5 月 22 日,北方华创发布公告,公司及全资子公司北京北方华创微电子装备有限公司收到国家科技重大专项地方政府配套资金 2.0978 亿元,该资金由北京市经济和信息化委员会通过北京电子控股有限责任公司拨付。
 
北方华创是半导体国产设备龙头供应商,已经先后完成了 12 英寸集成电路制造设备 90-28nm 等多个关键制程的攻关。目前拥有刻蚀机、PVD、CVD、氧化炉、扩散炉、清洗机等设备产品,其中很多设备已在 65-28nm 制程批量化应用,部分设备已进入 14nm 制程工艺验证环节。
 
 
设备行业与半导体行业整体市场密切相关。2017 年全球半导体销售额为 4122 亿美元,预计 5G 通讯、人工智能、物联网、汽车电子等新兴需求将助推半导体行业增长。近几年全球半导体产业逐步向中国市场转移,目前中国半导体市场需求已经成为了全球半导体行业增长的主要动力。
 
晶圆厂的大幅投建,极大地增加了半导体设备需求。根据目前已披露的晶圆厂投建规划,2017 年及以后累积有超过 20 个新的晶圆厂投产。在 2017-2020 年已明确规划的投建项目,对应投资额达到约 1083 亿美元,2020 年以后潜在的投资额有约 1500 亿美元,2017 年及以后累积的投资额超过 2500 亿美元。晶圆厂的投资中,半导体设备占比约 60-70%。则 2017-2019 年国内对应的半导体设备需求累积约 650-750 亿美元,平均每年需求为 217-250 亿美元,考虑潜在投资规划,则 2017 年以后半导体设备需求累积约 1500-1700 亿美元。
 
国内半导体设备现状
根据国际半导体产业协会(SEMI)统计,2017 年全球半导体设备销售金额达 559 亿美元,大幅增长 35.6%,其中韩国超越中国台湾成为全球最大半导体设备市场,中国大陆排名第三。预计 2018 年全球设备销售金额将继续增长 7.5%,达到 601 亿美元,中国大陆将超过中国台湾排名第二。逐渐变大的市场需求,对于国产设备厂商来说是一个好机会。
 
 
半导体集成电路的生产主要包含单晶硅片制造和集成电路制造两大部分。集成电路制造需要经过晶圆处理、封装测试等流程,包括外延氧化、CVD 镀膜、光刻、刻蚀、离子注入、封装、测试等环节,对应主要设备包括外延炉、氧化炉、CVD 设备、光刻机、显影机、刻蚀设备、离子注入机、封装设备、测试机等。
 
根据销售额来看,目前国内排名前十的设备厂商有中电科电子装备集团有限公司、浙江晶盛机电股份有限公司、深圳市捷佳纬创新能源装备股份有限公司、北方华创科技集团股份有限公司、中微半导体设备(上海)有限公司、上海微电子装备有限公司、天通吉成机器技术有限公司、盛美半导体设备(上海)有限公司、北京京运通科技股份有限公司、格兰达技术(深圳)有限公司。
 
 
中电科电子装备集团有限公司,隶属于中国电子科技集团,主要产品是离子注入机、CMP(化学机械抛光机)、键合机、封装设备。其中离子注入机是集成电路制造至关重要的核心装备,主要是将粒子注入到半导体材料中,从而控制半导体材料的导电性能,进而形成 PN 结等集成电路器件的基本单元。
 
中电科电子装备集团有限公司是目前国内唯一一家集研发、制造、服务于一体的离子注入机供应商。2016 年电科装备推出了满足高端工艺的新机型 45-22nm 低能大束流离子注入机,并且于 2017 年在中芯国际产线进行验证,验证通过后,将会批量出货。中电科电子装备集团有限公司董事长、党委书记刘济东强调,电科装备自主研发的离子注入机打破了高端市场被美日垄断的局面,打造了离子注入机国产品牌。
 
浙江晶盛机电股份有限公司,成立于 2006 年 12 月,是一家专注于高端半导体装备和 LED 衬底材料制造的高新技术企业。目前已经开发出具有完全自主知识产权的全自动单晶炉、多晶铸锭炉、区熔硅单晶炉、蓝宝石炉。在半导体产业实现 8-12 英寸大硅片制造用晶体生长及核心加工装备的国产化。
 
深圳市捷佳纬创新能源装备股份有限公司,以光伏生产设备为主要业务,主要生产制绒设备、扩散设备和清洗设备。
 
北方华创科技集团股份有限公司是由北京七星华创电子股份有限公司和北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司于 2016 年战略重组而成,是目前国内集成电路高端工艺装备的优质供应商。关于北方华创的介绍在文章开头已经提到。
 
中微半导体设备(上海)有限公司,成立于 2004 年,由尹志尧博士代领的海归人才创办,尹志尧博士曾在美国应用材料公司任职 13 年,专注于等离子体刻蚀设备的研发。
 
中微半导体是国内技术领先的高端芯片设备企业,也是国家大基金成立后投资的首个企业。其推出的芯片介质刻蚀设备已打入全球顶级企业台积电的 7nm、10nm 量产线,并占据了中芯国际 50%以上的新增采购额。
 
2015 年,美国商务部更因中微半导体提供的“有相当数量和同等质量”的刻蚀机产品,取消对华出口刻蚀设备的限制。公司未来将有望成长为国内半导体产业发展的一把利剑。
 
虽然目前国内半导体设备产业与国际龙头 AMAT、ASML 等存在差距,然而从以上五家国内半导体设备厂商的发展和成绩,以及快速增长的下游需求拉动力来看,未来国内半导体设备产业将会有一个大的飞跃。
 
全球半导体设备行业格局
根据 2016 年营收情况排名,全球前十大晶圆制造设备供应商有 Applied Materials、Lam Research、ASML、Tokyo Electron、KLA-Tencor、Screen Semiconductor Solutions、Hitachi High-Technologies、Nikon、Hitachi Kokusai、ASM International.
 
 
根据以上表格,可以看出全球半导体设备厂商前十集中在美国、日本和荷兰,中国半导体设备厂商并未上榜。可见未来国内半导体设备行业还有很远的路要走。
 
谈论半导体设备的时候,大家一定会想到光刻机,今天我们就以光刻机为例,了解一下目前全球半导体设备市场的部分情况。
 
半导体设备是一个技术壁垒极高的行业,其中光刻机又是难度最高、要求最精密的设备,其价格也最为昂贵。常用的光刻机是掩膜对准光刻,所以叫 Mask Alignment System。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。其中以光刻工序最为关键,因为它是整个集成电路产业制造工艺先进程度的重要指标。
 
目前全球半导体前道用光刻机的生产厂商有 4 家,分别是 ASML、Nikon、Canon 和上海微电子(SMEE),其中尤其以 ASML 为佳,一家独占 7 成的市场。2017 年全球光刻机总出货 294 台,ASML 出货 198 台,Nikon 出货 27 台,Canon 出货 70 台。目前全球知名厂商都是 ASML 的客户,包括 Intel、Samsung、TSMC、SK Hynix、UMC、GF 等等全球一线公司。
 
其中 EUV 光刻机方面,ASML 占有率 100%。EUV 是目前最先进的光刻机,也是唯一能够生产 7nm 以下制程的设备,因为它发射的光线波长仅为现有设备的十五分之一,能够蚀刻更加精细的半导体电路。从 2019 年半导体芯片进入 7nm 时代开始(现在我们处于 10nm 时代),EUV 光刻机是必不可少的半导体生产设备。
 
据了解,ASML 计划在 2018 年生产 20 台 EUV 光刻机,其中台积电预定了 10 套,三星 6 套,英特尔 3 套。 近日消息,中芯国际耗资 1.2 亿美元向 AMSL
订购了一台 EUV 光刻机,将会在 2019 年交付。根据以上数据,可以看出 ASML 2018 年 EUV 光刻机产能已经被预订一空。
 
只从光刻机来看,荷兰 ASML 占领了绝大部分市场份额,而从整体半导体设备来看,美国占领大头,接近 37%,日本占全球 20.6%,荷兰占全球的 13.55%。目前国内半导体设备正保持以 20%的速度增长,如此持续,5 年或者 10 年以后,终会成为半导体设备领域主流玩家。

 

 
国内相关政策助力半导体设备发展
虽然国内半导体设备增速明显,相关企业核心竞争力也实现了部分突破,然而在与已经发展了几十年、拥有尖端技术和市场的国外知名半导体设备厂商竞争时,还是存在很多不足。要想再一步提升国产半导体设备竞争力,还需要投入更多资金和人力。
 
助力半导体设备产业发展的两大重要政策,其一是 02 专项(位列国家重大专项第二位);其二是国家集成电路产业投资基金。
 
02 专项  ,即《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》项目,因次序排在国家重大专项所列 16 个重大专项第二位,在行业内被称为“02 专项”。
 
国家重大专项是为了实现国家目标,通过核心技术突破和资源集成,在一定时限内完成的重大战略产品、关键共性技术和重大工程,是我国科技发展的重中之重。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》确定了核心电子器件、高端通用芯片及基础软件,极大规模集成电路制造技术及成套工艺,新一代宽带无线移动通信,高档数控机床与基础制造技术,大型油气田及煤层气开发,大型先进压水堆及高温气冷堆核电站,水体污染控制与治理,转基因生物新品种培育,重大新药创制,艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治,大型飞机,高分辨率对地观测系统,载人航天与探月工程等 16 个重大专项,涉及信息、生物等战略产业领域,能源资源环境和人民健康等重大紧迫问题,以及军民两用技术和国防技术。
 
02 专项的实施,对国内半导体设备企业来说,意义重大。因为半导体设备的研发需要巨额资金。02 重大专项的实施,不仅表明国家支持半导体行业的决心,而且在资金上更是给了国内企业资金上的支持。
 
02 专项在“十二五”期间重点实施的内容和目标分别是:重点进行 45-22 纳米关键制造装备攻关,开发 32-22 纳米互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺、90-65 纳米特色工艺,开展 22-14 纳米前瞻性研究,形成 65-45 纳米装备、材料、工艺配套能力及集成电路制造产业链,进一步缩小与世界先进水平差距,装备和材料占国内市场的份额分别达到 10%和 20%,开拓国际市场。
 
北方华创此次收到 2.0978 亿元的补贴,正式国家科技重大专项实施的案例。其中“45-32nm LPCVD 设备产业化”项目收到地方政府配套资金 2,328.00 万元;“ 14nm 立体栅等离子体刻蚀机研发及产业化”项目收到地方政府配套资金 9, 423.00 万元;“28-14nm 原子层沉积系统(ALD)产品研发及产业化” 项目收到地方政府配套资金 4,811.00 万元;“ 14-7nm CuBS 多工艺腔室集成装备研发及产业化”项目收到地方政府配套资金 4,416.00 万元。
 
02 专项培育了一批国产半导体设备领军者。除了上文提到的北方华创,还有中电科、沈阳拓荆、上海微电子、中微半导体等。
 
国家集成电路产业投资基金(简称“大基金”)在半导体设备领域的投资,也极大的帮助了国内半导体设备产业的发展。目前大基金投资的半导体设备企业有中微半导体设备有限公司、杭州长川科技股份有限公司、沈阳拓荆科技有限公司、北京七星华创电子股份有限公司、睿励科学仪器(上海)有限公司。
 
 
大基金的成立同时撬动了一批地方产业基金,主要用于支持地方集成电路企业的发展。目前第二期的大基金正在筹划中,预计筹资额将达到 1500-2000 亿元,加上对地方产业基金的撬动,全国集成电路产业基金总规模有望超过 1 亿美元。第二期的大基金预计将加大对半导体设备领域的投资力度。
 
结束语
随着半导体产业逐步向中国市场转移,国内集成电路产业规模逐步提高,这为国产半导体设备提供了巨大的市场空间。
 
另外有国家和地方政府在资金和相关政策上提供支持,这使得半导体设备企业在技术研发和人力资源方面得到了极大的助力。
 
通过持续不断的努力,未来国产半导体设备将会在原来 20%的增速上更上一个台阶。