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二手设备,能成为中国半导体的“救星”吗?

半导体行业观察

作者|杜芹 DQ  来源|半导体行业观察(ID:icbank)

近日,日经亚洲的一则爆料把二手半导体设备推上风口浪尖。美国联合日荷对中国半导体设备出口管制,迫使中国半导体制造商加紧抢购二手芯片制造设备,这主要是因为有一些老一代机器不受美国对中国制裁的限制。那么,在美国禁令日益严峻之下,二手设备能否成为中国半导体的救星呢?

思考这个问题之前,让我们先来了解下二手半导体设备市场的前世今生,以及其目前的一些真实情况。对此,我们也有幸采访到了全球排名第一位的二手半导体设备商盈球半导体科技(上海)有限公司的总经理陈真,他为我们带来了一些二手半导体设备界的真实情况。

二手半导体设备的缘起

二手半导体设备也不是这几年才兴起的产物,“其实我没离开过江湖,我只是长期在江湖底下潜水。”我觉得这可以作为二手半导体设备的真实写照。十多年来,二手半导体设备市场一直是IC制造供应链的重要组成部分。

半导体产品尺寸转型行业有一句话:一代设备,一代工艺,一代产品。硅单晶的直径在增加,从2英寸,到3英寸,4英寸,5英寸,6英寸,8英寸,现在它已经进入了12英寸的时代。这样就可以把非主流的或者弃用的半导体设备推向二手设备市场。

据陈真告诉半导体行业观察,大约90年代末2000年初,半导体二手设备市场开始逐步建立。当时全球各地的信息传递速度较慢,透明度较低,因此部分总部位于半导体发达国家及地区的资产处置公司经常可以先人一步代理或者买下旧设备,再向技术落后的国家和地区出售。其实,归根结底,二手设备市场形成的契机主要还是工厂与工厂,国家与国家之间的制造技术代差造成的。

一个比较典型的案例,大约十年前,当时以德州仪器为首的芯片制造商开始从8英寸(200mm)晶圆厂迁移到12英寸(300mm)晶圆厂,2009年末,德州仪器宣布以1.725亿美元的价格从破产的DRAM制造商奇梦达公司那里购买了12英寸的制造设备,并将其转移到德克萨斯州现有的“RFAB”工厂中,以大规模制造模拟IC。

据悉,2011年左右有过一阵短暂的8英寸关厂潮,大量8英寸 fab关厂,这就导致当时大量使用的200毫米晶圆设备涌入公开市场。随着设备公司倒闭或被收购,某些类型的设备不再得到使用,然而这些机器仍然存在。

一些制造商将旧机器的复兴视为商机。据了解,现在全球已有数以百计的企业涉足半导体二手设备业务,这其中包括国际著名资产处置公司,贸易商,网上交易平台,翻新公司,技术服务公司,零备件制造公司等。而这些企业主要都集中在半导体行业发达的国家与地区比如美韩中日以及台湾地区等。

为什么要采购二手半导体设备?

事实上,这些年来几乎所有的芯片制造商都购买过二手设备。根据智研咨询发布的资料显示,以中国半导体市场为例,除了中芯国际,华虹在起步阶段购买不少新设备之外,其余的大部分厂都是以二手设备为主。

2020年9月,半导体材料厂商苏州晶瑞化学股份发表公告,称公司将以1102.5万美元的价格,从韩国存储芯片制造商SK海力士手上买进二手ASML 1900型号的浸没式光刻机,旨在建设高端光刻胶研发项目。而这款光刻机早在2007年7月就开始量产发货,可以将芯片量产制造能力扩展到36.5nm节点。

和舰在建造第一条生产线时除了光刻机从尼康购买有限几台之外,其余设备包括CMP、刻蚀及测量设备大部分从美国LSILogic购买。台积电松江厂也是首先从台湾转移旧设备至大陆,然后适当补充部分设备,包括新及旧设备。

由于《瓦森纳协定》的影响以及美国的制裁,中国采购新半导体设备的难度颇高,目前国内部分半导体设备干法去胶机的采购均来自二手设备市场。

除了无奈之举,从产品自身来看,二手半导体设备也有其内在的优势。据业内从业人士透露,首先,二手设备具备有明显的价格优势,通常为全新设备价格的70%以下。而我们知道半导体制造是资金密集型行业,降低设备成本是保证利润的重要因素。其次,有相当多的芯片产品需要使用成熟工艺来进行生产,最先进的工艺设备反而无法适用。而设备原厂往往将产能集中在先进的工艺设备制造上,无法满足成熟工艺的设备产能需求。

但劣势是,二手设备厂商的部分业务有可能会由于知识产权限制而无法开展。

目前国内采购二手设备的渠道主要来自日本,韩国,美国,台湾地区,东南亚以及欧洲等地。在这些二手半导体设备中,如光刻机,涂胶显影机,部分量测设备,刻蚀设备,离子注入设备都比较抢手。

紧俏的8英寸和6英寸二手设备

“当前市面上的8英寸设备极度缺乏,甚至连6英寸设备的缺口也较大,通用型、兼容性越好的设备则越受追捧”陈真告诉半导体行业观察。

Lam Research一名执行董事David Haynes表示,8英寸的设备需求原本大多来自中国,因中国努力建构国内芯片制造产业。但他说如今世界各地的客户都打算买进或升级旧有设备。

常理来说,晶圆面积越大,所能生产的芯片就越多,即降低成本又提高良率。但相比于12英寸晶圆,8 英寸固定成本低、达到成本效益生产量要求较低、技术成熟等特点被应用于功率器件、MEMS、电源管理芯片等特色工艺芯片的制作,因为8英寸设备还在广泛用于开发成熟的设备。而令人惊讶的是,预计8英寸晶圆厂至少可以维持到2030年左右。

以2013年为例,当时全球半导体二手设备市场占整个设备市场的比例约为6%左右。具体从二手设备的构成来看,8英寸晶圆厂是二手设备需求的主要来源,8英寸晶圆厂占整个二手设备采购比例约为53%,该数值在2014年达到81%。“目前可以提供的8寸设备中,二手的占比估计在7成左右。”陈真指出。

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二手设备是8英寸晶圆厂设备投资中的主力 数据来源:SEMI

现在困扰全球的汽车芯片,很多也是使用老式的设备。美国汽车芯片制造商Polar Semiconductor就要使用8英寸设备来制造芯片。在众多汽车芯片中,有些芯片,比如信息娱乐系统中的芯片,是由生产智能手机芯片的尖端芯片厂来生产的。但用于制动和引擎系统的其他一些芯片,则采用较老式的、经过验证的技术来生产,以满足汽车制造商对耐久性和可靠性的要求。

那为何市面上8英寸设备如此紧缺?陈真解释到,这主要因为国际大厂停产8英寸设备已多年,而且自2019年初,在格芯宣布退出先进工艺竞争之后,几乎就没有8英寸工厂正常出售了。就拿韩国的Magnachip被SKHynix整体收购来说,没有经过公开竞价的过程,而格芯的新加坡F3E工厂当时是请了多家潜在买家进行现场评估出价的过程。

而6英寸设备则被广泛应用于MOSFET、IGBT、MCU、PMIC、CIS以及一些化合物半导体中。尤其是化合物半导体,如今国内外大厂无不纷纷抓住第三代半导体这个风口,纷纷扩产。国外的Cree、ST、罗姆、英飞凌等正在抢占SiC晶圆市场份额;国内诸如三安光电、露笑科技、科友半导体、新微半导体等数家厂商化合物半导体项目纷纷上马,而且规模较大。这些都加剧了对6英寸设备的需求。

陈真是这么描述6英寸设备紧俏度的:“基本到了看一眼就知道肯定不够的程度,或者简单点说,卖方市场一条8英寸的生产线都没有计划卖出来,买方市场的项目就能有10几20个”。

供需的不平衡势必导致价格不同程度的上涨。陈真从这几年的实际从业经验中谈到,目前6英寸及8英寸二手设备近几年价格呈现持续上涨的趋势,每年上涨幅度可达30%。12英寸设备在市场需求的驱使下,近两年价格也开始逐渐攀升。

对8英寸的需求令整个行业感到意外,迫使芯片制造商和fab设备供应商更加重视该技术,部分设备制造商把这视为不可多得的复苏商机。半导体设备大厂如应用材料及Lam Research等依然有所谓的新设备出售,其中比较多的为官方翻新设备。“而且据部分终端客户的反馈,他们收到的8英寸设备,的确全新程度越来越高,侧面说明这些厂家有限度的在重启8英寸设备生产。”陈真透露。日本光学大厂佳能才刚举办9 年来首次用于8 英寸晶圆曝光设备的产品发表会。

面对如此大的8英寸设备缺口,而8英寸设备又遍地难寻的情况下,该如何解决?陈真告诉我们,目前主要有三大途径解决:一是高价抢购现有市场上还在流通的单机,比如尼康i线光刻机,这种设备近半年涨幅达到50%;二是使用12英寸设备改造,部分12英寸量测设备,经过一定改造可以使用在8英寸甚至更小尺寸晶圆上,或者将6英寸设备改造成8英寸;三是采取国产替代。

说到国产替代,目前我国的设备公司也开始逐渐打入供应链,中微公司、北方华创等厂商的刻蚀设备、成膜设备已进入中芯国际供应链,至纯科技、芯源微等也实现了清洗机等设备的稳定供货。

“小窥”二手设备厂商们

在二手设备市场中,我们也搜集到了一些国内外相对知名的二手半导体设备厂商。下面让我们小小窥探下他们都在卖什么样的二手设备?

SurplusGLOBAL(盈球半导体科技)成立于2000年,是全球排名第一位的二手半导体设备商并且拥有数量最多的设备库存,拥有超过1,000台以上二手半导体设备包括从曝光机台到测试机台,公司每年买卖超过1500台的二手半导体设备,LED设备,Display设备和太阳能光伏设备,至今已出售了20000多台设备。经过验证过的案例,他们已为其国内外客户在投资上节省了30%的成本。同时,他们也是全球购买二手半导体设备最大的厂商之一,每年购买的二手设备超过1亿美元。

从公司官网我们了解到,SurplusGLOBAL的设备种类丰富,有来自十几家国际知名半导体设备厂商的多种设备,例如ASML、应用材料、泛林、佳能、爱德万测试以及ASM等国际半导体设备厂商,SurplusGLOBAL销售的设备主要有光刻机、PVD、CVD、离子注入以及ATE、RTP等。

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荷兰厂商solutions-on-silicon(简称SoS)也是较早的二手设备厂商,他们从2004年就开始做二手设备,主要涉及半导体/MEMS行业中的设备、消耗品及备件等。据他们的公开信息,早前SoS从他们客户中了解到,OEM不再能够像以前那样支持小于12英寸晶圆厂,OEM厂商的支持水平正在不断下降,这样导致的结果就是,客户对现有工具集的专业支持需求与有限的资源之间已经出现了差距。他们便抓住了这个空缺,SoS将自己定位为OEM支持的有效替代方案。

在SoS的官网中,我们也发现了不少国际设备大厂的二手半导体设备,这其中不乏有ASM、KLA、应用材料以及Lam Research等的身影。

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SoS在售的二手半导体设备

再来看看国内的情况,据陈真透露,国内比较成规模的二手设备企业大约有20家左右,每年销售额从数千万到数亿人民币不等,基本已经覆盖了所有主流的生产设备,每家公司都会专注于某几个特定工序上的设备。

2020年6月,国家大基金旗下上海聚源聚芯集成电路产业股权投资基金中心(有限合伙)新增投资盛吉盛(宁波)半导体科技有限公司。该公司主要从事二手半导体设备及配件的翻新、改造、安装、维护及销售;半导体设备的开发,生产及销售。目前盛吉盛的二手半导体设备主要有CVD、PVD、炉设备、测试设备、蚀刻设备以及清洗设备等。新设备方面,公司表示,正通过技术授权在中国本土制造国外OEM设备,并建立宁波研发中心,研发制造国产品牌设备。

购买二手设备,能否绕过美国禁令?

据估计,二手设备业务约占整个晶圆厂设备(WFE)市场的10%。2017年,世界二手设备市场总额超过500亿美元,而世界二手设备市场80%的支出是由亚洲制造商完成的。

在全球的二手半导体设备市场中,根据行业协会SEMI去年12月的报告,中国已成为2020年此类设备的最大市场,2020年有137亿美元的半导体设备从海外进口,比前一年增长了30%以上。彭博对官方贸易数据的分析显示,中国企业从日本,韩国,台湾和其他地区购买了近320亿美元的设备,用于生产计算机芯片,比2019年增长了20%。

为限制中国半导体产业发展,美国国家安全委员会建议联合日、荷实施设备出口禁令。据路透社报道称,由前Google主席埃里克·施密特(Eric Sc hmidt)领导的美国国家安全人工智能委员会(NSCAI)建议,应限制中国购买先进制程芯片所需的制造设备。

当下虽然如中芯国际取得了美国的许可,据路透的报道,美供应商申请向中芯国际出口芯片设备的审批速度还是很缓慢。

据日本《日经亚洲评论》报道,中国正在囤积二手芯片制造设备以抵御美国压力,甚至即使暂时用不到的也在囤买,而且推动了日本二级市场的设备价格大幅上涨。

那么,通过购买二手设备,能否绕过美国禁令呢?尤其是我国能否买到先进的光刻机(类似浸没式)?关于这点,陈真也做了很客观的解释,他说:“我国用户在合规情况下是完全可以购买到全新或者二手的浸没式光刻机的。但需要注意的是,即便是二手设备贸易,大部分二手设备企业也依然会遵循合规要求,不会将受限制的设备出售给实体名单上的用户。事实上一些大的中间商目前还是避免直接向中芯出口原产地为美国的二手设备。”

结语

在十数年来,半导体二手设备都为半导体的生产做出了巨大的贡献,在如今这个档口,对国内半导体而言,二手半导体设备的重要性凸显,这将成为我国实现大幅提高芯片自给率的目标的强有力支撑。

编者按:本文转载自微信公众号:半导体行业观察(ID:icbank),作者:杜芹 DQ


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