IC制造業(yè)最核心的競爭力還是IC裝備制造
2020/7/15 12:10:23 點擊：
[導讀] 在浦東張江中芯國際的工廠里，無時無刻不在上演著代表人類最高制造水平的“接力賽”。直徑30厘米的圓形硅晶薄片穿梭在各種極端精密的加工設(shè)備之間，由它們在硅片表面制作出只有發(fā)絲
在浦東張江中芯國際的工廠里，無時無刻不在上演著代表人類最高制造水平的“接力賽”。直徑30厘米的圓形硅晶薄片穿梭在各種極端精密的加工設(shè)備之間，由它們在硅片表面制作出只有發(fā)絲直徑千分之一的溝槽或電路。熱處理、光刻、刻蝕、清洗、沉積……每塊晶圓要晝夜無休地被連續(xù)加工兩個月，經(jīng)過成百上千道工序，最終集成了海量的微小電子器件，經(jīng)切割、封裝，成為信息社會的基石——芯片。
半導體生產(chǎn)設(shè)備和材料，是半導體產(chǎn)品的最上游。據(jù)國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)顯示，2017年全球半導體設(shè)備商出貨金額達到560億美元，比起上一年大幅增長接近40%，創(chuàng)下歷史新高。相比2016年全球半導體市場3389億美元的銷售額來說，規(guī)模其實并不大。
但在中國國家科技重大專項02專項技術(shù)總師、中科院微電子所所長葉甜春看來，與其他產(chǎn)業(yè)不同，半導體生產(chǎn)設(shè)備和材料并不是IC的配套產(chǎn)業(yè)，相反，而是IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決定性因素。從上世紀80年代末期開始，半導體設(shè)備企業(yè)開始把工藝能力整合在設(shè)備中，讓用戶買到設(shè)備就能保證使用，并且達到工藝要求，因此有“一代器件，一代設(shè)備”之說。“這個領(lǐng)域的特點是技術(shù)和資金門檻極高，要經(jīng)過漫長的投入期才能看到回報，也可以起到控制他國集成電路發(fā)展速度的作用。”
集成電路（以下簡稱IC）產(chǎn)業(yè)制高點的競爭，歸根結(jié)底，還是裝備制造業(yè)的競爭。
“IC裝備制造是我國芯片產(chǎn)業(yè)鏈中最薄弱的環(huán)節(jié)，經(jīng)過20余年的追趕，中國芯片制造領(lǐng)域與世界還有兩代差距。”葉甜春斬釘截鐵地說，“IC制造業(yè)最核心的競爭力還是IC裝備制造。中國IC產(chǎn)業(yè)要想掌握發(fā)展主導權(quán)，IC裝備是必須要解決的問題。”
這是一場生死競速。
1瓜分殆盡的蛋糕
從隨處可見的沙子變成手機、電腦里不斷運算的芯片，魔術(shù)般變化的背后，是復(fù)雜且耗時的IC制造過程：上千道工藝，近兩個月的打磨。
據(jù)上海集成電路行業(yè)協(xié)會原副秘書長、高級顧問王龍興介紹，集成電路設(shè)備通常可分為前道工藝設(shè)備（晶圓制造）、后道工藝設(shè)備（封裝與檢測）等。因生產(chǎn)工藝復(fù)雜，工序繁多，所以生產(chǎn)過程所需要的設(shè)備種類多樣。其中，在晶圓制造中，共有七大生產(chǎn)區(qū)域，分別是擴散（Thermal Process）、光刻（Photo- lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長（Dielectric DeposiTIon）、拋光（CMP）、金屬化（MetalizaTIon），所對應(yīng)的七大類生產(chǎn)設(shè)備分別為擴散爐、光刻機、刻蝕機、離子注入機、薄膜沉積設(shè)備、化學機械拋光機和清洗機，其中金屬化是把集成電路里的各個元件用金屬導體連接起來，用到的設(shè)備也是薄膜生長設(shè)備。
雖然只有7個區(qū)域，但很多工藝需要反復(fù)進行，比如幾乎每個區(qū)域都會用到清洗機，因為生產(chǎn)工藝越來越復(fù)雜，幾乎每一兩步就要對硅片清洗一次。
設(shè)備的技術(shù)難度、價值和市場份額是成正比的。從銷售額來看，79%的市場為前端的晶圓處理設(shè)備，封裝和測試設(shè)備分別占7%和9%。在晶圓制造中，由于光刻、刻蝕、沉積等流程在芯片生產(chǎn)過程中不斷循環(huán)往復(fù)，是芯片前端加工過程的三大核心技術(shù)，其設(shè)備價值也最高，其中鍍膜設(shè)備、刻蝕設(shè)備、光刻機大約分別占半導體晶圓廠設(shè)備總投資的15%、15%、20-25%。
美國、日本、荷蘭是世界半導體裝備制造的三大強國，分別占據(jù)了全球市場份額的37%、20.6%和13.55%，留給其他國家的“蛋糕”不到30%。2016全球前十大半導體設(shè)備生產(chǎn)商中，只有美日荷三個國家的企業(yè)入圍。美國應(yīng)用材料（Applied Materials）、美國科林（Lam Research）、荷蘭阿斯麥爾（ASML）、日本東京電子、美國科磊（KLA Tencor）位列前五，占據(jù)半導體裝備市場份額的66%。
從各個裝備領(lǐng)域來看，這些企業(yè)也占據(jù)著絕對的主導地位。荷蘭的阿斯麥爾（ASML）占據(jù)了超過70%的高端光刻機市場，營收50.91億美元；在離子注入機上，美國應(yīng)用材料公司占據(jù)了70%市場份額，營收77.37億美元；在涂膠顯影機方面，東京電子占據(jù)90%的市場份額，營收46.81億美元。
相比之下，國內(nèi)IC裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模要小得多。2016年中國半導體設(shè)備前十強單位占全球的市場份額僅約為2%，銷售收入總計57.33億元，遠低于美國應(yīng)用材料一家企業(yè)的銷售收入，而且主營業(yè)務(wù)其實還是光伏部分。國內(nèi)體量最大的中電科電子裝備和中微半導體，2017年銷售收入均僅為11億元，遠小于國際知名廠商。
和市場份額不相匹配的，是國內(nèi)日益火熱的IC市場。從2014年開始，全球IC制造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始向中國大陸轉(zhuǎn)移。中國大陸作為未來全球新增產(chǎn)線的重點區(qū)域，將迎來千億量級的設(shè)備采購。未來一至三年，中國大陸將至少有7條12英寸產(chǎn)線采購設(shè)備，采購金額將達到2000多億元。預(yù)計2018年我國大陸地區(qū)設(shè)備投資額將達到86億美元，超過中國臺灣地區(qū)，成為第二大半導體裝備市場。
盡管中國大陸半導體投資大增，但中國大陸設(shè)備廠商的供應(yīng)能力卻嚴重不足，特別是缺乏成套設(shè)備的供應(yīng)，“在這個領(lǐng)域，我們處于受制于人的局面。一旦國外停止向我國出口這些裝備產(chǎn)品，中國大陸的集成電路生產(chǎn)線都要停工。”王龍興急切地說。面對巨大的市場需求和歷史性的發(fā)展機遇，中國大陸設(shè)備廠商亟需突破。
一面是巨大的市場藍海，一面是巨頭的虎視眈眈，對國內(nèi)IC裝備產(chǎn)業(yè)而言，既是機遇也是挑戰(zhàn)。
在浦東張江中芯國際的工廠里，無時無刻不在上演著代表人類最高制造水平的“接力賽”。直徑30厘米的圓形硅晶薄片穿梭在各種極端精密的加工設(shè)備之間，由它們在硅片表面制作出只有發(fā)絲直徑千分之一的溝槽或電路。熱處理、光刻、刻蝕、清洗、沉積……每塊晶圓要晝夜無休地被連續(xù)加工兩個月，經(jīng)過成百上千道工序，最終集成了海量的微小電子器件，經(jīng)切割、封裝，成為信息社會的基石——芯片。
半導體生產(chǎn)設(shè)備和材料，是半導體產(chǎn)品的最上游。據(jù)國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)顯示，2017年全球半導體設(shè)備商出貨金額達到560億美元，比起上一年大幅增長接近40%，創(chuàng)下歷史新高。相比2016年全球半導體市場3389億美元的銷售額來說，規(guī)模其實并不大。
但在中國國家科技重大專項02專項技術(shù)總師、中科院微電子所所長葉甜春看來，與其他產(chǎn)業(yè)不同，半導體生產(chǎn)設(shè)備和材料并不是IC的配套產(chǎn)業(yè)，相反，而是IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決定性因素。從上世紀80年代末期開始，半導體設(shè)備企業(yè)開始把工藝能力整合在設(shè)備中，讓用戶買到設(shè)備就能保證使用，并且達到工藝要求，因此有“一代器件，一代設(shè)備”之說。“這個領(lǐng)域的特點是技術(shù)和資金門檻極高，要經(jīng)過漫長的投入期才能看到回報，也可以起到控制他國集成電路發(fā)展速度的作用。”
集成電路（以下簡稱IC）產(chǎn)業(yè)制高點的競爭，歸根結(jié)底，還是裝備制造業(yè)的競爭。
“IC裝備制造是我國芯片產(chǎn)業(yè)鏈中最薄弱的環(huán)節(jié)，經(jīng)過20余年的追趕，中國芯片制造領(lǐng)域與世界還有兩代差距。”葉甜春斬釘截鐵地說，“IC制造業(yè)最核心的競爭力還是IC裝備制造。中國IC產(chǎn)業(yè)要想掌握發(fā)展主導權(quán)，IC裝備是必須要解決的問題。”
這是一場生死競速。
1瓜分殆盡的蛋糕
從隨處可見的沙子變成手機、電腦里不斷運算的芯片，魔術(shù)般變化的背后，是復(fù)雜且耗時的IC制造過程：上千道工藝，近兩個月的打磨。
據(jù)上海集成電路行業(yè)協(xié)會原副秘書長、高級顧問王龍興介紹，集成電路設(shè)備通常可分為前道工藝設(shè)備（晶圓制造）、后道工藝設(shè)備（封裝與檢測）等。因生產(chǎn)工藝復(fù)雜，工序繁多，所以生產(chǎn)過程所需要的設(shè)備種類多樣。其中，在晶圓制造中，共有七大生產(chǎn)區(qū)域，分別是擴散（Thermal Process）、光刻（Photo- lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長（Dielectric DeposiTIon）、拋光（CMP）、金屬化（MetalizaTIon），所對應(yīng)的七大類生產(chǎn)設(shè)備分別為擴散爐、光刻機、刻蝕機、離子注入機、薄膜沉積設(shè)備、化學機械拋光機和清洗機，其中金屬化是把集成電路里的各個元件用金屬導體連接起來，用到的設(shè)備也是薄膜生長設(shè)備。
雖然只有7個區(qū)域，但很多工藝需要反復(fù)進行，比如幾乎每個區(qū)域都會用到清洗機，因為生產(chǎn)工藝越來越復(fù)雜，幾乎每一兩步就要對硅片清洗一次。
設(shè)備的技術(shù)難度、價值和市場份額是成正比的。從銷售額來看，79%的市場為前端的晶圓處理設(shè)備，封裝和測試設(shè)備分別占7%和9%。在晶圓制造中，由于光刻、刻蝕、沉積等流程在芯片生產(chǎn)過程中不斷循環(huán)往復(fù)，是芯片前端加工過程的三大核心技術(shù)，其設(shè)備價值也最高，其中鍍膜設(shè)備、刻蝕設(shè)備、光刻機大約分別占半導體晶圓廠設(shè)備總投資的15%、15%、20-25%。
美國、日本、荷蘭是世界半導體裝備制造的三大強國，分別占據(jù)了全球市場份額的37%、20.6%和13.55%，留給其他國家的“蛋糕”不到30%。2016全球前十大半導體設(shè)備生產(chǎn)商中，只有美日荷三個國家的企業(yè)入圍。美國應(yīng)用材料（Applied Materials）、美國科林（Lam Research）、荷蘭阿斯麥爾（ASML）、日本東京電子、美國科磊（KLA Tencor）位列前五，占據(jù)半導體裝備市場份額的66%。
從各個裝備領(lǐng)域來看，這些企業(yè)也占據(jù)著絕對的主導地位。荷蘭的阿斯麥爾（ASML）占據(jù)了超過70%的高端光刻機市場，營收50.91億美元；在離子注入機上，美國應(yīng)用材料公司占據(jù)了70%市場份額，營收77.37億美元；在涂膠顯影機方面，東京電子占據(jù)90%的市場份額，營收46.81億美元。
相比之下，國內(nèi)IC裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模要小得多。2016年中國半導體設(shè)備前十強單位占全球的市場份額僅約為2%，銷售收入總計57.33億元，遠低于美國應(yīng)用材料一家企業(yè)的銷售收入，而且主營業(yè)務(wù)其實還是光伏部分。國內(nèi)體量最大的中電科電子裝備和中微半導體，2017年銷售收入均僅為11億元，遠小于國際知名廠商。
和市場份額不相匹配的，是國內(nèi)日益火熱的IC市場。從2014年開始，全球IC制造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始向中國大陸轉(zhuǎn)移。中國大陸作為未來全球新增產(chǎn)線的重點區(qū)域，將迎來千億量級的設(shè)備采購。未來一至三年，中國大陸將至少有7條12英寸產(chǎn)線采購設(shè)備，采購金額將達到2000多億元。預(yù)計2018年我國大陸地區(qū)設(shè)備投資額將達到86億美元，超過中國臺灣地區(qū)，成為第二大半導體裝備市場。
盡管中國大陸半導體投資大增，但中國大陸設(shè)備廠商的供應(yīng)能力卻嚴重不足，特別是缺乏成套設(shè)備的供應(yīng)，“在這個領(lǐng)域，我們處于受制于人的局面。一旦國外停止向我國出口這些裝備產(chǎn)品，中國大陸的集成電路生產(chǎn)線都要停工。”王龍興急切地說。面對巨大的市場需求和歷史性的發(fā)展機遇，中國大陸設(shè)備廠商亟需突破。
一面是巨大的市場藍海，一面是巨頭的虎視眈眈，對國內(nèi)IC裝備產(chǎn)業(yè)而言，既是機遇也是挑戰(zhàn)。
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