半導體設備群雄匯,中國戰力如何?

近期，知名半導體行業分析師Robert Castellano表示，應用材料（AMAT.US）將在2020年超過ASML(ASML.US)，重新成為半導體設備的頭羊。按照Castellano在2019年的統計，ASML在當年超過了應用材料，登上了全球半導體設備廠商排名榜首位置。

Castellano表示，總部位於荷蘭的ASML在2020年第一季度收入同比下降31%，這是導致該公司在2020年失去榜首位置的主要原因。他預測，2020年，應用材料的市場份額將從2019年的15.9%提高至18.8%。而ASML在2019年的市佔率為16.9%，2020年將小幅降至16.8%。

排名前五位的其他供應商包括Lam Research，東京電子（TEL）和KLA。

圖：2015至2020 年銷售額排名前五的半導體設備供應商（百萬美元）

排名第三的TEL的市場份額將從2019年的11.7%增長到2020年的13.4%。

由於受低 ASP 和高庫存過剩的影響，Lam Research的市場份額將從 2019 年的 10.6%增長至2020年的11.8%。

KLA 的市場份額將從2019年的5.4%增長至2020年的6.8%。

2020年，晶圓加工前道設備（WFE，按工藝流程分類，在晶圓廠設備投資中，晶圓加工的前道設備佔據主要的市場份額，約85%，封測設備約佔15%）市場總規模為640億美元。總體上看，在WFE設備市場，刻蝕機、光刻機、薄膜設備的價值量佔比最高，這些市場也是被排名前五廠商把控著。

Castellano表示，2020年，排名前五位的公司將取得更多的市場份額，其中，應用材料、ASML、TEL這三家公司合計佔比高達60%-90%，特別是應用材料和TEL，橫跨多細分領域，是航母級龍頭企業。而規模較小的競爭對手的市場份額將會下降，從2019年的39.6%下降至2020年的33.4%。

預計2021年，內存和邏輯晶片廠商，以及晶圓代工廠的半導體資本支出都將增長。Castellano表示，2021年經濟氣候的主要受益者將是ASML、應用材料和Lam Research。

雙雄爭霸

在2018年之前的幾十年時間內，應用材料長期穩坐在全球半導體設備第一供應商的位置，憑藉的就是其全面而強大的產品線，特別是具有更高技術含量的半導體製造前道設備，該公司具有深厚的技術功底。

從歷史來看，應用材料通過一系列的併購，不斷加強著自身的實力。不過，從1967到1996年的 30年中，該公司只有一次與核心業務相關的併購，即1980年收購了英國Lintott Engineering公司，進入了離子注入市場，並於1985年推出了第一臺全自動離子注入機Precision Implant 9000。1992年，應用材料超越TEL，成為全球最大的半導體設備製造商，並蟬聯多年。在成為市場龍頭後，該公司加快了併購的步伐，從1997到2007年，先後發起了14起併購案，不斷進入新市場並完善產品組成。

應用材料的產品線涵蓋了半導體製造的數十種設備，包括原子層沉積（ALD）、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、離子注入、刻蝕、快速熱處理（RTP）、化學機械拋光（CMP），以及晶圓檢測設備等。

半導體設備行業技術壁壘非常高，隨著製程越來越先進，對半導體設備的性能和穩定性提出了越來越高的要求，需要投入大量的研發資金。應用材料一直保持著在研發上的高投入，其30%的員工為專業研發人員，擁有近12000 項專利，平均每天申請4個以上的新專利。正是這種持續的高研發投入，促成了應用材料的內部創新，構成了較高的技術壁壘，使其自1992年以來一直保持著世界最大半導體設備公司的地位。

ASML方面，據Gartner統計，該公司在全球光刻機市場中的份額接近80%，營收中，深紫外光光刻機（DUV）佔比最高，達到55%，隨著臺積電5nm+製程的量產，其EUV光刻機的需求量明顯上升。

在2019年第三季度，ASML的EUV新增訂單達到23臺，這與歷史最高的10臺相比，增長了130%。同時，ASML的EUV交貨量也穩步上升，據統計，2019年第三季度交付了7臺EUV設備，第四季度交付了8臺，從而實現全年交付26臺，而該公司在2016、2017和2018年，交付給客戶的EUV設備數量分別為5、11和18臺。

除了臺積電這一大客戶外，三星也在緊跟先進位程，特別是7nm工藝，為此，該公司在2019年向ASML 追加採購了15臺EUV設備，這是其2018年2月宣布採購10臺EUV後，再次大量採購。

2020年第三季度，ASML一共交付了 10臺EUV設備，並在本季度實現了 14 臺系統的銷售收入，第三季度的新增訂單達到29億歐元，其中5.95億歐元來自4臺EUV設備。

在DUV光刻機方面，該公司在2020年第三季度對第一臺TWINSCAN NXT：2050i 進行了質量認證，並於第四季度初發貨。NXT：2050i是基於NXT平臺的新版本，其中包括掩模版工作檯，晶圓工作檯，投影物鏡和曝光雷射器的技術改進。由於這些創新，該系統提供了比其前身更好的套刻精度控制，並具有更高的生產率。

EUV光刻機方面，絕大部分TWINSCAN NXE:3400B 系統在客戶處同時進行了生產率模組的升級。ASML公布了TWINSCAN NXE：3600D的最終規格，這是 EUV 路線圖上的新機型，具有30 mJ / cm2 的曝光速度，每小時可曝光160片晶圓，生產率提高了18%，並改進機器配套準精度至1.1nm，計劃於2021年中期開始發貨。

細分領域市場格局與中國力量

下面看一下WFE市場的幾大細分領域的市場格局。

光刻機方面，主要生產廠商包括 ASML(荷蘭)、尼康(日本)、佳能(日本)和上海微電子(SMEE，中國)。ASML於2001年推出了TWINSCAN系列步進掃描光刻機，採用雙工件臺系統架構，可以有效提高設備產出率，已成為應用最廣泛的高端光刻機。

上海微電子研製的90nm高端步進掃描投影光刻機已完成整機集成測試，並在客戶生產線上進行了工藝試驗。在中國市場，上海微電子是國內唯一能夠做集成電路光刻機的企業，在該公司已經量產的光刻機中，性能最好的是SSA600/200，能夠達到90nm的製程工藝，而ASML生產的N+1光刻機採用了先進位程，能夠達到7nm。因此，國內晶圓廠所需要的高端光刻機完全依賴進口。此外，從光刻機工作檯、塗布顯影、去膠/清洗等其他光刻設備來看，我國在研企業還有華卓精科、芯源微，以及屹唐半導體等。

刻蝕機方面，Lam Research、TEL、應用材料都實現了矽刻蝕、介質刻蝕、金屬刻蝕的全覆蓋，佔據了全球幹法刻蝕機市場80%以上的份額。

在中國市場，介質刻蝕機是我國最具優勢的半導體設備，目前，我國主流設備中，去膠設備、刻蝕設備、熱處理設備、清洗設備等的國產化率均已經達到20%以上。而這其中市場規模最大的就是刻蝕設備，代表廠商為中微公司、北方華創，以及屹唐半導體。

中微半導體在介質刻蝕領域較強，其產品已在包括臺積電，SK海力士、中芯國際(00981)等廠商的20多條生產線上實現了量產。該公司5nm等離子體蝕刻機已通過臺積電驗證，已用於全球首條5nm工藝生產線。中微半導體還切入了TSV矽通孔刻蝕和金屬硬掩膜刻蝕領域。

北方華創在矽刻蝕和金屬刻蝕領域較強，其55nm/65nm矽刻蝕機已成為中芯國際主力設備，該公司的28nm矽刻蝕機也已進入產業化階段，14nm矽刻蝕機正在產線驗證中，金屬硬掩膜刻蝕機則攻破了28nm-14nm製程。

物理薄膜沉積（PVD）方面，應用材料一家獨大，佔全球市場份額的80%以上。化學沉積（CVD）方面，應用材料、Lam Research、TEL三家佔全球市場份額的70%以上。

中國設備廠商中，北方華創的薄膜沉積設備產品種類最多，其28nm硬掩膜PVD已實現量產，銅互連PVD、14nm硬掩膜PVD、Al PVD、LPCVD、ALD（原子沉積）設備已進入產線驗證階段。2020年4月，北方華創宣布，其THEORISSN302D型12英寸氮化矽沉積設備進入國內集成電路製造龍頭企業。該設備的交付，意味著國產立式LPCVD設備在先進集成電路製造領域的應用拓展上實現重大進展。

另外，中微半導體的MOCVD在國內已實現國產替代。瀋陽拓荊65nm的PECVD已實現量產。

離子注入方面，廠商主要有應用材料和Axcelis。中國生產線上使用的離子注入機多數依賴進口。

在國內，北京中科信、中電科48 所、上海凱世通等也能提供少量產品。其中，中科信公司已具備不同種類（低能大束流、中束流和高能）離子注入機上線機型的量產能力。

清洗設備方面，目前槽式圓片清洗機在整個清洗流程中約佔20%的份額，市場已逐漸被單圓片清洗機取代。槽式圓片清洗機主要廠商有迪恩士、TEL和JET，三家約佔全球75%以上的市場份額。

單圓片清洗設機主要廠商有日本的迪恩士、TEL和美國Lam Research，三家約佔全球70%以上的市場份額。

在中國的單圓片溼法設備廠商中，盛美半導體獨家開發的空間交變相位移(SAPS)兆聲波清洗設備和時序氣穴振蕩控制(TEBO)兆聲波清洗設備已經成功進入韓國及中國的集成電路生產線。北方華創的清洗設備也已成功進入中芯國際生產線。

據中國國際招標網統計，在長江存儲、華虹無錫、上海華力二期項目累計採購的200多臺清洗設備中，按中標數量對供應商排序，依次是迪恩士、盛美股份、Lam Research、TEL以及北方華創，所佔份額依次是48%、20.5%、20%、6%和1%。

拋光機（CMP）方面，主要生產商是應用材料，以及日本的Ebara，其中應用材料約佔全球CMP設備市場60%的份額，Ebara約佔20%的份額。

在中國，CMP設備的主要研發單位包括天津華海清科和中電科45所，其中，華海清科的拋光機已在中芯國際生產線上試用。

結語

綜上可見，在半導體設備領域，全球排名前三的應用材料、ASML和TEL擁有很高的市佔率和極強的話語權，而相對來看，中國本土排名靠前的廠商在絕對營收額及市佔率方面還有較大差距。例如，中國電子專用設備工業協會統計的一份數據顯示，2019年中國半導體設備製造商銷售收入排列首位的是浙江晶盛機電，其2019年半導體設備銷售收入為28.86億元人民幣，排在第二位的是北方華創，銷售收入為28.42億元。對標全球半導體設備頭部企業的銷售收入來看，我國半導體設備企業規模仍處於較低水平，行業設備需求多依賴於國際品牌，本土設備還有很大的發展空間。

(編輯：李國堅)