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IC制造業最核心的競爭力還是IC裝備制造

2018-06-29
關鍵詞: IC IC裝備

  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備之間,由它們在硅片表面制作出只有發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加工兩個月,經過成百上千道工序,最終集成了海量的微小電子器件,經切割、封裝,成為信息社會的基石——芯片。

  半導體生產設備和材料,是半導體產品的最上游。據國際半導體產業協會公布的數據顯示,2017年全球半導體設備商出貨金額達到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,規模其實并不大。

  但在中國國家科技重大專項02專項技術總師、中科院微電子所所長葉甜春看來,與其他產業不同,半導體生產設備和材料并不是IC的配套產業,相反,而是IC產業發展的決定性因素。從上世紀80年代末期開始,半導體設備企業開始把工藝能力整合在設備中,讓用戶買到設備就能保證使用,并且達到工藝要求,因此有“一代器件,一代設備”之說?!斑@個領域的特點是技術和資金門檻極高,要經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展速度的作用。”

  集成電路(以下簡稱IC)產業制高點的競爭,歸根結底,還是裝備制造業的競爭。

  “IC裝備制造是我國芯片產業鏈中最薄弱的環節,經過20余年的追趕,中國芯片制造領域與世界還有兩代差距?!比~甜春斬釘截鐵地說,“IC制造業最核心的競爭力還是IC裝備制造。中國IC產業要想掌握發展主導權,IC裝備是必須要解決的問題?!?/p>

  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,魔術般變化的背后,是復雜且耗時的IC制造過程:上千道工藝,近兩個月的打磨。

  據上海集成電路行業協會原副秘書長、高級顧問王龍興介紹,集成電路設備通??煞譃榍暗拦に囋O備(晶圓制造)、后道工藝設備(封裝與檢測)等。因生產工藝復雜,工序繁多,所以生產過程所需要的設備種類多樣。其中,在晶圓制造中,共有七大生產區域,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),所對應的七大類生產設備分別為擴散爐、光刻機、刻蝕機、離子注入機、薄膜沉積設備、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,用到的設備也是薄膜生長設備。

  雖然只有7個區域,但很多工藝需要反復進行,比如幾乎每個區域都會用到清洗機,因為生產工藝越來越復雜,幾乎每一兩步就要對硅片清洗一次。

  設備的技術難度、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備,封裝和測試設備分別占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過程中不斷循環往復,是芯片前端加工過程的三大核心技術,其設備價值也最高,其中鍍膜設備、刻蝕設備、光刻機大約分別占半導體晶圓廠設備總投資的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備生產商中,只有美日荷三個國家的企業入圍。美國應用材料(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,占據半導體裝備市場份額的66%。

  從各個裝備領域來看,這些企業也占據著絕對的主導地位。荷蘭的阿斯麥爾(ASML)占據了超過70%的高端光刻機市場,營收50.91億美元;在離子注入機上,美國應用材料公司占據了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90%的市場份額,營收46.81億美元。

  相比之下,國內IC裝備產業規模要小得多。2016年中國半導體設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,遠低于美國應用材料一家企業的銷售收入,而且主營業務其實還是光伏部分。國內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,是國內日益火熱的IC市場。從2014年開始,全球IC制造產業已經開始向中國大陸轉移。中國大陸作為未來全球新增產線的重點區域,將迎來千億量級的設備采購。未來一至三年,中國大陸將至少有7條12英寸產線采購設備,采購金額將達到2000多億元。預計2018年我國大陸地區設備投資額將達到86億美元,超過中國臺灣地區,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,但中國大陸設備廠商的供應能力卻嚴重不足,特別是缺乏成套設備的供應,“在這個領域,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品,中國大陸的集成電路生產線都要停工。”王龍興急切地說。面對巨大的市場需求和歷史性的發展機遇,中國大陸設備廠商亟需突破。

  一面是巨大的市場藍海,一面是巨頭的虎視眈眈,對國內IC裝備產業而言,既是機遇也是挑戰。

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