谈谈半导体制造设备的国产化与思考

这张图笔者很早就见到过，截止目前这个格局也并未有多大改变。可以很清楚地看到三点结论：一是全球半导体制造设备主要还是国外垄断，尤其是美国，日本（ASML其实背后也是美国）除了中微有点份额，其余份额很少；二是半导体设备主要市场还是在光刻机，蚀刻为主的前道设备，这些我们影响的国产化还很少；三是表里面没有体现制程的信息，其实结合制程看，越高阶约明显，我们的国产化还是在90nm以后居多。

排名前四位的公司依次是荷兰ASML公司、美国应用材料公司、日本东京电子公司和美国Lam，合计占该行业收入的65%。他们提供最先进和最基础的技术，如极紫外光刻技术，使半导体制造在最新的工艺节点5纳米及以下。

然而，对于中国大陆半导体制造设备公司来说，这种市场格局意味着需要借助国外设备制造的最新制造技术和先进经验，才能有效追赶。但是中美之间的紧张关系，可以预见获得此类先进设备的渠道都会被掐断。中国半导体设备制造只能转向自力更生艰苦奋斗了，通过各种创新技术集合来加速制造实现国产替代，所以国内这个市场上各家要更有大局观，合作大于竞争。

目前，最关键的无疑在光刻机。在中国半导体设备制造行业中，最著名的制造商是上海微电子（SMEE）。该公司已经经营了18年，其前端光刻机的主要产品是i-line stepper。不过最近，SMEE演示了一种使用新型氟化氩(ArF)准分子激光器，该激光器可用于浸没式光刻机原型，上海微预计在2022年初提供一个实验机型，预计SMEE新设备可以降低到28 nm的工艺节点，这个将会是一个了不起的成就，这个节点代表了中国近期晶圆制造的“最佳点”，因为28纳米及以上的工艺占全球晶圆产量的一半以上。所以如果能够同心协力，所有国产设备配套都满足28nm这个节点而没有短板，那么将会把中国半导体制造带上一个新台阶。

如前文描述，除了光刻最重要的就是蚀刻。蚀刻主要作用于在光刻设备定义了一层电路图案后，从晶圆表面化学去除多余材料。中微半导体（AMEC）是中国大陆目前最领先的蚀刻设备制造商，台积电已购买AMEC蚀刻设备，而且包括英特尔、美光和三星等其他主要晶圆制造厂商也进行了导入测试。AMEC大部分设备商用于90nm及以上的成熟工艺，但其最新设备能够在5nm节点成功展示了介电材质蚀刻能力。

除了中微AMEC，北方华创Naura，在中国半导体设备市场近期也取得了不错的成绩。北方华创也是中国化学气相沉积设备CVD的领先设备制造供应商。

在检测方面，精测科技在存储、CIS/FPD检测和膜厚检测均有不错的积累，当然也还有很大发展空间。

在清洗设备上，至纯科技和盛美半导体，均有逐步导入设备量产，可能在先进工艺节点上还要更多努力，目前这块的追赶应该还比较容易，国内先进晶圆级封装等都有很多设备可以国产化了，至少有一些积累了。

在PVD、氧化、离子注入等三个领域，我们可能还需要更多的国内替代商出现，目前还有差距。

70年代中期，日本发起了一项旨在加强其半导体设备制造能力并与美国领先供应商竞争的计划，这个计划核心是通过10~15年成为全球第二，这个计划非常成功，直到今天都奠定并维持了这个格局。这个计划的战略是从封装设备开始，逐步向先进晶圆级封装，再到晶圆制造设备逐步发展，可以说非常值得我们学习。因为，如笔者前面诸多文章的描述，今天我们已经在传统封装、先进封装制造逐步追赶，截止2021年我们已经可以占到全球三分之一的份额，而且还在逐步扩大，如果这些厂商能够齐心协力发展设备，最后剥离整合，那么就可以逐步向上发展，到先进晶圆级封装，最后到晶圆设备制造。

此外，要知道，随着中国半导体市场占全球需求的35%并不断增长，中国半导体的客户群体在该行业中占据着重要地位，并极有利于本地供应商的发展产生影响。同时数据显示，半导体最重要的是人，尤其是工程师资源，中国在科学、技术、工程和数学大学毕业生数量是美国的八倍，是日本的十倍。这些毕业生从数量到质量会逐步递进，而且随着政策开放，国外人才的引入和留学人才的回流将提供一批批所需人才，对我国建设世界一流半导体设备环境提供重要后援力量，可以预见，我们的发展后劲还会很大很大。

随着国内设备制造商的介入，如能加上政策牵引，中国半导体行业有望在三年内彻底解决28nm工艺晶圆生产的全国产化，再进一步复制模式，五年内解决14nm国产化，实现自给自足。