中國半導體設備（不完全）現狀_風聞

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18年4月，美國商務部以中興通訊行為違規為由，宣佈禁止美國公司向中興通訊出口電訊零部件產品，拉開了美國從高科技領域壓制中國產業發展的序幕。

時任董事長殷一民緊接着就表態稱中興“可能進入休克”，讓國人清楚認識到了中國在芯片這一尖端技術領域受到的限制有多大。

初步“告捷”之後，美國變本加厲，將目標對準了我國在民用高科技領域的代表——華為。於是在接下來的2年間，國人看到美國對華為的限制步步收緊，終於到今年5月，不僅是美國企業，全球所有用到美國技術和產品的企業，都停止了向華為提供服務和產品。

眾所周知，在芯片製造領域關鍵的先進製程晶圓代工環節，我國基本完全依賴於外國設備。一時間，消極、壓抑的氣氛在行業內蔓延。

不過就在這時候，市面上突然接連傳來了幾條好消息。

比如中微半導體已經可以量產全球最高水平的5nm刻蝕機，並在年初宣佈成為台積電供貨商;6月初，上海微電子宣佈攻克28nm光刻機難關，最快2021年交付，將這個領域的國內外差距縮小到了3-4年

（應該是指DUV光刻機，18年底美國控股的馬甲代工廠台積電用美國控制的馬甲集成商ASML的DUV代工7nm，中國EUV光刻機還需10年左右！）;

6月末，中電科宣佈，自主研製的高能離子注入機性能達國際主流先進水平，年底推出產品。

一系列好消息着實讓不少人提振了精神，但也引發了質疑：過去幾十年一直落後的產業，怎麼一被制裁，一夜之間就爭氣了起來?是不是又是有些標題黨營銷號炒作消息，強行沸騰?

事實上，這些成果雖然“碰巧”集中出現在了這個關鍵節點上，但它們的誕生既不是營銷號的炒作，也不是某些企業偶爾的靈光一現，而是過去中國從上到下，整個行業十幾年長時間、有計劃投入的結果。其出現可以一直溯源到14年前的“02專項”。

什麼是02專項?

在21世紀頭個十年期間，國家就認識到在尖端科技領域掌握自主技術的重要性。2003年，國務院啓動了中長期科技發展規劃的制定工作，經過3年的研究和討論，於2006年發佈了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006--2020年)》。

《綱要》在高科技領域中劃出了16個重大專項，當時國家決定，這16個重大專項就是我國接下來要通過核心技術突破和資源集成，在一定時限內完成的重大戰略產品、關鍵共性技術和重大工程，是我國到2020年科技發展的重中之重。

而在諸多專項之中，關於芯片製造的“極大規模集成電路製造技術及成套工藝”項目就排在第2位，因此行業內將之稱為“02專項”。

此外，《綱要》內的01專項也和芯片有關。該專項是“核高基專項”，也就是“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件”專項。

從內容上看，01專項着重於芯片的設計以及基礎軟件的開發等，我們之前介紹過的EDA軟件就屬於這一專項的內容。02專項則偏向於半導體制造的硬件問題，光刻機、刻蝕機等屬於這一領域。在前者上，我國已經誕生了海思、紫光等一流的芯片設計企業，但在後者上，我國卻長期被卡住了咽喉。

那麼，隨着《綱要》規劃的節點2020年已經到來，被寄予厚望的02專項如今怎麼樣了?

有喜有憂

根據當初的規劃，02專項的目標是“重點進行45-22納米關鍵製造裝備攻關，開發32-22納米互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝、90-65納米特色工藝，開展22-14納米前瞻性研究，形成65-45納米裝備、材料、工藝配套能力及集成電路製造產業鏈，進一步縮小與世界先進水平差距，裝備和材料佔國內市場的份額分別達到10%和20%，開拓國際市場”。

從目前的情況來看，這個規劃是略微保守的。現在的芯片行業已經快進入“5nm時代”，14nm技術研究怎麼也算不上“前瞻”。但在當前被美國封鎖的情況下，最先進的製程並不是最大需求，專項中提到的“集成電路製造產業鏈”才是當務之急。

那麼，我們就從集成電路製造產業鏈的各個環節來看看，02專項進展如何。

在集成電路製造方面，大致可以分成晶圓製造、封裝、測試3個環節，此外還要加上半導體材料製造等配套產業。媒體日常報道的芯片製造產業，大多是指前3個環節。

在這個意義上，集成電路製造設備可以分成擴散爐、薄膜沉積設備、光刻機、刻蝕機、離子注入機、化學機械拋光機、清洗機這7種晶圓製造設備，以及晶圓切割機、鍵合封裝機、測試機、分選機、探針台等封測設備。

在此之中，晶圓製造設備的投資總額通常佔整個晶圓廠投資總額的75%左右，是整個產業的重中之重，而刻蝕設備、光刻設備、薄膜沉積設備又是其中最重要的3類，分別佔晶圓製造設備價值量約24%、23%和18%。

總體而言，我國在整個產業鏈的所有環節中，均有企業涉獵，不存在技術空缺之處。但具體來看，不同環節相較國際水平仍有差異，可謂有喜有憂。（中國自主可控半導體水平雖此不上美國，歐洲，依然是世界前例！，美國控制的傀儡三星電子，代工廠台積電就不要拿出來説了，呵）

擴散爐

擴散爐是半導體生產線前工序的重要工藝設備之一，主要用途是讓晶圓在高温條件下對半導體晶圓進行摻雜，改變和控制半導體內雜質的類型、濃度和分佈，以便建立起不同的電特性區域。其作用大體和前瞻經濟學人文章報道過的離子注入機相似。

關於擴散爐的市場信息不多。根據數年前的一份報告，在卧式擴散爐上，國內外的技術差距很小，已經可以替代。但在適用於12英寸硅片的立式擴散爐方面，國內廠商仍然落後較多。

這個領域的國外廠商主要是英國Thermco和德國Centrothem thermal solutions，國內廠商主要是北方華創、青島福潤德、中電科48所、青島旭光、中電科45所。

薄膜沉積設備

薄膜沉積是指任何在硅片襯底上沉積一層膜的工藝，和刻蝕工藝配合，在硅片上製造出需要的元件。如同建房子，薄膜沉積就是在硅片上“建起”需要的東西，刻蝕就是“挖掉”不需要的地方。

薄膜沉積可分為化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、其他沉積(3%)。根據Gartner 2018年統計的數據，三者在半導體制造設備比重分別為15%、4%、3%，化學氣相沉積無疑是最重要的。

目前而言，國外廠商佔據沉積設備絕大部分市場。根據Gartner 2018年的數據，美國應用材料、美國Lam和日本東京電子佔據全球CVD設備市場74%的份額;PVD市場僅應用材料一家就佔據了74%的份額;其他沉積設備市場，應用材料、Lam 和Aixtron 佔據67%的份額。

國內設備廠商中佔有一定份額的是北方華創(PVD市場佔比1.4%)和中微公司(其他沉積設備市場佔7%)。

值得注意的是，2家公司近年來勢頭良好，2018年長江存儲的2台PVD訂單均來自北方華創，2019年的12台也有1台來自北方華創。同時其2019年17台等離子體CVDshebei 中有4台來自瀋陽拓荊。

光刻機

關於光刻機及其用處，媒體長篇累牘的報道已經有很多，這裏就不再贅述了。

在這個市場，荷蘭的ASML(阿斯麥)是當之無愧的霸主。2019年的數據顯示，全球光刻機出貨量99%集中在ASML和日本的尼康、佳能3家。其中ASML份額最高，達67.3%，且壟斷了高端EUV光刻機市場。

國內目前最先進的光刻機是前文上海微電子的28nm光刻機難關，這一水平和ASML的差距在3年以上，而且要等到2021年才能交付，是目前我國集成電路製造領域最大的攔路虎之一。

刻蝕機

刻蝕是用化學或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程，其基本目標是在塗膠的硅片上正確地複製掩模圖形。光刻機在硅片表面“畫”出圖案後，刻蝕機接着按照圖案“挖掉”不需要的地方。

在這個領域，國外玩家主要有美國Lam、應用材料、KLA-Tencor(2015年被Lam收購)，日本東京電子、日立國際，英國的牛津儀器。其中Lam、東京電子和應用材料3家市場佔比超過90%。拉姆研究更是獨佔全球刻蝕設備半壁江山。

有趣的是，雖然在市場上落後，但這個領域的中國企業在技術上已經有了反超之勢。在去年底的臨港新片區投資論壇上，中微半導體CEO尹志堯博士透露，他們已經研發出全球第1台5nm蝕刻機，並獲得台積電認可。

離子注入機

離子注入機是現代芯片製造中必不可少的設備，它的作用是將特定的雜質原子以離子加速的方式注入硅半導體晶體內，改變其導電特性，和前面的擴散爐類似。具體的技術原理可以參照前瞻經濟學人APP之前的文章《不只光刻機，我國在這個半導體核心領域也摸到了西方“腳後跟”》。

從往年的數據看，這個行業存在較高競爭壁壘，所以行業集中度較高，而且集中在美國廠商手中。應用材料、Axcelis、AIBT合計佔據全球80%的市場。

但是如開頭所説，中電科旗下電科裝備自主研製的高能離子注入機在6月底實現了百萬電子伏特高能離子加速，將在年底前推出首台高能離子注入機，並可以為全球芯片製造企業提供離子注入機成套解決方案。

化學機械拋光機

顧名思義，化學機械拋光機就是在晶圓完成前面工序後磨平拋光，以獲得既平坦、又無劃痕和雜質玷污的表面用的。

據Gartner 2017年的數據，全球化學機械拋光機設備市場的供應商主要壟斷在美國應用材料、日本荏原手中。其中，應用材料又佔了全球化學機械拋光機設備市場71%的份額，荏原佔27%，2家公司合計佔了98%。與此同時，這個市場在過去20多年中一直呈持續集中的趨勢。

國內化學機械拋光機設備的主要研發單位有天津華海清科和中國電子科技集團公司第四十五研究所，其中華海清科的拋光機已在中芯國際生產線上試用，2018年1月，華海清科的設備進入上海華力。

不過，國內化學機械拋光機市場依然以進口為主，當年國內化學機械拋光機供應量為279台，華海清科和中電科45所量產的設備僅佔25台，不到10%。

清洗機

晶圓製造工藝複雜，擁有很多工序，不同工序中使用了不同的化學材料，通常會在晶圓表面殘留化學劑、顆粒、金屬等雜質，如果不及時清洗乾淨，會影響最終的成品質量。因此，清洗機也是集成電路製造的關鍵。

清洗設備在半導體設備市場中價值量佔比約5-6%，相較光刻、刻蝕等核心設備價值量較低，同時技術門檻較低，比較容易首先實現全面國產化。有研究稱，到2023年清洗機的國產化率可達40-50%。

晶圓切割機

刻有電路硅片被送到封測廠後，首先要做的就是把一整塊硅片切成一小塊一小塊的芯片，這個切割工作就是晶圓切割機來完成的。

關於晶圓切割機的市場數據不多，但總體而言，高精度的切割機長期以來都依賴進口，特別是日本和德國品牌佔據了大量的市場份額。

不過，這一境況或許很快將發生改變。今年5月，中國長城旗下鄭州軌道交通信息技術研究院聯合河南通用智能裝備有限公司，成功研製出填補國內空白的半導體激光隱形晶圓切割機。經過西安交通大學、中國兵器工業第214研究所的行業專家綜合測試，認定其性能指標和總體水平為“國內領先、國際先進”。

據其公開宣稱，宣佈消息僅1個月，已接到行業客户意向訂單60台，預計今年能創造營業收入2億元以上。

鍵合封裝機

晶圓片鍵合機是通過化學和物理作用將兩塊已鏡面拋光的同質或異質的晶片緊密地結合起來的機器。

目前先進鍵合機仍嚴重依賴進口，國產鍵合機與國際技術差距仍然較大，但也有長足的進步。臨時鍵合/解鍵合機和晶圓鍵合機的主要廠商為奧地利EVG和德國SUSS，國內則有深圳創異佳、蘇州美圖和上海微電子裝備。全自動鍵合機主要為K&S和ESEC 2家主導，ASM、SHIKAWA和KAIJO等公司緊隨其後，其他種類鍵合機廠商主要有中電科、大族激光、北京創世傑、深圳開玖等。

值得一提的是，中電科的Octopus系列晶圓鍵合機目前已批量在國內龍頭封裝廠內應用。

測試機

顧名思義，測試機就是測試已經做好的芯片的。

目前這個市場由國際廠商主導。日本Advantest、美國Teradyne、Xcerra和Cohu等2018年合計市佔率達75%。各家廠商側重不同，泰瑞達在 SoC 測試機領域具有絕對優勢，市佔率 接近50%;愛德萬側重存儲器測試機，其存儲器測試機市佔率達60%，SoC測試機市佔率達 35%;科利登和科休則佈局測試機和分選機。

國內廠商在模擬/混合電路測試和分立器件測試領域可實現進口替代。在SoC和存儲器鄰域，本土企業雖然還尚未形成成熟的產品和市場突破，但已有技術積累。華峯測控正計劃進入SoC測試機市場。

探針台

探針台是和測試機配合使用的機器，用探針和晶圓上的晶粒接觸並逐個測試，將參數特性不符合要求的芯片記錄下來，在進入後序工序前予以剔除。

目前，東京精密、東京電子2家公司佔據全球約7成的市場份額。中國台灣企業，如台灣惠特、台灣旺矽等也佔有較大的市場份額，特別是在LED探針台領域具有優勢。深圳矽電是國內規模最大的探針台生產企業，進展較快，近3年營業收入保持年均20%以上的增速，國內長川科技、中國電子科技集團45所、西700廠等廠商也有佈局。

分選機

分選機同樣是和測試機搭配使用的機器，主要是用來測試成品芯片，測試壞的芯片不發貨。這個領域的技術難度、進入門檻稍低，是國內封測企業率先涉足的行業，目前已經可以和和國際廠商展開競爭。

總體來説，02專項的實施極大促進了我國半導體產業的發展，雖然還不能説瓜熟蒂落，但也可以稱之為遍地開花。

2017年，科技部重大專項辦公室介紹稱，通過專項實施，我國集成電路行業已從之前“高端裝備和材料基本處於空白狀態，完全依賴進口，產業鏈嚴重缺失”，發展成“實現了從無到有的突破，建立起了完整的產業鏈，使我國集成電路製造技術體系和產業生態得以建立和完善”。