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IC制造業(yè)最核心的競爭力還是IC裝備制造

作者: 編輯: 來源: 發(fā)布日期: 2018.09.27
信息摘要:
IC制造業(yè)最核心的競爭力還是IC裝備制造

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

半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備和材料,是半導(dǎo)體產(chǎn)品的最上游。據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)顯示,2017年全球半導(dǎo)體設(shè)備商出貨金額達(dá)到560億美元,比起上一年大幅增長接近40%,創(chuàng)下歷史新高。相比2016年全球半導(dǎo)體市場3389億美元的銷售額來說,規(guī)模其實并不大。

但在中國國家科技重大專項02專項技術(shù)總師、中科院微電子所所長葉甜春看來,與其他產(chǎn)業(yè)不同,半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備和材料并不是IC的配套產(chǎn)業(yè),相反,而是IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決定性因素。從上世紀(jì)80年代末期開始,半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)開始把工藝能力整合在設(shè)備中,讓用戶買到設(shè)備就能保證使用,并且達(dá)到工藝要求,因此有一代器件,一代設(shè)備之說。這個領(lǐng)域的特點是技術(shù)和資金門檻極高,要經(jīng)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(fā)展速度的作用。

集成電路(以下簡稱IC)產(chǎn)業(yè)制高點的競爭,歸根結(jié)底,還是裝備制造業(yè)的競爭。

“IC裝備制造是我國芯片產(chǎn)業(yè)鏈中最薄弱的環(huán)節(jié),經(jīng)過20余年的追趕,中國芯片制造領(lǐng)域與世界還有兩代差距。葉甜春斬釘截鐵地說,“IC制造業(yè)最核心的競爭力還是IC裝備制造。中國IC產(chǎn)業(yè)要想掌握發(fā)展主導(dǎo)權(quán),IC裝備是必須要解決的問題。

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(jī)、電腦里不斷運算的芯片,魔術(shù)般變化的背后,是復(fù)雜且耗時的IC制造過程:上千道工藝,近兩個月的打磨。

據(jù)上海集成電路行業(yè)協(xié)會原副秘書長、高級顧問王龍興介紹,集成電路設(shè)備通常可分為前道工藝設(shè)備(晶圓制造)、后道工藝設(shè)備(封裝與檢測)等。因生產(chǎn)工藝復(fù)雜,工序繁多,所以生產(chǎn)過程所需要的設(shè)備種類多樣。其中,在晶圓制造中,共有七大生產(chǎn)區(qū)域,分別是擴(kuò)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(yīng)的七大類生產(chǎn)設(shè)備分別為擴(kuò)散爐、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)、薄膜沉積設(shè)備、化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)和清洗機(jī),其中金屬化是把集成電路里的各個元件用金屬導(dǎo)體連接起來,用到的設(shè)備也是薄膜生長設(shè)備。

雖然只有7個區(qū)域,但很多工藝需要反復(fù)進(jìn)行,比如幾乎每個區(qū)域都會用到清洗機(jī),因為生產(chǎn)工藝越來越復(fù)雜,幾乎每一兩步就要對硅片清洗一次。

設(shè)備的技術(shù)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(shè)備,封裝和測試設(shè)備分別占7%9%。在晶圓制造中,由于光刻、刻蝕、沉積等流程在芯片生產(chǎn)過程中不斷循環(huán)往復(fù),是芯片前端加工過程的三大核心技術(shù),其設(shè)備價值也最高,其中鍍膜設(shè)備、刻蝕設(shè)備、光刻機(jī)大約分別占半導(dǎo)體晶圓廠設(shè)備總投資的15%、15%、20-25%。

美國、日本、荷蘭是世界半導(dǎo)體裝備制造的三大強(qiáng)國,分別占據(jù)了全球市場份額的37%20.6%13.55%,留給其他國家的蛋糕不到30%2016全球前十大半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商中,只有美日荷三個國家的企業(yè)入圍。美國應(yīng)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(jù)半導(dǎo)體裝備市場份額的66%

從各個裝備領(lǐng)域來看,這些企業(yè)也占據(jù)著絕對的主導(dǎo)地位。荷蘭的阿斯麥爾(ASML)占據(jù)了超過70%的高端光刻機(jī)市場,營收50.91億美元;在離子注入機(jī)上,美國應(yīng)用材料公司占據(jù)了70%市場份額,營收77.37億美元;在涂膠顯影機(jī)方面,東京電子占據(jù)90%的市場份額,營收46.81億美元。

相比之下,國內(nèi)IC裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模要小得多。2016年中國半導(dǎo)體設(shè)備前十強(qiáng)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(yuǎn)低于美國應(yīng)用材料一家企業(yè)的銷售收入,而且主營業(yè)務(wù)其實還是光伏部分。國內(nèi)體量最大的中電科電子裝備和中微半導(dǎo)體,2017年銷售收入均僅為11億元,遠(yuǎn)小于國際知名廠商。

和市場份額不相匹配的,是國內(nèi)日益火熱的IC市場。從2014年開始,全球IC制造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始向中國大陸轉(zhuǎn)移。中國大陸作為未來全球新增產(chǎn)線的重點區(qū)域,將迎來千億量級的設(shè)備采購。未來一至三年,中國大陸將至少有712英寸產(chǎn)線采購設(shè)備,采購金額將達(dá)到2000多億元。預(yù)計2018年我國大陸地區(qū)設(shè)備投資額將達(dá)到86億美元,超過中國臺灣地區(qū),成為第二大半導(dǎo)體裝備市場。

盡管中國大陸半導(dǎo)體投資大增,但中國大陸設(shè)備廠商的供應(yīng)能力卻嚴(yán)重不足,特別是缺乏成套設(shè)備的供應(yīng),在這個領(lǐng)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(chǎn)品,中國大陸的集成電路生產(chǎn)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(fā)展機(jī)遇,中國大陸設(shè)備廠商亟需突破。

一面是巨大的市場藍(lán)海,一面是巨頭的虎視眈眈,對國內(nèi)IC裝備產(chǎn)業(yè)而言,既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。

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