淺談半導體設備行業發展概況

朱在穩

引言

半導體設備作為半導體行業的基石，支撐著行業的發展。當前，全球半導體行業正蓬勃發展，行業規模再創新高，行業工藝技術已實現5 nm量產。半導體設備的技術研發難度大、費用高，制約著我國半導體行業技術發展。本文通過對現階段國內外半導體設備行業發展狀況進行總結分析，明確行業發展趨勢和技術節點差距，以期更好地立足現狀，面向未來。

全球半導體設備行業概況

1.行業進入新一輪增長快車道

半導體設備位于產業鏈的上游，其市場規模取決于下游需求。當下游出現技術變革、產品更新換代時，下游需求將迅速增加，帶動著半導體設備行業同步發展。2013—2018年，在市場對智能手機、平板電腦、液晶電視等消費類電子產品強勁需求的推動下，全球半導體設備行業進入一個持續5年的上升周期，其市場規模從318億美元增至644億美元，年均增長15.2%。2019年，在消費類電子產品迭代速度變慢、需求趨于飽和的情況下，市場對半導體設備需求驅動出現乏力，市場規模稍有回落。在5G、物聯網、智能汽車、大數據及人工智能等新技術、新產品的驅動下，從2020年開始半導體設備行業進入新一輪的上升周期。盡管受全球疫情和貿易戰的影響，2020年全球半導體設備市場依舊表現強勁，規模達到712億美元，同比增長19.2%。國際半導體產業協會（簡稱SEMI）預測，未來幾年，全球半導體設備市場規模將保持增長態勢，預計2022年將達1013億美元。

圖1 2013—2020年全球半導體設備市場規模

2.中國大陸成半導體設備最大市場

全球半導體產業經歷由美國→日本→韓國、中國臺灣的兩次轉移后，目前正處于第三次產業轉移階段，而中國大陸正成為全球半導體制造業轉移的主要目的地之一。伴隨著半導體產業的轉移，行業不斷出現并購重組，半導體設備市場趨于集中。目前，從區域數據看，全球半導體設備市場主要集中在亞洲的韓國、中國臺灣和中國大陸地區。其中，韓國對半導體設備需求主要源于三星電子和SK海力士在DRAM、NAND Flash產品的生產線擴建；中國臺灣地區對半導體設備需求主要基于臺積電在先進工藝生產線的建設；中國大陸地區主要受益于火熱的半導體生產線建設。近年來，在政府政策引導和雄厚資金加持下，集成電路制造、封測生產線的新建和擴建，使得中國大陸的半導體設備市場持續增長，并于2020年躍居世界第一，市場規模達187.2億美元，同比大增38.6%，占全球市場26.3%。

圖2 2017—2020年全球半導體設備市場區域分布情況

3.美日荷企業稱霸全球半導體設備市場

半導體設備的技術研發難度大、費用高、市場準入條件高，致使半導體設備市場壟斷程度高。整體來看，美國、日本、荷蘭的企業占據了全球半導體設備市場的大部分份額。2020年全球半導體設備廠商TOP 10中，美國和日本各占4席，其中美國設備廠商應用材料、泛林半導體、科磊和泰瑞達的市場規模占全球半導體設備市場41.3%，日本設備廠商東京電子、愛德萬、SCREEN和日立高新的市場規模占全球半導體設備市場19.4%。作為全球光刻機龍頭的荷蘭著名半導體設備廠商ASML，憑借其在光刻機設備市場的霸主地位，則獨占全球半導體設備市場16.7%。

圖3 2020年全球半導體設備廠商TOP 10

4.全球集成電路行業技術實現5 nm量產

近50年來，摩爾定律主導著全球集成電路行業發展步伐，行業技術經歷數代升級，制程節點逐漸逼近物理極限。每一代行業技術升級皆是制程工藝和設備技術協同發展的結果。在臺積電、三星、英特爾等晶圓代工廠和ASML、泛林半導體、應用材料等設備廠商的共同努力下，全球集成電路行業已實現5 nm工藝技術量產，正朝3 nm工藝技術邁進。

國內半導體設備行業概況

1.國內半導體設備市場規模創歷史新高

近年來，在政府政策引導和雄厚資金加持下，國內一批集成電路產業鏈上下游企業的新建和擴建，帶動國內半導體設備市場需求爆發式增長。2013—2018年，國內半導體設備市場規模從33.7億美元增至131.1億美元，年均增長31.2%。2019年，在全球半導體設備市場不景氣的情況下，國內半導體設備市場依舊保持增長態勢，市場規模達134.5億美元，同比增長2.6%。2020年，隨著國內疫情的有效控制，國內半導體產業鏈全面復蘇，半導體設備市場規模達187.2億美元，同比大增39.2%。在國家政策和資金持續扶持引導及5G、物聯網、人工智能等新技術驅動下，預計未來幾年國內半導體設備市場規模將持續保持高位。數據來源網絡收集整理

圖4 2013—2020年國內半導體設備市場規模

2.國產半導體設備業處于前期追趕階段

自國家科技重大專項“02專項”啟動以來，國家發布了一系列政策支持國內半導體行業發展，推進半導體設備國產化發展。

從整體規模來看，目前，我國存在不少從事半導體設備研發和生產的企業，但真正能形成銷售并具備競爭力的企業并不多，大部分企業關鍵技術設備落后，國產半導體設備業正處于前期追趕階段。

得益于國內半導體行業發展，國產半導體設備市場規模以年均32.9%速度增長，市場銷售額從2013年的30.1億元增長到2020年的221億元。然而，國內市場自給率始終低于20%，國產設備市場占比仍然較小，未來市場空間巨大。

圖5 2013—2020年國內半導體設備廠商市場規模

從區域分布來看，我國半導體設備企業分布較為集中，主要分布于北京、上海和遼寧地區。其中，北京、上海作為我國科研力量最強、人才資源最豐富的地區，在刻蝕機、光刻機、離子注入機、CMP拋光設備、薄膜沉積設備、氧化擴散設備、清洗設備、減薄機、切割機及鍵合機等設備領域集中布局，擁有北方華創、中電科電子裝備、屹唐半導體、中微半導體、盛美半導體、華峰測控和上海微電子裝備等集成電路設備廠商；遼寧作為我國老工業基地，在薄膜沉積設備、外延設備、涂膠顯影設備、去膠設備及裝片機等設備領域具有優勢，匯集了芯源微、佳峰自動化、拓荊科技和沈陽科儀等集成電路設備廠商。在工信部發布的2019年國內集成電路設備廠商TOP10中，北京、上海分別占有4家和3家，是我國集成電路設備企業分布最集中的地區。

2019年我國集成電路設備廠商TOP10表

3.國產半導體設備廠商總體技術水平接近28nm

近年來，我國集成電路前道設備廠商全面布局，重點向45～22 nm關鍵技術裝備發起攻關。目前，已實現12英寸國產設備從無到有的突破，總體技術水平接近28 nm。如：國產刻蝕設備先行者中微半導體研制的刻蝕機達到全球領先水準，是我國實現集成電路設備突破的“尖刀”，已實現65～5 nm關鍵尺寸產業化應用，完成3 nm刻蝕機的初步測試驗證；北方華創在薄膜沉積設備（PVD）方面已涵蓋90～14 nm制程；拓荊科技的薄膜沉積設備（CVD）成功導入28 nm工藝制程；中電科電子裝備已成功研制的離子注入機產品，可滿足45～22 nm制程；華海清科的CMP拋光設備實現28 nm制程產業化應用，正進行14 nm制程工藝驗證；上海微電子裝備量產的光刻機可滿足90 nm光刻工藝，正進行28 nm研制。

總結

伴隨著半導體產業的轉移，國內半導體設備行業正處于新一輪上升周期，市場空間巨大。同時，國產半導體設備已有所突破，總體技術水平接近28 nm，但仍與行業5 nm量產技術存在較大差距，市場占有率較低，依舊處于前期追趕階段。在持續的行業景氣、政策引導、資金加持的背景下，相信我國半導體設備技術將繼續實現突破，逐步縮小與國際先進技術差距，逐漸提升市場占有空間。

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