破困局，谋变局，半导体设备产业的突围指南 | 高鹄论道

 4月28日，高鹄资本的线上栏目高鹄论道首期活动圆满落幕。【高鹄论道】是由高鹄资本作为主理人发起的系列交流活动，旨在搭建一个促进产、学、研交流，加速产业发展的交流平台，通过定向邀约企业家、投资人与专家学者进行交流分享，为半导体、新能源等各新经济领域的带来最前沿的行业观察与深度探讨。
 
首期高鹄论道，我们特邀北京大学高级工程师朱瑞、米格实验室CEO闫方亮、某国内Fab大厂研发工程师何恩方、钧山合伙人欧阳琦玮、富士康工业富联投资人周亨硕作为圆桌嘉宾，带来主题为半导体设备的国产替代破局之道的线上研讨。在活动中，就如何看待我国半导体设备发展现状以及同国外的差距，未来我国半导体设备的发展方向等话题进行了热烈讨论。
以下为会议实录内容整理，略作删减供读者阅读。
 
01中国半导体设备发展现状及同国外的差距
 
（一）投资半导体设备创业公司的重要指标
 
欧阳琦玮：投资首先需要进行全行业的梳理。对于半导体行业，从用途上区分，有逻辑芯片、存储芯片、光电器件等细分领域；从产业链上区分，从事工具研发的有EDA、IP授权等，也有应用于更下游的工具研发，比如设计、封测。简单而言，我们需要进行对全行业在Fab厂、EDA厂、硅片厂、代工厂等厂商之间的价值分配，同时也可以把上市公司所在的产业链环节进行区分。例如，我们可以考察全产业链上不同环节的价值增量在世界范围内的分布，比如某一环节在价值增量分布上主要集中在美国，来判断投资人会更倾向于在美国大厂有从业经验的团队。
 
对比全产业链技术点，会发现同国外差距比较大的技术，说明国内产业发展潜力很大，但也同时有高风险、周期长的问题，而已经比较成熟的技术则可能会面临创新性不足以及估值低的问题。结束了这些研究之后，钧山就会组建团队，调研市场需求、判断竞争格局、同专家与创始人进行交流。不同的创业团队有不同的问题，我们要从综合指标判断，在双向沟通后才能达成交易。
 
周亨硕：个人觉得主要看重团队和细分市场规模以及技术之间的共通性。团队方面，理想情况可以从大厂挖到一个完整的团队，估值上的容忍度也会更高。但目前面临的瓶颈是近一年能否挖到一个完整的团队，不管是国际形势变化，还是华人回国创业热情变弱，现在都有一些不确定性。在国外大厂的中国研发中心里，基本没有一款设备是华人完全掌握的，华人要么只掌握了硬件，要么只掌握了软件，缺失的部分可能需要通过吸收学习内资厂商的团队经验，但是理想的状态很难达到。
 
投资人也要清楚五年内华人可实现的技术领域以及短期内无法实现的技术，这就需要和产业内的龙头以及有创业意向的高管保持深入的合作关系。团队本身的结构，需要模组研发、产品设计、系统集成、软件算法、工厂适配、设备维护的相关人员，同时也需要有人能够对产业资源进行整合。现在很多小厂单一的产品结构无法支撑起本身的高估值，需要创始人凭借已有的技术多切入几款设备进行产品延伸，打开公司营收的天花板，打造平台化的公司是更加理想的状态。
 
（二）材料学、集成电路、化合物半导体器件、MEMS等领域在检测环节的关注异同
闫方亮：半导体材料检测、工艺制程检测基本上都涉及到SEM、XRD、AFM、FIB、TEM等方面，比较类似。但是对于功能性测试，像ATE测试，集成电路和碳化硅器件的测试却是完全不同的。像CP测试、FT测试，以及在集成电路前道测试还包括WAT测试，几乎是完全不同的。
 
市场规模比较大的细分赛道是在前道检测领域，基本可以应用于整个半导体产业链。但是后道检测则有很多细分，比如ATE测试有偏重功率器件的，也有偏重IC，IC里面又分偏重存储的，或者是SOC的，也包括CPU芯片。所以主要异同区分点在于前后道检测。
 
朱瑞：任何领域的检测都需要关注性能指标是否达到设计要求。比如材料类的检测，就会关注耐久性等指标，电子器件则会要求材料电阻率、工作稳定性等指标达标。
 
集成电路检测则包括电路功能是否实现、在外界环境（温度、电磁场）干扰下的稳定性等。其他共性要求还包括检测准确性、代表性、高效性等。在共性的要求下，也存在测试内容和需求上的差异，通常半导体检测分为前道检测和后道检测，前道检测主要用在半导体生产过程的工艺控制，后道检测关注性能参数。
 
以前道检测的硅衬底材料为例，需要关注衬底表面几何缺陷，凹凸、划痕、颗粒污染以及缺陷密度，主要是通过光学和电子束的设备完成。另外，还需要关注材料的晶体学特征，比如晶格结构、晶体缺陷密度、微小尺度下是否具有应力，则需要通过透射电镜完成。
 
而化合物半导体器件除了上述检测，还有其他特殊环节。比如三五族氮化物半导体，在薄膜掺杂的检测中，需要辅助发光特性、电学特性的检测，即阴极荧光测试、探针测试等。对于碳化硅等功率器件，则会关注表面粗糙度以及表面颗粒密度，这些在高功率器件在高电压工作条件下的运作影响很大。
 
一些化合物还有特殊的性质，比如材料透明，光学检测方法是否可行；有些材料电子束观察是否存在充放电效应，能否得到好的图像，这些都对检测环节有差异化的要求，也对专业检测设备设计开发提出了要求。
 
对于先进节点的集成电路检测，还会利用透射电镜观察栅电极等关键线条的尺寸和结晶状态。对于MEMS器件，主要关注在力热光电磁的作用下，是否能达到很好的原位动态响应。
 
（三）我国量检测设备同国外设备的差距
 
闫方亮：差异在五个维度。第一个维度是有无的问题，比如我们还没有高分辨率的国产XRD，国内使用的基本上都是来自于国外的帕纳科、布鲁克这些厂商。
 
第二个维度是好坏的问题，尤其体现在精度和技术先进性上，以电镜为例，国内扫描电镜和FIB也有，但是其精度和国外的相比还有一些差距。
 
第三个是可靠性、稳定性的差异，虽然国内设备在一些技术指标可以达标，价格也比较便宜，但比如面对24小时工作，很多设备还是解决不了可靠性和稳定性的问题。
 
第四个是使用寿命，国外的设备相对来说更耐用一些。
 
第五个是跟踪服务，这应该是国产设备的优势，因为国外半导体设备交期比较长，国外售后服务也比较贵。国产设备可以在这点上做出差异化优势。
 
朱瑞：我认为一个是硬差距，另一个是软差距。
 
硬差距是指国内外仪器设备本身的指标性能、指标差距，硬差距主要考研关键部件性能、装机加工装配精度以及软件。其实国产设备是在逐渐进步的，比如扫描电镜，同样是30KV电压，国产扫描电镜同样可以做到1nm级别的分辨率，低压性能也还行，正在慢慢追赶与国外扫描电镜的硬差距。
 
软差距，不是指软件，而是指设备稳定性、易用性、特色功能、用户体验以及售后服务等。考验的是技术积累、技术原理理解和原创性创新。这个是建立在众多客户反馈的基础上进行改进的，这个方面国内设备和国外的差距比较大。比如扫描电镜的探测器，一般的传统二次电子背散射探测器的国内外差别不大，但是国外厂商的探测器会有比如集成化的探测系统等改进，这影响的不单单是性能本身，还有用户体验、实验效果和实验效率。
 
如果想把国产量检测设备做好，需要全面的突破，区分哪些是硬差距，哪些是软差距。比如场发射电子源、高压电源是需要着力去攻克的。
 
如果对设备进行0到10分的评分，国内扫描电镜五年前硬实力还达不到5分，现在国产扫描电镜公司在硬实力上基本可以和国外设备并跑，达到8-9分的水平，但国内透射电镜赛道还没有好的整机公司，可能还处于0-1分这个阶段。软实力上，和国外还有不小的差距，国内设备有稳定性的问题，能达到6-7分就很不错了。
 
（四）从大厂的角度看国产替代半导体设备的卡点
 
何恩方：对于前道设备，栅电极长度和栅电极间距是衡量逻辑器件的关键尺寸。关键尺寸主要决定于光刻和刻蚀工艺。在光刻工艺方面，光源、透镜等相关技术与国外还存在着较大的差距。在等离子刻蚀工艺方面，工艺卡点则主要在于能够通过高选择性的等离子体形成均一和规则的pattern形貌，这是因为等离子体的成分、比例、流量等参数会影响损伤层厚度、选刻蚀择比、线条深宽比及陡直度这些关键形貌信息。
 
（五）大厂对引入国产设备最主要的考量点、引入周期及引入流程
 
何恩方：Fab厂商追求效率以及产线设备的稳定性。为了产线和产业链的稳定性，大厂期望国产厂商能够更多地参与进来，尽其所能研发出高性能的国产设备，以实现部分设备的替代。简单的国产设备需要三到五年验证，复杂的设备在量产之前需要十年以上验证周期。总流程包括：设备公司做出设备，拿到Fab厂进行验证，进行反馈迭代，直到满足量产需求。由于国外技术积累强于国内，而且国内产学研脱钩比较严重，我国设备从demo阶段到量产阶段的周期通常长于国外。
 
02中国半导体设备的未来展望
 
（一）关键环节设备受制，影响fab建新产能
 
周亨硕：对于半导体前道设备，仅以28nm作为一个界限，距离国外还有十年以上的差距。从现在全球制程进步的周期来看，一般四到五年有一个制程上的进步，基本是产品、产能和库存这三个周期的叠加。我国的瓶颈在于产能周期上，晶圆厂国产替代需求很明显，但是国产设备还没有完全就位。
 
通常3-5年的验证周期是合理的，假设一年到一年半做出α机，到晶圆厂尝试运作半年，看看基本功能是否可以实现，再涉及稳定性、性能改进的问题，又需要一年多，此时制备的叫β机，而在产线真正试运行时叫γ机，最终版本可能需要3-4年，这是比较理想的状态。
 
从0到1，α机能不能搭出来，涉及关键的模块，不一定可以自主设计，也不一定能保证性能。性能达标以后，速度、分辨率以及稳定性能否保证都是问题。如果想要保证设备在不同时间、不同晶圆以及不同产品批次之间测试数据差别不大，则需要对整个供应链和制造环节进行严格把控。另外，需要根据晶圆厂反馈的问题进行迭代，不然就会停滞和失去批量订单。比较理想的情况是一个完整的团队复刻原厂设备，至少也需要3-4年时间，更何况很多前道检测领域设备我们短时间做不出来，只能逐步迭代。国产替代还会喊很久。
 
（二）高端分析测试设备亟待实现0的突破
 
朱瑞：目前，我国还不能实现部分高端分析测试和精密加工类设备产品的研制生产，比如透射电镜、电子能谱仪、聚焦离子束和电子束曝光机等。这当中有的设备在芯片制造厂商的检测部门是必需的，像英特尔、IBM每天有大量的聚焦离子束，透射电镜设备在运行。正是这些国外Fab厂在分析测试上的需求和使用反馈，反过来促进了国外设备公司的发展。但也应该看到，部分基于电子束的半导体量测设备，我国已经有能力生产制造，但部分核心的零部件还是需要依赖国外，比如电子源，电子光学系统等。另外，我了解到还有像SIMS，二次离子质谱设备，我国目前也已经开展自主研发。从以上看来，这些所谓被卡脖子的仪器设备，都源于像电子束、离子束等这些卡脖子技术上，如果真的突破了这些技术，这些国产化率为0的设备就会慢慢做起来。
 
（三）碳化硅检测领域的设备是重点
 
闫方亮：碳化硅产业链分为衬底、外延、器件、封装测试，市场最大的是后端的测试设备。
衬底测试设备主要是表面缺陷分析仪，用于检测碳化硅晶体以及外延片里面缺陷、包裹物，然后进行统计，成熟产品包括KLA CS10、20、920、8520等经典型号，还有日本Lasertec SIGA 88。
 
外延过程中的测试设备种类和衬底检测环节类似，涉及到晶圆平整度、粗糙度、电学高低阻测试、CV测试（载流子浓度随着深度的变化）、晶片厚度测试（傅立叶变换红外光谱）。
器件制备过程中的测试设备包括电镜、AFM、晶圆表面沾污测试仪等。表面沾污是指清洗过程中引入的金属颗粒物，会极大影响器件可靠性。一般是用TXRF、VPD-ICPMS设备在做，TSF国产厂商目前还没有在做的，江苏无锡的华瑛微电子和鲁汶仪器在做VPD RCPMARS相关的国产设备。
 
后端测试设备包括ATE、CP测试。ATE电学测试领域，如华峰测控在行业内出货量多达上千台。CP测试里面会用到探针台，还有模块测试，这一方面国内外差距不大。还有一些核心的，比如PC级、秒级的功率循环测试，一般用西门子和美国的ITC会多一些，国内已经有很多厂可以做，但性能指标达到秒级功率循环的还比较少。
 
研发方面，碳化硅的少子寿命检测是一个卡点，一般会用TRPL时间分辨测试仪进行测试，器件检测会用到深能级瞬态谱DLTS。
 
（四）国内半导体设备的理想发展水平
 
何恩方：一个成熟的Fab厂每月的出片量可以达到一万~十万片的水平。fab厂主要关注的是精度、可靠性、高吞吐量、稳定性、无损检测。另外，如果可以引入AI进行数据分析，也是Fab厂非常愿意看到的，比如SEM缺陷类型/数量分析算法、光刻补偿算法等。
 
朱瑞：对于实验室设备来说，需要检测速度快、精度高、稳定可靠且有很快的售后响应。如果能够引入机器学习的数据分析，并且有一些新奇的测试分析功能是比较好的。
 
但是精度和速度是一般很难兼得，而且在实验过程中还需要考虑到样品损伤的问题，如果不怕损伤，高精度可能还是要借助电子束，如果探测速度要快就得保证探测器响应要快，得高速成像、高速扫描。另外，多束电子束的测量设备可以在保证精度的前提下，尽可能地提升检测速度。
 
如果因为样品怕损伤不能用电子束检测，还要求速度快，就还得回归光学的方法，比如白光干涉仪精度就比较高。
 
闫方亮：从创业公司的角度来讲，需要做出机器交付给客户，最好是能够有明确的、愿意给机会合作和验证的客户。产品本身来讲，一个是技术先进性，一个是稳定可靠的工作状态，第三个是随时响应的售后支持和技术服务能力，然后是通过研发/收购，发展成设备平台。
周亨硕：国内量测的设备很多还停留在Demo机水平，达不到量产。而达到Demo机级别的设备，能拿到生产线去跑的也屈指可数。未来，检测设备公司里面也最好也有一些做底层研究的人才，目前国内的设备公司还是缺乏底层研究人员。反观国外，应用材料等先进设备公司的研发是N+2代的，做物理层研发的人才是这些公司能够在当下的工艺节点下研发更先进节点设备的保障。
 
欧阳琦玮：设备公司的核心是客户认可，这也是我们做投后管理以及帮助公司做融资规划的一个重要指标。以我们投资的一家半导体上游材料项目为例，董事会在帮助公司制定年度预算的时候，把给三大厂送样的重要性放在收入之上，以获得大厂的批量订单或认可为milestone，再开启下一轮的融资。
 
03半导体设备产业发展建议及融资建议
 
欧阳琦玮：这个取决于创业团队的背景：如果团队很擅长做产品，就补齐科技研发的部分；如果都有了，就看发展节奏，什么时点进行融资、融资规模以及资金用途，是需要建Fab厂还是做α机。不同类型与不同阶段的公司，会有不同的想法，需要具体分析，但都需要把握好整体生意节奏。
 
周亨硕：一家公司首先要活下来，不仅取决于技术，创始人还要能管理团队。不管是研发、供应链、客户，特别是融资都非常看重组局的能力，能活下来、有足够的时间把机器做出来非常重要。另外就是平台化发展，产业资源整合是未来两年会发生的事。
 
闫方亮：对于创业公司来说，第一点是压强原则，足够聚焦和坚持，进行积累和突破。第二点是把握时间，时间分配对创始人而言非常重要，时间更多应该放在客户，努力给客户解决问题，维持良好的客户关系。能否突破成长取决于客户，要选择真实的长期有价值的客户需求。对国产设备厂商而言，更多是把设备变成产品和服务，设备不一定好卖，但可以从服务入手，绑定销售，模式上更加灵活，能够满足客户。
 
何恩方：从技术上来讲，公司早期应该瞄准赛道，然后做到高精尖，后期则利用资源整合能力尽量向平台化发展。
 
朱瑞：国家提倡把研发内容放到企业中去，国外发展快是因为技术转化能力很强，技术从高校出来，很快就能产业工程化。所以半导体企业、科研院所和研发公司之间的通道需要打通，加速产业发展。像IBM、Intel本身学术就很活跃，又有产品，很成体系，都是积累和互相协作的成果。