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台湾半导体设备本土化现况及未来 |
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| http://cn.newmaker.com
10/27/2006 4:33:00 PM
佳工机电网
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以韩国为借镜，政府目前将LCD设备与关键零组件国产化列为产业政策重点项目。其中设备产业自制率的目标是2008年达到50％、产值朝新台币630亿元目标迈进，2010年以后维持自给率至少60％；而设备关键零组件自给率希望由2005年的20％提升至2008年70％、产值达175亿元之目标。
对照LCD设备产业，半导体设备本土化则是一路走来筚路蓝缕，相较于工业局所公布2005年台湾LCD整体设备（含Array、Cell、Module、Inspection及Automation）自给率达21.96％，2005年台湾的半导体整体设备自给率还不到15％，一来一往之间，发展较久的半导体本土化是远不如LCD本土化，然而问题在哪里？业者与政府需做哪里些方式因应呢？台湾半导体设备本土化现况及未来发展情形又会是如何呢？均将在下文讨论之。
独特的专业分工模式 引领台湾IC产业向前冲 台湾IC产业在历经了30多年产、官、学、研界的共同努力下，目前实力在全球IC 产业已具备了一定的地位，2005年是仅次于美、日的全球第三大IC 生产国，IC产品产值达151亿美元（约新台币4,989亿元）。台湾IC 产业与国外最大之不同点是在于专业分工的产业结构，因为在快速变迁的产业环境，以及与日渐增的扩大资本设备投资下，台湾独特专业分工模式，比起国际大厂，相对地符合产业趋势需求。 目前国际大厂多以设计、制造、封装、测试，甚至系统产品等上、下游垂直整合的经营方式，然而台湾则是选择采取上、下游垂直分工的经营型态，在集中资源于单一产业领域之术业专攻模式进行下，也确实获得相当好的成效。
以台湾的专业分工体系来看，截至2005年底为止，台湾共有268家IC设计公司、8家晶圆材料业者、4家光罩公司、13家晶圆制造公司、33家封装业者、35家测试业者、15家基板厂商、19家化学品厂商以及4家导线架生产厂商……等。 如此庞大且绵密的外围相互支持厂商，让台湾以1个虚拟上下整合产业链与其它国家竞争，设计部分，台湾设计业蓬勃发展，家数与产值（为新台币3,200亿元）皆仅次于美国；晶圆制造部分，晶圆制造业靠著晶圆双雄在全球持续雄霸（2005年台湾晶圆代工市占率72.4％）以及全球第二大的DRAM业者加持下，产值已达新台币5,874亿元；下游的封装测试业也因上游优异的制造与代工能力，产值居于全球第一，为3,052亿元。 就产品面而言，DRAM、SRAM等产品因进入市场较晚，已由美、日、韩等国占取先机，但仍有第二的优异表现；Mask ROM则由于国外大厂接连退出，而使得台湾于近几年皆独占全球第一的地位。
然而就在号称是半导体王国的我们，12寸晶圆厂故乡的口号下，晶圆制造的所需的关键设备的掌握度却远远的落后其它先进国家（欧美日韩）。根据半导体协会SEMI统计，2006年半导体设备需求达388.1亿美元，其中台湾地区超越韩国，达69.7亿美元，位居全球第二。 看似美好庞大的市场，其实台湾业者大部分只能在后段封测设备（占整体市场21％）上分得一杯羹，但是在前段关键制程设备，能够有所发挥的业者却少之又少（主要为汉民以及沛鑫2家业者）。 国产设备厂商切入主要市场 难难难 过去台湾半导体产业藉由国外大厂以及在制程与设备技术转移下，产业快速成长，尤其台湾在半导体代工模式发展下掌握了成本竞争力，与国际大厂合作开发制程更逐渐累积先进技术优势，在全球半导体产业分工下，台湾半导体代工产业对于庞大的设备需求十分旺盛。然而这么大的设备需求，台湾不仅整体设备自制率不到15％（前段设备仅达5％左右），连关键材料的掌握也都受制于国外厂商，连带造成产业链发展不均衡，厂商议价能力也因此受到拘束。
这对于台湾而言，等于是将每年1,000多亿元的市场拱手让给国外大厂，也因此政府也开始重视与积极推动半导体设备产业的发展，为避免研发经费过于庞大，业者无法负担，使用奖励投资方案，利用科专与国科会计画支持下发展许多半导体生产设备技术，且陆续由台湾研究单位（工研院、中科院）移转至设备厂商，但往往因为推出时程，以及技术无法符合台湾制造业者需求遭到失败的命运。 这是因为在高阶制程设备需求方面，半导体制程发展快速，线宽也不断朝向物理、化学、光学的极限前进，由于设备研发面对的困难度倍增，研发金额急遽上升，设备售价格更是不断向上攀升，因此高阶制程（如0.13微米以下制程）设备通常搭配12寸晶圆增加设备产出，借以提高单一设备效益。 也正因为1片12寸晶圆产出晶粒数为8寸晶圆的2.25倍，因此12寸设备已成半导体厂主要的购置设备，但相对地有能力建厂的业者却变少（1座12寸厂需要20亿25亿美元），连带造成12寸设备需求数量较过去8寸厂为低，僧多（设备业者）粥少（设备需求）情况下，台湾设备业者不见得可以进入制造业者评估范围内。
纵使台湾设备业者以设备低廉为主打，制造业者也不会因此就会购买， 因为半导体产品变化速度极快，随著新产品的出现及制程技术的提升，有时旧有设备必须完全淘汰，研制全新设备方能符合市场要求，例如随制程技术迈向90奈米主流的同时，化学机械研磨机、覆晶封装就成为市场主流，另随著铜制程技术的进步，许多设备开发皆需随之调整。 而半导体制造材料昂贵，任何制程中的疏失都将造成无可弥补的巨大损失，因此制造设备的可靠度及精密度要求成为必要条件，即使台湾在精密机械加工技术层次有相当水平，所开发出的设备仍很难获得市场接受。
当然也有台湾设备业者采取先推机台让制造厂商试用，等到厂商确定设备没问题后再行购买，但是以前段制程设备单一设备上千万的金额，再加上量产前庞大的研费经费支出，台湾设备业者除了少数拥有雄厚资金的几家业者，能够有足够资金一次生产好几台设备，置放在不同的客户厂房内生产，并试用到满意付款外，剩下的几乎只能转到成熟且风险性较低的设备，毕竟这一试用下去，就不知道何时才能回收。 台湾前后段制程设备国产化5阶段时期回顾 其实以台湾每年台湾超过新台币1,000亿元内需市场，配合台湾半导体产业投资发展计画，几乎可以让台湾成为亚太地区设备研发与制造中心，供应东南亚以及大陆市场。就台湾半导体设备产业发展分析，属于半导体后段制程的封装技术较为成熟，至于前段制程设备仅有少数几家业者有能力。
台湾早期的封装设备是由外商的封装厂自动化部门自行开发生产制造，不过随著封装厂人力向四处扩散且一些台湾厂商先后加入后段封装设备制造，逐渐带动封装设备产业国产化制造蓬勃发展，而这些业者早期的设备，是切入属于封装后段Trim/Form设备与模具耗材部分，最后才逐渐转往生产自动盖印设备，这一阶段时期约为1980年代。 之后政府由科专计划委托研发单位如工研院机械所等，引进封装前段关键制程技术，包含晶圆切割、黏晶、焊线等关键制程技术，而设备厂商在发展上也由当初利基型设备累积技术，逐渐转往关键制程设备的开发，此时政府也在1995年成立「精密机械工业发展推动小组」，藉此推动协助厂商半导体设备国产化。
当时台湾切入后段封装设备业者包含：晶圆切割设备、BGA切割设备的优力特公司；黏晶、晶粒取放设备的厂商均豪精密与斯利康科技；生产Trim/Form设备的厂商为基丞、钜基与盛技科技等；基板清洗设备、盖印设备钛升科技；盖印设备的格瑞科技；生产基板清洗设备的厂商则为晖圣科技。 而厂商也开发出新设备包含：均豪精密的自动封胶设备与覆晶黏晶设备；钛升科技的Plasma BGA基板清洗设备，并与封装大厂共同研发覆晶制程相关设备，以当时技术而言，虽然许多台湾业者在前段设备并没有有所发挥，但在后段封测设备部分，却是大步向前加快脚步追赶，也让一些后段制程设备技术上已逐渐缩小与国外大厂的技术差距。
1996年政府将半导体设备国产化列为10大新兴工业之一，并订定「新兴重要策略性产业奖励办法」项目，希望藉此辅佐国产半导体前后段制程设备国产化。与前2阶段不同的，这一段不是由纯国产设备制造商主导，而是由另外二种类型业者带领国产制程设备向前冲，第一种是代理商转型，第二种则是归国学人创业，至于业者有：黏晶设备的华东半导体；电浆（Plasma）厂商晶研科技；后段测试的蔚华系统……等。 时序进入2000年，由于台湾设备需求量庞大，随著台湾加工能力提升，国外设备厂商（主要是美商应用材料）开始萌生零组件当地供应的策略，希望一方面降低零组件成本，另一方面则是希望藉由零组件当地供应策略缩短交期、减少库存与备料，因此产生半导体设备零组件委外制造的商机。 在前段零组件、半导体设备的耗材如Qauds、Rings等产品上，已有包括庆康、启成、日扬等厂商已进行开发生产；至于在腔体的制造与处理上，已涉入或少量进行实验设备组件代工的厂商包含如公准、日扬、荣众等厂商。 然而相较于后段封测设备一堆业者如火如荼纷纷加入，前段制程设备则是在发展上则遭遇较大的挑战，虽然当时台湾晶圆制造技术与制程能力已经逐渐赶上国际水平，但毕竟台湾前段制程设备起步较晚，相对地在制程能力累积不足，再加上国外设备大厂技术开发资金上之投入，台湾厂商的研发资源相对是比较薄弱。
此时台湾加入半导体前段制程设备生产的业者包括：弘塑科技与崧展科技则是发展湿制程清洗设备；生产沉积、蚀刻设备的厂商倍强真空；而从和立联合真空部门独立出来的中华联合半导体，则是购并YAC在台之子公司台科半导体，生产制造凸块UBM用真空溅镀设备、高密度电浆机台；以电浆技术为核心，发展电浆蚀刻设备、PECVD等设备的晶研科技。 而在这阶段，有1个跟前3阶段不一样的情形，那就是大型企业转投资进入半导体设备代工行列，包括鸿海、东元集团、大同等厂商相继跨行投资半导体设备制造相关领域，尤其是对于模块与次系统的代工相当积极，逐渐改变台湾半导体设备产业的生态。 包括沛鑫半导体挟鸿海在精密加工上的优势，与应用材料、Anelva等厂商合作；东元集团专注于包含伺服马达等产品，曾与韩国周星洽谈合作；至于大同公司则是希望以其重电领域的经验与优势，切入半导体设备配电系统的相关领域。 至于第五阶段的发展，算是台湾发展半导体前段设备，甚至于是摆脱代工设备制造，改以自有品牌设备销售丰收的时候，包括崇越由代理国外半导体设备起家，再切入二手设备与零组件代工，近来也推出自有品牌产品；帆宣主要为系统代理厂商，目前并自行生产零组件，且跨足生产平面显示器设备；购并电浆厂商晶研科技，营运资金2.1亿元。
成功开发出反应离子蚀刻机（RIE）、电浆辅助化学气相沉积（PECVD）、高密度电浆蚀刻机（HDP-Etcher）、电浆清洁及改质机（PRS系列）等多种量产用电浆真空设备晶研科技并入志圣工业，成为志圣工业竹科分公司；曾购并华东半导体的均豪精密，也顺利合并群录自动化，合并后的均豪集团，将发展为3个事业群，原群录自动化则改为均豪精密中科群录分公司， ；蔚华科与设备原厂科顿（Credence）合资成立科顿蔚华技术整合公司，实收资本额新台币1,800万元，总部设于新竹，并于高雄设有营运据点。 然而最成功的应属代理商汉民系统，转投资汉民微测及汉辰科技，切入缺陷量测（Defect Inspection）及离子布值（Ion Implant），并推出自有品牌设备，除了已经顺利销售到台积电、联电、茂德等台湾晶圆制造业者外，也顺利外销到其它地区（北美、日本、新加坡等），替台湾本土半导体前段制程设备技术扳回一成。
机会在哪里？ 跨越障碍往前冲，至于本土国产设备业者在前段设备还有哪里些商机呢？主要可以分为整机以及零组件、耗材两部分。整机代工部分，比起TFT LCD产业，台湾能够著墨的地方还是有限，因为国外半导体设备商未来势必面临降低成本的压力，但毕竟在台生产并没有迫切性，导致多数国外设备业者整机在台湾生产的意愿极低。 以TFT LCD产业来讲，每一世代进化，生产用设备机台尺寸相对暴增， 如友达在2005年向Applied Films（现已被应用材料购并）订购的六代线尺寸用于彩色滤光片制程用的ITO真空溅镀机台体积庞大，整个机台尺寸长达40公尺、宽10公尺，总重170吨。 最后动用安托诺夫AN-225及华航B747-400全货机各1架，前者载运15箱140吨重机台，后者载运19箱30吨重机台。设备抵台后，友达共准备18辆拖板车担任陆上运输，其陆上运输车队长达1.5公里，再全程由高速公路警察护送自二号国道转一号国道，直接送至中科友达光电六代厂。 反观12寸半导体制程设备尺寸再怎么大，也不需要动用到如何庞大的资源，再加上考量到其它因素（台湾整机制造能力、原厂技术外流、资金等等），所以除了少数12家业者（如沛鑫等）有机会替国外设备大厂代工整机外，恐怕台湾设备业者现阶段能够接单生产的，恐怕还是集中在零组件、耗材如Qauds、Rings等产品。 以应用材料为例，台湾制造中心所生产的各模块，包括洁净室制造用的晶圆平边对准室（Orienter Chamber）、晶圆冷却室（Cooldown Chamber）以及电浆调节器（DPS RF、MatchRF、MatchHE RF Match）、除气装置（PVD Degas）晶圆承载器（P5000 LiftPVD HP Lift）等有超过50％的零件，包括金属零组件、石英零组件、矽材料零组件、陶瓷零组件、石墨零组件、PCB、线束（cable harness） 等都在台湾采购。 但不要小看零组件、半导体设备的耗材技术深度及市场，使用这些半导体机械设备必会产生磨耗，因此定期更换耗材是维持机器正常运转所必须的程序步骤。然而半导体用零组件、耗材多使用于真空腔体环境中，然而在真空过程中，零组件材料组织内外，常会释出对制程反应具不良影响或会破坏腔体真空度、洁净度的气体分子、水气及不纯物，最后会导致晶圆质量受损，而造成各种瑕疵产生。 对于晶圆制造业者而言，也希望这些用于前段设备零组件、耗材市场都能国产化，以一个简易公式来看，零组件总成本＝采购成本＋库存管理成本＋机会成本，单单在采购成本这一项目上，台湾跟国外生产一来一往就有关税差距，这还不包括交期时间、制程变动不够弹性等问题，由此可知前段设备零组件、耗材国产化对于降低成本的重要性。 至于在市场方面，根据应用材料统计，2005年全球前段制程设备市场约为240亿美元，但用于前段设备零组件、耗材市场就达90亿美元，若单纯计算台湾的市场值，也有将近14亿美元，不可谓不多，更何况这些前段设备零组件、耗材市场是年年都有需求，不是可以用一辈子；再加上设备业者可以利用生产零组件练兵，藉此厚植实力，替日后整机代工做准备。 发展台湾半导体设备本土化优劣势分析 当然只看市场多大是划地自限，而是应该要先检视自我优劣势，补强不足，发挥所长，才能够有机会争取到每年新台币上千亿元的市场。将分以下5个部分讨论之，包括系统机电整合能力、特殊制程技术能力、质量管理系统能否达到跨国企业的要求、全球运筹管理能力、公司财务能否承担半导体产业景气循环的考验。
首先是在系统机电整合能力上，系统机电整合包含了自动化系统，机电产品制程技术，机械视觉，机电界面与系统整合，计算机及外围设备等领域结合，但相较于国外，虽然台湾学校体系培养出许多相关专业人才，但这些人才往往是系统机电整合能力拥有部分强项，但其中12项则是较为欠缺或是薄弱（如懂机械的，电机方面较为薄弱）。 接著则是特殊制程技术能力，台湾设备制造业者不是单纯只有制造1台设备如此简单，其公司在半导体制程方面的能力，必须能够符合晶圆制造业者需求，且能适应半导体快速进展必须不断研发的产业生态，因为晶圆制造业者往往会依照客户需求，而有一些制程上改变，倘若设备制造业者对此方面技术能力不够，即使一开始可以将设备销售出去，但未来恐怕仍会遭到淘汰命运。 第三点则是质量系统管理上，这一点往往是与跨国企业合作的门槛，这一点主要是标榜透过质量系统管理（如ISO 9001为例）验证，将使其组织架构更为精简、整体表现更优异，更容易掌握公司的发展状况，使得在日益竞争的全球市场上，更有实力占得先机。 其次为全球运筹管理能力。运筹（logistics），较通俗的讲法为物流，其在1920年代的原始定义为实体分配，如运输和储存，以及较优越的营销手法；1980年代中整合性物流兴起，重视透过加值供应链，适时、适地与适量地将高质量的产品送到顾客手中；而1990年代更酝酿了策略性物流（strategic logistics）的概念，着重于利用通路伙伴联盟与物流能力来争取竞争优势；现阶段则是强调接单后生产（Build-to-order；BTO）为主的新营运策略。 最后则是公司财务方面，以美欧半导体设备先进国家的设备商为例，首先是应用材料，2005年（会计年度）营收为69.91亿美元，研发（R&D）费用则是9.41亿美元，占整体营收为13.5％。至于微影设备大厂ASML，2005年（会计年度）营收为25.29亿欧元，研发费用则是3.24亿美元，占整体营收为12.8％。单单这两家公司花在研发上面的金额以及占营收比例之高，恐怕已经没有几家本土半导体设备业者可以负担。
看看竞争者政策制订 回头想想该如何应对 往前看领先者（欧美日3个竞争者），如何赶上他们的确是刻不容缓的事，但是如何避免竞争者（韩国、大陆）追上也重要课题，因此检视主要竞争者国家的政策制订，希望能够藉此给政府部门参考，并考虑应变对策。 在韩国部分，韩国政府计划于20072015年间以每3年一阶段方式，分3期投入3,600亿韩元的研发经费，推动半导体设备国产化，未来并将设立半导体核心设备开发准备委员会，研发半导体用光罩蚀刻设备、光罩用镀膜设备、Neutral Beam设备等实用装备，以及步进机等下一代核心设备，并确保根源技术。 而这3阶段的经费分配分别为900亿韩元（每年300亿韩元）、1,200亿韩元（每年400亿韩元）、1,500亿韩元（每年500亿韩元），并将设立相对基金（Matching fund），提供设备业者及元件业者研发支持。 目前韩国半导体设备国产化的程度不及20％，但为了要在2015年达成国产化50％的目标，韩国政府亦制定了「2015半导体发展策略」，推动半导体设备国产化。包括三星电子（Samsung）、海力士（Hynix）、东部亚南（DongbuAnam）半导体等主要业者及学界、研究机构、政府等单位，也将于2007年正式推动「半导体核心设备开发事业团」。 至于大陆部分，随著第十一次5年计画（20062010）的启动，发展主轴为提高技术层次并扩及半导体材料与设备领域，其次则是新增「集成电路产业促进条例」，根据信息产业科技发展「十一五」规划和2020年中长期规划纲要，半导体技术奖励政策，初步决定将以12寸厂与0.18微米以下先进制程为主，改变以往全面性的奖励方式，重点发展项目包括12寸晶圆厂、16寸晶圆厂以及90奈米、65奈米和45奈米制程技术、MEMS技术、新型、高密度集成电路封装、测试技术。 而在国产化设备部分，奖励部分则为半导体和集成电路专用设备制造技术（含矽基、化合物、宽禁带半导体设备制造技术）以及半导体和集成电路测试仪器制造技术，目标是6寸晶圆生产线设备上完全自主，8寸晶圆以及12寸晶圆生产线0.130.065微米微影设备等有所突破。 且新的半导体产业发展政策除对半导体业者采行「五免五减半」的所得税优惠措施外，另提供业者研发减税、半导体设备支出免税，以及协助IC设计业者寻求资金筹措管道等；并计划成立专案基金扶植半导体产业，第一年基金规模达1,200万2,500万美元，之后基金规模将逐年扩大。 台湾在半导体产业中占有不可替代的重要地位，如何利用既有的优势来带动半导体次产业（设备、材料等）的兴起，是相关厂商以及政府部门所必须重视的。面对韩国强力竞争与大陆半导体产业日益蓬勃发展的威胁，台湾政府部门应该思考如何协助业者能够创新技术，掌握半导体设备发展，让不仅晶圆生产技术根留台湾，同时设备方面也能自主，厚植台湾半导体产业基础技术，补足长久一来，台湾所欠缺的这一块空白。
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