美國科技封鎖帶來的雙重效應：半導體設備國產化速度加快

近年來，在中美科技戰加劇的背景下，國內加大了對整個半導體產業鏈的支持力度，國產化呼聲與關鍵工藝節點的突破加速，在伴隨著國內半導體市場規模的穩步提升和全球半導體產業重心向我國轉移的潮流中，國內半導體產業迎來了巨大的市場機遇，當然半導體的設備產業也不外如是。


半導體設備，是整個半導體產業的重要支撐

半導體設備處于產業鏈上游的核心部分，對先進制程的推進具有重大作用，是各大芯片代工與封測公司的建廠擴能的主要投資與瓶頸之一。

根據涉及的各個核心工藝環節，半導體設備包含有光刻設備、刻蝕設備、薄膜沉積設備、量檢測設備、清洗設備、化學研磨CMP設備、離子注入設備等，其中最核心工藝環節的光刻機和刻蝕機就占了將近一半的市場份額。簡而言之，具有“種類多、技術廣、產品精”的特點。

根據SEMI的統計，2021年全球半導體設備銷售額為1026億美元，同比增長44.1%。其中，中國大陸市場的銷售為296億美元，是全球第一大的市場。然而，半導體設備的國產化率確不理想。


寡頭壟斷格局，美日技術領先

當下，半導體設備行業處于由美國、日本的企業主導的局面，根據VLSI Research的數據，2020年全球前十大的半導體設備廠商均為境外企業，市場占有率高達76.6%，其中美國、日本各擁有4家企業上榜。行業前五的企業依次為應用材料（美國）、阿斯麥（荷蘭）、拉姆研究（美國）、東京電子（日本）、科磊半導體（美國）。


半導體設備國產化進展

據韓國媒體Ddaily報道指出，中國半導體產業發展已經取得重大進步，目前超過40%制造設備都由中國本土企業生產。目前在半導體設備國產化領域，我國已經取得了一些突破。在成熟制程領域國產化程度比較高，先進制程方面相對比較低。根據中國電子專用設備工業協會的統計數據顯示。在28nm及以上領域，國產半導體設備廠商已經實現了全覆蓋，國產化率達到了80%以上。14nm工藝上，國產的半導體設備廠商也已經實現了50%以上的覆蓋，國產化率可能達到了20%以上。在14nm以下的領域，國產化率還比較低，可能只有10%左右。

隨著美國對我國半導體技術的封鎖，國產半導設備制造廠商獲得了巨大的發展機遇。因為半導體產線要認證新的設備和原材料需要投入大量時間和成本，所以一旦驗證通過的設備和原材料，晶圓廠方面是輕易不會更改的。原來這些設備和原材料絕大多數都被國外廠商占據，國產半導體設備和原材料很難有機會打入半導體生產線。因此國產半導體設備制造商往往因為缺乏在產線的測試認證的機會而發展緩慢。

但是美國的技術封鎖一開始，國內半導體設備制造商的機會就來了。國內的半導體產線都積極引入國產半導體設備和材料，在生產線上測試認證，能用國產的就用國產的，以免受美弟技術封鎖的影響。國產半導體設備制造商獲得空前的發展機遇。目前國產半導體設備在清洗、CMP、刻蝕、測試機、分選機上面，已突破雙位數，并在光刻機、沉積、離子注入、探針臺等領域也取得了一定的突破。

刻蝕設備方面，北方華創和中微公司雖然在全球市場占比不高，但近些年進步速度較快，中微公司的介質刻蝕機已進入臺積電5nm產線，北方華創擅長ICP刻蝕，相關設備已經進入中芯國際產線驗證階段。

8月初，中微公司董事長兼總經理尹志堯博士表示，到今年年底，大約80%的進口刻蝕設備有望被國內產品替代。到2024年底中微公司的零部件將全部完成國產化替代。尹志堯預計，在未來幾個季度，中國本土CCP刻蝕設備市場自給率將達到60%，比截至2022年10月的25%市場份額大幅增加，該公司還在關注ICP刻蝕設備市場，并計劃以幾乎同樣快的速度占有中國本土75%的市場份額。

薄膜沉積設備方面，拓荊科技是中國本土龍頭企業，北方華創和中微公司也有相關產品，但市占率都很低。涂膠顯影設備，東京電子占該市場近90%的份額，是絕對的行業龍頭，中國本土企業只有芯源微，市場影響力很小。離子注入設備原本也是中國本土企業的短板，但近一兩年北方華創和萬業企業等企業也取得不小的進展。

光刻機是中國最弱一環，但國產廠商也已經取得了突破。這方面，ASML是產業龍頭，特別是前道工序用到的EUV產品，是全球唯一的一家供貨商。日本的尼康和佳能分別占據全球13％和6％的市場份額，這兩家主要生產DUV光刻機，沒有EUV光刻機產品。而且尼康、佳能的產品分別僅停留在了28nm和90nm的節點上，目前尚沒有更先進制程產品。

據業內專業人士爆料，我國國產浸沒式DUV光刻可能在年底驗收。而國產EUV光刻機隨著長春光機所EUV光源研制成功，年初已經有樣機，目前正在產線測試，有可能在年底前完成驗收。明年可能投入產線進行大規模生產。國產EUV光刻機的發展速度遠遠超出絕大多數人的想象。

檢測量測：貫穿制造全流程，國產替代正當時

量測檢測設備：集成電路良率控制關鍵，貫穿全流程

檢測和量測環節是集成電路制造工藝中不可缺少的組成部分，貫穿于集成電路全過程。

檢測指在晶圓表面上或電路結構中，檢測其是否出現異質情況，如顆粒污染、表面劃傷、開短路等對芯片工藝性能具有不良影響的特征性結構缺陷。量測指對被觀測的晶圓電路上的結構尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、關鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數的量測。

從技術路線原理上看，檢測和量測主要包括光學檢測技術、電子束檢測技術和X光量測技術，其中光學檢測技術空間占比較大。


缺陷檢測：有圖形缺陷檢測難度大，且價值量占比高

按照照明方法，可以分為明場和暗場檢測，兩種檢測各有優缺點，兩者通常結合使用； 缺陷檢測具體可以分為，有圖形和無圖形檢測兩大類。


量測環節：監控制造流程，提高工藝穩定性

在量測環節，光學檢測技術基于光的波動性和相干性實現測量遠小于波長的光學尺度，集成電路制造和先進封裝環節中的量測主要包括三維形貌量測、 薄膜膜厚量測、套刻精度量測、關鍵尺寸量測等；


零部件供應鏈：光源等核心部件仍依賴海外進口

以中科飛測上游零部件采購為例，如機械手等運動與控制系統類零部件主要向日本等境外供應商采購，光源等光學類零部件主要向德國等境外供應商采購，相關零部件國產化率相對偏低。進一步提升檢測制程，或將需要設備廠商向上游核心零部件延伸。


市場格局：美國科磊全球市占率超50%，我國國產化率極低

2021年全球半導體量測檢測設備市場規模104億美元。2020年全球市場科磊、應用材料、日立穩居前三，合計市場份額超70%。根據2020年數據，全球半導體檢測與量測設備市場呈現相對集中的格局，份額前五被美國和日本廠商包攬，科磊半導體、 應用材料、日立位居前三，科磊以營收38.9億美元絕對優勢占據50.8%的全球市場份額。

國內量測設備國產化率較低，進口依賴度較高，科磊占據過半市場份額。VLSI Research 數據顯示，2020年國內檢測與量測設備市場仍由海外幾家龍頭廠商占據主導地位，其中科磊半導體在中國市場的占比仍然最高，2020年達 54.8%。