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技术封锁下突围需有道！先进制程不是国产半导体设备唯一出路

5月份 ， 美国商务部宣布将严格限制华为使用美国的技术、软件设计和制造半导体芯片进而保护美国国家安全 ， 即升级对华为的芯片管制 。 与去年的断供不同 ， 这次美国商务部直接从源头制造端进行管制 ， 对于半导体制造全流程而言 ， 特别是先进制程工艺中 ， 目前几乎不能离开美系设备 。 这次禁令 ， 引发国内产业对于半导体制造设备的强烈关注 。
美日垄断全球市场 ， 技术封锁限制本土设备自去年美国将多家国内企业列入“实体清单”后 ， 在关键的芯片供应上断供 ， 对国内企业造成了不小的打击 ， 而这使得国内半导体产业一时间被推上风口浪尖 。 在随后的一年时间里 ， “国产替代”成为国产半导体产业的主旋律 ， 在此期间 ， 也促进了很多国产半导体企业加速发展 。
而在半导体产业的构成中 ， 从市场规模来看 ， 集成电路占据整个半导体市场超过80%的份额 。 因此 ， 美国商务部在今年5月中旬公布的关于针对华为的出口管制中 ， 华为无法使用美系的芯片设计软件 ， 同时台积电等晶圆代工厂也将无法利用美系半导体设备为华为代工芯片 ， 恰好是从芯片制造的源头直接掐断了华为自研芯片 。
而在全球半导体设备制造商中 ， 领先企业主要分布在美国、日本、荷兰三个国家 。 据VLsiResearch数据显示 ， 2019年 ， 全球Top15的半导体设备生厂商中 ， 日本有8家生产商入榜；美国半导体设备销售收入则占全球市场49% ， 排在第一 。
因为位处世界制造中心 ， 特别是电子产品等对于芯片需求巨大 ， 中国半导体市场规模占据全球近35%的比重 。 但相比之下 ， 中国大陆芯片制造仅占全球份额的10%左右 。 同时 ， 按照ICinsights2018年的数据看 ， 我国集成电路自给率仅仅为13% ， 尽管预计2020年有望达到15% ， 但仍处于较低水平 。
对于中国半导体设备的现状 ， 南京宏泰半导体科技有限公司总经理包智杰表示：“中国半导体设备相比于国内半导体设计、封装行业而言更为落后 ， 这其中品牌、人才、技术都是很重要的因素 。 ”
毕竟 ， 相比于设计 ， 半导体设备需要更长时间的产品应用经验 。 据包智杰介绍 ， 半导体设备是一个整体的系统 ， 其中包括软硬件、自动化、底层FPGA算法等等 。 同时设备在产线上往往是24小时运作 ， 这就涉及到设备的稳定性、可靠性、长期精度的一致性等问题 。 所以半导体设备其实是系统的工程 ， 如果单做其中的一个模块 ， 会比较容易 ， 但结合到一起就会产生很大的工程量 。
与此同时 ， 半导体设备业的典型特征就是高技术、高投入 ， 上海微电子装备股份有限公司市场开发部经理唐世弋表示 ， 尤其是大型设备的前期资本投入巨大 ， 成本回收周期长 ， 从研发开始到客户测试、中期迭代修改 ， 需要很多年时间 。
作为国内光刻机龙头企业 ， 唐世弋表示他们也面临很多问题：“在光刻机上很多系统性的问题需要解决 ， 而在这方面我们经验不足 。 同时 ， 国内基础材料和精密加工业薄弱 ， 我们设计出来的镜头在国内找不到能够加工的公司 ， 玻璃材料也买不到 ， 到国外采购的话可能会受到制约 。 因此我们只能将这些部件分拆到各地去做 ， 但这又会拉长研发时间 。 ”
确实 ， 从当前的国际环境来看 ， 欧美等国对中国崛起的担忧 ， 使得中国近年来在各个高科技领域都受到了不同程度的制裁 。 半导体设备作为半导体产业链中最重要的一环 ， 国家目前已将其视为战略性产业 ， 国家集成电路产业投资基金二期也明确表示投资方向将着重于半导体产业链上游的设备等领域 。 但有国家基金支持的同时 ， 还需要晶圆厂等客户的支持与鼓励 。
晶圆厂充当“拆弹英雄 ， 设备厂商如何取得信任与设备本身的技术相比 ， 国内半导体设备业或许更多的是缺乏经验 。 包智杰认为：“半导体设备要想往上走 ， 提升品质 ， 是需要很长一段时间积累 ， 是需要产品不断进行迭代 ， 在迭代的过程中要不断试错、不断改进客户反馈的问题 。 由于国内整个半导体行业近十年发展较快 ， 但整体起步较晚 ， 因此这就使得国内设备业很难获得愿意进行试错的客户 ， 应用经验难以积累 。 但随着国内产业的发展 ， 国家的支持 ， 半导体设备业会有更多机会 ， 国产替代的进程也会加速 。 ”
一直以来 ， 全球半导体设备业呈现着“强者恒强 ， 弱者出局”的市场态势 。 经过多年的大浪淘沙 ， 市场中仅存的企业都具有自身的优势产品 ， 并且形成一定的技术壁垒 。 中芯国际CEO赵海军表示 ， 国内没有先进的晶圆厂和研发者与设备厂商合作 ， 因此设备厂只能研发替代设备 。 而目前只有快速占领每个先进工艺制程都需要的通用设备市场 ， 才能累积到更多经验 。
不过这种情况近几年也有一定的转变 。 某业内资深人士表示 ， 此前几年 ， 北方华创的几十种设备首发都是提供给中芯国际、长江存储、华虹等国内大厂使用 ， 也得到了本土晶圆厂的支持 。 而目前经历了三四年产线上的验证后 ， 设备的性能、可靠性、良率等问题都一一解决 。
尽管在晶圆厂支持方面有了比较大的突破 ， 但目前设备厂商仍面临的问题是 ， 如何与晶圆厂更加深入地进行合作 。 毕竟如果不能在研发过程中导入设备 ， 那么未来想要完成替代将会非常困难 。 包智杰认为：“中国半导体行业近十年来发展较快 ， 但整体起步时间较晚 ， 这就导致国内设备业很难有客户会让他们去进行试错、积累应用经验 。 但随着国内产业发展 ， 在国家支持下 ， 机会会多很多 ， 国产替代的进程也会加快”
因此 ， 在本土设备厂商与本土晶圆厂之间需要加强合作 ， 用实际的产品指标、优异的服务质量来获得晶圆厂的信任 。 在拥有试错经验后 ， 在未来几年内相信本土设备厂商将会迎来更多机会 ， 并为进军国际市场打下坚实基础 。
突围需有道 ， 先进制程不是唯一出路
显然 ， 目前全球7nm及以下先进制程都依赖于荷兰ASML的EUV光刻机 。 然而因为种种原因 ， 本土晶圆厂能够获得EUV光刻机的可能性似乎已经越来越小 。 在这样的背景下 ， 人们也把希望寄望于国产半导体设备厂商 。
如前文所提到的 ， 半导体设备前期资本投入巨大 ， 成本回收周期长 。 ASML之所以能够有如此成绩 ， 主要在于他是一家长期进行高投入的公司 ， 在营收达到100亿美元的情况下 ， 研发投入能占总营收的15%左右 。 另一方面 ， ASML也是国际间多家企业合作成果的受益者 ， EUV技术的实现 ， 其中台积电、英特尔、三星、AMD等巨头都耗费了巨大的人力物力 。
而国内光刻机制造商在零部件方面受限于国内薄弱的基础材料以及精密制造工业 ， 在国外则受到各种因素的制约 ， 因此目前来看要想取得突破极其困难 。 但在先进封装领域 ， 国内外差距相比之下会小的多 ， 对于国产设备厂商而言 ， 这或许是实现领先、完成国产替代的新机会 。
另一方面 ， 国内正在崛起的存储器芯片也同样是一个巨大的市场 。 某业内资深人士表示：“中国这几年存储器布局迅速 ， 合肥、武汉等地都有DRAM项目 。 存储的特点就是拼成本 ， 那么就要靠量来压低成本 。 所以存储器芯片厂一般是IDM模式 ， 因此设备可以自主替换 ， 哪里可以降低成本都能够自由做主去选择 。 从设备商的角度来看 ， 东京电子、泛林全年2/3营收都是来自存储器领域的设备 ， 应用材料也有超过一半的收入都是来自存储器 。 而目前对于国内设备商来说 ， 是赶上了存储器刚刚起步的时代 ， 这是一个锤炼自己的机会 ， 让设备更适用 ， 积累量产经验 ， 所以存储是一个很大的机会 。 ”
“中微的先进封装光刻机几乎已经占领国内市场”唐世弋表示：“封装光刻机目前也已经开始导入国外封装厂 。 另外在前道光刻机方面 ， 也在努力向产线推广 。 对于在光刻机上的差距 ， 我们需要长期持续的高投入 ， 正视差距 。 ”
事实上 ， 近年在5G、AI、以及政策的刺激下 ， 国内芯片产线遍地开花 ， 但仍不能满足国内需求 。 据国际半导体产业协会预测 ， 2019年全球半导体设备市场规模接近530亿美元 ， 而中国半导体设备市场就接近120亿美元 。 但国产设备只占国内市场的不到6% ， 在庞大的市场规模、国产替代风潮下 ， 本土设备商的机会很多 。 同时 ， 由于半导体制造工工艺流程复杂 ， 设备类型繁多 ， 因此对于本土设备商而言 ， 需要更多地进行错位发展 ， 相互合作将制造所需设备补全 。
【技术封锁下突围需有道！先进制程不是国产半导体设备唯一出路】不过 ， 在投入研发的同时 ， 保证“活下来”或许才是突破国外技术封锁的最重要基础 。 先进封装以及存储器芯片厂 ， 就是当前国内设备商的市场突破口之一 。


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