2021年對中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，或許是一個“時來運轉(zhuǎn)”的年份。

一月份，鐵了心要封鎖中國科技的特朗普競選失敗，灰溜溜地離開了白宮。以至于繼任者會不會“蕭規(guī)曹隨”延續(xù)特朗普的政策之類的問題都沒什么討論的必要了，畢竟，不論誰在白宮當(dāng)總統(tǒng)，情況都要比特朗普好太多。

昨天，又有一個好消息傳來——中芯國際剛剛獲得了14nm光刻機的供貨許可，今年將計劃斥資12億美元來購買荷蘭ASML(阿斯麥)公司的光刻機。經(jīng)過了去年那個充滿了動蕩和制裁的夏天，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)似乎又回到正常的發(fā)展軌道上了。

但問題是：光刻機，救不了中國半導(dǎo)體。

或許是光刻機太過于特殊，以至于我們已經(jīng)把它看做了半導(dǎo)體行業(yè)“救命稻草”的代名詞。但實際上，光刻機只不過是漫長芯片生產(chǎn)線上的一個部件而已。一條生產(chǎn)線上少說也有幾十上百種設(shè)備，單純地進口一個光刻機，顯然并不能從根本上解決問題。

當(dāng)公眾將關(guān)注的重點全部都放在了光刻機這一種設(shè)備身上的時候，我們不自覺地就“失焦”了——我們漸漸地忽略了那些和光刻機一樣重要，卻沒它那么出名的半導(dǎo)體裝備。

俗話說得好，“工欲善其事必先利其器”，半導(dǎo)體行業(yè)里更是信奉“一代裝備，一代芯片”，半導(dǎo)體裝備的水平?jīng)Q定了芯片的水平。

當(dāng)人們都還在操心“中國芯片”的時候，老司機們的關(guān)注重點早就全都放在了諸如北方華創(chuàng)、上海微電子這樣的企業(yè)上了。套用那句名言就是——“不要問芯片怎么樣，要問設(shè)備怎么樣!”

半導(dǎo)體設(shè)備體系有多復(fù)雜?

半導(dǎo)體裝備是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)。

常規(guī)來看，諸如臺積電、中芯國際這樣的大型晶圓廠往往會劃分七個獨立的區(qū)域來完成芯片制造的不同工序，不同的區(qū)域中之中，安裝相應(yīng)的設(shè)備和準備的材料也不盡相同。

這七個區(qū)域分別是：擴散(Thermal Process)，光刻(Photo-lithography)、刻蝕(Etch)、離子注入(Ion implant)、薄膜生長(Dielectric deposition)、拋光(CMP)、金屬化(Metalization)。

具體來看，每個區(qū)域又需要如下設(shè)備來完成相應(yīng)的工藝：

粗略來看，半導(dǎo)體裝備至少也有20幾種，光刻機不過只是其中一個而已。“一代設(shè)備，一代芯片”，除了光刻機之外，其他的設(shè)備也都需要達到足夠先進的水平才能滿足高級制程工藝芯片生產(chǎn)的需要。

以中芯國際位于天津的T3 12寸集成電路生產(chǎn)線項目為例：

在一個成熟的、月產(chǎn)1萬片12寸晶圓的生產(chǎn)線上，擴散設(shè)備需要22臺，CVD設(shè)備需要42臺，涂膠去膠設(shè)備需要15臺，光刻機需要8臺，刻蝕設(shè)備需要25臺，離子注入設(shè)備需要13臺，PVD設(shè)備需要24臺，研磨拋光設(shè)備需要12臺，清洗設(shè)備需要17臺，檢測設(shè)備需要50臺，測試設(shè)備需要33臺，其他各種設(shè)備需要17臺。

所以，半導(dǎo)體行業(yè)是不折不扣的重資產(chǎn)行業(yè)——錢基本上都用在買設(shè)備上了。而上述的這些晶圓處理設(shè)備又是設(shè)備中最為重要的組成部分，占了設(shè)備投資總額的80%。

如果只是設(shè)備種類多，倒也沒什么稀奇的。但隨著如今芯片的制程工藝越來越走向物理極限，隨著臺積電、三星這樣的大廠開始試制5nm制程的芯片，芯片加工工藝的復(fù)雜度也越來越高，所需要的工序也越來越多。

尤其是當(dāng)制造工藝達到了22nm以下的時候，傳統(tǒng)的沉浸式光刻技術(shù)已然無能為力，必須使用多重曝光技術(shù)。因此，整個芯片的工藝步驟直接突破了1000步的大關(guān)。

工序變多了，工藝變復(fù)雜了，生產(chǎn)時間也就拉長了——為了保證產(chǎn)能，工廠必須要在生產(chǎn)線上安裝更多的設(shè)備。因此，在同樣的產(chǎn)能下，先進工藝生產(chǎn)線所需要的設(shè)備數(shù)量遠遠高于非先進工藝的生產(chǎn)線。

目前，中國國產(chǎn)晶圓廠絕大多數(shù)產(chǎn)品的工藝制程仍然相對落后。即便是對于中芯國際這樣的頭部晶圓廠，14nm/28nm制程的產(chǎn)品也僅僅占比14.6%，占絕大多數(shù)份額的仍然是45nm以上制程的產(chǎn)品。

由此我們也可以推斷：國內(nèi)晶圓廠確實缺乏高端、先進的生產(chǎn)設(shè)備，整體水平相較于臺積電和三星這樣的同行較為落后。

在外部封鎖越來越嚴苛的當(dāng)下，如果國內(nèi)半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)一日不能提供足夠先進的設(shè)備，那么國內(nèi)的晶圓廠就一日沒辦法生產(chǎn)更先進的芯片。

，我們大概可以得到這樣的兩個結(jié)論：

第一，中國半導(dǎo)體裝備的產(chǎn)業(yè)鏈很完整。擴散、光刻、刻蝕、薄膜生長......半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的各種核心設(shè)備，我們都能生產(chǎn)。

第二，中國半導(dǎo)體整體落后外國1-2代，部分產(chǎn)品落后3代以上。國際領(lǐng)先水平已經(jīng)達到了7nm，而我們的整體水平還停留在28nm。少數(shù)產(chǎn)品達到了國際先進水準(中微半導(dǎo)體刻蝕機)，而另外的少數(shù)產(chǎn)品落后外國3代(國產(chǎn)光刻機)。

說實話，最后分析出了這個結(jié)果，我是很欣慰的——落后不要緊，偏科才要命。雖我們目前的水準不如美國、日本這樣的老牌半導(dǎo)體強國，但我們的產(chǎn)業(yè)的完整程度和他們比起來并不弱。

如今，集成電路的工藝制程已經(jīng)越來越逼近物理的極限，每往前走一步都要付出巨大的努力，國外廠商的研究速度已經(jīng)放緩?？陀^來看，中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)獲得了一個非常短暫又寶貴的窗口期。

只要我們能繼續(xù)堅持下去，遲早有一天能夠追上。

美國的制裁就像一根彈簧——你強它就弱，你弱它就強。一件先進的裝備，如果我們沒有，那么制裁和封鎖的大棒就會砸在頭上。而如果我們有了，對方瞬間就會知趣地解除限制。

2015年2月4日，美國商務(wù)部下屬的產(chǎn)業(yè)安全局簽署了一份命令，解除了針對中國的“刻蝕機禁令”，其理由便是“中國已經(jīng)從事實上獲取了來自中國企業(yè)的、和美國產(chǎn)品數(shù)量、品質(zhì)相當(dāng)?shù)目涛g設(shè)備，繼續(xù)實施國家安全出口管制措施已然毫無意義。”

我們有信心追趕世界先進水平，我們也知道只要自己能做出來，禁令就會解除。那么，擺在中國半導(dǎo)體裝備企業(yè)面前的問題就只剩下一個——如何盡快地追趕先進水平。

尾聲：如何追趕

中國半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度和研發(fā)實力是很強的，實際上，我們并不用擔(dān)心中國科研人員的水平和國家政策方面的支持。

中國半導(dǎo)體裝備企業(yè)最缺的東西，其實是機會。

根據(jù)北方華創(chuàng)董事長趙晉榮的觀點，中國半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)的強項在于研發(fā)速度和服務(wù)質(zhì)量，弱勢則在于起步較晚、缺少產(chǎn)業(yè)內(nèi)的口碑和影響力。

半導(dǎo)體行業(yè)是絕對的重資產(chǎn)行業(yè)，晶圓廠采購設(shè)備必然慎之又慎，一旦出現(xiàn)問題，帶來的損失將不可估量。另外，晶圓廠對于技術(shù)升級的需求極高，必然堅持選擇能力范圍內(nèi)最尖端的技術(shù)。

在這樣的因素作用下，晶圓廠更多考慮的是設(shè)備的可靠性和先進程度，關(guān)鍵在于快速、穩(wěn)定地實現(xiàn)先進工藝的量產(chǎn)。因此，晶圓廠對于設(shè)備質(zhì)量有嚴格的要求，往往傾向于購買早已成熟的外國設(shè)備。

國產(chǎn)設(shè)備由于起步較晚，一方面普遍落后世界先進水平，另一方面也缺少業(yè)內(nèi)的口碑，也就很難進入大型晶圓廠的采購名單。

臺積電、三星之類的大廠不買國產(chǎn)設(shè)備，國內(nèi)的晶圓廠看了之后，自然也“求穩(wěn)”，轉(zhuǎn)身選擇購買進口設(shè)備。因此，國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的市場占有率即使是在中國市場上也不太好看。

這種現(xiàn)象帶來的負面影非常嚴重——芯片的生產(chǎn)不是設(shè)備到位就能立刻開始進行的，不同的芯片，加工的工藝也不盡相同。生產(chǎn)線上的幾十上百種設(shè)備，按照什么順序、什么時候用什么設(shè)備，怎么使用這些設(shè)備都需要復(fù)雜、嚴格的論證和試生產(chǎn)。國產(chǎn)裝備不被采購，連試生產(chǎn)的機會都沒有，自然也就沒有在實踐中快速改進的機會。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，裝備生產(chǎn)商和晶圓廠之間是密切合作的關(guān)系——裝備生產(chǎn)商需要根據(jù)晶圓廠反饋的一線生產(chǎn)信息來改進設(shè)計，晶圓廠也會投資裝備生產(chǎn)商來研發(fā)領(lǐng)先對手的裝備。荷蘭光刻機巨人ASML先后就接受了英特爾、臺積電和三星總計超39億歐元的投資，恰恰就是這種關(guān)系的體現(xiàn)。

從客觀上來說，美國的封鎖反而給中國的半導(dǎo)體廠商提供了絕好的機會——受到禁令影響的中國晶圓廠由于很難再采購國外設(shè)備，只能選擇和國產(chǎn)裝備商合作，整個產(chǎn)業(yè)鏈也都在積極進行“國產(chǎn)替代”——在正常情況下需要付出大量成本才能做成的事情，在禁令作用下卻迅速推進了。

中芯國際作為中國最大的晶圓廠，由于受到了美國的制裁，如今只能采購國內(nèi)的半導(dǎo)體設(shè)備。借助中芯國際，國產(chǎn)裝備也就提高了在產(chǎn)業(yè)內(nèi)的認可度，各大廠商也會更加愿意選擇國產(chǎn)設(shè)備。現(xiàn)在，已經(jīng)有很多國內(nèi)晶圓廠主動向北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體這樣的企業(yè)尋求合作了。

現(xiàn)在，國產(chǎn)設(shè)備企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)開始呈現(xiàn)“0-1-n”的迭代特點，實現(xiàn)了核心技術(shù)“從零到一”的突破后，剩下的“從1到n”的改良式進步就會快很多。

正如前文我們所說，中國半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)鏈很完整，各個領(lǐng)域也都取得了一定的突破，和外國的整體差距正在逐漸縮小。國內(nèi)的設(shè)備廠商目前處于“從零到一”和“從1到n”之間的區(qū)域，假以時日，就能夠進入國際先進水平。

中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，即將進入屬于它自己的良性循環(huán)。

現(xiàn)在，中芯國際又能夠正常購買ASML的14nm制程光刻機了。這不是因為美國人大發(fā)慈悲，而是因為中芯國際已經(jīng)可以成熟量產(chǎn)14nm制程芯片了。

荷蘭進口的光刻機，是結(jié)果而不是原因。

光刻機救不了中國半導(dǎo)體，但中國人的智慧與汗水可以。

標簽： 光刻機