荷美“联手”ASML断供，我国半导体产业拉响警报？

 

 

荷兰或断供光刻机

 

近年来，美国在对华政策上实行胁迫外交，多次施压其盟国限制如光刻机等高科技产品等出口。其中，荷兰光刻机巨头阿斯麦（ASML）因为在芯片行业中占据极其重要的地位，成了美国政府的重点“关照”对象，该公司占全球光刻机市场份额的60%以上。

 

自2018年以来，在美国的压力之下，荷兰政府一直禁止阿斯麦向中国出口其最先进的极紫外线光刻机（EUV），但仍可以销售上一代的深紫外线光刻机（DUV）。

 

然而，美国希望进一步打压中国芯片行业，将DUV也纳入禁售范围。2022年7月起，美国已陆续派出官员赴荷兰施压，要求阿斯麦公司扩大对中国的禁售范围。

 

荷兰外贸与发展合作大臣施赖纳马赫尔前不久表示：“我们正与美国进行谈判，显然他们已经宣布了单方面措施。我无法评论荷兰将接受什么，我们在权衡自己的利益，我们的公司已经受到（以前的）出口限制的损害。”

 

可不到一个月时间，画风突然改变。

 

 

2022年12月9日，美国与荷兰拟议中的对华半导体出口管制谈判结果初定。媒体援引与会人士的消息称，荷兰已同意与美国加强合作，共同限制中国企业取得先进芯片技术的管道，把对中国半导体的出口管制法规化，从而与美国10月7日出台的一系列半导体出口措施保持一致。

 

双方仍在进行中的谈判，计划禁止对中国销售制造14nm或更先进制程芯片所需的设备。在具体的执行层面，即是禁止阿斯麦（ASML）向中国出售DUV浸润式光刻机，其先进程度比EUV光刻机落后一代，是制造7nm以上制程芯片的必备硬件。与之前对华禁售极紫外光刻机EUV相比，新的管制范围进一步扩大了。

 

在荷兰做出决定后，中国企业采购DUV光刻机的通路，还剩下尼康和佳能，但随着美国向日本施压，这条道路将会变得越来越不确定。

 

 

半导体领域的变局，会很快传递到汽车行业。在中国汽车市场，整车制造商的智能座舱、智能驾驶芯片，必然会升级到7nm以上的制程，甚至部分厂家已经从5nm起步。与此同时，在自动驾驶领域，28nm制程的芯片，已经难以满足市场的需求，他们同样面临着技术升级的需求。

 

国产光刻机并非为零

 

光刻机也叫曝光系统，是制造芯片的核心装备之一。光刻机用来将掩模版上的电路图形通过曝光的方式转移到晶圆上，与相片的冲印有相似之处。 

 

光刻曝光的过程可以简单描述为在晶圆上方放置掩模版（Mask）,  使用光刻机对准掩模版，进行紫外线曝光。通过这样的方式将掩模版上的图形转移到晶圆，为后面的刻蚀步骤做准备。

 

 

光刻机工作原理

 

光刻机成本极高，先进制程光刻机的单台价值量在亿欧元以上级别，是集成电路制造领域的核心设备。在 7nm 以下先进制程的芯片生产中，需要使用波长为 13.5nm的极紫外光刻机。

 

而最先进的 DUV 光刻机，可以达到的最先进制程水平为 28nm。浸没式 DUV 光刻机通过在水中折射的方式，将波长为 193nm 的光源折射成等效 132nm波长，需要经过多次曝光，并要求有极高的对准精度。目前我国在光刻机层面的国产替代需求较大，国产替代率较低。 

 

此外，先进制程代工厂可以选择采用多重曝光和刻蚀的方式用 DUV 光刻机实现14nm 以下的芯片制程设计，但是所需的工序步骤，时间大幅增加，同时对精度要求极高。为了在条件有限的情况下生产先进制程芯片，需要更多的刻蚀设备和薄膜设备的用量。

 

 

 

受限于《瓦森纳协议》，ASML 的 7nm 制程先进制程光刻机无法出口中国大陆，大陆地区主要以采购成熟制程光刻机为主。对比 AMAT，泛林半导体，东京电子等海外设备龙头，ASML 在中国大陆地区营收贡献占比明显较低。光刻机产品在前道制程领域的战略意义较高。

 

国产替代方面，中科院光电所研发出 365nm 波长的近紫外光 DUV 光刻机设备。上海微电子已有生产前道90nm制程的光刻机，后道先进封装光刻机也已经实现出货。

 

上海微电子的 SSX600 系列步进扫描投影光刻机、可满足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 关键层和非关键层的光刻工艺需求，应用于 8 寸线或 12 寸线的大规模工业生产。而后道先进封装光刻设备方面，2021 年 9 月上海微电子推出了 SSB520先进封装光刻机，可以满足 0.8 微米分辨率的光刻工艺需求，且极限分辨率达到了 0.6 微米。可以通过升级运动、量测和控制系统等将套刻精度提升到 100 纳米以下，并保持长期稳定性能。

 

 

上海微电子及相关科研院所的光刻机产品以及市面上流通的二手设备一定程度上填补了空缺，国内成熟制程的光刻设备主要依靠向海外采购。成熟制程所用的 28nm DUV 光刻机并未受到制裁影响。因此，在成熟制程芯片用量增加的大背景下，中国大陆晶圆厂扩产的进程仍在加速推进。成熟制程芯片（MCU, 模拟类芯片，各类传感器，功率器件，车载电子芯片等）的火热需求使代工厂和上游设备持续获得订单。

 

而除光刻机之外，刻蚀是半导体制造工艺中的重要环节，和光刻环节类似，主要作用也是转移掩模版上的图形到晶圆上。是光刻之后用化学或物理方法从晶圆表面去除部分材料的过程。

 

 

相对于光刻机，国产厂商在刻蚀设备领域较早的实现了突破。无论是中微公司，北方华创，嘉芯半导体等在国产线的出货量逐渐增大。中微公司的 CCP 刻蚀机，在 2020 年，已经做到了部分存储，逻辑产线的第三大供应商，在部分产线中占有 30%以上的市占率。现阶段，刻蚀设备的整体国产化率达到了 20%，下游晶圆厂仍有持续替代的意愿和空间，相关机构预计刻蚀设备的终局国产化率可以达到 70%以上，28nm 以上制程工艺覆盖完备，几家重点公司进入国内存储+逻辑大厂产线开始加速放量。

 

事实上，海外对我国光刻机的打压，反而推动了我国半导体设备的加速落地。

 

国产半导体设备亟待落地

 

光刻机只是一个缩影，回顾近期美国对我国半导体行业颁布的一系列限制措施，可以发现整体的限制领域正在逐步从下游应用向上游制造转移。

 

从最初的的 5G 产品出口限制到现在的设备、软件限制，其影响程度越发深远。底层的设备与软件，正是支撑整个数字经济的核心，倘若无法破局，对我国发展将是极大的掣肘。

 

 

随着美国发布《芯片法案》，遏制中国半导体发展的“铁幕”正在形成。

 

该法案将为美国半导体研发、制造以及劳动力发展提供 527 亿美元。其中 390 亿美元将用于半导体制造业的激励措施，20 亿美元用于汽车和国防系统使用的传统芯片。此外，在美国建立芯片工厂的企业将获得25%的减税。而接受法案提供的联邦资金和税收补贴的芯片制造商将被禁止十年内在中国大陆建造先进制程产线，以此遏制中国半导体发展。

 

除此以外，还限制美国14nm 及以下制程半导体设备和先进制程 EDA 软件出口中国，从上游对中国半导体产业进行封锁。在此国际局势下，半导体国产化进程需要进一步加强。而目前各种半导体前道核心设备的国产化率还很低，如光刻机等设备尚未形成有效突破，整体国产化率还有极大的提升空间。

 

 

而在国产半导体芯片产业链中，国产晶圆厂逆势扩产正在进行。据 SEMI 最新统计数据显示，中国大陆在晶圆厂建厂速度全球第一，预计至 2024 年底，将建立 31 座大型晶圆厂，且全部锁定成熟制程。据集微网统计，2021 年底中国大陆现有 12 英寸线和 8 英寸线的产能分别为 120万片/月和 123 万片/月，预计今年将分别新增 36.6 万片/月和 9.6万片/月，对应半导体设备需求强劲。

 

根据 IC Insights 的数据，中国大陆晶圆产能在全球的占比约 16.2%。随着国内晶圆厂的快速扩产，预计到 2023 年，中国大陆晶圆产能在全球的占比有望达24%，产能占比提升将极大地带动半导体设备的市场规模。

 

除了晶圆产能不断攀升，通过市占率获得全球供需话语权外，我国先进制程受到针对性阻击，但一旦突破也将开辟更广新天地。

 

 

先进制程一般指 28nm 以下的制程节点，主要用于高性能、低功耗的应用领域，如手机、PC、IDC  等设备的  CPU、GPU、DRAM等产品。目前国产产线正在努力突破先进制程技术节点，国内晶圆厂尚未大规模进行14nm 产线的扩产，但随着技术的更新，开展 14nm 先进制程产线趋势必不可当。

 

当前由于外部诸多限制，中国先进制程产能扩张受限，但是若以全球先进制程产能的15%测算，中国大陆 12 英寸先进制程产能还有 6 倍的增长空间。假设未来全球先进制程产能达到 40 万片/月，国内设备市场将新增近百亿美元规模，带来国产设备和零部件显著营收增长。 

 

在当前国内半导体产业环境下，各大设备厂商都在积极投入研发，面向先进制程产线所需的更先进设备进行持续探索与创新。当前刻蚀设备已经能用于 5nm 制程；镀膜设备、清洗设备、CMP、热处理设备均在 14nm 制程验证中；涂胶显影设备、离子注入设备、光刻机等均在 28nm 制程的研发或验证中。在国产替代进程加速的背景下，当前只需静待各大设备突破先进制程，期待未来广阔成长空间。

 

 

具体本土企业方面，大陆代工厂均在朝着更高水平的制程代工的方向努力。中芯国际的14nm，FinFET 工艺，应用的平台和客户不断增加，具备多元化和市场竞争力，在矿机芯片领域具备一定市场份额。

 

根据公司新闻公告，长江存储的 Xtacking 技术业内领先，其原理是将外围电路置于存储单元之上，在两片独立的晶圆上加工外围电路和存储单元，让 NAND获取更高的 I/O 接口速度及更多的操作功能，从而实现比传统 3D NAND 更高的存储密度。现已实现了 128 层 NAND FLASH 的量产。

 

根据媒体科创版日报报道，合肥长鑫的产线已有 19 纳米（1X 纳米）的工艺制程，正推进 17nm 工艺的量产，目前良率正在爬升。我国晶圆代工厂在闪存，DRAM，逻辑等几大工艺平台均在产能和制程上同时突破。

 

绝非铁板一块的欧美半导体

 

提振本土的半导体制造产业的发展，并垄断全球半导体芯片市场的话语权，欧洲显然也不愿意总是当“跟班小弟”。

 

为实现对本土半导体产业的扶持，美国确定了520亿美元的芯片补贴，可随之而来的是欧盟也定下了相应的目标，制定《欧洲芯片法案》，计划在2030年将欧洲地区的芯片产能，占到世界总量的20%。

 

 

2022年2月，欧盟委员会公布了酝酿已久的《欧洲芯片法案》（A Chips Act for Europe）。根据法案，到2030年，欧盟拟动用超过430亿欧元的公共和私有资金，支持芯片生产、试点项目和初创企业，并大力建设大型芯片制造厂。欧盟在法案中还提出了一项雄心勃勃的目标，到2030年，将芯片产量占全球的份额从目前的10%提高至20%。

 

值得注意的是，就在《欧洲芯片法案》出炉的前几天，美国众议院通过了《2022年美国竞争法案》，其中包括对芯片制造业提供500多亿美元的资金支持。后来，“瘦身版”的《芯片与科学法案》获得通过并由美国总统拜登正式签署生效。美国之外，韩国、日本、印度等国也相继出台与半导体产业相关的政策支持与指引。

 

2021年9月15日，欧盟委员会主席冯德莱恩在发表年度国情咨文时提出了这句话。当时的冯德莱恩进一步表示，由于半导体短缺，尽管需求不断增长，但整个生产线已经在以较低的速度运转。尽管全球需求出现爆炸式增长，但欧洲在价值链（从设计到制造）上的份额却出现了萎缩。

 

她强调，这不仅仅是竞争力的问题，也是一个技术主权问题。在此背景下，冯德莱恩表示欧盟将提出一项欧洲芯片法案。

 

 

欧盟认为，欧洲在半导体的特定领域具备优势，例如电力电子元件、射频和模拟器件、传感器和微控制器的设计（这些器件广泛应用于汽车和制造业），在运营大型芯片制造厂所需的材料和设备方面，欧洲也处于非常有利的位置。

 

但是，欧洲在全球半导体市场的总体份额仅为10%，并且在很大程度上依赖于第三国供应商。根据欧盟公布的数据，在半导体供应链上，欧盟在设备制造领域的市场份额为23%，在原材料/硅片领域占14%，在芯片设计领域占8%，而在IP/电子设计领域，仅占2%。

 

显然，欧盟也想谋求在全球半导体领域的话语权，而在欧美积极布局半导体产业的同时，全球其他国家也在该领域加码。

 

 

以日本为例，一方面，邀请台积电来本土建设28nm等成熟制程晶圆厂。另一方面，日本还拿出700亿日元助力丰田、铠侠等八家日本企业组建了“高端芯片联盟”，并把目光瞄准了2nm芯片的研发，甚至计划要在2025年实现量产。韩国也在2021年5月公布“K—半导体产业带”战略，计划在2030年前在国内构建全球最大规模的半导体产业供应链

 

作为全球人口第二多的国家，印度的芯片消费潜力也很大。据公开数据显示，印度半导体市场规模将在2026年达到630亿美元，相比2020年增加了4.3倍。

 

而半导体产业这些年一直都是我国发展的重点，据数据显示，2022年前三季度，国产芯片已经达到了日产10亿颗，对进口芯片的砍单量也达到了610亿颗，本土化趋势已经非常明显，而在一些细分赛道上，我国更是具备了弯道超车的可能。

 

大有可为的细分赛道

 

相对于传统半导体芯片领域，光子芯片等细分赛道当下也给予我国弯道超车的机会。尤其是随着芯片技术升级迭代，光子芯片有望成为新一代信息领域的底层技术支撑。

 

光子芯片是光电子器件的核心组成部分，与集成电路芯片相比存在多处不同——

 

·从性能而言，光子芯片的计算速度较电子芯片快约1000倍，且功耗更低。

·从材料而言，InP、GaAS等二代化合物半导体是光子芯片更为常用的材料，而集成电路一般采用硅片。

·从制备而言，光子芯片的制备流程与集成电路芯片存在一定相似性，但侧重点在于外延设计与制备环节，而非光刻环节。民生证券指出，这也决定了光子芯片行业中，IDM模式是主流，有别于标准化程度高、行业分工明确的集成电路芯片。

 

值得一提的是，相较于电子芯片，光子芯片对结构的要求较低，一般是百纳米级，因此降低了对先进工艺的依赖。中科鑫通总裁隋军也表示，光子芯片使用我国已相对成熟的原材料及设备就能生产，而不像电子芯片一样，必须使用EUV等极高端光刻机。

 

 

目前来看，全球市场中，高意集团(II-VI)、Lumentum等占据领先地位，而长光华芯、源杰科技等本土企业已在高功率激光芯片、高速率激光芯片等领域取得进展。

 

来源：壹零社；转自中国机械工程学会微信号