半導體設備

生產碳化矽晶片之設備主要包含長晶爐以及切割研磨、磊晶、蝕刻、熱處理等製程設備，根據國際研究機構Yole統計，2024年這些設備的公開市場規模約為37億美元，隨著終端應用市場快速成長，預估至2029年，整體市場規模將擴大至約48億美元。隨著市場對設備的需求提升，國際設備商皆積極擴大布局，透過併購整合、設立新廠或開發新產品等方式，加速搶占商機。而我國業者也不落人後，不論在長晶設備或其他製程設備皆已陸續投入自主開發，展現強勁的技術發展動能。

2024年2月台積電熊本廠(JASM)正式啟用，除了彌補日本境內長年在半導體製程的產能缺口外，更是強勁帶動台日雙方半導體供應鏈的合作。SEMICON JAPAN為日本最大半導體設備展，本次以「半導體的未來，就在這裡」為主題，有來自35國、約1,100家廠商參展，參觀人數逾10萬人創歷史新高，可見日本對發展半導體的自信及對產業前景的看好。透過實地觀察，觀測到日本半導體設備產業趨勢如下：（一）AI需求及中國大陸市場為兩大營收關鍵：日系廠商營收受AI強勁需求影響，自2024年下半年起營收成長明顯，惟4成市場在中國大陸情況下，日漸收緊的出口限制恐影響2025年成長幅度。（二）先進封裝領域受注目程度高：標竿大廠不僅踴躍展出FOPLP方面的布局，且積極號召企業聯盟，期可共同研發、在技術上有嶄新突破，以穩固日本在產業的標竿技術地位。（三）積極發展自動化解決方案及人才培育：為解決勞動力缺口問題，提高自動化程度及招募年輕學子與女性投入產業，並與多所海外大學簽署合作協定，促進跨國人才及技術交流。

隨著 5G、電動車等新應用市場發展，加上全球日益重視碳排放問題，推動了具高能效、低能耗的化合物半導體發展，其中所需的晶圓基板為整個產業的發展與技術關鍵。根據國際研究機構 Yole 預估，2023~2029 年全球化合物半導體基板市場年複合成長率達 17%，且在市場強勁需求與要求成本效益的推動下，加速了業者在 8 吋產線的布局，預估 2023~2029 年 8 吋市場的年複合成長率將達到 58%。經盤點，國外業者包含 Wolfspeed、山東天岳、 Coherent 等，以及國內業者包含環球晶、漢民、盛新等，皆積極進行產能擴充並推動 8 吋技術落地，預期近幾年各大廠 8 吋產能將可陸續開出，滿足終端市場所需。

AI相關新興需求為2023年下滑的半導體設備市場帶來成長動力，根據KPMG調查，AI被視為2024年推動產業營收成長幅度的第二名，僅次於車用電子。因終端產品對小型化、高速運算及低功耗需求持續提高，隨著前段製程面臨摩爾定律物理極限，在成本與技術考量下，後段的封裝製程成為產業發展的焦點。由於對高效能運算、AI及自駕車等新興應用的需求上升，根據Yole報告指出，先進封裝市場占比將可能在2025年超過50%，超越傳統封裝占比，且預期將持續成長。根據日本調研機構GNC預估，全球先進封裝設備市場預期從2019年的22億美元成長至2027年的77億美元，CAGR達17%。由於先進封裝對立體堆疊的需求，導入前段製程中會使用到沉積、曝光及蝕刻等設備，這些設備同時也具有較高的市場占比，故在先進封裝設備領域仍是由美日歐廠商佔據主導地位。惟封裝製程設備客製化需求高，加上異質整合的過程牽涉多項產品及製程，故相較傳統封裝需要廠商間更多的共同協作，在台積電供應鏈在地化需求下，預期先進封裝設備為國內設備廠商具發展潛力之方向。

台積電在日合資成立之子公司JASM (Japan Advanced Semiconductor Manufacturing)，於今(2024)年2月舉行開幕儀式，為當地帶來的明顯變化催生了「半導體Bubble」一詞，成為近年台日產業合作的標竿案例之一。半導體先進製程技術的發展需仰賴製造端的技術、最先進的設備及材料，台日過往各自發揮所長，由日本提供半導體製程設備及材料、台灣進行半導體的生產，再將成品輸出至日本，用以製造車輛及電子裝置等最終產品的合作模式。近年日本在地緣政治動盪下，產業布局以國際合作，積極補強先進半導體製造的缺口及考量國家安全，建立半導體供應鏈韌性強化方針及出口管制規則兩大方向為主。透過觀察日本的產業布局方向，認為現有台日合作模式短期內應不會有太大改變。且因JASM為彌補日本製造能力缺口的重要一步，帶來嶄新的台日合作模式，預期可將此經驗擴散至供應鏈上下游，在半導體設備產業面將能有更進一步的合作，包含共同提高製造及設備的自動化程度、共同達成淨零碳排目標等。

在電動車、5G等應用的帶動下，全球對化合物半導體的需求持續強勁。為了滿足市場需求，除了需生長出高品質的碳化矽晶錠以便加工成晶圓外，完成磊晶的晶圓需再進入元件製造產線進行in-line製程加工，才可製成應用端所需的晶片。而碳化矽的材料特性，使得設備商在技術發展上面臨不少挑戰。我國目前已具備部分矽基半導體in-line製程加工能量，雖然碳化矽與傳統矽晶圓在材料特性上具有一定之差異，但在整體in-line製程上仍有高度相似之處。鑒於化合物半導體未來發展性，以及為了更完整地串接國內整體化合物半導體產業能量，建議我國業者可透過科技研發資源，針對碳化矽與矽製程所需之規格差異、量能落差以及製程差異，強化技術研發的投入力道與規模。

隨著全球對電動車、5G等產品的需求成長，近年來越來越多業者投入化合物半導體生產。為此，業者多需取得高品質的碳化矽晶圓基板，而這些基板係在完成碳化矽長晶後，對晶錠進行切割、研磨、拋光、清洗、檢測等加工流程後所製成。而碳化矽的脆硬特性等，使得設備商在技術發展上面臨不少挑戰。目前我國已具備部分矽基半導體相關加工設備供應能量，雖碳化矽材料特性與傳統矽晶圓具有一定之差異，但整體加工製程仍有高度相似之處。鑒於化合物半導體未來的發展性，建議政府可透過研發補助計畫，協助我國設備業者針對碳化矽與矽加工間之規格差異以及量能落差(如切割硬度)投入技術開發。

日本自1970年代以來傾國家之力大力發展半導體產業，而於1986年《美日半導體協議》後，日本半導體製造領域的市場地位逐漸被台灣與韓國超越，而於材料及設備領域則仍持續保有相當的競爭力。日本半導體設備主要以出口為主，2022年總出口額約285億美元，遠高於國內需求市場的83.5億美元。且日系企業於半導體設備領域中具有全球領先地位，於全球前10大半導體設備供應商中，日系廠商即占了4位，營收約占整體市場的3成，僅次於美國。近年來由於半導體供應鏈自主議題興起，日本專注重建半導體供應鏈自主性，以2021年3月推出的《半導體與數位產業戰略》為藍本，擘劃日本半導體產業未來發展藍圖。其中半導體設備部分首先將確保國內的設備製造供應鏈、其次開發次世代技術設備，2030年後往綠色製造方向開發。以台積電落腳的熊本為中心，規劃九州成為日本發展工業用先進半導體的重心，帶動相關設備商機與投資。同時因半導體屬於戰略觀點中不可或缺的一環，日本積極與友好國家建立合作關係、共築供應鏈韌性，同時在各國陸續強化國內供應鏈的壓力下，加強防止相關技術外流，確保日本於半導體設備產業的優勢地位。

全球化合物半導體需求強勁，2023~2025年之年複合成長率約達36%，其中8吋市場之年複合成長率達52%，皆加速了相關製程技術與設備的發展與布局。而碳化矽長晶約占整體碳化矽晶圓製造成本之50%，且基板品質將直接影響後續元件之效能，顯見長晶製程對於碳化矽產業鏈之重要性。為使我國能持續保有在半導體產業之領導地位，並搶占化合物半導體新興商機，建議我國業者可加速碳化矽長晶關鍵設備開發。除了主流的物理氣相傳輸法(PVT)外，為因應基板尺寸擴大、降低成本之需求，建議國內業者或可評估布局新興的液相磊晶法(LPE)設備開發。

近年經疫情影響後，各國將半導體視為戰略物資之一，紛紛提出各種補助措施、同時亦積極招商，以提升各自國內的半導體自給能力。為確保供應鏈韌性，除了提高半導體生產能力外，設備及材料等廠商亦被納為招商補助範圍。如美國的《晶片與科學法案》（Chips and Science Act；CHIPS Act）近日即宣布了補助範圍將擴大納入設備及材料商等。觀察標竿半導體設備商，除了日本於地理位置上較接近客戶、對於赴海外設製造基地之動機較低外，其餘美商如Applied Materials及Lam Research、荷商ASML為就近服務客戶，皆於亞洲設有相關製造、組裝基地。對於設備廠商而言，海外布局的目的除了能就近服務市場、降低生產成本外，推測亦有很大一部分在於 尋求避險。中國大陸地區營收多占標竿半導體設備商總營收的10~30%，在美國、日本及荷蘭陸續宣布將進行高階技術出口限制的情況下，以調整亞洲地區供應鏈的方式，盡力降低對公司營收的衝擊。