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堪比光刻機(jī)！刻蝕機(jī)，半導(dǎo)體設(shè)備的國產(chǎn)替代曙光播
所屬分類：行業(yè)動態(tài)點擊次數(shù)：849 次發(fā)布日期：2022-01-08 10:29
要說去年科技圈什么詞能上熱搜，那一定是卡脖子，尤其是在以高精尖著稱的半導(dǎo)體行業(yè)。
想要莊稼成熟，總得先有鋤頭；想要美味佳肴，總得先有廚具。而半導(dǎo)體行業(yè)的鋤頭、廚具，可就沒那么容易獲得了。
荷蘭ASML與中芯國際（00981）關(guān)于光刻機(jī)的故事，因燈塔國的介入鬧得沸沸揚揚。拋光機(jī)與離子注入設(shè)備則被美國人所壟斷。就連中國軍團(tuán)最引以為豪的半導(dǎo)體測試封裝工藝，其設(shè)備也得看德國人的臉色。
半導(dǎo)體設(shè)備的制造，真的就那么難嗎？當(dāng)然，也不是沒有一絲絲希望，至少在刻蝕機(jī)領(lǐng)域，我們還有中微公司（688012）和北方華創(chuàng)（002371）這樣的半導(dǎo)體英雄，在政策、資本、人才三位一體，全方位的支持下，努力向著全面國產(chǎn)替代的道路進(jìn)發(fā)。
刻蝕機(jī)實物圖
一、刻蝕機(jī)，重要性不言而喻
刻蝕機(jī)這個詞乍一聽比較陌生，筆者給你做個比喻你就明白了。我們說從硅片到芯片的過程，就好比將一張紅紙雕刻成窗花的過程，光刻機(jī)在其中扮演著畫花樣的鉛筆。刻蝕機(jī)就是沿著花樣，雕刻出窗花的那一把剪刀。
晶圓加工過程（《半導(dǎo)體制造技術(shù)》）
因此，光刻的精度直接決定了元器件刻畫的尺寸，而刻蝕的精度則決定了光刻的尺寸能否真正進(jìn)行實際加工，兩個環(huán)節(jié)在半導(dǎo)體的制造環(huán)節(jié)同樣重要。哪個環(huán)節(jié)拖了后腿，最終都會影響到半導(dǎo)體的制程和產(chǎn)品良率。
而為了保證刻蝕的精度，目前的刻蝕技術(shù)主要是干法刻蝕，即主要用等離子體進(jìn)行刻蝕。因為刻蝕機(jī)的重要性，目前已經(jīng)成為全部半導(dǎo)體設(shè)備中銷售額最大的一個（略高于光刻機(jī)），成為皇冠上的那一顆明珠。
集成電路各類設(shè)備銷售額占比（頭豹研究院）
2020年，全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模創(chuàng)700億美元新高，中國大陸第一次占比全球第一，產(chǎn)業(yè)加快向中國轉(zhuǎn)移?？涛g設(shè)備的市場超過了130億美元。未來隨著5G基礎(chǔ)建設(shè)的大規(guī)模鋪開，以及服務(wù)器云計算的普及，相關(guān)芯片的需求將保持周期性向上增長的態(tài)勢。根據(jù)各研究機(jī)構(gòu)給出的數(shù)據(jù)，三年后全球刻蝕機(jī)的市場規(guī)模將達(dá)到150億美元，接近1000億人民幣，又一個千億級別的市場即將誕生。
刻蝕市場規(guī)模預(yù)測（中微公司公告）
二、前路漫漫，但信心滿滿
縱覽一下刻蝕機(jī)細(xì)分賽道的競爭情況，你就會發(fā)現(xiàn)，寡頭壟斷是最鮮明的特征。泛林半導(dǎo)體、應(yīng)用材料和東京電子，這三家吃掉了超過90%的蛋糕。這樣成熟的市場格局，也是經(jīng)歷了多輪行業(yè)洗牌后才出現(xiàn)的。
全球刻蝕機(jī)市場份額（SEMI）
據(jù)筆者粗略統(tǒng)計，在上個世紀(jì)80年代的時候，全球至少還有20家刻蝕設(shè)備生產(chǎn)商，當(dāng)時應(yīng)用材料占據(jù)著市場頭名的寶座，但泛林和東京電子后發(fā)制人，在90年代憑借著新一代的感性耦合等離子體技術(shù)（ICP，等離子密度高，獨立控制離子密度和能量），逐年提升市場份額，在94年的時候首次摘得市占率第一的位置，奠定了刻蝕產(chǎn)品龍頭的地位，之后的近30年時間里，泛林半導(dǎo)體再也沒有讓應(yīng)用材料追上自己，反倒是自己的王位越做越穩(wěn)固。
兩種主要等離子干法刻蝕技術(shù)的對照
可以說，泛林半導(dǎo)體憑借著對下一代刻蝕技術(shù)的精準(zhǔn)把握，實現(xiàn)了彎道超車。此時此刻，筆者想起了隔壁光刻機(jī)設(shè)備的賽道上，佳能和索尼的故事。
歷史，總是驚人的相似。
都說打江山容易，守江山難。在刻蝕機(jī)這條賽道上，筆者認(rèn)為，護(hù)城河一旦建立，剩下的就是躺贏。
說了這么多，再來看看國內(nèi)為數(shù)不多的玩家。值得稱贊的是，中微公司和北方華創(chuàng)作為后起之秀，部分技術(shù)水平和應(yīng)用領(lǐng)域已達(dá)國際同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。中微公司的刻蝕機(jī)已應(yīng)用于全球最先進(jìn)的7nm和5nm生產(chǎn)線。據(jù)統(tǒng)計，2019年我國在刻蝕領(lǐng)域國產(chǎn)化率達(dá)18%，有理由相信，未來這個數(shù)字還會提升。
那么你可能會問，我國的玩家，怎么就突破了國外形成的寡頭壟斷局面，實現(xiàn)突圍了呢？筆者簡要認(rèn)為有三個原因：
1.人才是科技創(chuàng)新的第一資源。2004年60歲高齡的尹志堯，憑借著半導(dǎo)體行業(yè)多年的深耕，回國創(chuàng)立中微公司，2007年就成功研制了首臺容性耦合等離子體（CCP）刻蝕設(shè)備。像尹志堯這樣的人才，在那時還有很多，比如中芯國際的張汝京，兆易創(chuàng)新（603986）的朱一明，都是為國內(nèi)半導(dǎo)體事業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)；
2.資本為技術(shù)的開花結(jié)果提供了肥沃的土壤。比如先前的國家大基金和科創(chuàng)板，到如今的北交所，都為半導(dǎo)體初創(chuàng)企業(yè)保駕護(hù)航。據(jù)筆者了解，中微公司應(yīng)該是國家半導(dǎo)體大基金第一個投資標(biāo)的，2014年就拿到4.8億人民幣的投資。半導(dǎo)體這個行業(yè)，錢不是萬能的，沒有錢是萬萬不能的。國際半導(dǎo)體巨頭泛林半導(dǎo)體每年投入超10億美元用于研發(fā)（占營收14%），就可窺見一斑；
3.單絲不成線，孤木不成林。一個行業(yè)的發(fā)展，單點突破肯定是不夠的，要產(chǎn)業(yè)鏈玩家上下游齊發(fā)力，才有突破壟斷的希望，類比動力電池、光伏等行業(yè)，都是這么走過來的。當(dāng)然，半導(dǎo)體設(shè)備難度更大，需要走的路更長。舉個栗子，2016年成立的長江存儲，是自行研發(fā)3D NAND存儲器的IDM企業(yè)（整合元件制造商）。長江存儲為中國刻蝕機(jī)設(shè)備廠商提供支持，中微公司和北方華創(chuàng)兩者的刻蝕機(jī)占據(jù)了總招標(biāo)數(shù)的17%。所以，上下游互相綁定，絕對是雙贏的結(jié)果。
三、正視差距，才能奮起反擊
首先，從刻蝕機(jī)玩家的回報水平上看，我們和國際三大巨頭還有這一定的差距，海外龍頭回報水平基本在中微、華創(chuàng)的5-6倍。
各半導(dǎo)體設(shè)備商回報數(shù)據(jù)（塔堅研究）
如果按照杜邦三分法進(jìn)行拆分，筆者看了一下，回報的差異主要差距在兩個方面：
1.銷售凈利率。中微、華創(chuàng)的凈利率處于10%左右的水平，而這個數(shù)據(jù)在海外巨頭的報表中顯示的是20%左右。畢竟，高高的護(hù)城河就在那里，城內(nèi)的人，雖然談不上高枕無憂，但是有很大的話語權(quán)；
2.總資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率。應(yīng)用材料和泛林半導(dǎo)體的周轉(zhuǎn)率在0.79次，而華創(chuàng)只有0.34。說明啥？國內(nèi)的玩家會通過放寬設(shè)備使用驗證期來吸引下游的客戶，所以大量銷售設(shè)備處在客戶驗證的階段，這部分設(shè)備將作為存貨入賬，拉高存貨的同時，拉低了周轉(zhuǎn)率。
盡管如此，中國刻蝕設(shè)備真正起步是在一批海外人才歸國創(chuàng)業(yè)的21世紀(jì)開端，用了不到20年的時間，已經(jīng)在某些設(shè)備型號實現(xiàn)了突破，打破了國外技術(shù)的壟斷和封鎖。這已經(jīng)是相當(dāng)難得的事情了。我們往往認(rèn)為，從0-1的步驟不易，1-10的相對有跡可循，對中國半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商來說，未來是充滿希望的。要說去年科技圈什么詞能上熱搜，那一定是卡脖子，尤其是在以高精尖著稱的半導(dǎo)體行業(yè)。
想要莊稼成熟，總得先有鋤頭；想要美味佳肴，總得先有廚具。而半導(dǎo)體行業(yè)的鋤頭、廚具，可就沒那么容易獲得了。
荷蘭ASML與中芯國際（00981）關(guān)于光刻機(jī)的故事，因燈塔國的介入鬧得沸沸揚揚。拋光機(jī)與離子注入設(shè)備則被美國人所壟斷。就連中國軍團(tuán)最引以為豪的半導(dǎo)體測試封裝工藝，其設(shè)備也得看德國人的臉色。
半導(dǎo)體設(shè)備的制造，真的就那么難嗎？當(dāng)然，也不是沒有一絲絲希望，至少在刻蝕機(jī)領(lǐng)域，我們還有中微公司（688012）和北方華創(chuàng)（002371）這樣的半導(dǎo)體英雄，在政策、資本、人才三位一體，全方位的支持下，努力向著全面國產(chǎn)替代的道路進(jìn)發(fā)。
刻蝕機(jī)實物圖
一、刻蝕機(jī)，重要性不言而喻
刻蝕機(jī)這個詞乍一聽比較陌生，筆者給你做個比喻你就明白了。我們說從硅片到芯片的過程，就好比將一張紅紙雕刻成窗花的過程，光刻機(jī)在其中扮演著畫花樣的鉛筆?？涛g機(jī)就是沿著花樣，雕刻出窗花的那一把剪刀。
晶圓加工過程（《半導(dǎo)體制造技術(shù)》）
因此，光刻的精度直接決定了元器件刻畫的尺寸，而刻蝕的精度則決定了光刻的尺寸能否真正進(jìn)行實際加工，兩個環(huán)節(jié)在半導(dǎo)體的制造環(huán)節(jié)同樣重要。哪個環(huán)節(jié)拖了后腿，最終都會影響到半導(dǎo)體的制程和產(chǎn)品良率。
而為了保證刻蝕的精度，目前的刻蝕技術(shù)主要是干法刻蝕，即主要用等離子體進(jìn)行刻蝕。因為刻蝕機(jī)的重要性，目前已經(jīng)成為全部半導(dǎo)體設(shè)備中銷售額最大的一個（略高于光刻機(jī)），成為皇冠上的那一顆明珠。
集成電路各類設(shè)備銷售額占比（頭豹研究院）
2020年，全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模創(chuàng)700億美元新高，中國大陸第一次占比全球第一，產(chǎn)業(yè)加快向中國轉(zhuǎn)移?？涛g設(shè)備的市場超過了130億美元。未來隨著5G基礎(chǔ)建設(shè)的大規(guī)模鋪開，以及服務(wù)器云計算的普及，相關(guān)芯片的需求將保持周期性向上增長的態(tài)勢。根據(jù)各研究機(jī)構(gòu)給出的數(shù)據(jù)，三年后全球刻蝕機(jī)的市場規(guī)模將達(dá)到150億美元，接近1000億人民幣，又一個千億級別的市場即將誕生。
刻蝕市場規(guī)模預(yù)測（中微公司公告）
二、前路漫漫，但信心滿滿
縱覽一下刻蝕機(jī)細(xì)分賽道的競爭情況，你就會發(fā)現(xiàn)，寡頭壟斷是最鮮明的特征。泛林半導(dǎo)體、應(yīng)用材料和東京電子，這三家吃掉了超過90%的蛋糕。這樣成熟的市場格局，也是經(jīng)歷了多輪行業(yè)洗牌后才出現(xiàn)的。
全球刻蝕機(jī)市場份額（SEMI）
據(jù)筆者粗略統(tǒng)計，在上個世紀(jì)80年代的時候，全球至少還有20家刻蝕設(shè)備生產(chǎn)商，當(dāng)時應(yīng)用材料占據(jù)著市場頭名的寶座，但泛林和東京電子后發(fā)制人，在90年代憑借著新一代的感性耦合等離子體技術(shù)（ICP，等離子密度高，獨立控制離子密度和能量），逐年提升市場份額，在94年的時候首次摘得市占率第一的位置，奠定了刻蝕產(chǎn)品龍頭的地位，之后的近30年時間里，泛林半導(dǎo)體再也沒有讓應(yīng)用材料追上自己，反倒是自己的王位越做越穩(wěn)固。
兩種主要等離子干法刻蝕技術(shù)的對照
可以說，泛林半導(dǎo)體憑借著對下一代刻蝕技術(shù)的精準(zhǔn)把握，實現(xiàn)了彎道超車。此時此刻，筆者想起了隔壁光刻機(jī)設(shè)備的賽道上，佳能和索尼的故事。
歷史，總是驚人的相似。
都說打江山容易，守江山難。在刻蝕機(jī)這條賽道上，筆者認(rèn)為，護(hù)城河一旦建立，剩下的就是躺贏。
說了這么多，再來看看國內(nèi)為數(shù)不多的玩家。值得稱贊的是，中微公司和北方華創(chuàng)作為后起之秀，部分技術(shù)水平和應(yīng)用領(lǐng)域已達(dá)國際同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。中微公司的刻蝕機(jī)已應(yīng)用于全球最先進(jìn)的7nm和5nm生產(chǎn)線。據(jù)統(tǒng)計，2019年我國在刻蝕領(lǐng)域國產(chǎn)化率達(dá)18%，有理由相信，未來這個數(shù)字還會提升。
那么你可能會問，我國的玩家，怎么就突破了國外形成的寡頭壟斷局面，實現(xiàn)突圍了呢？筆者簡要認(rèn)為有三個原因：
1.人才是科技創(chuàng)新的第一資源。2004年60歲高齡的尹志堯，憑借著半導(dǎo)體行業(yè)多年的深耕，回國創(chuàng)立中微公司，2007年就成功研制了首臺容性耦合等離子體（CCP）刻蝕設(shè)備。像尹志堯這樣的人才，在那時還有很多，比如中芯國際的張汝京，兆易創(chuàng)新（603986）的朱一明，都是為國內(nèi)半導(dǎo)體事業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)；
2.資本為技術(shù)的開花結(jié)果提供了肥沃的土壤。比如先前的國家大基金和科創(chuàng)板，到如今的北交所，都為半導(dǎo)體初創(chuàng)企業(yè)保駕護(hù)航。據(jù)筆者了解，中微公司應(yīng)該是國家半導(dǎo)體大基金第一個投資標(biāo)的，2014年就拿到4.8億人民幣的投資。半導(dǎo)體這個行業(yè)，錢不是萬能的，沒有錢是萬萬不能的。國際半導(dǎo)體巨頭泛林半導(dǎo)體每年投入超10億美元用于研發(fā)（占營收14%），就可窺見一斑；
3.單絲不成線，孤木不成林。一個行業(yè)的發(fā)展，單點突破肯定是不夠的，要產(chǎn)業(yè)鏈玩家上下游齊發(fā)力，才有突破壟斷的希望，類比動力電池、光伏等行業(yè)，都是這么走過來的。當(dāng)然，半導(dǎo)體設(shè)備難度更大，需要走的路更長。舉個栗子，2016年成立的長江存儲，是自行研發(fā)3D NAND存儲器的IDM企業(yè)（整合元件制造商）。長江存儲為中國刻蝕機(jī)設(shè)備廠商提供支持，中微公司和北方華創(chuàng)兩者的刻蝕機(jī)占據(jù)了總招標(biāo)數(shù)的17%。所以，上下游互相綁定，絕對是雙贏的結(jié)果。
三、正視差距，才能奮起反擊
首先，從刻蝕機(jī)玩家的回報水平上看，我們和國際三大巨頭還有這一定的差距，海外龍頭回報水平基本在中微、華創(chuàng)的5-6倍。
各半導(dǎo)體設(shè)備商回報數(shù)據(jù)（塔堅研究）
如果按照杜邦三分法進(jìn)行拆分，筆者看了一下，回報的差異主要差距在兩個方面：
1.銷售凈利率。中微、華創(chuàng)的凈利率處于10%左右的水平，而這個數(shù)據(jù)在海外巨頭的報表中顯示的是20%左右。畢竟，高高的護(hù)城河就在那里，城內(nèi)的人，雖然談不上高枕無憂，但是有很大的話語權(quán)；
2.總資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率。應(yīng)用材料和泛林半導(dǎo)體的周轉(zhuǎn)率在0.79次，而華創(chuàng)只有0.34。說明啥？國內(nèi)的玩家會通過放寬設(shè)備使用驗證期來吸引下游的客戶，所以大量銷售設(shè)備處在客戶驗證的階段，這部分設(shè)備將作為存貨入賬，拉高存貨的同時，拉低了周轉(zhuǎn)率。
盡管如此，中國刻蝕設(shè)備真正起步是在一批海外人才歸國創(chuàng)業(yè)的21世紀(jì)開端，用了不到20年的時間，已經(jīng)在某些設(shè)備型號實現(xiàn)了突破，打破了國外技術(shù)的壟斷和封鎖。這已經(jīng)是相當(dāng)難得的事情了。我們往往認(rèn)為，從0-1的步驟不易，1-10的相對有跡可循，對中國半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商來說，未來是充滿希望的。
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