半导体设备业能否完成《中国制造2025》目标?

 中国电子报、电子信息产业网  作者:赵晨
发布时间:2016-07-08
放大缩小

  作为我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领,《中国制造2025》对于半导体设备国产化提出了明确要求:在2020年之前,90~32纳米工艺设备国产化率达到50%,实现90纳米光刻机国产化,封测关键设备国产化率达到50%。在2025年之前,20~14纳米工艺设备国产化率达到30%,实现浸没式光刻机国产化。到2030年,实现18英寸工艺设备、EUV光刻机、封测设备的国产化。

  从产业链各环节国产化的难度来看,设备>制造>封装>设计是不争的事实。不过,近期国内各地已刮起大上半导体晶圆制造产线的东风。我国设备业能否抓住这难得的契机,一举实现《中国制造2025》的既定目标?

  国产设备到底差在哪?

  中国半导体行业要实现从跟踪走向引领的跨越,装备产业将是重要环节。国内半导体设备龙头企业北方微电子副总裁纪安宽认为,发展国产半导体装备具有重要战略意义,半导体设备国产化将大幅降低中国芯片制造商的投资成本,提高中国芯片制造竞争力。

  但由于半导体设备对本土企业存在着很高的进入门槛,目前国产化率较低。“半导体设备研发周期长,投资额大且风险高,而且越先进的制程工艺设备造价越高,比如一台ASML的光刻机动辄就是4000万~5000万美元。”纪安宽表示,“即使研发成功也较难打入国际大厂的供应链。”

  从产业链的角度来看,先不说技术难度,单论各环节在中国的适应性,即是设计<封装<制造<设备和材料。行业专家莫大康认为,发展设备业之所以最为困难,除了资金、人才等问题,最关键是使用量太少。

  莫大康曾在全球最大的半导体设备企业——美国应用材料公司供职多年,他从五个方面总结了半导体设备国产化的难度:

  一是半导体设备市场已日趋专业化和全球化。当下,全球设备业通过兼并、淘汰,在每个细分市场中仅剩下1~2家、至多3~4家企业,竞争十分激烈,如光刻机领域ASML一家独大,且均面向全球市场。反观国内企业,基础较弱,有能力切入海外市场的很少。

  二是半导体设备的独特地位。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。这是半导体设备如此昂贵的原因,也是对国内企业的极大挑战。

  三是由于出货数量少,设备企业难以负担工艺试验线的费用。为此,国内只能采取对下游制造企业进行补贴,利用制造企业的产线帮助设备企业进行试验的办法,这种方式显然多有掣肘。一台设备从研发、样机开始,必须经过大量硅片通过等工艺试验,才能发现问题,并进行改型。这样的过程要重复多次,改型多次,才能最后定型。并且出厂前要经过马拉松试验,测算平均无故障时间等。

  四是韩国和我国台湾地区也曾致力于设备国产化,但成效不大,目前全球市场主要仍被美国和日本企业掌控,这也从侧面体现了难度。

  五是设备业需要产业大环境配合。从成本构成来看,表面上我国设备企业和国外企业相差不大,如关键零部件都是采购而来,人员和管理费用也相仿,但是实际上,产业大环境却十分不同。比方说,西方的股权激励制度更为灵活,员工积极性高;同是采购零部件,我国企业因为是进口,所以要承担税费,而且有些零部件订货需要出口许可证;因为订货量相对小很多,采购价格高;产业配套条件不同,如实现某些设计验证国内企业要花更高的成本;缺乏人才等。

  “实际上,国产设备的设计水平和国际水平相差并不大。”莫大康强调,“严格来说,真正的差距在于,国产半导体设备尚处在样机阶段就交给客户,这就会导致经常宕机,因此不太可能一上来就用在量产中,否则将会影响生产线运行。”

  实现目标难点在哪?

  “《中国制造2025》目标明确,完成的难度也很大。”Trendforce(集邦科技)旗下半导体研究品牌Dramexchange分析师林建宏表示。

  设备是投资晶圆厂所需金额最高的部分,而光刻机通常被视为晶圆厂最大的产能瓶颈,也就是微缩工艺的核心设备。林建宏认为,对于新设备来说,打入已存在市场的障碍相对较低,这也是《中国制造2025》针对90~40nm做为其首要目标的原因。当然,替代产品除了最基本的性能要求外,包括在空间外型、产能等方面都需要与既有的产品100%替代。如果发生任何意外,就会导致全厂的停产。

  这样一来,通过先取代旧产线的设备,再打入新投入量产的工厂,机会相对更大。但据林建宏分析,尽管目前我国已宣称将投入和已动土的12英寸厂超过10座,但是这些厂预计在2018年都将实现量产,从时间上来看,我国自主的光刻机在时程上要打入这些工厂,存在相当高的难度。

  2020年或许还将有新的产能投入,但因中国晶圆制造在国际上尚属在追赶中的状况,所以按理来说,扩产时也会采用复制先前设备(即2018年前已采用并在量产的设备)的方式,以确保能在时间最短、变量最少、研发投资最节省的状况下完成扩产。

  “换言之,光刻机厂商要在2020年有成果,最慢在2017年就必须具备量产能力,且要有被晶圆厂导入使用的实绩。”林建宏强调。

  具体来看,实现国产化目标的难点在哪里?林建宏进一步分析道,任何设备厂商要打入晶圆制造领域,除专利、人力资源外,还至少要面对三个难关:验证机台的性能、量产实绩以及客户端的熟悉程度。第一点勉强可在设备商的厂房中完成。第二点是最困难的部分,如何在没有量产实绩下,找到第一家愿意采用的客户?第三点实际上说的是客户的使用成本。假设客户已经有了20台ASML的设备,那就表示客户的流程工程师已经十分熟悉设备的状况、性能与使用方法;设备工程师知道如何维修与处理简单的意外情况;能保持备用零部件的成本较低;设备商在各厂的经验,可以快速地累积,成为解决客户问题最佳的支持。

  “说白了,对于量产实绩、生态系统支持等问题而言,并不能通过财务补助、人才挖角的方式来取得突破。”林建宏坦言。

  迎难而上如何突破?

  从这两年的全球半导体并购大潮来看,实现国产化目标的最简单办法似乎就是兼并收购。“最快的途径是从市场上已有公司购买专利,实现技术转移。”林建宏表示,“但产业需要落地生根,本地相关人才的培育,以及相关材料、控制、精密机械、光学设计等都需要配套规划。”

  和设计、封装、制造环节不同,国内半导体设备业的基础最为薄弱。纪安宽认为,与其他环节存在国际领先者不同,半导体设备制造行业市场格局分散,中高端市场几乎完全被国外垄断,因此行业整合的难度也很大。

  既然收购也很难实现,那么只能努力缩小差距。上文提到,国内设备的真正差距在于产线上的验证不足。林建宏表示,新产品与设备需要有能进行大量试验的场所。设备的制造知识、专利、人才等可以买入,但是设备的生产力需要时间认证。特别是光刻机是晶圆制造的核心竞争力,一旦买错设备,对晶圆制造商而言,就表示整厂投资的失败。不仅是高额的资金成本,更重要的重新买入设备要损失6~9个月的时间成本,这样失去的客户与市场地位,是没有厂商能够承担的。

  退一步说,即便通过资本运作买入了合适的公司,或是自行研发取得了不错的成果,也仍然需要由科研院所等相关机构先导入设备进行试验,虽然是研究性质,但可大量制造生产,来做为相关设备厂商推广设备的第一步。对于晶圆制造商来说,国家方面也应配合有好的奖励措施。一方面要覆盖制造商导入相关设备的前期研究的成本,另一方面有了量产成绩后,也要做好相关奖励。

  与此同时,还需要协助光刻机厂商验证设备的量产性,让光刻厂商有数据证明其量产能力。并兼顾光刻机对晶圆制造商在生产上的重要性与降低晶圆制造商采用的风险。这样一来,设备国产化的相关政策方能更加顺利地推动。

  完善国产设备的验证环境,也是莫大康反复强调的:“首先要建好工艺试验线,资金及承担要另想办法。其次要实现关键零部件的国产化,有计划地扶持并推动量产。实际上,许多关键零部件并非仅用于半导体设备,还可广泛应用于其他工业领域。最后,我国半导体企业一定要有争创世界一流水平的信心与勇气,要有进入全球市场的决心。”

  面临难得的产业发展机遇,实现半导体设备国产化需要产业链各环节以及大环境的配合。据纪安宽介绍,北方微电子作为高端半导体装备及工艺解决方案提供商,在部分领域已有一定的技术突破,并取得了较高的市场占有率,但与国际厂商相比仍有差距。纪安宽建议,一方面应加强设备零部件国内供应链的培养,另一方面产业链需要配合创立一个适合后来者生存的发展环境。要有鼓励设备使用方(包括我国大陆的外资厂商)采购国产设备的有效措施的落地。只有从根本上提升了设备使用者使用国产设备的积极性和决心,才能有效推进半导体设备国产化目标的全面达成。


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:赵晨
分享到:
0