IC制造业最核心的竞争力还是IC装备制造

[导读] 在浦东张江中芯国际的工厂里，无时无刻不在上演着代表人类最高制造水平的“接力赛”。直径30厘米的圆形硅晶薄片穿梭在各种极端精密的加工设备之间，由它们在硅片表面制作出只有发丝

在浦东张江中芯国际的工厂里，无时无刻不在上演着代表人类最高制造水平的“接力赛”。直径30厘米的圆形硅晶薄片穿梭在各种极端精密的加工设备之间，由它们在硅片表面制作出只有发丝直径千分之一的沟槽或电路。热处理、光刻、刻蚀、清洗、沉积……每块晶圆要昼夜无休地被连续加工两个月，经过成百上千道工序，最终集成了海量的微小电子器件，经切割、封装，成为信息社会的基石——芯片。

半导体生产设备和材料，是半导体产品的最上游。据国际半导体产业协会公布的数据显示，2017年全球半导体设备商出货金额达到560亿美元，比起上一年大幅增长接近40%，创下历史新高。相比2016年全球半导体市场3389亿美元的销售额来说，规模其实并不大。

但在中国国家科技重大专项02专项技术总师、中科院微电子所所长叶甜春看来，与其他产业不同，半导体生产设备和材料并不是IC的配套产业，相反，而是IC产业发展的决定性因素。从上世纪80年代末期开始，半导体设备企业开始把工艺能力整合在设备中，让用户买到设备就能保证使用，并且达到工艺要求，因此有“一代器件，一代设备”之说。“这个领域的特点是技术和资金门槛极高，要经过漫长的投入期才能看到回报，也可以起到控制他国集成电路发展速度的作用。”

集成电路（以下简称IC）产业制高点的竞争，归根结底，还是装备制造业的竞争。

“IC装备制造是我国芯片产业链中最薄弱的环节，经过20余年的追赶，中国芯片制造领域与世界还有两代差距。”叶甜春斩钉截铁地说，“IC制造业最核心的竞争力还是IC装备制造。中国IC产业要想掌握发展主导权，IC装备是必须要解决的问题。”

这是一场生死竞速。

1瓜分殆尽的蛋糕

从随处可见的沙子变成手机、电脑里不断运算的芯片，魔术般变化的背后，是复杂且耗时的IC制造过程：上千道工艺，近两个月的打磨。

据上海集成电路行业协会原副秘书长、高级顾问王龙兴介绍，集成电路设备通常可分为前道工艺设备（晶圆制造）、后道工艺设备（封装与检测）等。因生产工艺复杂，工序繁多，所以生产过程所需要的设备种类多样。其中，在晶圆制造中，共有七大生产区域，分别是扩散（Thermal Process）、光刻（Photo- lithography）、刻蚀（Etch）、离子注入（Ion Implant）、薄膜生长（Dielectric DeposiTIon）、抛光（CMP）、金属化（MetalizaTIon），所对应的七大类生产设备分别为扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备、化学机械抛光机和清洗机，其中金属化是把集成电路里的各个元件用金属导体连接起来，用到的设备也是薄膜生长设备。

虽然只有7个区域，但很多工艺需要反复进行，比如几乎每个区域都会用到清洗机，因为生产工艺越来越复杂，几乎每一两步就要对硅片清洗一次。

设备的技术难度、价值和市场份额是成正比的。从销售额来看，79%的市场为前端的晶圆处理设备，封装和测试设备分别占7%和9%。在晶圆制造中，由于光刻、刻蚀、沉积等流程在芯片生产过程中不断循环往复，是芯片前端加工过程的三大核心技术，其设备价值也最高，其中镀膜设备、刻蚀设备、光刻机大约分别占半导体晶圆厂设备总投资的15%、15%、20-25%。

美国、日本、荷兰是世界半导体装备制造的三大强国，分别占据了全球市场份额的37%、20.6%和13.55%，留给其他国家的“蛋糕”不到30%。2016全球前十大半导体设备生产商中，只有美日荷三个国家的企业入围。美国应用材料（Applied Materials）、美国科林（Lam Research）、荷兰阿斯麦尔（ASML）、日本东京电子、美国科磊（KLA Tencor）位列前五，占据半导体装备市场份额的66%。

从各个装备领域来看，这些企业也占据着绝对的主导地位。荷兰的阿斯麦尔（ASML）占据了超过70%的高端光刻机市场，营收50.91亿美元；在离子注入机上，美国应用材料公司占据了70%市场份额，营收77.37亿美元；在涂胶显影机方面，东京电子占据90%的市场份额，营收46.81亿美元。

相比之下，国内IC装备产业规模要小得多。2016年中国半导体设备前十强单位占全球的市场份额仅约为2%，销售收入总计57.33亿元，远低于美国应用材料一家企业的销售收入，而且主营业务其实还是光伏部分。国内体量最大的中电科电子装备和中微半导体，2017年销售收入均仅为11亿元，远小于国际知名厂商。

和市场份额不相匹配的，是国内日益火热的IC市场。从2014年开始，全球IC制造产业已经开始向中国大陆转移。中国大陆作为未来全球新增产线的重点区域，将迎来千亿量级的设备采购。未来一至三年，中国大陆将至少有7条12英寸产线采购设备，采购金额将达到2000多亿元。预计2018年我国大陆地区设备投资额将达到86亿美元，超过中国台湾地区，成为第二大半导体装备市场。

尽管中国大陆半导体投资大增，但中国大陆设备厂商的供应能力却严重不足，特别是缺乏成套设备的供应，“在这个领域，我们处于受制于人的局面。一旦国外停止向我国出口这些装备产品，中国大陆的集成电路生产线都要停工。”王龙兴急切地说。面对巨大的市场需求和历史性的发展机遇，中国大陆设备厂商亟需突破。