò)建；中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備需求主要基于臺(tái)積電在先進(jìn)工藝生產(chǎn)線的建設(shè)；中國(guó)大陸地區(qū)主要受益于火熱的半導(dǎo)體生產(chǎn)線建設(shè)。近年來，在政府政策引導(dǎo)和雄厚資金加持下，集成電路制造、封測(cè)生產(chǎn)線的新建和擴(kuò)建，使得中國(guó)大陸的半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，并于2020年躍居世界第一，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)187.2億美元，同比大增38.6%，占全球市場(chǎng)26.3%。

圖2 2017—2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)區(qū)域分布情況

3.美日荷企業(yè)稱霸全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)

半導(dǎo)體設(shè)備的技術(shù)研發(fā)難度大、費(fèi)用高、市場(chǎng)準(zhǔn)入條件高，致使半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)壟斷程度高。整體來看，美國(guó)、日本、荷蘭的企業(yè)占據(jù)了全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)的大部分份額。2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備廠商TOP 10中，美國(guó)和日本各占4席，其中美國(guó)設(shè)備廠商應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體、科磊和泰瑞達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模占全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)41.3%，日本設(shè)備廠商?hào)|京電子、愛德萬、SCREEN和日立高新的市場(chǎng)規(guī)模占全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)19.4%。作為全球光刻機(jī)龍頭的荷蘭著名半導(dǎo)體設(shè)備廠商ASML，憑借其在光刻機(jī)設(shè)備市場(chǎng)的霸主地位，則獨(dú)占全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)16.7%。

圖3 2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備廠商TOP 10

4.全球集成電路行業(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)5 nm量產(chǎn)

近50年來，摩爾定律主導(dǎo)著全球集成電路行業(yè)發(fā)展步伐，行業(yè)技術(shù)經(jīng)歷數(shù)代升級(jí)，制程節(jié)點(diǎn)逐漸逼近物理極限。每一代行業(yè)技術(shù)升級(jí)皆是制程工藝和設(shè)備技術(shù)協(xié)同發(fā)展的結(jié)果。在臺(tái)積電、三星、英特爾等晶圓代工廠和ASML、泛林半導(dǎo)體、應(yīng)用材料等設(shè)備廠商的共同努力下，全球集成電路行業(yè)已實(shí)現(xiàn)5 nm工藝技術(shù)量產(chǎn)，正朝3 nm工藝技術(shù)邁進(jìn)。

國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)概況

1.國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模創(chuàng)歷史新高

近年來，在政府政策引導(dǎo)和雄厚資金加持下，國(guó)內(nèi)一批集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的新建和擴(kuò)建，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)需求爆發(fā)式增長(zhǎng)。2013—2018年，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模從33.7億美元增至131.1億美元，年均增長(zhǎng)31.2%。2019年，在全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)不景氣的情況下，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)依舊保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)134.5億美元，同比增長(zhǎng)2.6%。2020年，隨著國(guó)內(nèi)疫情的有效控制，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全面復(fù)蘇，半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)187.2億美元，同比大增39.2%。在國(guó)家政策和資金持續(xù)扶持引導(dǎo)及5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，預(yù)計(jì)未來幾年國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)保持高位。數(shù)據(jù)來源網(wǎng)絡(luò)收集整理

圖4 2013—2020年國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模

2.國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)處于前期追趕階段

自國(guó)家科技重大專項(xiàng)“02專項(xiàng)”啟動(dòng)以來，國(guó)家發(fā)布了一系列政策支持國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，推進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化發(fā)展。

從整體規(guī)模來看，目前，我國(guó)存在不少?gòu)氖掳雽?dǎo)體設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)，但真正能形成銷售并具備競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)并不多，大部分企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備落后，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)正處于前期追趕階段。

得益于國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模以年均32.9%速度增長(zhǎng)，市場(chǎng)銷售額從2013年的30.1億元增長(zhǎng)到2020年的221億元。然而，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)自給率始終低于20%，國(guó)產(chǎn)設(shè)備市場(chǎng)占比仍然較小，未來市場(chǎng)空間巨大。

圖5 2013—2020年國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備廠商市場(chǎng)規(guī)模

從區(qū)域分布來看，我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)分布較為集中，主要分布于北京、上海和遼寧地區(qū)。其中，北京、上海作為我國(guó)科研力量最強(qiáng)、人才資源最豐富的地區(qū)，在刻蝕機(jī)、光刻機(jī)、離子注入機(jī)、CMP拋光設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、氧化擴(kuò)散設(shè)備、清洗設(shè)備、減薄機(jī)、切割機(jī)及鍵合機(jī)等設(shè)備領(lǐng)域集中布局，擁有北方華創(chuàng)、中電科電子裝備、屹唐半導(dǎo)體、中微半導(dǎo)體、盛美半導(dǎo)體、華峰測(cè)控和上海微電子裝備等集成電路設(shè)備廠商；遼寧作為我國(guó)老工業(yè)基地，在薄膜沉積設(shè)備、外延設(shè)備、涂膠顯影設(shè)備、去膠設(shè)備及裝片機(jī)等設(shè)備領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)，匯集了芯源微、佳峰自動(dòng)化、拓荊科技和沈陽科儀等集成電路設(shè)備廠商。在工信部發(fā)布的2019年國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)備廠商TOP10中，北京、上海分別占有4家和3家，是我國(guó)集成電路設(shè)備企業(yè)分布最集中的地區(qū)。

2019年我國(guó)集成電路設(shè)備廠商TOP10表

3.國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備廠商總體技術(shù)水平接近28nm

近年來，我國(guó)集成電路前道設(shè)備廠商全面布局，重點(diǎn)向45～22 nm關(guān)鍵技術(shù)裝備發(fā)起攻關(guān)。目前，已實(shí)現(xiàn)12英寸國(guó)產(chǎn)設(shè)備從無到有的突破，總體技術(shù)水平接近28 nm。如：國(guó)產(chǎn)刻蝕設(shè)備先行者中微半導(dǎo)體研制的刻蝕機(jī)達(dá)到全球領(lǐng)先水準(zhǔn)，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)集成電路設(shè)備突破的“尖刀”，已實(shí)現(xiàn)65～5 nm關(guān)鍵尺寸產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，完成3 nm刻蝕機(jī)的初步測(cè)試驗(yàn)證；北方華創(chuàng)在薄膜沉積設(shè)備（PVD）方面已涵蓋90～14 nm制程；拓荊科技的薄膜沉積設(shè)備（CVD）成功導(dǎo)入28 nm工藝制程；中電科電子裝備已成功研制的離子注入機(jī)產(chǎn)品，可滿足45～22 nm制程；華海清科的CMP拋光設(shè)備實(shí)現(xiàn)28 nm制程產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，正進(jìn)行14 nm制程工藝驗(yàn)證；上海微電子裝備量產(chǎn)的光刻機(jī)可滿足90 nm光刻工藝，正進(jìn)行28 nm研制。

總結(jié)

伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)正處于新一輪上升周期，市場(chǎng)空間巨大。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備已有所突破，總體技術(shù)水平接近28 nm，但仍與行業(yè)5 nm量產(chǎn)技術(shù)存在較大差距，市場(chǎng)占有率較低，依舊處于前期追趕階段。在持續(xù)的行業(yè)景氣、政策引導(dǎo)、資金加持的背景下，相信我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)將繼續(xù)實(shí)現(xiàn)突破，逐步縮小與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)差距，逐漸提升市場(chǎng)占有空間。

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