[原创] 半导体设备现状分析，国产水平究竟如何？

日前，一则有关中美两国将限制半导体设备的流言在行业内流传，在现在两国贸易战角力的敏感时刻，任何的风吹草动，都刺激了双方的神经。但抛开这个流言的真假不说，这样的内容，勾起了笔者对国内外半导体设备现状了解的兴趣。

从品类上看，半导体设备可分为晶圆处理设备、封装设备、测试设备和其他设备，其他设备包括硅片制造设备、洁静设备、光罩等。这些设备分别对应集成电路制造、封装、测试和硅片制造等工序，分别用在集成电路生产工艺的不同工序里。

资料显示，在整个半导体设备市场中，晶圆制造设备大约占整体的80%，封装及组装设备大约占 7%，测试设备大约占 9%，其他设备大约占 4%。而在晶圆制造设备中，光刻机，刻蚀机，薄膜沉积设备为核心设备，分别占晶圆制造环节设备成本的30%，25%，25%。

半导体设备处于该产业链的上游，虽然市场总量与下游的IC设计、制造、封测比相对较小，但其处于产业链上游，技术高度密集、尖端这一特点，决定半导体设备在整个行业中起着举足轻重的作用，为下游的设计、制造、封测源源不断地提供着“粮食”，没有它，下游的这些兄弟都会饿死。

全球市场格局

SEMI（国际半导体产业协会）的数据显示，2017年全球半导体设备市场规模达566.2亿美元，较2016 年大幅增长 37.3%，创历史新高，增速为近 7 年来的最高水平。目前，全球半导体设备市场主要被美国、欧洲（以荷兰为最）和日本的厂商所掌控，市场占有率极高。而中国相关企业的技术能力和市占率则相当有限。

据Gartner统计，全球规模以上晶圆制造设备商共计58家，其中日本的企业最多，达到 21 家，占36%，其次是欧洲13家、北美10家、韩国7家，而中国大陆仅4家，分别是上海盛美、上海中微、Mattson（亦庄国投收购）和北方华创，占比不到7%。

从半导体设备需求端来看，近几年销售额前三大地区分别是韩国、中国台湾和大陆。从半导体设备销售额情况看，从2014 年开始，北美半导体设备投资逐年减少，日本基本维持稳定，整个半导体制造的产能转移到了韩国、中国台湾和大陆三地。另外，从这三个地区市场份额占比来看，中国大陆买家买下了全球 15%的半导体设备，市场份额提升了近一倍，且一直处于稳步上升的状态。

图：2017全球半导体设备市场规模（单位：十亿美元），来源：SEMI

从供给侧来看，半导体设备是一个高度垄断的市场。根据各细分设备市场占有率统计数据，在光刻机、PVD、刻蚀机、氧化/扩散设备上，前三家设备商的总市占率都达 90%以上，而且行业龙头都能占据一半左右的市场，所以，要想在半导体装备市场中分一杯羹，就必须在细分领域能够做到全球前三。

美国处于领先地位

来自SEMI的最新数据显示，北美半导体设备制造商3月出货金额为24.2亿美元，比2月微增0.4％，年增16.7％，创17年来新高。这主要得益于近两年内存及晶圆代工投资持续带动。

美国半导体设备的发展起源于二战后期，由于军用计算机的带动，造就了最初的半导体产业，在之后的二三十年中，美国半导体产业稳步发展，奠定了其半导体设备行业的坚实基础。

来自北美的设备商主要包括：应用材料，泰瑞达、Axcelis Technologies，KLA-Tencor，Lam Research，Kulicke & Soffa、Nanometrics，Rave，Rudolph Technologies，Ultratech，Ushio等。

虽然在所有半导体设备厂商和市场中，美国跟随在日本和欧洲之后，处于第三的位置。但就晶圆处理设备而言，其实力非常强劲，在全球晶圆处理设备供应商前5名中，美国就占据了3席，分别是排名第一的应用材料（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。

具体而言，晶圆处理设备中，几个主要工序的设备也都基本处于行业龙头的高度垄断之中。其中，在PVD领域，应用材料公司占据了近 85%的市场份额，CVD占30%；刻蚀设备方面，Lam Research最多，市占率达53%，而KLA-Tencor在半导体光学检测领域，全球市占居冠。在各个领域中，前三大巨头的市场份额相加均超过70%，整个市场呈现强者恒强、高度垄断的状态。

应用材料可以说是全球最大的半导体设备公司了，产品横跨CVD、 PVD、刻蚀、CMP、RTP等除光刻机外的几乎所有半导体设备。应用材料2017财年营收为145.3亿美元，其中，半导体设备收入95.2亿美元。

半导体设备行业技术壁垒非常高，随着制程越来越先进，对半导体设备的性能和稳定性提出了越来越高的要求，需要投入大量的研发资金。应用材料公司一直保持着在研发上的高投入，其30%的员工为专业研发人员，拥有近12000 项专利，平均每天申请4个以上的新专利。正是这种持续的高研发投入，促成了应用材料的内部创新，构成了较高的技术壁垒，使其自1992年以来一直保持着世界最大半导体设备公司的地位。

中国市场现状

据Semi预测，2018年中国的设备销售增长率将创新高，为49.3%，达到113亿美元，中国大陆将紧随韩国，成为世界第二大半导体设备需求市场。

图：中国大陆半导体设备市场规模（单位：十亿美元），来源：SEMI

2017~2020年，中国大陆将有26座新晶圆厂投产，成为全球新建晶圆厂最积极的地区，整个投资计划占全球新建晶圆厂高达 42%，成为全球新建投资最大的地区。目前，中国12英寸晶圆厂共有22座，其中在建11座，规划中1座；8英寸晶圆厂18座，其中在建5座。

在这样大兴土木的行业背景下，对半导体设备的需求和投资必然巨大。粗略计算，已经公布的半导体产线投资金额将超过1000亿美元。按照行业规律，在总投资中80%用于设备投资，从而可计算出设备投资额为800 亿美元。

在晶圆厂设备构成中，光刻机占比最大，占39%，其次是沉积设备，占比为 24%，刻蚀设备第三，占比为14%，材料制备占比8%，表面处理设备和安装设备分别占比2%，其他设备占比11%。

据此，可以计算出，2017-2019年国内集成电路光刻设备市场空间为312亿美元，沉积设备市场空间为192亿美元，刻蚀设备市场空间为112亿美元，材料制备设备市场空间为64亿美元。

因此，未来几年，我国对半导体设备的需求量巨大。然而，供给侧如何呢？中国半导体设备企业虽然在近年内呈现出了高增长态势，但是毕竟发展时间有限，与美、日等国家比起来还是存在明显差距。

2008 年之前我国半导体设备基本全靠进口，因此国家设立了国家科技重大专项——极大规模集成电路制造装备及成套工艺科技项目（简称 02专项）研发国产化设备。但是，由于设备制造对技术和资金需求要求比较高，只有北方华创、中微半导体、上海微电子等少数重点企业能够承担 02专项研发工作，整个行业集中度相对较高。

虽然在02专项的支持下，我国半导体设备实现了从无到有，但相比国内庞大的市场规模而言，自给率不足15%。

即使在发展水平相对较高的 IC 封装测试领域，我国与先进国际水平相比仍然存在较大差距。尤其是单晶炉、氧化炉、 CVD 设备、磁控溅射镀膜设备、 CMP 设备、光刻机、涂布/显影设备、 ICP 等离子体刻蚀系统、探针台等设备市场几乎被国外企业所占据。

下面看一下我国的主要厂商及其产品都有哪些，国内排名前6的半导体设备厂商为：中电科，主要产品为离子注入机、CMP、键合机、封装设备；晶盛机电，产品有多晶铸锭炉、单晶炉等晶体生长设备；捷佳伟创，主要生产制绒设备、扩散设备和清洗设备；北方华创，产品有刻蚀机、镀膜设备、 CVD设备、 氧化扩散设备、清洗机、辅助设备；中微半导体，主要生产MOCVD、刻蚀和封装设备；上海微电子，主要生产光刻机，且已经能够提供90nm工艺设备。

以上只列出了排名靠前的几家企业，其实，我国本土半导体设备企业不算少，但总体不强，销售额占比在国内市场还不足15%，在国际市场几乎为 0。究其原因，还是技术上的落后。

目前，国产半导体设备处于局部有所突破，但整体较为落后的状态。尤其与国际半导体设备巨头应用材料、 ASML、LAM Research、KLA-Tencor等相比，国产半导体设备公司的实力仍然偏弱，绝大部分企业无法达到国际上已经实现量产的10nm工艺，部分企业突破到28nm或14nm工艺，但在使用的稳定性上与国际巨头差距较大，较难大批量进入量产线，也较难进入国际代工巨头的生产线。

半导体设备是一个高度专业化、高壁垒的市场， 高壁垒在于研发的难度和强度都十分巨大，从研发支出指标看来，其比例基本处于15%左右，远远高出其他装备类制造企业。从研发支出绝对值来看，全球龙头应用材料（AMAT）每年的研发支出超过15亿美元，其他巨头，如泛林集团（LAM）每年的研发支出也超过10 亿美元。

相对而言，国内半导体龙头北方华创的年研发支出仅8432万美元，差距明显。

对国内晶圆代工厂来说，采用国外的设备是最省时间和精力的。因此，优先采购的，还是国外先进设备公司的成熟产品。

由于半导体设备研发周期长、投入大。国产设备公司虽然目前在工艺制程上的研发已经有所突破，但是与稳定量产之间还有一定的距离，其中非常关键的是要有试错的机会。试错的周期通常长达一年甚至数年。

但是，现在中国大陆大力发展集成电路制造，首要任务是实现制造工艺的更新，而不是要求提升国产化率，所以没有太多的时间给国产设备公司提供试错的机会。量产中，制造设备一旦出问题，那整条产线上的晶圆都有可能报废，而且需要停工检查维修，对晶圆厂来说，代价非常大。所以，目前国产设备处于产品研发出来，但得不到大批量使用的境地，缺少试错机会。

目前，在封测领域，特别是在测试、清洗、CMP、晶圆检测、切割等方面，国产设备在市场占有率上取得了突破。目前，国内测试设备竞争较为激烈，国际厂商，如泰瑞达、爱德万、科利登；国内厂商，如华峰，长川等形成了竞争格局。华峰和长川科技已经在技术上取得了一定的突破，利用成本优势，从分立元件测试、模拟测试、分选机等低端测试领域开始，和国际厂商展开竞争，并取得了一定的市场份额。

结语

从现阶段看，中国要全力发展半导体产业，还是得靠国外输出这些关键设备，才能如期顺利量产。在现在愈演愈烈的贸易战阶段，特朗普的任何决定，都会让中国如芒在背。

近年来，为了提升自身实力和话语权，中国企业或基金对国外半导体领域的公司展开了一系列收购，但多以失败告终，即使收购成功，也多为金额较小的案例。特别是在中美贸易战影响下，美国计划限制中国投资其高科技领域，未来中国企业收购国外半导体行业公司难度很大。

在这样的背景下，对国内半导体设备公司而言，通过收购国外公司，来发展自己的路已经走不通，因此，国内半导体设备公司将无法通过并购实现快速壮大。

唯有自主创新之路可行！当然，鉴于半导体设备行业的特点，通过自主创新来发展壮大，将是一个较为漫长的过程，因此，国产半导体设备公司的崛起，尚需时日。

文/半导体行业观察 张健

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