2021年對中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，或許是一個“時來運(yùn)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(jī)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(jī)。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(jī)，救不了中國半導(dǎo)體。

　　或許是光刻機(jī)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(shí)際上，光刻機(jī)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(jìn)口一個光刻機(jī)，顯然并不能從根本上解決問題。

　　當(dāng)公眾將關(guān)注的重點(diǎn)全部都放在了光刻機(jī)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(jī)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(jī)們的關(guān)注重點(diǎn)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(dú)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(zhǔn)備的材料也不盡相同。

　　這七個區(qū)域分別是：擴(kuò)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(jī)不過只是其中一個而已。“一代設(shè)備，一代芯片”，除了光刻機(jī)之外，其他的設(shè)備也都需要達(dá)到足夠先進(jìn)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(kuò)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(jī)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(dá)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(jìn)工藝生產(chǎn)線所需要的設(shè)備數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非先進(jìn)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(shí)缺乏高端、先進(jìn)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(yán)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(jìn)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(jìn)的芯片。

　　國產(chǎn)半導(dǎo)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(jié)論：

　　第一，中國半導(dǎo)體裝備的產(chǎn)業(yè)鏈很完整。擴(kuò)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(dá)到了7nm，而我們的整體水平還停留在28nm。少數(shù)產(chǎn)品達(dá)到了國際先進(jìn)水準(zhǔn)（中微半導(dǎo)體刻蝕機(jī)），而另外的少數(shù)產(chǎn)品落后外國3代（國產(chǎn)光刻機(jī)）。

　　說實(shí)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(zhǔn)不如美國、日本這樣的老牌半導(dǎo)體強(qiáng)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(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(qiáng)它就弱，你弱它就強(qiáng)。一件先進(jìn)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(jī)禁令”，其理由便是“中國已經(jīng)從事實(shí)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(shí)力是很強(qiáng)的，實(shí)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(shí)是機(jī)會。

　　根據(jù)北方華創(chuàng)董事長趙晉榮的觀點(diǎn)，中國半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)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(jìn)程度，關(guān)鍵在于快速、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)先進(jìn)工藝的量產(chǎn)。因此，晶圓廠對于設(shè)備質(zhì)量有嚴(yán)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(jìn)水平，另一方面也缺少業(yè)內(nèi)的口碑，也就很難進(jìn)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(jìn)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(fù)面影非常嚴(yán)重——芯片的生產(chǎn)不是設(shè)備到位就能立刻開始進(jìn)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(yán)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(jī)會都沒有，自然也就沒有在實(shí)踐中快速改進(jìn)的機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(rèn)可度，各大廠商也會更加愿意選擇國產(chǎn)設(shè)備?，F(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(diǎn)，實(shí)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(jìn)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(jìn)入國際先進(jìn)水平。

　　中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，即將進(jìn)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(jī)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(jìn)口的光刻機(jī)，是結(jié)果而不是原因。

　　光刻機(jī)救不了中國半導(dǎo)體，但中國人的智慧與汗水可以。