从半个百分点起步的中国芯片装备

谁是世界上最强的半导体设备？ 只有“垄断”这个词才是负责任的。

每个人都对芯片着迷。 但芯片才是巨头们争斗的地方。 半导体市场规模约为6000亿美元，其中1000亿美元是半导体设备，巨头无处不在。 目前一座晶圆厂的投资高达数百亿美元，很少有企业能够承担得起。 现在世界各地的芯片工厂建设都在等待国家补贴，就连英特尔也跑到德国投资了。

其中30%用于建设洁净、耗电的车间，70%用于设备投资。 一座晶圆厂往往拥有3000多台设备，涉及十种设备，170多种细分设备。 前端设备投资约占设备总投资的80%左右。

事实上，半导体设备竞争最激烈的市场是前端设备。 这里充斥着残酷寡头的形象。 半导体设备种类繁多，但四类前端设备占比超过70%。

日本半导体制造设备协会的数据显示，前端设备中的干蚀刻设备为202亿美元，是首个单一型号出货量超过200亿美元的设备。 其次是测试设备，出货量为 178 亿美元，位居第二。 其中，仅视觉检测设备价值就达到135亿美元。 传感器加上仪表技术在这里可以发挥很多作用。 中国人最关注的光刻机设备以167亿美元排名第三。 而化学气相沉积CVD设备以112亿美元排名第四。

如果你看看前处理设备的市场份额，就会发现很奇怪。 前端工艺设备呈现垄断局面，基本就是《三国演义》中的单头大蒜、二驼峰争霸、三叶草。 除此之外，几乎没有任何东西生长。

我们先来看看一颗大大蒜。 光刻设备ASML占92%，镀膜机主要来自东网京电子TEL占89%，溅射设备是美国材料使用最多，占85%。 在视觉检测和缺陷检测领域，美国KLA占据主导地位，分别占比57%和73.4%。

看看两只熊之间的双驼峰。 热处理设备为日本TEL（59%）和日立国际电气（35%），两者基本占有93%； 研磨抛光CMP设备被美国AMAT（70.4%）和日本Ebara Ebara（24%）垄断。 在这方面，国产中华海擎科已经开始取得突破。

批量清洗设备主要是日本（51%）和东京电子TEL（29%）； 口罩检测设备为美国科雷KLA（54.5%）和日本公司（36%）； 而临界尺寸扫描电镜CD-SEM主要来自日立高科（65.5%）和AMAT（34.5%），两者完全分化。

最后，看看《三国演义》中的三叶草，三个公司控制了市场。 干法刻蚀领域基本被盘林（49%）、东京电子TEL（22%）和AMAT（16%）吃掉； 而在干法刻蚀设备领域，美国AMAT（38%）、Lam（33%）和ASMI（14%）三家企业获胜； 化学气相沉积设备的CVD领域也是如此：日本（37%）、Tokyo TEL（28%）、Lam（17%）。

算下来，其他公司基本上没有什么问题。 全球前10名装备制造商占据全球75%的份额。 半导体设备行业确实是一个自相残杀的行业。

如果按照国家来看，荷兰是偏的，最知名的ASML在光刻设备上垄断了92%。

然而，美国是最强大的半导体设备制造国。 AMAT、Lam、KLA这3家公司是主力公司，基本都覆盖了该轮。 他们控制干蚀刻设备（65%）、CVD设备（66%）、溅射设备（88%）、CMP设备（70%）、外观检查设备（70%）、缺陷检测设备（90%）、掩模检查设备（60%），三家公司构建了美国半导体设备的主导地位。 科磊是测量设备领域的领导者，许多产品的市场份额往往是竞争对手的四倍以上。 国内半导体设备测试龙头中科飞测年营收5亿元，而科镭2022年营收92亿美元，净利润12亿美元。

如果考虑到全球三大EDA软件公司都在美国，高通、英伟达、英特尔、苹果等芯片设计公司也都在美国。 显然，美国是世界上最强大的芯片王国，无论是设计公司、软件公司还是设备公司。 唯一的缺陷是芯片制造。 事实上，台积电几乎垄断了全球最先进的制造工艺，而且也是唯一一家。 美国没有也很正常。 在非先进制造工艺方面，美国也有英特尔的制造。 与此同时，德州仪器TI等模拟芯片巨头也在美国设有工厂。

美国政客实际上利用了“最先进的制造工艺不在美国”的分工缺陷作为情感杠杆，成功撬动了美国的芯片狂潮。

这种情绪很快蔓延到日本和德国。 两家公司都在寻求建立一家芯片工厂。 作为全球机械制造强国，德国在半导体设备行业却无一席之地，令人感到意外。 虽然通快提供了全球最强的二氧化碳激光器，蔡司提供了最好的镜头，博世拥有了全球最强的汽车芯片设计，但这些都无法掩盖德国半导体设备的苍白。

曾经在存储芯片领域占据主导地位的日本则不同，半导体设备也同步发展。 日本半导体制造设备协会的报告显示，2023年日本生产的半导体设备销售额将比上年下降23%，约为1500亿元人民币，约占全球市场的20%。

但与欧美策略不同的是，日本采取了利基市场策略，在较小的市场中占据较大的份额。 市场规模较高的市场规模都不是很大。 日本独特的方法在涂布机/显影机（92％）、热处理设备（95％）、单片清洗设备（65％）、批量清洗设备（80％）、电子显微镜CD-SEM（66％）方面领先世界）等市场占有率第一。 虽然是日本小公司，但却是唯一一家可以对ASML极紫光刻机进行掩膜检查的公司。 独家秘密，吃的是独家餐。 日本很多企业只吃独头蒜。

更令人惊讶的是，荷兰ASML虽然占据了光刻机销量的92%，但出货量仅占60%。 这是因为日本另外两家工艺成熟的光刻设备制造商：尼康和佳能表现突出。 虽然无法实现EUV极紫光刻机的突破，但佳能还是在DUV深紫光刻机上找到了爆点。 在干式光刻机的i-line和KrF光刻机上都有过深入的钻研，所以依然是部分部门的获胜者。

相对而言，ASML可能心不在焉，无法在这类光刻机上下功夫； 而尼康似乎不在状态。

从光刻机的分布上，我们也可以看出日本与欧美的差异。 大块肉被欧洲和美国吃掉。 市场规模超过100亿美元的有四类，其中美国仅占三类。 最大市场是干蚀刻设备202亿美元，被美国泛林和应用材料公司吃掉，占比65%； 135亿美元的视觉检测设备中，美国的KLA和AMAT占据70%； 在112亿美元的化学沉积CVD设备中，仍是美国应用材料和泛林的67%；网 仅在167亿美元的光刻设备中，荷兰ASML就占据了92%。

相比之下，中国在半导体前处理设备方面几乎刚刚迈出第一步。 2022年，美国收入将占全球市场的49%，日本将占24%，荷兰将占21%。 在半导体设备的舞台上，牌桌上只有三个国家，而其他国家和地区基本没有存在感。

尽管拥有强大的半导体制造能力和消费电子产品的支持，韩国半导体设备的市场份额仍然只有2.4%。 这很大程度上取决于三星的支持。 三星子公司SEMES的清洁设备空间很小。 在半导体产业领域，韩国也是一个蹩脚的学生。

至于中国的半导体前端设备，目前全球份额仅为0.4%，连一个百分点都不到。 2022年，中国大陆将连续第三年成为全球最大的半导体设备市场，价值近300亿美元。 但对半导体设备进口的依赖非常严重：从2021年中国晶圆厂的设备采购额来看，国内自给率仅为11%，国内前端设备自给率则更高惨淡。

起跑线从小数点开始，这正是中国半导体前端设备面临的现状。 而且，技术差距只是一方面，半导体行业已经形成了供应商和用户厂商紧密结合在一起的共生关系。 这些设备和用户已经形成了一个紧密的利益群体，并且被锁定在两个方向。 在应用材料公司的美国研发基地，有一条专门为台积电设立的生产线。 并且台积电还将向应用材料、科磊等公司开放有价值的机器参数网。 复杂设备的增长必须靠用户大护士的知识来反馈。 如果单纯从设备制造商那里解决技术问题，未来是黯淡的。

在半导体设备的超级垄断下，追赶者几乎陷入绝境。 如果没有良好的大型工程组织，没有新的协作模式，仅靠公司单枪匹马，很难改变“二三夫守门，千夫万工”的独特局面。不要打开它”。 这不是一个砸钱就能解决的问题。

关于作者

林学平：北京联讯电力咨询有限公司总经理、上海交通大学中国质量研究院客座研究员

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