“難度不亞於兩彈一星”，國產半導體設備業面臨多項挑戰

“難度不亞於做兩彈一星。”中微公司董事長兼首席執行官尹志堯這樣評價半導體設備產業。

12月8日，在首屆臨港新片區投資論壇上，尹志堯提到了半導體設備行業目前所面臨的主要挑戰，包括技術難度大、市場高度壟斷、研發周期長、耗資巨大等問題。

集成電路產業不僅覆蓋設計、製造、封測上下產業鏈，還有EDA軟體、設備和材料等產業。近幾年，各地此起彼伏的“造芯熱”也離不開半導體設備。如果沒有光刻機、刻蝕機等生產設備，芯片生產根本無法開展。

“集成電路領域最大的差距在於EDA（電子設計自動化）和設備，這些才是集成電路自主可控的終極追求。”太平洋電子首席分析師劉翔在一份研報中指出。

中微半導體被認為是科創板最強芯片股，主要從事半導體設備的研發、生產和銷售，該公司研發了大量具有自主知識產權的核心技術，並應用於刻蝕設備和 MOCVD 設備。

市場高度集中

中國目前很多科創企業都處在一個不對稱競爭的國際環境裡，半導體設備市場也呈現高壟斷狀態，且壟斷性逐年提升。

賽迪顧問數據顯示，從2014年到2018年，全球半導體設備供應商TOP10市佔率從78.6%上升到81.0%，主要是日本和美國的企業。中國的設備企業想要進入分一杯羹，挑戰非常大，但是一旦國外設備商斷供，將會帶來巨大隱患。

與半導體其他領域類似，中國半導體設備需求大，但自給率低。在全國各地新建產線的推動下，2018年中國半導體設備需求激增，市場規模達128.2億美元，同比增長47.1%，是全球設備產業增長速度的近5倍，但是國產設備的自給率只有12%。

經歷40年的激烈競爭，國際半導體工藝設備高度集中，形成了三大國際設備公司為主導的形勢，生產線準入門檻很高。

要從被少數企業壟斷的市場中突圍十分不易，更何況是耗資巨大的半導體產業。尹志堯指出，微觀加工設備的開發和生產需要大量研發經費和資金支撐。“過去15年，中微在上市之前經歷了9輪融資，融資額達40億人民幣。如果沒有大量的資金投入，不可能做出核心設備。”

即使中微每年投入3億研發，也只是美國對手的1/20，存在非常嚴重的不對稱競爭。他呼籲，僅僅企業自己投入資本金不夠，還需要低息貸款以及政府研發補貼的支持。

他指出，美國應用材料公司年銷售172.5億美元，年研發經費20.2億美元；美國泛林半導體年銷售110.8億美元，年研發經費11.9億美元；東京電子年銷售106.2億美元，年研發經費9.1億美元。

尹志堯多次強調半導體設備的重要性，指出目前我國集成電路出現資金一頭大、股本金一頭大和芯片生產投資一頭大的問題。

目前國內投資芯片的設備市場是國際設備市場的10%，不足以支撐設備公司發展，設備產品必須打到外線去。尹志堯表示，中國大陸2018年半導體設備採購同比增長59%，超過中國台灣，但在國內的芯片生產廠的投資中，外國的芯片生產例如英特爾、海力士等在中國的投資佔了一半，國內投資隻佔國際設備總採購量的10%左右，這意味著中國廠商必須要打到外線去，背後挑戰也巨大。

“半導體設備需要我們給予更大的關注。”賽迪顧問股份有限公司副總裁李珂在2019年世界半導體大會上也這樣呼籲。

技術難度大

除了市場競爭，半導體行業本身綜合多個學科，技術難度大。

尹志堯表示，微觀加工納米結構已經接近物理極限，目前台積電提出的原子水準加工需要集成50多個學科的知識和技術，難度不亞於做兩彈一星。“做這個設備需要50個學科。半導體工業關鍵核心零組件之一的磁懸浮分子泵在國際上只有兩三家能做，每一件事情都需要長期的技術積累。”

半導體設備不僅要能做出非常精細的加工，最重要的是均勻性、穩定性、重複性、可靠性、潔淨性。他指出，等離子體刻蝕已刻出人頭髮絲直徑幾千分之一到上萬分之一的細孔，孔直徑的準確度、均勻性和重複性已可達到頭髮絲的幾萬到10萬分之一。一台刻蝕機每年加工多餘百萬兆個又細又深的接觸孔，幾乎百分之百的孔要被完全打開。

而目前先進製程如5納米的芯片需要1000個工藝步驟，要保證每一步驟的合格率都達到99.99%有很大挑戰，“做到99.9%的合格率也不行”，如果每一步合格率為99.9%，1000個步驟後最終合格率只有36.77%

歷經千辛萬苦開發出的樣機隻完成了開發生產設備的一小部分，只有在80多個方面不斷努力，才能達到最終目的。

當天，尹志堯還提到其他挑戰，包括需要有完整的知識產權保護體系；設備需要的關鍵材料零組件都要由國際一流公司，甚至百年老店供應；微觀器件產業競爭激烈，不斷要求設備提高輸出量，降低價格等等。

此外，他表示，設備市場周期性的波動遠高於微觀器件產業和傳統產業，很難預測，“根據Gartner 2004年到2009年芯片設備市場預測及實際表現來看，兩者常常大相徑庭，甚至對下一年的預測也經常有趨勢性的錯誤，這意味著企業要覆蓋較多的產業，以保證公司持續發展”。

不過，受中興、華為事件影響，國產半導體設備也迎來新的契機。根據 SEMI（國際半導體產業協會） 數據，2017 年中國大陸半導體設備銷售額約佔全球的 15%，預計 2020 年佔比將超過20%，約 170 億美元。

以中微半導體所在的刻蝕機行業為例，尹志堯表示，目前刻蝕機市場已經超過了光刻機市場，“長期以來刻蝕機市場約為30到50億美金，2015年以後突然漲起來，現在已經漲到120億，以後要超過1000億。我們中微主要是做刻蝕機和薄膜的，有點誤打誤撞，目前等離子體刻蝕機的投資佔了整個設備投資的20%。”

在業內人士的呼籲下，半導體設備行業也正受到重視。今年10月，備受關注的國家集成電路產業投資基金（以下簡稱“國家大基金”）二期落地，該基金管理機構華芯投資在今年一次半導體論壇上曾透露了大基金未來投資布局及規劃。首先，將繼續支持龍頭企業做大做強，提升成線能力。

大基金首期主要完成產業布局，二期基金將對在刻蝕機、薄膜設備、測試設備和清洗設備等領域已布局的企業保持高強度的持續支持，推動龍頭企業做大最強，形成系列化、成套化裝備產品。大基金將加快開展光刻機、化學機械研磨設備等核心設備以及關鍵零組件的投資布局，保障產業鏈安全。