半導體設備現狀分析，國產水平究竟如何？

日前，一則有關中美兩國將限制半導體設備的流言在行業內流傳，在現在兩國貿易戰角力的敏感時刻，任何的風吹草動，都刺激了雙方的神經。

但拋開這個流言的真假不說，這樣的內容，勾起了筆者對國內外半導體設備現狀了解的興趣。

從品類上看，半導體設備可分為晶圓處理設備、封裝設備、測試設備和其他設備，其他設備包括矽片製造設備、潔靜設備、光罩等。

這些設備分別對應集成電路製造、封裝、測試和矽片製造等工序，分別用在集成電路生產工藝的不同工序里。

資料顯示，在整個半導體設備市場中，晶圓製造設備大約占整體的80%，封裝及組裝設備大約占 7%，測試設備大約占 9%，其他設備大約占 4%。

而在晶圓製造設備中，光刻機，刻蝕機，薄膜沉積設備為核心設備，分別占晶圓製造環節設備成本的30%，25%，25%。

半導體設備處於該產業鏈的上游，雖然市場總量與下游的IC設計、製造、封測比相對較小，但其處於產業鏈上游，技術高度密集、尖端這一特點，決定半導體設備在整個行業中起著舉足輕重的作用，為下游的設計、製造、封測源源不斷地提供著「糧食」，沒有它，下游的這些兄弟都會餓死。

全球市場格局

SEMI（國際半導體產業協會）的數據顯示，2017年全球半導體設備市場規模達566.2億美元，較2016 年大幅增長 37.3%，創歷史新高，增速為近 7 年來的最高水平。

目前，全球半導體設備市場主要被美國、歐洲（以荷蘭為最）和日本的廠商所掌控，市場占有率極高。

而中國相關企業的技術能力和市占率則相當有限。

據Gartner統計，全球規模以上晶圓製造設備商共計58家，其中日本的企業最多，達到 21 家，占36%，其次是歐洲13家、北美10家、韓國7家，而中國大陸僅4家，分別是上海盛美、上海中微、Mattson（亦莊國投收購）和北方華創，占比不到7%。

從半導體設備需求端來看，近幾年銷售額前三大地區分別是韓國、台灣和大陸。

從半導體設備銷售額情況看，從2014 年開始，北美半導體設備投資逐年減少，日本基本維持穩定，整個半導體製造的產能轉移到了韓國、台灣和大陸三地。

另外，從這三個地區市場份額占比來看，中國大陸買家買下了全球 15%的半導體設備，市場份額提升了近一倍，且一直處於穩步上升的狀態。

圖：2017全球半導體設備市場規模（單位：十億美元），來源：SEMI

從供給側來看，半導體設備是一個高度壟斷的市場。

根據各細分設備市場占有率統計數據，在光刻機、PVD、刻蝕機、氧化/擴散設備上，前三家設備商的總市占率都達 90%以上，而且行業龍頭都能占據一半左右的市場，所以，要想在半導體裝備市場中分一杯羹，就必須在細分領域能夠做到全球前三。

美國處於領先地位

來自SEMI的最新數據顯示，北美半導體設備製造商3月出貨金額為24.2億美元，比2月微增0.4％，年增16.7％，創17年來新高。

這主要得益於近兩年內存及晶圓代工投資持續帶動。

美國半導體設備的發展起源於二戰後期，由於軍用計算機的帶動，造就了最初的半導體產業，在之後的二三十年中，美國半導體產業穩步發展，奠定了其半導體設備行業的堅實基礎。

來自北美的設備商主要包括：應用材料，泰瑞達、Axcelis Technologies，KLA-Tencor，Lam Research，Kulicke & Soffa、Nanometrics，Rave，Rudolph Technologies，Ultratech，Ushio等。

雖然在所有半導體設備廠商和市場中，美國跟隨在日本和歐洲之後，處於第三的位置。

但就晶圓處理設備而言，其實力非常強勁，在全球晶圓處理設備供應商前5名中，美國就占據了3席，分別是排名第一的應用材料（AMAT），市占率19%左右；第二的Lam Research，市占率13%左右；以及排名第5的KLA-Tencor，市占率6%左右。

具體而言，晶圓處理設備中，幾個主要工序的設備也都基本處於行業龍頭的高度壟斷之中。

其中，在PVD領域，應用材料公司占據了近 85%的市場份額，CVD占30%；刻蝕設備方面，Lam Research最多，市占率達53%，而KLA-Tencor在半導體光學檢測領域，全球市占居冠。

在各個領域中，前三大巨頭的市場份額相加均超過70%，整個市場呈現強者恆強、高度壟斷的狀態。

應用材料可以說是全球最大的半導體設備公司了，產品橫跨CVD、 PVD、刻蝕、CMP、RTP等除光刻機外的幾乎所有半導體設備。

應用材料2017財年營收為145.3億美元，其中，半導體設備收入95.2億美元。

半導體設備行業技術壁壘非常高，隨著製程越來越先進，對半導體設備的性能和穩定性提出了越來越高的要求，需要投入大量的研發資金。

應用材料公司一直保持著在研發上的高投入，其30%的員工為專業研發人員，擁有近12000 項專利，平均每天申請4個以上的新專利。

正是這種持續的高研發投入，促成了應用材料的內部創新，構成了較高的技術壁壘，使其自1992年以來一直保持著世界最大半導體設備公司的地位。

中國市場現狀

據Semi預測，2018年中國的設備銷售增長率將創新高，為49.3%，達到113億美元，中國大陸將緊隨韓國，成為世界第二大半導體設備需求市場。

圖：中國大陸半導體設備市場規模（單位：十億美元），來源：SEMI

2017~2020年，中國大陸將有26座新晶圓廠投產，成為全球新建晶圓廠最積極的地區，整個投資計劃占全球新建晶圓廠高達 42%，成為全球新建投資最大的地區。

目前，中國12英寸晶圓廠共有22座，其中在建11座，規劃中1座；8英寸晶圓廠18座，其中在建5座。

在這樣大興土木的行業背景下，對半導體設備的需求和投資必然巨大。

粗略計算，已經公布的半導體產線投資金額將超過1000億美元。

按照行業規律，在總投資中80%用於設備投資，從而可計算出設備投資額為800 億美元。

在晶圓廠設備構成中，光刻機占比最大，占39%，其次是沉積設備，占比為 24%，刻蝕設備第三，占比為14%，材料製備占比8%，表面處理設備和安裝設備分別占比2%，其他設備占比11%。

據此，可以計算出，2017-2019年國內集成電路光刻設備市場空間為312億美元，沉積設備市場空間為192億美元，刻蝕設備市場空間為112億美元，材料製備設備市場空間為64億美元。

自給率低

因此，未來幾年，我國對半導體設備的需求量巨大。

然而，供給側如何呢？中國半導體設備企業雖然在近年內呈現出了高增長態勢，但是畢竟發展時間有限，與美、日等國家比起來還是存在明顯差距。

2008 年之前我國半導體設備基本全靠進口，因此國家設立了國家科技重大專項——極大規模集成電路製造裝備及成套工藝科技項目（簡稱 02專項）研發國產化設備。

但是，由於設備製造對技術和資金需求要求比較高，只有北方華創、中微半導體、上海微電子等少數重點企業能夠承擔 02專項研發工作，整個行業集中度相對較高。

雖然在02專項的支持下，我國半導體設備實現了從無到有，但相比國內龐大的市場規模而言，自給率不足15%。

即使在發展水平相對較高的 IC 封裝測試領域，我國與先進國際水平相比仍然存在較大差距。

尤其是單晶爐、氧化爐、 CVD 設備、磁控濺射鍍膜設備、 CMP 設備、光刻機、塗布/顯影設備、 ICP 等離子體刻蝕系統、探針台等設備市場幾乎被國外企業所占據。

下面看一下我國的主要廠商及其產品都有哪些，國內排名前6的半導體設備廠商為：中電科，主要產品為離子注入機、CMP、鍵合機、封裝設備；晶盛機電，產品有多晶鑄錠爐、單晶爐等晶體生長設備；捷佳偉創，主要生產制絨設備、擴散設備和清洗設備；北方華創，產品有刻蝕機、鍍膜設備、 CVD設備、 氧化擴散設備、清洗機、輔助設備；中微半導體，主要生產MOCVD、刻蝕和封裝設備；上海微電子，主要生產光刻機，且已經能夠提供90nm工藝設備。

以上只列出了排名靠前的幾家企業，其實，我國本土半導體設備企業不算少，但總體不強，銷售額占比在國內市場還不足15%，在國際市場幾乎為 0。

究其原因，還是技術上的落後。

目前，國產半導體設備處於局部有所突破，但整體較為落後的狀態。

尤其與國際半導體設備巨頭應用材料、 ASML、LAM Research、KLA-Tencor等相比，國產半導體設備公司的實力仍然偏弱，絕大部分企業無法達到國際上已經實現量產的10nm工藝，部分企業突破到28nm或14nm工藝，但在使用的穩定性上與國際巨頭差距較大，較難大批量進入量產線，也較難進入國際代工巨頭的生產線。

研發支出差距大

半導體設備是一個高度專業化、高壁壘的市場， 高壁壘在於研發的難度和強度都十分巨大，從研發支出指標看來，其比例基本處於15%左右，遠遠高出其他裝備類製造企業。

從研發支出絕對值來看，全球龍頭應用材料（AMAT）每年的研發支出超過15億美元，其他巨頭，如泛林集團（LAM）每年的研發支出也超過10 億美元。

相對而言，國內半導體龍頭北方華創的年研發支出僅8432萬美元，差距明顯。

本土設備需要發展空間和機會

對國內晶圓代工廠來說，採用國外的設備是最省時間和精力的。

因此，優先採購的，還是國外先進設備公司的成熟產品。

由於半導體設備研發周期長、投入大。

國產設備公司雖然目前在工藝製程上的研發已經有所突破，但是與穩定量產之間還有一定的距離，其中非常關鍵的是要有試錯的機會。

試錯的周期通常長達一年甚至數年。

但是，現在中國大陸大力發展集成電路製造，首要任務是實現製造工藝的更新，而不是要求提升國產化率，所以沒有太多的時間給國產設備公司提供試錯的機會。

量產中，製造設備一旦出問題，那整條產線上的晶圓都有可能報廢，而且需要停工檢查維修，對晶圓廠來說，代價非常大。

所以，目前國產設備處於產品研發出來，但得不到大批量使用的境地，缺少試錯機會。

取得的成績

目前，在封測領域，特別是在測試、清洗、CMP、晶圓檢測、切割等方面，國產設備在市場占有率上取得了突破。

目前，國內測試設備競爭較為激烈，國際廠商，如泰瑞達、愛德萬、科利登；國內廠商，如華峰，長川等形成了競爭格局。

華峰和長川科技已經在技術上取得了一定的突破，利用成本優勢，從分立元件測試、模擬測試、分選機等低端測試領域開始，和國際廠商展開競爭，並取得了一定的市場份額。

結語

從現階段看，中國要全力發展半導體產業，還是得靠國外輸出這些關鍵設備，才能如期順利量產。

在現在愈演愈烈的貿易戰階段，川普的任何決定，都會讓中國如芒在背。

近年來，為了提升自身實力和話語權，中國企業或基金對國外半導體領域的公司展開了一系列收購，但多以失敗告終，即使收購成功，也多為金額較小的案例。

特別是在中美貿易戰影響下，美國計劃限制中國投資其高科技領域，未來中國企業收購國外半導體行業公司難度很大。

在這樣的背景下，對國內半導體設備公司而言，通過收購國外公司，來發展自己的路已經走不通，因此，國內半導體設備公司將無法通過併購實現快速壯大。

唯有自主創新之路可行！當然，鑒於半導體設備行業的特點，通過自主創新來發展壯大，將是一個較為漫長的過程，因此，國產半導體設備公司的崛起，尚需時日。