集成電路產(chǎn)業(yè)是“中國制造2025”中關鍵的產(chǎn)業(yè)，自2014年《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》發(fā)布和“大基金”成立以來，國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，全國各地掀起了晶圓廠建設潮。
集成電路的制造離不開晶圓廠，而晶圓廠的投產(chǎn)離不開半導體設備和材料。中美貿(mào)易摩擦和中興事件的發(fā)生，對我們國家的產(chǎn)業(yè)安全敲響了警鐘，因此，有必要對美國的半導體設備的優(yōu)勢和可替代性進行探討。
設備市場三強爭霸，美國強在PVD等
縱觀全球半導體設備市場，美日荷爭霸，高度壟斷，強者恒強。
半導體設備是一個擁有極高技術壁壘的行業(yè)，目前主要被美國、日本和荷蘭的巨頭壟斷，他們起步較早，伴隨著整個半導體產(chǎn)業(yè)一起成長，相應產(chǎn)品也已經(jīng)成為事實上的行業(yè)標準，其他設備公司無論資金、技術、研發(fā)能力、市場地位等各個方面，都與排名靠前的國際巨頭差距較大，因此，整個行業(yè)呈現(xiàn)高度壟斷、強者恒強的局面。
晶圓處理設備占整個半導體設備市場超過80%的份額，2016年晶圓處理設備前10強排名中，美國占據(jù)了3家，日本占據(jù)了5家，荷蘭占據(jù)了2家。前10名的市場份額合計達到了78.6%。
排名前10的公司中， 美國公司雖然數(shù)量上比日本公司少，但全部進入了前5名，總營收比日本公司高較多。全球半導體設備市場，美國、日本和荷蘭三強爭霸，其中，美國最強，日本其次，而荷蘭的光刻和后道封裝設備最強。
半導體產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈較長，涉及的設備較多，相互之間的技術差異較大，沒有公司能夠生產(chǎn)所有的半導體設備，均是有所側重。
美國半導體設備公司的主要優(yōu)勢在于物理氣相沉積設備PVD、檢測設備、離子注入機和化學機械拋光設備CMP等半導體制造中的核心設備。
化學氣相沉積CVD、刻蝕設備等也具有較強的優(yōu)勢， 而光刻機、氧化、退火、去膠等其他設備，日本和荷蘭公司有較大優(yōu)勢，或并不弱于美國公司。在刻蝕、氧化爐管、清洗等少部分設備領域，中國公司也有所突破，但與國外公司相比，仍然差距較大。
通過權威統(tǒng)計機構的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結合一系列的產(chǎn)業(yè)調研，我們對美國半導體設備的可替代性進行了梳理。
1、氧化擴散設備：日本產(chǎn)品占絕大部分份額
氧化、爐管設備技術難度稍低，日本日立、東京電子和荷蘭 ASM 較強，占據(jù)了絕大部分的市場份額，因此無需擔憂缺少美國設備。
國產(chǎn)設備中，北方華創(chuàng)的氧化爐在 8 寸設備中可實現(xiàn)國產(chǎn)替代， 65/45nm 等工藝可實現(xiàn)部分國產(chǎn)替代，工藝達到了 28nm。美國應用材料公司擁有 50%的市占率，但日本東京電子、日本迪恩士等也擁有較強的實力。
熱處理退火設備 RTP 美國應用材料最強
此外， 亦莊國投 2015 年收購自美國的半導體設備公司 Mattson 最新研發(fā)的 12 寸退火設備可對晶圓兩面的溫度分別進行控制，在國際上也具有技術領先性，目前正在推廣，有望實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
2、化學表面沉積設備 CVD：美國日本均較強
美國應用材料、日本東京電子和美國 Lam 在 CVD 設備方面的實力均較強。 CVD 設備的種類較多，包括 LPCVD、 PECVD 等多種 CVD 設備， 日本東京電子的 CVD、 ALD設備，均能夠實現(xiàn)對美國的 CVD 設備的替代。
國產(chǎn)CVD設備中北方華創(chuàng)和沈陽拓荊做得最好，北方華創(chuàng)長于LPCVD 和ALD，而沈陽拓荊長于 PECVD。在 65/45nm/等節(jié)點上能實現(xiàn)部分國產(chǎn)替代，達到量產(chǎn)的工藝為28nm，14nm也正在驗證。此外，用于LED領域的MOCVD，中微半導體在國內(nèi)藍光LED領域，已經(jīng)做到了市場份額第一，完全實現(xiàn)了進口替代。
3、物理氣相沉積設備 PVD：美國占據(jù)壟斷
美國應用材料公司的 PVD 設備最強，占據(jù) 84.9%的市場份額，處于壟斷地位，國外產(chǎn)品的可替代性相對較弱。
國產(chǎn) PVD 設備中北方華創(chuàng)進展最快，在 65/45nm 等節(jié)點上能實現(xiàn)部分國產(chǎn)替代， 28nmPVD 設備成為了中芯國際的 baseline 產(chǎn)品， 14nm 設備正在驗證。 此外，北方華創(chuàng)的PVD 產(chǎn)品進入了長江存儲產(chǎn)線。
4、涂膠顯影設備：美國較弱，東京電子壟斷
涂膠顯影設備中，日本的東京電子占有約 87%的市場份額， 實力最強， 處于壟斷狀態(tài)，無需擔心缺少美國設備。
國產(chǎn)涂膠顯示設備中， 沈陽芯源做得最好，產(chǎn)品涵蓋 2 寸、 4 寸、 6 寸、 8 寸和 12 寸晶圓的勻膠和顯影， 12 寸晶圓的產(chǎn)品能夠滿足 90nm 工藝的勻膠顯影工藝， 65nm 產(chǎn)品正在研發(fā)，與國外設備相比還具有較大差距。
5、去膠設備：美國較弱，國產(chǎn) Mattson 較強
去膠是在刻蝕過后，把晶圓表面剩余的光刻機去除， 工藝分為干法去膠和濕法去膠。濕法去膠是使用化學試劑與光刻機發(fā)生反應從而達到去膠目的，而干法去膠類似于刻蝕，使用等離子體將光刻機剝除。
Mattson 主攻干法去膠，具有國際領先的設備、技術和市場份額，產(chǎn)品分布在國內(nèi)國外眾多晶圓廠，可以完全實現(xiàn)進口替代。
6、光刻機：以荷蘭和日本產(chǎn)品為主流
光刻機中， 荷蘭的 ASML 無疑是最強的，美國沒有具有競爭力的產(chǎn)品，美國的幾大設備公司也均不做光刻機。 在目前最先進的晶圓制造工藝中如 7/10/14nm 等領域，只有ASML 能做， 而在22/45/65/90/130/180nm 等領域，除 ASML 外，尼康和佳能的設備應用也較多。 目前佳能已放棄新一代光刻機研發(fā)， 幾乎已經(jīng)退出光刻機市場。 尼康在 22nm以上的非最先進的工藝中，具有較高的性價比。
國產(chǎn)光刻機中最為領先的是上海微電子裝備， 最新的產(chǎn)品達到了 90nm 工藝，但距離進入量產(chǎn)線還有一定距離。 在后道的封裝階段，也需要做光刻和刻蝕，但線寬要求為微米級別， 上海微電子裝備的光刻機，在后道封裝階段應用較廣，實現(xiàn)了國產(chǎn)替代。
7、檢測設備：美國最強，較難替代
半導體的檢測存在于半導體制造的各個工藝流程中，是工藝控制必不可缺的流程。半導體的檢測包括膜厚檢測、線寬檢測、電阻檢測、光罩檢測等細分領域，每一個領域都有其對應的檢測設備。
美國 KLA-Tencor 公司在整個半導體檢測領域擁有超過一半的市占率，在所有的細分檢測領域都擁有較高市占率，在部分細分檢測領域處于壟斷地位。 所以，其他國家的檢測設備對美國 KLA-Tencor 的產(chǎn)品能夠實現(xiàn)部分替代，但完全替代能力較弱。
國產(chǎn)設備中，睿勵科學儀器最強， 技術領軍人物為海歸“千人計劃”專家， 擁有 12 寸晶圓全自動光學膜厚檢測系統(tǒng)和關鍵尺寸、形貌檢測系統(tǒng)等產(chǎn)品，并進入了西安三星的量產(chǎn)線， 但半導體檢測的細分領域較多，要在所有領域實現(xiàn)國產(chǎn)替代仍有很長路要走。
8、刻蝕設備：美國最強，日本干法刻蝕較強
刻蝕設備按刻蝕對象分可分為硅刻蝕、介質刻蝕、金屬刻蝕等， 并且，每一種刻蝕中還可以按刻蝕材料不同而細分，如氧化物刻蝕、氮化物刻蝕、多晶硅刻蝕等。
按工作原理不同，刻蝕設備又可分為濕法刻蝕和干法刻蝕，濕法刻蝕使用化學藥液進行刻蝕，干法刻蝕使用等離子氣體進行刻蝕。在目前的先進工藝如 7/10/14nm 工藝中，干法刻蝕占據(jù)了主導。
干法刻蝕又可分為電感耦合等離子刻蝕（ICP）和電容耦合（CCP）刻蝕設備，CCP 主要做介質刻蝕，ICP 既可做介質刻蝕又可做硅刻蝕。
刻蝕設備中最強的無疑是美國，Lam 的市場占有率在 50%以上，第二是日本東京電子，第三是應用材料，其次還有日本日立。東京電子的刻蝕技術實力也較強，在干法刻蝕領域能夠對 Lam 在一定程度上實現(xiàn)替代。
國產(chǎn)刻蝕設備中，中微半導體走在最前面。 中微半導體的介質刻蝕刻蝕最強， 達到了7nm 工藝； 14nm 以下的硅刻蝕也已經(jīng)有了相關產(chǎn)品；而金屬刻蝕和用于后道封裝中的硅通孔設備則已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
臺積電 7nm 產(chǎn)線刻蝕設備選擇了 5 家供應商，包括 Lam、應用材料、東京電子、日立和中微， 中微是其中唯一一家國產(chǎn)設備公司。能夠通過臺積電的嚴格的驗證，進入其產(chǎn)線，本身即代表了一種突破。
但同時也要客觀地看到， 臺積電 7nm 工藝里，有幾十道刻蝕工序，最前面幾道工序是對刻蝕指標要求最高的， 采用的仍然是國外的刻蝕設備，所以距離國際最頂尖的刻蝕設備，國產(chǎn)替代仍還需要追趕。
9、設備：日本領先，國產(chǎn)有一定競爭力
在半導體制造的每一道工序之后，都會在晶圓表面殘留微小顆粒， 因此，幾乎每一道工序之后，都需要采用清洗設備對晶圓表面進行清洗。隨著工藝的越來越先進，清洗的步驟數(shù)和量越來越大，對清洗設備的需求也越來越大。
清洗設備分為單片式清洗和槽式清洗。槽式清洗為多片晶圓同時進入清洗槽進行清洗，清洗的效率較高。單片式清洗為每一片晶圓單獨進入清洗腔中進行清洗。隨著工藝越來越先進，工序數(shù)越來越多，所以清洗的步驟和次數(shù)也越來越大，清洗液的種類也越來越多。
槽式清洗設備的清洗槽較大，每一個清洗槽中只能放入一種清洗液，如果先進工藝中采用槽式清洗，則會使用很多槽， 占用很大的面積。單片式清洗設備的清洗腔較小，一臺設備中有較多的腔體，可以根據(jù)需要靈活地配置清洗液，因此，在先進工藝中，單片式清洗逐漸成為了主流。
清洗設備中，日本公司占據(jù)了主導，市場占有率最高的是日本迪恩士，其次是日本東京電子和美國 Lam。因此，美國的清洗設備可以完全被替代。
國產(chǎn)設備中， 盛美半導體技術實力較強，主攻單片式清洗設備， 并獨創(chuàng)了兆聲波清洗技術，技術實力達到了 14nm， 已經(jīng)開始了和迪恩士、東京電子、 Lam 等的正面競爭， 設備批量進入了國內(nèi)多家晶圓廠產(chǎn)線，如華力微電子、無錫海力士等，并出口到韓國海力士， 在較大一部分的清洗工序中可以實現(xiàn)國產(chǎn)替代。北方華創(chuàng)成功收購美國 Akrion， 在槽式清洗領域可以實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
10、離子注入設備：美國壟斷，替代難度較大
離子注入設備分為大束流、中束流和高能量離子注入機，一條 NAND Flash 產(chǎn)線上，約有 37 臺離子注入機，其中 10 臺高能量， 20 臺大束流， 7 臺中束流；一條 DRAM 產(chǎn)線上，約需要 55 臺離子注入機，其中 3 臺高能量， 40 臺大束流， 12 臺中束流；一條 Logic產(chǎn)線上，約需要 30-40 臺離子注入機，其中約 25-30 臺大束流， 5-10 臺中束流。
離子注入設備幾乎被美國壟斷，美國的應用材料公司擁有 73%的市場占有率，美國亞舍立科技擁有約 17%的市場份額。日本的住友重機械也有離子注入產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝節(jié)點為20-22nm。
國產(chǎn)設備中，北京中科信和中電四十八所均有離子注入機產(chǎn)品。中電四十八所的離子注入機可用于 4 寸或 6 寸晶圓分立器件或功率器件的制造。北京中科信高能量、 大束流和中束流離子注入機中均布局較為完整， 擁有 12 寸晶圓產(chǎn)品， 45-22nm 低能大束流離子注入機研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目通過了驗收， 但距離國外的產(chǎn)品仍有較大差距。
11、化學機械拋光設備 CMP：美國最強，日本其次
CMP 設備依然是美國應用材料一家獨大，擁有全球 66%的市場份額。日本東京 Ebara擁有 12 寸晶圓 10-20nm 級 CMP 設備，能在一定程度上實現(xiàn)對美國的替代。
國產(chǎn)設備中，華海清科正在攻堅 12 寸晶圓 28-14nm 工藝 CMP 設備，在 8 寸與 6 寸晶圓中，也有相應產(chǎn)品。中電科 45 所在 2015 年研制出 8 寸晶圓 CMP 并進入中芯國際天津廠驗證，填補了國產(chǎn)設備產(chǎn)線驗證的空白。
盛美半導體的 CMP 設備主要用于后段封裝的 65-45nm 銅互聯(lián)工藝。 杭州眾硅是新成立的一家公司，由中電科 45 所中的 CMP技術專家創(chuàng)業(yè)建立?？偟膩砜矗c應用材料等國際先進水平仍然有較大差距。
12、測試機：美國可被完全替代
測試設備包括測試機、探針臺和分選機。測試機主要包括美國泰瑞達、日本愛德萬和美國 Xcerra，其中美國泰瑞達占約一半市場份額，泰瑞達與愛德萬合占約 90%市場份額。泰瑞達與愛德萬的測試機互有優(yōu)劣勢，泰瑞達強在 SOC 測試和 RF 測試，而愛德萬在數(shù)字信號測試和 Memory 測試方面占據(jù)優(yōu)勢。 總的來看，愛德萬可以完全替代泰瑞達。
國產(chǎn)設備中，測試機方面，北京華峰和長川科技在低端分立器件測試機方面憑成本優(yōu)勢實現(xiàn)了國產(chǎn)替代，在中端的模擬器件、混合信號測試方面，有一定的競爭力。高端 SOC測試機、 Memory 測試機和 RF 測試機等，國內(nèi)目前還缺少相關產(chǎn)品。
13、探針臺：日本產(chǎn)品占據(jù)絕大部分市場
探針臺分全自動、半自動和手動探針臺， 日本東京精密和東京電子合占約 90%左右市場份額，美國幾乎沒有相關產(chǎn)品。
國產(chǎn)品牌中，深圳矽電有 12 寸晶圓全自動探針臺產(chǎn)品，中電 45 所有 8 英寸探針臺產(chǎn)品，但在實際量產(chǎn)中，仍是以日本的產(chǎn)品為主，國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品之間在穩(wěn)定性、精度方面仍有差距。
14、分選機：美國領先，但可被替代
分選機份額最大的是美國 Cohu，占約 40%市場份額，美國 Cohu 的分選機包括平移式、中立下滑是、線式和轉塔式，布局全面，而且高低溫的控制技術全球領先，對于汽車芯片等對溫度控制要求很高的測試， Cohu 的分選機有較大優(yōu)勢。
日本的 Epson 在平移式分選機中有一定份額。日本愛德萬利用在 Memory 測試機方面的優(yōu)勢，將 Memory 測試的分選機搭配銷售，因此在 Memory 分選機中占據(jù)領先。
臺灣鴻勁和長川科技的分選機，憑借成本優(yōu)勢，已經(jīng)成為國內(nèi)主流。在平移式分選機方面，臺灣鴻勁占據(jù)約一半以上份額，長川科技正在追趕。重力下滑式分選機，長川科技的產(chǎn)品也有較大份額。在分選機方面，目前國外產(chǎn)品基本只做可以控制高低溫的高端產(chǎn)品，中低端產(chǎn)品無法在價格上與國產(chǎn)品牌競爭。
美國設備很強，但沒有我們也不會停擺
通過以上分析， 對于美國半導體設備的可替代性， 可分為三類：較難替代、可部分替代、可完全替代。
替代的難易程度，其實也正是由美國公司的技術和相應產(chǎn)品在全球市場上的地位決定的。PVD、檢測、離子注入和 CMP 設備，美國公司技術領先，產(chǎn)品占據(jù)近乎壟斷的領先地位，其他國家的產(chǎn)品較難在短期內(nèi)替代美國產(chǎn)品，因此應重點發(fā)展。
而熱處理設備、CVD、刻蝕、分選機，其他國家的產(chǎn)品可實現(xiàn)一定程度上的替代，美國公司技術領先，但領先優(yōu)勢不明顯， 市場存在競爭，如刻蝕設備 Lam 與東京電子存在競爭， CVD 設備應用材料與東京電子存在競爭。
而氧化擴散設備、涂膠顯影、去膠、光刻機、清洗、測試機、探針臺等設備，其他國家的產(chǎn)品不輸于甚至優(yōu)于美國公司的產(chǎn)品， 或者美國幾乎沒有相關產(chǎn)品，可實現(xiàn)對美國產(chǎn)品的完全替代。
晶圓處理設備占整個半導體設備約 80%份額
美國半導體設備最大的優(yōu)勢為晶圓處理中的 PVD、檢測、 離子注入設備和 CMP 設備，刻蝕設備和 CVD 設備也處于較領先地位。半導體設備中，晶圓處理設備占超過 80%的份額， 晶圓處理設備中，刻蝕、 CVD、 CMP、檢測設備也占據(jù)了較大份額。
國產(chǎn)設備中， Mattson 的去膠設備、盛美的清洗設備、中微的介質刻蝕機、中微的硅通孔設備、長川的分選機、華峰和長川的中低端測試機、上海微電子裝備的后道封裝光刻機等，都已經(jīng)在市場上直接和國外設備開展競爭，具有一定的競爭力，在國產(chǎn)替代中，有望領先。
可以肯定，如果缺少美國半導體設備， 中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展放緩但不會停止。
在中美貿(mào)易摩擦的背景下，有中興事件的前車之鑒，有必要思考缺少美國半導體設備的影響。通過以上的分析，如果缺少美國的半導體設備，會立即影響到中國的晶圓廠建設進度，尤其是 14/28nm 等先進工藝的晶圓廠，在 PVD、檢測、離子注入和 CMP 設備上， 短時間之內(nèi)會存在幾乎無設備可買的情況。
而刻蝕、 CVD 設備等，如果晶圓廠建設之初采用了美國的設備方案，則需要重新選擇替代國設備或國產(chǎn)設備并進行充分的驗證。
但這只會讓中國的半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展放緩， 而不會停止。美國領先的半導體設備產(chǎn)品， 其他國家的設備或者國產(chǎn)設備的可替代能力弱一些，但并不是不能替代，而是需要花較長的時間來重新設計方案和進行充分的設備驗證、試錯。
這個過程會拖慢中國晶圓廠建設的進度，少則一年、 多則兩三年。對半導體產(chǎn)業(yè)，時間很寶貴，慢兩三年即意味著慢了一代工藝，對中國的半導體產(chǎn)業(yè)影響較大，尤其是目前全力追趕工藝的關鍵時期。
目前，中國的半導體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)落后國際先進水平兩代以上，國際上 7nm 即將量產(chǎn)， 而國內(nèi)還正在研發(fā) 14nm， 28nm 的良率依然無法很好控制。
所以，對國際先進工藝的追趕是一個長期艱苦奮斗的過程，我們對此早已做好了充分的心理準備，慢兩三年對我們可能會造成一定影響，但并不會阻止我們發(fā)展半導體產(chǎn)業(yè)的決心。
所以，這只會減緩中國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 而不會使其停止。國內(nèi)部分在建晶圓產(chǎn)線中， 8 寸晶圓和 12 寸晶圓的 28nm 以上工藝產(chǎn)線會受到的影響較小， 28nm 及以下工藝會受到的影響較大
在中美貿(mào)易摩擦和中興事件的影響下，國產(chǎn)半導體設備公司將得到更多的資金、技術和投入，并將得到更多的試錯機會，將會加速發(fā)展。 此外，目前國產(chǎn)半導體設備，仍然有約 60-70%的零部件依賴于進口，在未來，隨著國產(chǎn)半導體設備的發(fā)展，零部件的國產(chǎn)化率也將逐步提高，實現(xiàn)真正的半導體設備國產(chǎn)化。
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