〈分析〉國產替代不足?陸矽晶圓設備供應能力大解析

「國產替代」-中國矽晶圓設備供應能力解析(圖片:AFP)
「國產替代」-中國矽晶圓設備供應能力解析(圖片:AFP)

無疑的在目前 3C 產品需求飽和之下,整體半導體產業正陷入衰退期。根據 IDC 數據顯示,預估 2019 年半導體產值將下滑至 4400 億美元,年減 7.2%。

不過,隨著 5G 基地台布建達到一定規模,未來推動半導體產業成長的力量來源,就屬 5G 所掀起的一波產業革命。AI、物聯網技術的提升,再加上手機換機潮,整個半導體市場將再有翻轉的機會。IDC 也樂觀預測 2020 年半導體景氣將有所恢復,且到 2023 年半導體產值可望升至 5240 億美元

同時,中國政府也看好未來 5G 所帶起的半導體商機,加強在半導體領域的布局建設。不過在整個產業鏈中,半導體相關設備陸廠切入的難度最高,也是中國半導體國產化所面臨最大障礙。

2018 年,中國的 IC 設計、IC 製造、IC 封測產值規模分別是 1.4:1:1.2。由此可知中國半導體產業發展最順暢的就屬 IC 設計。當今中國 IC 設計產業排名前十大全為中國本土企業,從自給率來看已從 2012 年的 13%,提升至 2016 年的 27%。

(資料來源: wind) 中國 IC 產業鏈規模 (億人民幣) 
(資料來源: wind) 中國 IC 產業鏈規模 (億人民幣

而中國 IC 設計的蓬勃發展也催生出 IC 製造與 IC 封測的需求,但中國在兩者的自給率仍低,主要因為這兩類產業比 IC 設計更依賴硬體設備,因此目前中國半導體產業積極發展的方向在於提升半導體設備的自製率。以下主要探討中國矽晶圓製造設備的本土化實力。

1. 矽晶圓製造設備

矽晶圓是半導體的關鍵基礎原材料,2018 年全球矽晶圓出貨接近 130 億平方英寸,年增 7.81%(如下圖)。

007(資料來源: wind)
007(資料來源: wind)

而矽晶圓的供應主要由國際五大廠,信越化學、SUMCO、環球晶、Siltronic、LG Siltron 所把持,形成壟斷格局。

(資料來源: IC Insights) 2018 年 12 寸矽晶圓前五大廠商市占 98%
(資料來源: IC Insights) 2018 年 12 寸矽晶圓前五大廠商市占 98%

以矽晶圓製造來看,主要製作流程可分為拉晶 - 切片 - 磨片 - 倒角 - 刻蝕 - 拋光 - 清洗 - 晶圓測試。

拉晶:晶體生長主要直拉法與區熔法,使用的設備均為單晶爐。中國單晶爐主要是以進口為主,採用德國 CGS、PVA、美國 KAYEX、日本 FERROTEC 等設備。不過中國目前在 8 英吋單晶爐已有國產品牌嶄露頭角,如晶盛機電、南京京能、西安理工晶科等,至於 12 吋單晶爐仍依賴國外供應。而該產業中國市場需求預估在 2020 年可達人民幣 40.5 億元。

切片:主要的設備包括切割機、滾圓機、截斷機等。由於精密度要求高,目前以進口為主,主要供應商有日本的東京精密、齊藤精機、瑞士 HCT、M&B 等。晶盛機電、中電科 45 所也能供應部分切片機產品。市場預估 2020 年需求達人民幣 8.1 億元。

磨片:由於晶圓的表面要光滑,且沒有切割損傷,完全平整,因此需要磨片處理。但中國在這領域並無供應商,完全依賴進口,進口廠商包括日本 KoYo、NTC、Okamoto 和德國 Peter Wolters 等。

倒角:倒角主要是消除矽晶圓邊緣表面因切割加工後所產生的稜角、毛刺、崩邊、裂縫或其他缺陷等表面污染。而倒角機系統目前被國際大廠壟斷,如日本 TSK、日立,德國博世等。

刻蝕:矽晶圓在經過切片、研磨等機械加工後,會形成有一定深度的機械應力損傷層,且表面會有金屬離子等雜質污染,通常利用化學腐蝕方式來消除這些影響。這部份中國廠,如北方華創、中微半導體等,已開始漸漸替代國際大廠,但大部份中國還是依賴進口,包括向美國 Semitool、德國 RENA 等採購。

拋光:其目的在於去除切片、研磨等殘留的微缺陷,及表面應力損傷層和去除表面的各種金屬離子等雜質污染。這部份仍以進口國外設備為主,如美國 Revasum、KOVAX,荷蘭 ASML 等。不過中國廠晶盛機電已突破技術瓶頸,研發出 6~8 英寸的全自動拋光機。市場預估 2020 年需求達人民幣 40.5 億元。

清洗:晶圓片在經過不同工序加工後,表面已受到嚴重污染,因此清潔的目的在於清除表面的微粒、金屬離子及有機物等。中國北方華創、盛美半導體、至純科技為中國清洗設備「三劍客」。不過在高階市場仍是 LamResearch、東京電子和 DNS 的天下。市場預估 2020 年需求量達人民幣 16.2 億元。

晶圓測試:主要是對晶圓片表面缺陷檢測。該領域中國目前無廠商投入,因此以進口為主,包括日本 Advantest、美國 MTI 等公司。

整體來看中國矽晶圓製造設備領域因起步較晚,整體發展仍在初級階段,即使進口替代的市場極大,但短期中國廠商要取代國外競爭者機率低。不過,晶盛機電、北方華創、中微半導體等設備製造商已有初步規模,後續發展值得關注。


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