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美国科技封锁带来的双重效应:半导体设备国产化速度加快
2023-11-20 来源:贤集网
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关键词: 半导体 芯片 光刻设备

近年来,在中美科技战加剧的背景下,国内加大了对整个半导体产业链的支持力度,国产化呼声与关键工艺节点的突破加速,在伴随着国内半导体市场规模的稳步提升和全球半导体产业重心向我国转移的潮流中,国内半导体产业迎来了巨大的市场机遇,当然半导体的设备产业也不外如是。


半导体设备,是整个半导体产业的重要支撑

半导体设备处于产业链上游的核心部分,对先进制程的推进具有重大作用,是各大芯片代工与封测公司的建厂扩能的主要投资与瓶颈之一。



根据涉及的各个核心工艺环节,半导体设备包含有光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备、量检测设备、清洗设备、化学研磨CMP设备、离子注入设备等,其中最核心工艺环节的光刻机和刻蚀机就占了将近一半的市场份额。简而言之,具有“种类多、技术广、产品精”的特点。

根据SEMI的统计,2021年全球半导体设备销售额为1026亿美元,同比增长44.1%。其中,中国大陆市场的销售为296亿美元,是全球第一大的市场。然而,半导体设备的国产化率确不理想。


寡头垄断格局,美日技术领先

当下,半导体设备行业处于由美国、日本的企业主导的局面,根据VLSI Research的数据,2020年全球前十大的半导体设备厂商均为境外企业,市场占有率高达76.6%,其中美国、日本各拥有4家企业上榜。行业前五的企业依次为应用材料(美国)、阿斯麦(荷兰)、拉姆研究(美国)、东京电子(日本)、科磊半导体(美国)。


半导体设备国产化进展

据韩国媒体Ddaily报道指出,中国半导体产业发展已经取得重大进步,目前超过40%制造设备都由中国本土企业生产。目前在半导体设备国产化领域,我国已经取得了一些突破。在成熟制程领域国产化程度比较高,先进制程方面相对比较低。根据中国电子专用设备工业协会的统计数据显示。在28nm及以上领域,国产半导体设备厂商已经实现了全覆盖,国产化率达到了80%以上。14nm工艺上,国产的半导体设备厂商也已经实现了50%以上的覆盖,国产化率可能达到了20%以上。在14nm以下的领域,国产化率还比较低,可能只有10%左右。

随着美国对我国半导体技术的封锁,国产半导设备制造厂商获得了巨大的发展机遇。因为半导体产线要认证新的设备和原材料需要投入大量时间和成本,所以一旦验证通过的设备和原材料,晶圆厂方面是轻易不会更改的。原来这些设备和原材料绝大多数都被国外厂商占据,国产半导体设备和原材料很难有机会打入半导体生产线。因此国产半导体设备制造商往往因为缺乏在产线的测试认证的机会而发展缓慢。

但是美国的技术封锁一开始,国内半导体设备制造商的机会就来了。国内的半导体产线都积极引入国产半导体设备和材料,在生产线上测试认证,能用国产的就用国产的,以免受美弟技术封锁的影响。国产半导体设备制造商获得空前的发展机遇。目前国产半导体设备在清洗、CMP、刻蚀、测试机、分选机上面,已突破双位数,并在光刻机、沉积、离子注入、探针台等领域也取得了一定的突破。

刻蚀设备方面,北方华创和中微公司虽然在全球市场占比不高,但近些年进步速度较快,中微公司的介质刻蚀机已进入台积电5nm产线,北方华创擅长ICP刻蚀,相关设备已经进入中芯国际产线验证阶段。

8月初,中微公司董事长兼总经理尹志尧博士表示,到今年年底,大约80%的进口刻蚀设备有望被国内产品替代。到2024年底中微公司的零部件将全部完成国产化替代。尹志尧预计,在未来几个季度,中国本土CCP刻蚀设备市场自给率将达到60%,比截至2022年10月的25%市场份额大幅增加,该公司还在关注ICP刻蚀设备市场,并计划以几乎同样快的速度占有中国本土75%的市场份额。

薄膜沉积设备方面,拓荆科技是中国本土龙头企业,北方华创和中微公司也有相关产品,但市占率都很低。涂胶显影设备,东京电子占该市场近90%的份额,是绝对的行业龙头,中国本土企业只有芯源微,市场影响力很小。离子注入设备原本也是中国本土企业的短板,但近一两年北方华创和万业企业等企业也取得不小的进展。

光刻机是中国最弱一环,但国产厂商也已经取得了突破。这方面,ASML是产业龙头,特别是前道工序用到的EUV产品,是全球唯一的一家供货商。日本的尼康和佳能分别占据全球13%和6%的市场份额,这两家主要生产DUV光刻机,没有EUV光刻机产品。而且尼康、佳能的产品分别仅停留在了28nm和90nm的节点上,目前尚没有更先进制程产品。

据业内专业人士爆料,我国国产浸没式DUV光刻可能在年底验收。而国产EUV光刻机随着长春光机所EUV光源研制成功,年初已经有样机,目前正在产线测试,有可能在年底前完成验收。明年可能投入产线进行大规模生产。国产EUV光刻机的发展速度远远超出绝大多数人的想象。



检测量测:贯穿制造全流程,国产替代正当时

量测检测设备:集成电路良率控制关键,贯穿全流程

检测和量测环节是集成电路制造工艺中不可缺少的组成部分,贯穿于集成电路全过程。

检测指在晶圆表面上或电路结构中,检测其是否出现异质情况,如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷。量测指对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出的量化描述,如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数的量测。

从技术路线原理上看,检测和量测主要包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术,其中光学检测技术空间占比较大。


缺陷检测:有图形缺陷检测难度大,且价值量占比高

按照照明方法,可以分为明场和暗场检测,两种检测各有优缺点,两者通常结合使用; 缺陷检测具体可以分为,有图形和无图形检测两大类。


量测环节:监控制造流程,提高工艺稳定性

在量测环节,光学检测技术基于光的波动性和相干性实现测量远小于波长的光学尺度,集成电路制造和先进封装环节中的量测主要包括三维形貌量测、 薄膜膜厚量测、套刻精度量测、关键尺寸量测等;


零部件供应链:光源等核心部件仍依赖海外进口

以中科飞测上游零部件采购为例,如机械手等运动与控制系统类零部件主要向日本等境外供应商采购,光源等光学类零部件主要向德国等境外供应商采购,相关零部件国产化率相对偏低。进一步提升检测制程,或将需要设备厂商向上游核心零部件延伸。


市场格局:美国科磊全球市占率超50%,我国国产化率极低

2021年全球半导体量测检测设备市场规模104亿美元。2020年全球市场科磊、应用材料、日立稳居前三,合计市场份额超70%。根据2020年数据,全球半导体检测与量测设备市场呈现相对集中的格局,份额前五被美国和日本厂商包揽,科磊半导体、 应用材料、日立位居前三,科磊以营收38.9亿美元绝对优势占据50.8%的全球市场份额。

国内量测设备国产化率较低,进口依赖度较高,科磊占据过半市场份额。VLSI Research 数据显示,2020年国内检测与量测设备市场仍由海外几家龙头厂商占据主导地位,其中科磊半导体在中国市场的占比仍然最高,2020年达 54.8%。