中国半导体设备市场有望“砸”出新格局

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美国收紧半导体出口法规遏制中国在高科技领域的进步,但中国对美国设备的购买量却增加了。
本文来自格隆汇专栏:半导体行业观察

美国拥有世界一流的半导体设备公司,如应用材料、Lam和 KLA,这些公司的全球市场份额超过 40%,并且都制造半导体关键设备,例如蚀刻、沉积和检测。然而,令人意外的是,虽然美国收紧了半导体出口法规以遏制中国在高科技领域的进步,但中国对美国设备的购买量却增加了。

据ET News分析,今年第一季度,美国向中国出售的半导体设备总额为12.71亿美元,较上一季度(10.63亿美元)增长约20%。今年1-5月,美国半导体设备对华出口总额为21.96亿美元,比去年同期的14.12亿美元增长了55%。

之所以出现以上情况,一方面是因为中国必须尽快获得半导体设备,并在可能的情况下通过购买设备来为美国可能追加的制裁做好准备。目前,只有用于10nm及更先进制程的半导体设备受到出口管制,但10nm及以上工艺的设备可随时纳入出口禁令。另一方面,可以看出中国大陆半导体消费市场的火爆程度,各晶圆厂建设如火如荼,对各种半导体设备有着强烈的需求。


半导体设备消费力大增


在消费端,随着晶圆产能向中国大陆转移,晶圆厂建设提速,对半导体设备的需求也水涨船高。美国最大的半导体设备制造商应用材料2020财年数据显示,该财年的营收为172亿美元,其中,来自中国大陆的营收达到54.6亿美元,占比31.7%,而且连续5年增长。中国大陆超过韩国和中国台湾,成为世界最大的半导体设备市场。

另外,Lam公司2020财年营收100.45亿美元,中国大陆市场贡献了31%的营收,超过韩国成为其最大营收市场。日本东京电子2021财年前两个季度来自中国大陆的营收达到1530亿日元,占到其营收的24%,2021财年前两个季度来自中国大陆的营收已经超过韩国,成为其营收最大市场。此外,ASML的DUV光刻机营收最大市场也是中国大陆。

按照SEMI的统计和预测,中国大陆市场对半导体设备的需求量已经超过全球所有其它市场,且增长潜力还很大,这在很大程度上是由存储芯片制造驱动的。这是因为生产制造能力是存储器厂商的核心竞争力,促使投资规模化、长期化。存储器产业的两大特点是拼制造工艺和产能,原因在于存储芯片技术标准化程度高,各家厂商的产品容量、封装形式都遵循标准的接口,在同质化竞争下,存储厂商通过改进制造工艺,提升产能,利用规模优势降低成本,以提升竞争力。

在这种情况下,中国大陆存储器厂商正在积极进行工艺研发与产能建设,需要长期、大规模的设备投入。

在过去几年里,中国大陆掀起了存储芯片制造厂建设热潮,代表企业有:主要生产3D NAND闪存的长江存储,专注于DRAM的合肥长鑫,以及福建晋华。其中,长江存储和合肥长鑫在2020年都进入了产能爬坡期,对相应设备需求很迫切。

以长江存储为例,据集邦咨询统计,该公司2019年第四季度产能约为2万片/月(12英寸),到2020年底有望扩产至7万片/月,预计2023年将扩产至30万片/月。根据湖北省发改委发布的信息,长江存储一期投资569.5万元(对应10万片/月产能),其中2018、2019年投资分别为200万元和50万元。

此外,紫光集团曾宣布在南京、成都、重庆陆续展开集成电路基地建设,投资总规模在千亿级别,其中,计划在紫光南京存储器制造基地投资300亿美元,根据南京市人民政府发布的信息,紫光南京存储器制造基地(一期)投资计划800亿元。

就目前情况来看,预计中国大陆主要存储器厂在2019-2022年的投资规模分别为321.7亿元、495.0亿元、806.0亿元、1116.3亿元。这些钱“砸”下去,会对相应的半导体设备市场繁荣做出很大贡献。


本土设备供给能力提升


中国大陆具备强大的半导体设备消费能力,因此,各大半导体设备厂商都在紧盯着这块蛋糕。然而,在供给侧,中国本土的设备厂商在全球市场影响力比较小,很难对国际大厂形成压力。

不过,随着贸易壁垒加剧,以及本土设备厂商的顽强成长,还有政府的大力支持,使得本土设备厂商有了更大的试错和成长空间,近两年的订单量明显提升。有统计显示,多家本土半导体设备企业斩获大单,2020年第四季度,国内设备商中标82台,同比增长100%,订单周期2-3个季度,收入确认在2021年,多项设备国产市场份额大幅提升10%以上。

国内半导体设备企业营收陆续突破7-10亿盈利拐点(统计国内外设备企业,营收7-10亿是盈利拐点区间)。

按这样的势头发展下去,2021年中国半导体设备国产化率有望继续提升。有望在竞争激烈的国际半导体设备市场占有一席之地。

下面看一下WFE市场中国本土设备企业的发展情况。

刻蚀机方面,Lam、TEL、应用材料都实现了硅刻蚀、介质刻蚀、金属刻蚀的全覆盖,占据了全球干法刻蚀机市场80%以上的份额。

在中国市场,介质刻蚀机是我国最具优势的半导体设备,目前,我国主流设备中,去胶设备、刻蚀设备、热处理设备、清洗设备等的国产化率均已经达到20%以上。而这其中市场规模最大的就是刻蚀设备,代表厂商为中微公司、北方华创,以及屹唐半导体。

中微半导体在介质刻蚀领域较强,其产品已在包括台积电,SK海力士、中芯国际等厂商的20多条生产线上实现了量产。该公司5nm等离子体蚀刻机已通过台积电验证,已用于全球首条5nm工艺生产线。中微半导体还切入了TSV硅通孔刻蚀和金属硬掩膜刻蚀领域。

北方华创在硅刻蚀和金属刻蚀领域较强,其55nm/65nm硅刻蚀机已成为中芯国际主力设备,该公司的28nm硅刻蚀机也已进入产业化阶段,14nm硅刻蚀机正在产线验证中,金属硬掩膜刻蚀机则攻破了28nm-14nm制程。

物理薄膜沉积(PVD)方面,应用材料一家独大,占全球市场份额的80%以上。化学沉积(CVD)方面,应用材料、Lam Research、TEL三家占全球市场份额的70%以上。

中国设备厂商中,北方华创的薄膜沉积设备产品种类最多,其28nm硬掩膜PVD已实现量产,铜互连PVD、14nm硬掩膜PVD、Al PVD、LPCVD、ALD(原子沉积)设备已进入产线验证阶段。2020年4月,北方华创宣布,其THEORISSN302D型12英寸氮化硅沉积设备进入国内集成电路制造龙头企业。该设备的交付,意味着国产立式LPCVD设备在先进集成电路制造领域的应用拓展上实现重大进展。

另外,中微半导体的MOCVD在国内已实现国产替代。沈阳拓荆65nm的PECVD已实现量产。

离子注入方面,厂商主要有应用材料和Axcelis。中国生产线上使用的离子注入机多数依赖进口。

在国内,北京中科信、中电科48 所、上海凯世通等也能提供少量产品。其中,中科信公司已具备不同种类(低能大束流、中束流和高能)离子注入机上线机型的量产能力。

清洗设备方面,目前槽式圆片清洗机在整个清洗流程中约占20%的份额,市场已逐渐被单圆片清洗机取代。槽式圆片清洗机主要厂商有迪恩士、TEL和JET,三家约占全球75%以上的市场份额。

在中国的单圆片湿法设备厂商中,盛美半导体独家开发的空间交变相位移(SAPS)兆声波清洗设备和时序气穴振荡控制(TEBO)兆声波清洗设备已经成功进入韩国及中国的集成电路生产线。北方华创的清洗设备也已成功进入中芯国际生产线。

据中国国际招标网统计,在长江存储、华虹无锡、上海华力二期项目累计采购的200多台清洗设备中,按中标数量对供应商排序,依次是迪恩士、盛美股份、Lam、TEL以及北方华创,所占份额依次是48%、20.5%、20%、6%和1%。

抛光机(CMP)方面,主要生产商是应用材料,以及日本的Ebara,其中应用材料约占全球CMP设备市场60%的份额,Ebara约占20%的份额。在中国,CMP设备的主要研发单位包括天津华海清科和中电科45所,其中,华海清科的抛光机已在中芯国际生产线上试用。


变数


针对中国半导体设备市场,韩国一家半导体设备公司的负责人表示,中国“囤积”半导体设备直接或间接影响到韩国半导体产业。首先,中国对半导体设备的持续采购将给韩国设备企业带来出口机会,这对韩国半导体设备行业是利好因素。

实际上,不仅是韩国,日本也有望在这波禁令和设备采购热潮中受惠。

目前来看,韩国半导体设备市占率与日本相比还是有不小差距的,而日本半导体设备在全球范围内,市占率仅次于美国。

在日本,除了全球排名第三的东京电子之外,还有多家排名在全球前15的半导体设备厂商,如迪恩士(SCREEN),日立高新(Hitachi-High Technologies),日立国际电气(hitachi kokusai),Daifuku(大福),尼康和Advantest。

韩国方面,与日本相比,半导体设备厂商的数量和市场影响力都比较有限。最知名的就是SEMES了,该公司成立于1993年,是韩国半导体设备第一大厂,主要生产清洗、光刻和封装设备。

在政府的支持下,韩国本土的中小半导体设备厂商踌躇满志,有望实现快速增长。

代表厂商如Jusung Engineering,该公司生产半导体,平板显示器和太阳能电池生产设备。尽管该公司在2020年苦苦挣扎,当地客户的订单减少了,但在政府的支持下,今年有望恢复增长,主要的半导体和显示设备客户已恢复投资,近几个月来,来自中国客户的订单也已恢复。Jusung与LG Display签订了一项合同,于2020年11月提供175亿韩元的显示器制造设备。它还与中国的InfoVision光电公司签订了显示设备供应协议。该公司正加大在下一代设备上的研发投资力度,2020年前三季度,累计投资383亿韩元,占公司销售额的43.3%。

中国大陆对半导体设备的长期需求强烈,而美国禁令难以绕开,因此,今后几年,韩国和日本的半导体设备厂商很有希望迎来一大波商机。

此外,随着中国半导体设备采购量的增加,设备供应短缺的情况可能会恶化。由于全球半导体供应短缺,半导体设备的供应期变长,中国的“囤积”很可能会加剧这种情况。事实上,由于设备交付期延长以及对供需失衡的担忧,SK海力士正在将明年的部分投资投入到今年下半年。另外,对于日韩的设备厂商而言,中国对本土半导体设备的投资正在成为一个“负面”信号,因为这意味着日韩半导体设备行业的潜在竞争对手正在崛起。

韩国一家半导体设备公司的负责人表示,由于中国的采购量增加,其他半导体制造商采购设备变得越来越困难。而这也可能是全球半导体设备市场的一个变数。

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