半導(dǎo)體設(shè)備，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的魂

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《半導(dǎo)體，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的魂》首發(fā)于2023年3月10日，《半導(dǎo)體設(shè)備》首發(fā)于2023年9月20日。此次算是舊文重發(fā)。

半導(dǎo)體設(shè)備在高端領(lǐng)域處于美歐日壟斷狀態(tài)，“卡脖子”問題突出，是當(dāng)前及未來國產(chǎn)化重點突破的領(lǐng)域。

1 中國是全球最大的半導(dǎo)體市場

與2020年的4404億美元相比，2021年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)到5559億美元，同比增幅為26%。

從區(qū)域來看，2021年美國市場的銷售增幅最高，達(dá)到27.4%。中國仍是全球最大的半導(dǎo)體單一市場，銷售額同比增長27.1%至1925億美元。歐洲市場的增幅為27.3%，日本市場則為19.8%。

下圖是2021年12月銷售額：

這里面有兩個原因，一個是中國人口多、市場大，對半導(dǎo)體和芯片的需求大，另外一個，則是中國是全球電子產(chǎn)品的制造基地，需要大量的半導(dǎo)體和芯片。

2 芯片進(jìn)出口1.8萬億逆差

2018年、2019年和2020年，中國分別進(jìn)口芯片3248.4億美元、3130.7億美元和3555.4億美元，特別是2020年以來，進(jìn)口芯片的總額為全球進(jìn)口量的60%以上。

2021年中國芯片進(jìn)口增長16.9%，2020年增長22.1%。

2022 年中國進(jìn)口集成電路 5384 億件，比 2021 年下降 15.3%。按價值計算，中國集成電路進(jìn)口額為4156億美元，與2021年相比下降3.9%，表明中國正在為進(jìn)口支付更高的單價。

同期出口值略微增長 0.3% 至 1539 億美元，2022年芯片貿(mào)易逆差為 2617 億美元。

這中間的原因，是國內(nèi)制造的芯片滿足不了國內(nèi)市場需求。

而之所以國內(nèi)不能制造更多更好的芯片，主要是缺乏半導(dǎo)體設(shè)備（包括材料和零部件）。

即使如此，中國已經(jīng)是全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備市場。

3 中國是全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備市場。

2021年，國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備的市場規(guī)模296億美元，同比增長了58%。

2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模1026億美元，中國大陸市場就占了全球市場的28.8%，排名第一。

而韓國半導(dǎo)體設(shè)備市場為250億美元、中國臺灣半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模為249億美元，歐洲、美國，其市場規(guī)模分別為32.5億美元和76.1億美元。

但是，在半導(dǎo)體設(shè)備市場，中國同樣是巨額逆差。

4 半導(dǎo)體制造設(shè)備逆差2000億

2021年296億美元的半導(dǎo)體設(shè)備中，從國外進(jìn)口的比例高達(dá)72.6%，價值約1500億元。2021年國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備的國產(chǎn)率僅為27.4%，雖然相比于2020年的16.8%有較大進(jìn)度，但72.6%的進(jìn)口比例還是很驚人的。

根據(jù)國際貿(mào)易中心（ITC）提供的數(shù)據(jù)，中國大陸半導(dǎo)體制造設(shè)備2022年貿(mào)易逆差超過271億美元。同年，中國大陸進(jìn)口半導(dǎo)體設(shè)備價值311億美元，其中日本、美國、韓國、荷蘭、中國臺灣和新加坡占進(jìn)口總量的近90%。其中，日本是中國最大的設(shè)備進(jìn)口國，約占進(jìn)口總量的30%。

海關(guān)總署的數(shù)據(jù)顯示，2022年中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)口總額347.2億美元，同比下降15.3%；出口總額41.2億美元，同比上漲13.1%；貿(mào)易逆差306億美元，同比下降18.1%。

5 芯片危局

也就是說中國是最大的芯片市場，但國產(chǎn)芯片有限，芯片進(jìn)口遠(yuǎn)大于出口，芯片逆差1.8萬億。

雖然國內(nèi)也有比較大的芯片制造規(guī)模，但是制造芯片所需的半導(dǎo)體設(shè)備卻仍然大量需要進(jìn)口，國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備有所突破，但設(shè)備進(jìn)口遠(yuǎn)大于出口，半導(dǎo)體設(shè)備逆差2000億。

我們得出口多少衣服汽車，才能天平這20000億逆差？

2022年10月美國實施全面出口限制后，中國大陸當(dāng)年第四季度半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)口環(huán)比下降24.4%。這種下降在2023年第一季度進(jìn)一步加深，較上年同季度下降28.1%。

芯片和半導(dǎo)體設(shè)備巨額逆差就算了，關(guān)鍵是，稍微高端點的芯片和設(shè)備，花錢還買不到。

6 全球半導(dǎo)體設(shè)備市場

半導(dǎo)體主要由四個部分組成：集成電路、光電器件、分立器件和傳感器，其中集成電路在全球總銷售額中的占?高達(dá) 80%以上，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的核心領(lǐng)域。

集成電路產(chǎn)業(yè)鏈通常以芯片設(shè)計、制造和封裝測試為三大環(huán)節(jié)。

設(shè)備材料與制造和封裝測試聯(lián)系最為緊密，對應(yīng)分為前道設(shè)備和后道設(shè)備，晶圓材料和封裝材料。設(shè)備材料在高端領(lǐng)域處于美歐日壟斷狀態(tài)，“卡脖子”問題突出，是當(dāng)前及未來國產(chǎn)化重點突破的領(lǐng)域。

根據(jù)SIA的統(tǒng)計報告，2019年中國在晶圓制造設(shè)備領(lǐng)域的占比僅為2%。

根據(jù)SIA數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全球半導(dǎo)體設(shè)備大致可以分為11大類，50多種機(jī)型。前道設(shè)備主要有光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積機(jī)、離子注?機(jī)、CMP 設(shè)備、清洗機(jī)、前道檢測設(shè)備和氧化退火設(shè)備八大類，后道設(shè)備主要分為測試設(shè)備和封裝設(shè)備。前道設(shè)備用于晶圓制造過程，覆蓋從光片到晶圓的成百上千道工序。光刻機(jī)、薄膜沉積設(shè)備、刻蝕及清洗設(shè)備、前道檢測設(shè)備和后道檢測設(shè)備2019年全球銷售額市場份額占比分別約為19%、19%、25%、9%和9%。

2020年全球半導(dǎo)設(shè)備產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，前道設(shè)備在總銷售額中的占比約85%，后端測試設(shè)備占比約9%，后道封裝設(shè)備占比約6%。目前全球前道設(shè)備市場份額主要由美歐日企業(yè)壟斷，幾家頭部設(shè)備大廠美國AMAT占比約為17.0%，荷蘭ASML占比約為16.6%，日本TEL占比約12.5%，美國LAM占比約11.2%，美國KLA占比約6.3%，合計占比近64%。

全球半導(dǎo)體設(shè)備細(xì)分領(lǐng)域均呈現(xiàn)寡頭壟斷格局。根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2019年全球光刻機(jī)主要由ASML一家壟斷，占據(jù)83%的份額；涂膠顯影/去膠市場主要由TEL一家壟斷，占據(jù)91%的份額；熱處理市場由AMAT、TEL和Kokusai三家壟斷，份額占比分別為40%、20%和19%；刻蝕市場主要由LAM、TEL和AMAT三家壟斷，份額占比分別為45%、28%和18%；離子注入市場主要由AMA、Axcelis和SMIT三家壟斷，份額占比分別為60%、18%和17%；PVD市場主要由AMAT一家壟斷，占據(jù)85%的市場份額；CVD市場主要由AMAT、Lam Research和TEL三家壟斷，份額占比分別為30%、26%和17%；清洗市場主要由SCREEN、TEL和Lam Research三家壟斷，份額占比分別為51%、27%和12%；CMP市場由AMAT和Ebara兩家壟斷，份額占比分別為66%和28%；流程控制市場主要由KLA、AMAT和Hitachi三家壟斷，份額占比分別為54%、11%和9%。

工業(yè)母機(jī)（包括高端機(jī)床）和半導(dǎo)體設(shè)備，成為少數(shù)國內(nèi)無法自主的領(lǐng)域。

7 國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備

2019年5月15日，美國商務(wù)部將華為列入出口管制的實體清單，美國技術(shù)比例限制為25%，隨后2020年5月15日將25%的限制比例調(diào)整為凡是含有美國技術(shù)皆需美國行政許可，限制比例變?yōu)?%。2020年10月4日中芯國際發(fā)布公告，美國BIS已根據(jù)美國出口管制條例對于向中芯國際出口的部分美國設(shè)備、配件及原物料進(jìn)行限制，隨后2020年12月4日美國商務(wù)部將中芯國際及其部分子公司及參股公司列入“實體清單”，限制中芯國際在10nm及以下技術(shù)節(jié)點獲取相關(guān)設(shè)備，直接導(dǎo)致中芯國際未來將擴(kuò)產(chǎn)的重心放在了成熟制程上。

鑒于半導(dǎo)體制造的復(fù)雜性和關(guān)鍵設(shè)備的不可或缺性，制造商對芯片機(jī)器進(jìn)口的嚴(yán)重依賴增加了中國半導(dǎo)體行業(yè)中斷的風(fēng)險，俗稱卡脖子。

隨著華為和中芯國際被制裁，設(shè)備國產(chǎn)化成為迫切需求。

隨著半導(dǎo)體設(shè)備廠商逐漸登陸科創(chuàng)板或受到大基金扶持，如今不少本土企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)能夠用于28nm產(chǎn)線，部分產(chǎn)品如中微公司的CCP刻蝕機(jī)甚至已經(jīng)進(jìn)入了臺積電最先進(jìn)的5nm邏輯芯片產(chǎn)線?；仡?021年很多國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備實現(xiàn)了0-1的跨越，2022年將逐步進(jìn)入到1-N的放量過程

在中美貿(mào)易摩擦加劇之前，本土晶圓廠商為了盡快在半導(dǎo)體景氣周期內(nèi)完成產(chǎn)線建設(shè)，一般都傾向于采購國外的成熟的設(shè)備，減少認(rèn)證的周期和成本。而半導(dǎo)體設(shè)備的發(fā)展離不開晶圓廠協(xié)同開發(fā)的核心驅(qū)動作用，在過去很長一段時間國產(chǎn)設(shè)備發(fā)展緩慢，獲得驗證及導(dǎo)入的機(jī)會并不多。

隨著拜登政府延續(xù)并擴(kuò)大了中美貿(mào)易摩擦以來的半導(dǎo)體政策：對內(nèi)補(bǔ)貼芯片制造，對外拉攏臺積電和三星赴美建廠，同時繼續(xù)卡住對華關(guān)鍵企業(yè)的技術(shù)和設(shè)備出口，導(dǎo)致潛在的設(shè)備供應(yīng)壓力和“實體清單”風(fēng)險逐步加大，國內(nèi)晶圓廠產(chǎn)能不斷擴(kuò)張的同時，也在不斷地導(dǎo)入國產(chǎn)設(shè)備，扶持本土戰(zhàn)略供應(yīng)商。國產(chǎn)半導(dǎo)設(shè)備產(chǎn)商獲得了難得的發(fā)展機(jī)遇期，國產(chǎn)化率正在穩(wěn)步提升。

比如：

硅片制造設(shè)備：

晶盛機(jī)電拉晶爐、切割機(jī)已供貨中環(huán)股份，研磨機(jī)已供貨滬硅產(chǎn)業(yè)。

熱處理設(shè)備：

主要是臥式爐、立式爐和快速升溫爐，目前國內(nèi)的北方華創(chuàng)、屹唐半導(dǎo)體等已經(jīng)能夠生產(chǎn)28nm及以下制程的熱處理設(shè)備。

光刻設(shè)備：

光刻主要使用光刻機(jī)和涂膠顯影機(jī)。上海微電子目前量產(chǎn)90nm光刻機(jī)，28nm國產(chǎn)光刻機(jī)正在驗證中。涂膠顯影機(jī)方面，芯源微的前道Barc涂膠設(shè)備可以滿足28nm工藝。

張江高科持有上海微電子10%股份，蘇大維格據(jù)稱有中低端光刻設(shè)備供貨芯片廠。

刻蝕設(shè)備：

北方華創(chuàng)的硅刻蝕機(jī)在14nm工藝上取得重大進(jìn)展，中微公司第二代電介質(zhì)刻蝕設(shè)備已廣泛應(yīng)用于28到7nm后段制程以及10nm前段制程，其開發(fā)的7-5nm刻蝕設(shè)備成功進(jìn)入臺積電先進(jìn)制程工藝的供應(yīng)鏈。

刻蝕之后使用去膠設(shè)備屹唐半導(dǎo)體產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入了5nm生產(chǎn)線。

離子注入設(shè)備：

萬業(yè)企業(yè)子公司凱世通的12英寸低能大束流離子注入機(jī)和高能離子注入機(jī)獲得訂單，有望持續(xù)放量。中電科旗下北京中科信的12英寸離子注入機(jī)已進(jìn)入中芯國際生產(chǎn)線，工藝覆蓋至28nm。

薄膜沉積設(shè)備：

北方華創(chuàng)的PVD設(shè)備已經(jīng)用于28nm生產(chǎn)線中，14nm工藝設(shè)備也已實現(xiàn)重大進(jìn)展。沈陽拓荊的PECVD設(shè)備已在中芯國際40-28nm產(chǎn)線使用，ALD設(shè)備也在14nm工藝產(chǎn)線通過驗證。

清洗設(shè)備：

盛美上海、至純科技、北方華創(chuàng)、芯源微的相關(guān)清洗裝備均可實現(xiàn)一定的國產(chǎn)替代，并持續(xù)在28nm及以下先進(jìn)制程取得突破。

化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備：

華海清科在邏輯芯片制造、3DNAND制造、DRAM制造等領(lǐng)域的工藝技術(shù)水平已分別突破至14nm、128層、1X/1Ynm，均為當(dāng)前國內(nèi)大生產(chǎn)線的最高水平和全球集成電路產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)水平。

前道量測設(shè)備：

上海睿勵科學(xué)儀器自主研發(fā)的12英寸光學(xué)膜厚測量設(shè)備TFX3000系列產(chǎn)品，已應(yīng)用在65/55/40/28納米芯片生產(chǎn)線并在進(jìn)行了14納米工藝驗證。

精測電子向中芯國際出機(jī)兩款產(chǎn)品：獨立式光學(xué)關(guān)鍵尺寸量測設(shè)備（OCD）及電子束缺陷復(fù)查設(shè)備（Review-SEM）。

中科飛測的幾款前道檢測設(shè)備實現(xiàn)國產(chǎn)設(shè)備零的突破，進(jìn)入中芯國際、長江存儲等國內(nèi)大廠。

后道檢測設(shè)備：

華峰測控在模擬及混合信號類集成電路自動化測試系統(tǒng)具有較強(qiáng)的市場競爭力，國產(chǎn)化率較高，目前逐步進(jìn)入到中高端SoC類集成電路測試領(lǐng)域。

長川科技是國內(nèi)領(lǐng)先的測試機(jī)和分選機(jī)供應(yīng)商，產(chǎn)品包括測試機(jī)、分選機(jī)、探針臺和AOI，測試機(jī)主要用于模擬芯片檢測，目前積極布局中高端SoC類測試機(jī)。

8 國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備，長周期優(yōu)質(zhì)賽道

國內(nèi)半導(dǎo)設(shè)備（包括零部件、材料）行業(yè)成長的核心邏輯是國產(chǎn)化率的提高，即使半導(dǎo)體行業(yè)增速下滑，也不改國產(chǎn)化大趨勢，是未來比較確定的長周期優(yōu)質(zhì)賽道。

半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)景氣度與國產(chǎn)替代進(jìn)度、晶圓廠擴(kuò)張以及技術(shù)迭代相關(guān)。

晶圓廠擴(kuò)張決定著景氣周期內(nèi)對半導(dǎo)體設(shè)備的需求，技術(shù)創(chuàng)新帶來的技術(shù)迭代則不斷驅(qū)動著半導(dǎo)體設(shè)備的需求長周期持續(xù)向上，但國產(chǎn)替代才是本輪半導(dǎo)體設(shè)備景氣度高企的核心驅(qū)動力。

即使經(jīng)濟(jì)波動，或者消費電子、半導(dǎo)體消費波動，國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備甚至能一定程度上抵御這些波動，因為它的核心邏輯不是行業(yè)增量，而是國產(chǎn)替代。

半導(dǎo)體設(shè)備，星辰大海。既是安全所需，也是發(fā)展的基石。

半導(dǎo)體設(shè)備，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的魂。

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