2023年，世界風(fēng)云變幻，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)走到了又一個 十字路口。

　　7月23日，日本開始正式實(shí)施半導(dǎo)體制造設(shè)備出口管制 措施，要求除美國和韓國等42個“友好國家及地區(qū)”外，六 大類23個品類高性能半導(dǎo)體制造設(shè)備向中國等國出口時每次 都需要獲得日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)大臣許可。其中包括——光刻/曝光 (4項(xiàng))：先進(jìn)制程的光刻機(jī)/涂膠顯影機(jī)/掩膜及制造設(shè)備; 刻蝕(3項(xiàng))：包含濕法/干法/各向異性的高端刻蝕;薄膜 (11項(xiàng))：包含金屬膜/硅&碳膜/硬掩模的高端薄膜設(shè)備; 熱處理(1項(xiàng))：不超過0.01帕斯卡的真空熱處理高端設(shè)備; 清洗(3項(xiàng))： 銅氧化膜、干燥法去除表面氧化物、晶圓表面 改性后單片清洗;測試(1項(xiàng))：極紫外掩模檢測。

　　與此同時，從9月起，荷蘭將擴(kuò)大半導(dǎo)體設(shè)備的出口限 制，要求相關(guān)企業(yè)在出口先進(jìn)產(chǎn)品前必須獲得許可證。雖然 荷蘭政府并未點(diǎn)名，但輿論焦點(diǎn)立即鎖定荷蘭光刻機(jī)生產(chǎn) 企業(yè)阿斯麥(ASML)。阿斯麥?zhǔn)侨蛐酒饪碳夹g(shù)的佼佼者，所生產(chǎn)的深紫外浸潤式光刻機(jī)(DUV)和極紫外光刻機(jī) (EUV)是制造高端芯片必不可少的設(shè)備。

　　針對中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的包圍圈在進(jìn)一步縮小，美國、日 本、荷蘭等主要半導(dǎo)體制造國的出口管制對于中國半導(dǎo)體、 乃至整體電子裝備產(chǎn)業(yè)的向前發(fā)展帶來了嚴(yán)重的沖擊。根據(jù) 相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，按金額計(jì)算，到2022年，日本約占中國 半導(dǎo)體制造設(shè)備進(jìn)口金額的三分之一左右(見圖1)，其后依 次為美國約占15%，韓國約占13%，新加坡約占12%，全球 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的振蕩，使得中國本土設(shè)備商不得不站在 了迎接這波巨浪的最前列，如圖1所示。

圖 1 中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)口國家和地區(qū)比例統(tǒng)計(jì)（數(shù)據(jù)來源：日經(jīng)中文網(wǎng)）

　　國產(chǎn)化設(shè)備開發(fā)進(jìn)展如何?

　　環(huán)顧當(dāng)前全球半導(dǎo)體市場，可以說，整體仍處于弱行情 階段，原因有三： 一是經(jīng)濟(jì)差，消費(fèi)者更換電子產(chǎn)品的意愿 不強(qiáng)，新能源汽車電子雖然不錯，但體量太少;沒有新技術(shù) 革新，無法催生出新的需求，就算是今年最火的用于AI人工智能的半導(dǎo)體市場預(yù)計(jì)也要在今后的3-4年才能真正進(jìn)入爆 發(fā)期;中美貿(mào)易戰(zhàn)導(dǎo)致下游廠商大量囤積芯片，使得庫存高 企，在經(jīng)濟(jì)不好的情況下消耗庫存的周期加長。市場下行， 同時又疊加全球經(jīng)濟(jì)放緩及地緣政治等宏觀背景——中國本 土半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)面臨著極大的生存挑戰(zhàn)。

　　但另一方面，中國是世界第一大半導(dǎo)體消費(fèi)市場，巨 大的應(yīng)用潛力，無疑能夠?yàn)楸就猎O(shè)備廠商的向上發(fā)展“托 底”。從采購金額來看，在2020至2023年間中國晶圓廠設(shè) 備需求強(qiáng)勁，整體采購額大幅增長。根據(jù)芯謀研究的調(diào)研數(shù) 據(jù)顯示，2020年中國晶圓廠設(shè)備采購額為154.1億美元，到 2023年這一數(shù)字將達(dá)到299億美元，較2020年上漲94%。 中國晶圓廠顯著加大采購數(shù)量，帶動整個中國設(shè)備市場強(qiáng)勁 增長，但限于設(shè)備制造周期，設(shè)備產(chǎn)能增幅仍將呈平穩(wěn)釋放 之勢。

　　而從市場份額來看，對比2020與2023年，在市場規(guī)模 大幅擴(kuò)大的基礎(chǔ)上，各主要生產(chǎn)國的市場占比情況整體基本 不變，2023年，美國、日本和荷蘭三家在中國設(shè)備采購市場 的占比仍然超過80%，國際企業(yè)絕對主導(dǎo)中國設(shè)備市場的格 局依然沒有改變。

　　毋庸置疑的是，近幾年，以北方華創(chuàng)為代表的一批本土 半導(dǎo)體設(shè)備廠商在刻蝕、CMP化學(xué)機(jī)械拋光、薄膜沉積等 關(guān)鍵設(shè)備領(lǐng)域取得了不小的突破，并獲得了國內(nèi)晶圓廠的認(rèn) 可;但實(shí)事求是地講，要真正撬動國外大廠的壟斷地位還為 時尚早，未來將進(jìn)入追趕領(lǐng)先技術(shù)的攻堅(jiān)階段，難度會成倍 加大。

　　在各個細(xì)分“賽道”上，國產(chǎn)化發(fā)展最迅速的是后道的 封裝測試設(shè)備領(lǐng)域(見圖3)，中國大陸供應(yīng)商JCET(長電科 技)、TFME(通富微電子)、華天科技已躋身全球前十大封 測廠商名單，近幾年跟隨半導(dǎo)體國產(chǎn)化政策，這些OSAT半導(dǎo) 體封裝和測試工廠持續(xù)擴(kuò)張，帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈取得了長足 的進(jìn)步。

　　半導(dǎo)體設(shè)備的發(fā)展離不開上下游產(chǎn)業(yè)協(xié)同，需要與芯片 制造企業(yè)、核心零部件/材料供應(yīng)商等多方緊密合作，堅(jiān)定 信心，專業(yè)務(wù)實(shí)，以市場為主導(dǎo)，才能早日實(shí)現(xiàn)自主可控。 此外，隨著近期日本DISCO、美國泛林集團(tuán)和應(yīng)用材料等公 司陸續(xù)加大了在印度市場上的布局，產(chǎn)能擴(kuò)張之勢已箭在弦 上，而在這一產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈動蕩之際，也為中國本土半導(dǎo)體設(shè) 備廠商提供了一個良好的發(fā)展機(jī)遇，如圖2所示。

圖 2  2021-2024 年全球半導(dǎo)體設(shè)備細(xì)分應(yīng)用市場規(guī)模統(tǒng)計(jì)及預(yù)測 （資料來源：SEMI，單位：十億美元）

　　工控技術(shù)為半導(dǎo)體設(shè)備賦能

　　目前，大部分工控廠商在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域參與較多的 主要集中在后道工藝環(huán)節(jié)，并且有一些廠商也正在由后道 工序不斷向前道工序滲透，為本土半導(dǎo)體專業(yè)設(shè)備的創(chuàng)新 研發(fā)賦能。

　　例如，劃片機(jī)也被稱為晶圓切割機(jī)(Wafer Dicing Machine) ，它采用刀片或激光等方式進(jìn)行高精度切割，將 含有很多芯片的晶圓分割成晶片顆粒。由于晶圓被切割后的 若干晶粒，間隔極小且極其脆弱，因此該工藝對設(shè)備的精度要求相當(dāng)高，劃片時需要控制劃片刀的速度及轉(zhuǎn)速，降低劃 片過程振動的頻率，減少劃片時崩碎現(xiàn)象的出現(xiàn)，劃片機(jī)也 是半導(dǎo)體后道封測中的關(guān)鍵設(shè)備之一。

圖 3 各國半導(dǎo)體出口管制對中國半導(dǎo)體制造的影響 （資料來源：微信公眾號 - 材料深一度）

　　固晶機(jī)屬于后道封裝設(shè)備，固晶環(huán)節(jié)就是把Wafer上的 晶粒吸出來，逐一粘貼在引線框架或基板上，固晶質(zhì)量會影 響后續(xù)的打線等環(huán)節(jié)，并直接關(guān)系到產(chǎn)能和芯片封測良率及 制造成本。IC半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)τ诠叹C(jī)的精度、速度要求較高 (相較于LED領(lǐng)域)，當(dāng)然，UPH產(chǎn)能越高，也越容易出現(xiàn) 精度偏差。 一般而言，大型GPU、CPU控制器芯片傾向采 用先進(jìn)封裝，其它芯片如電源芯片等多采用傳統(tǒng)封裝形式， 傳統(tǒng)IC的封裝精度要求為±(20-50um);先進(jìn)封裝精度的 要求為±(3-15)um, 晶圓級封裝則需要使用高精度固晶機(jī) (±5um以內(nèi))。有的固晶設(shè)備上還需要配備固后AOI視覺 檢測系統(tǒng)來檢測每一塊固晶成品質(zhì)量，此外，還要配置定期 校驗(yàn)系統(tǒng)，以確保標(biāo)準(zhǔn)的精確和數(shù)據(jù)的一致性。

　　在晶圓加工完成之后、封裝測試環(huán)節(jié)中，主要是檢查 芯片的性能是否符合設(shè)計(jì)要求，屬于半導(dǎo)體后道的電性能檢 測，即FT(Final Test)測試， 一般要比前道的CP測試更為 嚴(yán)格，其中用到的專業(yè)設(shè)備包括轉(zhuǎn)塔式一貫機(jī)、分選機(jī)、測 試機(jī)、探針臺等。半導(dǎo)體分選機(jī)主要有重力式、平移式、轉(zhuǎn) 塔式三種類型，是提供芯片篩選、分類功能的后道測試設(shè) 備，負(fù)責(zé)將輸入的芯片按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的取放方式運(yùn)輸?shù)綔y試模塊完成電路壓測，在此步驟內(nèi)分選機(jī)依據(jù)測試結(jié)果對電路 進(jìn)行取舍和分類。分選機(jī)運(yùn)作過程的快慢、篩選分類的精準(zhǔn) 度直接影響到產(chǎn)品生產(chǎn)，因此分選機(jī)對零部件運(yùn)轉(zhuǎn)速度、響 應(yīng)性能方面有極高的要求。

　　在這些專業(yè)機(jī)型的開發(fā)上，伺服、運(yùn)動控制系統(tǒng)和直線 電機(jī)等核心部件被大量應(yīng)用。在劃片機(jī)上，采用EtherCAT總 線軸卡搭配高慣量的伺服電機(jī)，動作快速且不振蕩;微型直 線電機(jī)力量精準(zhǔn)可控，降低觸發(fā)碰撞損壞的概率。

　　在固晶機(jī)中，采用XY直線運(yùn)動平臺、旋轉(zhuǎn)擺臂軸以及核 心控制部件等，同時搭載機(jī)器視覺運(yùn)動控制系統(tǒng)，與固晶機(jī) 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、視覺采集硬件等部件同步協(xié)作，能實(shí)現(xiàn)高速高 精的控制，確保固晶工藝中的取晶、搬運(yùn)、粘接、壓合、固 化等關(guān)鍵步驟都能達(dá)到高速度、高精度效果。

　　在轉(zhuǎn)塔式分選機(jī)部分，以DDR直驅(qū)電機(jī)為中心，運(yùn)用高 性能的EtherCAT運(yùn)動控制卡可實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動控制，編碼器反 饋實(shí)時監(jiān)測機(jī)械臂的位置，確保運(yùn)動軌跡的精度和穩(wěn)定性， 以精確控制機(jī)械臂的位置和速度，并進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)處理。 同時，借助伺服驅(qū)動系統(tǒng)的軟著陸力控功能，目的是為了在 執(zhí)行部件與加工零件接觸的過程中，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)力度可控，防 止出現(xiàn)器件損壞或者由于壓力產(chǎn)生的其他問題;搭配微型直 線電機(jī)及運(yùn)動控制軸卡，達(dá)到力控精確、響應(yīng)快速的目的， 進(jìn)而改善IC分選機(jī)的檢測準(zhǔn)確度。

　　封測環(huán)節(jié)用到的探針臺主要承擔(dān)輸送定位任務(wù)，使晶圓 依次與探針接觸完成測試，提供晶圓自動上下片、找中心、對準(zhǔn)、定位及按照設(shè)計(jì)的步距移動晶圓，以使探針卡上的探 針能對準(zhǔn)硅片相應(yīng)位置進(jìn)行測試。探針臺中的載物臺是定位 晶圓或芯片的部件設(shè)備，通常會根據(jù)晶圓的尺寸來設(shè)計(jì)大 小，并配套相應(yīng)的精密移動定位功能，超精密氣浮平臺被大 量用于這一場景中。例如，克洛諾斯自主研發(fā)的納米級超精 密氣浮平臺，重復(fù)定位精度可達(dá)±50納米，依靠其精密的機(jī) 械運(yùn)作性能，可在極短的曝光時間內(nèi)精確定位，完成晶圓在 量測端極精密的檢測工作。

　　另外，晶圓搬運(yùn)設(shè)備的需求也較為明顯。例如東莞市 智贏智能裝備有限公司推出的翻轉(zhuǎn)軸晶圓機(jī)器人采用伺服電 機(jī)中空軸結(jié)構(gòu)作為翻轉(zhuǎn)軸，翻轉(zhuǎn)軸可根據(jù)要求調(diào)節(jié)速度，配 置絕對值編碼器，可實(shí)現(xiàn)真空吸附、夾持、伯努利形式的翻 轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)靈活，單臂、雙臂翻轉(zhuǎn)均可實(shí)現(xiàn)，適合晶圓制造的 工藝段有：晶圓的涂膠、貼膜、激光打標(biāo)、清洗、研磨、去 膠、顯影、刻蝕等。

　　產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新開發(fā)

　　最近傳來的一些好消息是，華為近日發(fā)布的Mate 60系 列新機(jī)火爆，從國內(nèi)外機(jī)構(gòu)對華為新手機(jī)的拆解來看，華為 Mate 60 Pro搭載了新型麒麟9000s芯片，并采用了先進(jìn)的7 納米技術(shù)——這無疑為當(dāng)下的中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說是一個莫 大的鼓勵。而在稍早前，有消息稱，上海微電子正在致力研 發(fā)28納米浸沒式光刻機(jī)。

　　盡管前路坎坷，但中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已在奮起直追，半 導(dǎo)體裝備行業(yè)和核心零部件供應(yīng)商在其中起到至關(guān)重要的作用。以目前最熱門的后道設(shè)備市場為例，根據(jù) SEMI的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2022 年全球半導(dǎo)體封裝測試設(shè)備市場規(guī)模約130 億美元，其中封裝&組裝設(shè)備約58億美元，后道測試設(shè)備約75億美元;2023 年，由于行業(yè)景氣度影 響，SEMI 預(yù)計(jì)整體后道半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模下滑至110 億美元，但預(yù)計(jì)2024 年將恢復(fù)增長至122億美元;在后道測試設(shè)備中，測試機(jī)、分選機(jī)、探針臺分別占比63%、17.4%、15.2%。隨著下游封測廠商資本支出的增速，預(yù)計(jì)數(shù)字SoC測試機(jī)、三溫(高溫、常溫、低溫)分選機(jī)等設(shè)備將快速放量。

　　從國際大廠的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看，要想在全球半導(dǎo)體設(shè)備市場上占有一席之地，首先必須要有領(lǐng)先的技術(shù)，市場對半導(dǎo)體IC的需求正發(fā)生著日新月異的變化，企業(yè)需要緊跟這些需求變動提前研發(fā)新的技術(shù)作儲備;其次，產(chǎn)品要有較高的可靠性和穩(wěn)定性，新設(shè)備應(yīng)在研發(fā)、生產(chǎn)、交付和維護(hù)的每個環(huán)節(jié)中都保證可靠性和穩(wěn)定性;第三，設(shè)備要有更高的性價比優(yōu)勢，集成電路芯片越來越復(fù)雜、價格越來越便宜，促使設(shè)備一定要做到成本低、產(chǎn)能大，才能更具有市場競爭力。就拿劃片機(jī)來說， 目前本土品牌(如：光力科技、和研科技等)采用“中國整合，全球并購”的策略，生產(chǎn)的劃片機(jī)精度、速度及穩(wěn)定性均已達(dá)到國際一線水平，但與世界領(lǐng)先品牌DISCO、東京精密等相比，在產(chǎn)品線的豐富性和全球市場占有率上還需要作進(jìn)一步的提升，這些都需要設(shè)備商和核心零部件供應(yīng)商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)通力合作，實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新開發(fā)。