国产半导体设备：痛并快乐着！
日期：2022-7-157月12日，国际半导体产业协会SEMI在SEMICON West 2022 Hybrid上发布了《年中总半导体设备预测报告》。报告预测，原始设备制造商的半导体制造设备全球总销售额预计将在2022年达到创纪录的1175亿美元，比2021的1025亿美元增长14.7%，并预计在2023年增至1208亿美元。同时报告还指出，预计2022年，中国台湾、中国大陆和韩国仍将是全球前三大设备买家。
然而，作为全球最大的半导体设备市场，买得多不代表卖得多，长期以来国内绝大部分的半导体设备依赖进口。近年来，受中美贸易战及技术禁售等影响，半导体设备国产替代趋势明显，如果用一句话来形容中国半导体设备的破局之路，那就是：“痛并快乐着”。
北方华创，图源：新华网
半导体设备“卡脖子”之痛 一直以来，半导体设备被誉为产业链皇冠上的明珠，主要应用于集成电路的制造和封测环节。可以说，没有设备，芯片就只能停留在设计图纸上。 集成电路制造流程及对应设备，图源：招商银行研究院 以一条12寸晶圆生产线为例，月产5万片，至少要投资30-50亿美元，需要配套 50台光刻机，10台离子注入机，40台蚀刻机，30台薄膜沉积设备等，各类设备合计台数超过500个。 近年来，半导体行业高景气周期下，全球晶圆厂持续扩张，推动着设备迎风而上，中国大陆地区的需求尤为强烈，2020年、2021年，中国大陆地区均是全球最大集成电路设备市场。但由于国内半导体市场起步较晚，以及受到“买办”思维的影响，没有下功夫啃半导体设备这块硬骨头，不得不常年依赖进口。 2020 年中国大陆首次成为全球最大的半导体设备市场，图源：招商银行研究院 然而，在全球宏观政治经济日益复杂，美国不断打压遏制我国高技术产业战略崛起的背景下，产业被“卡脖子”的现象日益突出，尤其是在技术壁垒、客户认知度壁垒以及市场壁垒“三高”的半导体设备领域。 由于研发技术难度大、投入高、周期长，在全世界范围内，半导体设备市场集中度很高，美国的应用材料（Applied Materials，AMAT）、泛林半导体（Lam）与科磊（KLA），荷兰的阿斯麦（ASML）与日本东京电子（TEL）这5 强企业垄断了设备市场约84%的份额。 图源：长城国瑞证券研究所 说到“卡脖子”的痛，一定绕不开的话题就是光刻机，光刻机是芯片制造最核心且技术壁垒最高的设备。目前全球光刻机主要市场被 ASML（荷兰阿斯麦）、Canon（日本佳能）和Nikon（日本尼康）三家供应商包揽，尤其高端光刻机被荷兰 ASML 厂商所垄断，ASML 在EUV领域占比高达100%，EUV 光刻机可应用在7-22nm及 7nm 以下的制程中。 此前，ASML最先进的EUV光刻设备早已进入对华禁售的名单，但老一代的DUV光刻机还可以销售。DUV虽然落后于尖端技术一代，但仍然是制造汽车、智能手机、电脑甚至机器人所需的某些非尖端的芯片的必要设备。然而令人绝望的是，今年美国对于中国半导体的封锁又再度加码，美国正在试图游说ASML和Nikon连DUV光刻机也不要卖给中国。 可以说，美国想要全面遏制中国科技发展，已经被逼到了采用全面封锁的绝路。 “卡脖子”倒逼攻坚 国产替代加速 而所谓的“快乐”，就是美国的不断打压，倒逼我国半导体设备行业快速提速，一直努力不断尝试打破卡脖子格局。 近年来受益于北方华创、中微公司、盛美半导体、芯源微、屹唐半导体、至纯科技、华海清科等中国大陆厂家的不断发展，在刻蚀、沉积、清洗、抛光、干法去胶、炉管、涂胶显影等领域半导体设备中标国产率较高。 今年6月，中国大陆设备中标数量为44台，国产率高达64.7%。从年度数据来看，2021年设备国产率达 27.4%，较 2020 年 16.8%有明显提升。 2020 年半导体设备国产化进程，图源：长城国瑞证券研究所 清洗设备 全球半导体清洗设备主要由日本、美国等国外企业供应，合计占比超过80%。目前，中国大陆能提供半导体清洗设备的企业较少，主要包括盛美上海、北方华创、芯源微及至纯科技。 其中盛美为国内半导体清洗设备的行业龙头企业，主要产品为集成电路领域的单片清洗设备，产品线较为丰富；北方华创可提供多种类型的单片清洗和槽式清洗设备，已广泛应用于集成电路、半导体照明、先进封装等领域；至纯科技具备生产 8-12 英寸高阶单片湿法清洗设备和槽式湿法清洗设备的相关技术；芯源微目前产品用于集成电路制造领域的单片式刷洗领域。 刻蚀设备 根据 Gartner 数据显示，2020 年全球刻蚀设备市场规模约为137 亿美元，中微公司、北方华创、屹唐股份市场份额分别为 1.37%、0.89%、0.1%，与泛林半导体、东京电子、应用材料的市场份额相比，差距较大，全球市场占有率较低。 中微公司刻蚀设备包含CCP与ICP，目前 CCP 已进入 7-5nm 的晶圆生产线，在 5nm 以下也取得可喜进展；北方华创刻蚀机主要为 ICP，覆盖 8 吋、12 吋 55-28nm 制程；屹唐股份干法刻蚀设备可用于 65nm~5nm 逻辑芯片、1y~2x nm 系列 DRAM 芯片以及32 层~128 层3D闪存芯片制造中若干关键步骤的大规模量产。 薄膜沉积设备 薄膜沉积是半导体制程中重中之重的环节，我国的薄膜沉积设备代表厂商有北方华创与拓荆科技，其中，北方华创已实现PVD、CVD以及 ALD 设备在 28nm/14nm 技术领域的突破，拓荆科技主要涉及28nm/14nm技术领域的CVD与 ALD 设备。 去胶设备 我国在去胶领域的国产率已经超过 90%，基本实现了去胶设备国产化替代。屹唐股份在国内半导体去胶设备领域中占主导地位，此外，芯源微和中电科 45 所也可以生产去胶机。 光刻机 光刻机是最核心且技术壁垒最高的设备，国内公司仍需不断积累，我国上海微电子在 90nm、110nm、280nm 实现光刻机国产化，并于今年2 月成功交付首台2.5D\3D 先进封装光刻机。 写在最后 以光刻机为代表的半导体设备一直是中国半导体行业“卡脖子”挥之不去的痛。 ASML有约34%的营收来自于中国大陆，鉴于此，此次荷兰政府愿意施压ASML禁止DUV进中国的可能性很小，但仍可在供应优先级上施压ASML将来自中国大陆的需求往后放，这不仅令国内企业受制于人，也会令来华投资的外资企业犹豫不决，长期来看，不仅会严重制约我国半导体产业向高级化高端化发展，同时对我国数字经济、民生经济和国防安全也带来不可低估的风险。 因此，中国半导体设备行业归根到底要实现自强，伴随行业处于景气周期，叠加国产化替代需求，我国半导体设备厂商完成了0到1的突破， 2021 年业绩更是实现大幅增长。随着我国本土设备企业的不断努力，厚积薄发，产品不断通过产线验证，国产替代进程加快，多领域成熟制程已打破垄断，国产设备在各个高端领域将很快迎来追赶。
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