2021年對中國半導體產(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。

　　當公眾將關注的重點全部都放在了光刻機這一種設備身上的時候，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體裝備。

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

　　當人們都還在操心“中國芯片”的時候，老司機們的關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，要問設備怎么樣！”

　　半導體設備體系有多復雜？

　　半導體裝備是一個極其復雜的系統(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，安裝相應的設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)域又需要如下設備來完成相應的工藝：

　　粗略來看，半導體裝備至少也有20幾種，光刻機不過只是其中一個而已?！耙淮O備，一代芯片”，除了光刻機之外，其他的設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，擴散設備需要22臺，CVD設備需要42臺，涂膠去膠設備需要15臺，光刻機需要8臺，刻蝕設備需要25臺，離子注入設備需要13臺，PVD設備需要24臺，研磨拋光設備需要12臺，清洗設備需要17臺，檢測設備需要50臺，測試設備需要33臺，其他各種設備需要17臺。

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

　　如果只是設備種類多，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，芯片加工工藝的復雜度也越來越高，所需要的工序也越來越多。

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

　　工序變多了，工藝變復雜了，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)線上安裝更多的設備。因此，在同樣的產(chǎn)能下，先進工藝生產(chǎn)線所需要的設備數(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下，如果國內(nèi)半導體裝備產(chǎn)業(yè)一日不能提供足夠先進的設備，那么國內(nèi)的晶圓廠就一日沒辦法生產(chǎn)更先進的芯片。

　　國產(chǎn)半導體裝備發(fā)展情況

　　綜合上圖的信息，我們大概可以得到這樣的兩個結論：

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

　　第二，中國半導體整體落后外國1-2代，部分產(chǎn)品落后3代以上。國際領先水平已經(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。客觀來看，中國的半導體產(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?shù)目涛g設備，繼續(xù)實施國家安全出口管制措施已然毫無意義?！?/p>

　　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，我們并不用擔心中國科研人員的水平和國家政策方面的支持。

　　中國半導體裝備企業(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，中國半導體裝備產(chǎn)業(yè)的強項在于研發(fā)速度和服務質(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。

　　半導體行業(yè)是絕對的重資產(chǎn)行業(yè)，晶圓廠采購設備必然慎之又慎，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。

　　在這樣的因素作用下，晶圓廠更多考慮的是設備的可靠性和先進程度，關鍵在于快速、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備。

　　國產(chǎn)設備由于起步較晚，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)身選擇購買進口設備。因此，國產(chǎn)半導體設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備，按照什么順序、什么時候用什么設備，怎么使用這些設備都需要復雜、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)信息來改進設計，晶圓廠也會投資裝備生產(chǎn)商來研發(fā)領先對手的裝備。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，恰恰就是這種關系的體現(xiàn)。

　　從客觀上來說，美國的封鎖反而給中國的半導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)的半導體設備。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)、中微半導體這樣的企業(yè)尋求合作了。

　　現(xiàn)在，國產(chǎn)設備企業(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“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，中國半導體裝備產(chǎn)業(yè)鏈很完整，各個領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，是結果而不是原因。

　　光刻機救不了中國半導體，但中國人的智慧與汗水可以。