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荷美“聯手”ASML斷供，我國半導體產業拉響警報？

點擊：作者：記者來源：中國機械工程學會微信號發布時間:2023-01-03 12:16:52

荷蘭或斷供光刻機

近年來，美國在對華政策上實行脅迫外交，多次施壓其盟國限制如光刻機等高科技產品等出口。其中，荷蘭光刻機巨頭阿斯麥（ASML）因為在芯片行業中占據極其重要的地位，成了美國政府的重點“關照”對象，該公司占全球光刻機市場份額的60%以上。

自2018年以來，在美國的壓力之下，荷蘭政府一直禁止阿斯麥向中國出口其最先進的極紫外線光刻機（EUV），但仍可以銷售上一代的深紫外線光刻機（DUV）。

然而，美國希望進一步打壓中國芯片行業，將DUV也納入禁售范圍。2022年7月起，美國已陸續派出官員赴荷蘭施壓，要求阿斯麥公司擴大對中國的禁售范圍。

荷蘭外貿與發展合作大臣施賴納馬赫爾前不久表示：“我們正與美國進行談判，顯然他們已經宣布了單方面措施。我無法評論荷蘭將接受什么，我們在權衡自己的利益，我們的公司已經受到（以前的）出口限制的損害。”

可不到一個月時間，畫風突然改變。

2022年12月9日，美國與荷蘭擬議中的對華半導體出口管制談判結果初定。媒體援引與會人士的消息稱，荷蘭已同意與美國加強合作，共同限制中國企業取得先進芯片技術的管道，把對中國半導體的出口管制法規化，從而與美國10月7日出臺的一系列半導體出口措施保持一致。

雙方仍在進行中的談判，計劃禁止對中國銷售制造14nm或更先進制程芯片所需的設備。在具體的執行層面，即是禁止阿斯麥（ASML）向中國出售DUV浸潤式光刻機，其先進程度比EUV光刻機落后一代，是制造7nm以上制程芯片的必備硬件。與之前對華禁售極紫外光刻機EUV相比，新的管制范圍進一步擴大了。

在荷蘭做出決定后，中國企業采購DUV光刻機的通路，還剩下尼康和佳能，但隨著美國向日本施壓，這條道路將會變得越來越不確定。

半導體領域的變局，會很快傳遞到汽車行業。在中國汽車市場，整車制造商的智能座艙、智能駕駛芯片，必然會升級到7nm以上的制程，甚至部分廠家已經從5nm起步。與此同時，在自動駕駛領域，28nm制程的芯片，已經難以滿足市場的需求，他們同樣面臨著技術升級的需求。

國產光刻機并非為零

光刻機也叫曝光系統，是制造芯片的核心裝備之一。光刻機用來將掩模版上的電路圖形通過曝光的方式轉移到晶圓上，與相片的沖印有相似之處。

光刻曝光的過程可以簡單描述為在晶圓上方放置掩模版（Mask）, 使用光刻機對準掩模版，進行紫外線曝光。通過這樣的方式將掩模版上的圖形轉移到晶圓，為后面的刻蝕步驟做準備。

光刻機工作原理

光刻機成本極高，先進制程光刻機的單臺價值量在億歐元以上級別，是集成電路制造領域的核心設備。在 7nm 以下先進制程的芯片生產中，需要使用波長為 13.5nm的極紫外光刻機。

而最先進的 DUV 光刻機，可以達到的最先進制程水平為 28nm。浸沒式 DUV 光刻機通過在水中折射的方式，將波長為 193nm 的光源折射成等效 132nm波長，需要經過多次曝光，并要求有極高的對準精度。目前我國在光刻機層面的國產替代需求較大，國產替代率較低。

此外，先進制程代工廠可以選擇采用多重曝光和刻蝕的方式用 DUV 光刻機實現14nm 以下的芯片制程設計，但是所需的工序步驟，時間大幅增加，同時對精度要求極高。為了在條件有限的情況下生產先進制程芯片，需要更多的刻蝕設備和薄膜設備的用量。

受限于《瓦森納協議》，ASML 的 7nm 制程先進制程光刻機無法出口中國大陸，大陸地區主要以采購成熟制程光刻機為主。對比 AMAT，泛林半導體，東京電子等海外設備龍頭，ASML 在中國大陸地區營收貢獻占比明顯較低。光刻機產品在前道制程領域的戰略意義較高。

國產替代方面，中科院光電所研發出 365nm 波長的近紫外光 DUV 光刻機設備。上海微電子已有生產前道90nm制程的光刻機，后道先進封裝光刻機也已經實現出貨。

上海微電子的 SSX600 系列步進掃描投影光刻機、可滿足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 關鍵層和非關鍵層的光刻工藝需求，應用于 8 寸線或 12 寸線的大規模工業生產。而后道先進封裝光刻設備方面，2021 年 9 月上海微電子推出了 SSB520先進封裝光刻機，可以滿足 0.8 微米分辨率的光刻工藝需求，且極限分辨率達到了 0.6 微米。可以通過升級運動、量測和控制系統等將套刻精度提升到 100 納米以下，并保持長期穩定性能。

上海微電子及相關科研院所的光刻機產品以及市面上流通的二手設備一定程度上填補了空缺，國內成熟制程的光刻設備主要依靠向海外采購。成熟制程所用的 28nm DUV 光刻機并未受到制裁影響。因此，在成熟制程芯片用量增加的大背景下，中國大陸晶圓廠擴產的進程仍在加速推進。成熟制程芯片（MCU, 模擬類芯片，各類傳感器，功率器件，車載電子芯片等）的火熱需求使代工廠和上游設備持續獲得訂單。

而除光刻機之外，刻蝕是半導體制造工藝中的重要環節，和光刻環節類似，主要作用也是轉移掩模版上的圖形到晶圓上。是光刻之后用化學或物理方法從晶圓表面去除部分材料的過程。

相對于光刻機，國產廠商在刻蝕設備領域較早的實現了突破。無論是中微公司，北方華創，嘉芯半導體等在國產線的出貨量逐漸增大。中微公司的 CCP 刻蝕機，在 2020 年，已經做到了部分存儲，邏輯產線的第三大供應商，在部分產線中占有 30%以上的市占率。現階段，刻蝕設備的整體國產化率達到了 20%，下游晶圓廠仍有持續替代的意愿和空間，相關機構預計刻蝕設備的終局國產化率可以達到 70%以上，28nm 以上制程工藝覆蓋完備，幾家重點公司進入國內存儲+邏輯大廠產線開始加速放量。

事實上，海外對我國光刻機的打壓，反而推動了我國半導體設備的加速落地。

國產半導體設備亟待落地

光刻機只是一個縮影，回顧近期美國對我國半導體行業頒布的一系列限制措施，可以發現整體的限制領域正在逐步從下游應用向上游制造轉移。

從最初的的 5G 產品出口限制到現在的設備、軟件限制，其影響程度越發深遠。底層的設備與軟件，正是支撐整個數字經濟的核心，倘若無法破局，對我國發展將是極大的掣肘。

隨著美國發布《芯片法案》，遏制中國半導體發展的“鐵幕”正在形成。

該法案將為美國半導體研發、制造以及勞動力發展提供 527 億美元。其中 390 億美元將用于半導體制造業的激勵措施，20 億美元用于汽車和國防系統使用的傳統芯片。此外，在美國建立芯片工廠的企業將獲得25%的減稅。而接受法案提供的聯邦資金和稅收補貼的芯片制造商將被禁止十年內在中國大陸建造先進制程產線，以此遏制中國半導體發展。

除此以外，還限制美國14nm 及以下制程半導體設備和先進制程 EDA 軟件出口中國，從上游對中國半導體產業進行封鎖。在此國際局勢下，半導體國產化進程需要進一步加強。而目前各種半導體前道核心設備的國產化率還很低，如光刻機等設備尚未形成有效突破，整體國產化率還有極大的提升空間。

而在國產半導體芯片產業鏈中，國產晶圓廠逆勢擴產正在進行。據 SEMI 最新統計數據顯示，中國大陸在晶圓廠建廠速度全球第一，預計至 2024 年底，將建立 31 座大型晶圓廠，且全部鎖定成熟制程。據集微網統計，2021 年底中國大陸現有 12 英寸線和 8 英寸線的產能分別為 120萬片/月和 123 萬片/月，預計今年將分別新增 36.6 萬片/月和 9.6萬片/月，對應半導體設備需求強勁。

根據 IC Insights 的數據，中國大陸晶圓產能在全球的占比約 16.2%。隨著國內晶圓廠的快速擴產，預計到 2023 年，中國大陸晶圓產能在全球的占比有望達24%，產能占比提升將極大地帶動半導體設備的市場規模。

除了晶圓產能不斷攀升，通過市占率獲得全球供需話語權外，我國先進制程受到針對性阻擊，但一旦突破也將開辟更廣新天地。

先進制程一般指 28nm 以下的制程節點，主要用于高性能、低功耗的應用領域，如手機、PC、IDC 等設備的 CPU、GPU、DRAM等產品。目前國產產線正在努力突破先進制程技術節點，國內晶圓廠尚未大規模進行14nm 產線的擴產，但隨著技術的更新，開展 14nm 先進制程產線趨勢必不可當。

當前由于外部諸多限制，中國先進制程產能擴張受限，但是若以全球先進制程產能的15%測算，中國大陸 12 英寸先進制程產能還有 6 倍的增長空間。假設未來全球先進制程產能達到 40 萬片/月，國內設備市場將新增近百億美元規模，帶來國產設備和零部件顯著營收增長。

在當前國內半導體產業環境下，各大設備廠商都在積極投入研發，面向先進制程產線所需的更先進設備進行持續探索與創新。當前刻蝕設備已經能用于 5nm 制程；鍍膜設備、清洗設備、CMP、熱處理設備均在 14nm 制程驗證中；涂膠顯影設備、離子注入設備、光刻機等均在 28nm 制程的研發或驗證中。在國產替代進程加速的背景下，當前只需靜待各大設備突破先進制程，期待未來廣闊成長空間。

具體本土企業方面，大陸代工廠均在朝著更高水平的制程代工的方向努力。中芯國際的14nm，FinFET 工藝，應用的平臺和客戶不斷增加，具備多元化和市場競爭力，在礦機芯片領域具備一定市場份額。

根據公司新聞公告，長江存儲的 Xtacking 技術業內領先，其原理是將外圍電路置于存儲單元之上，在兩片獨立的晶圓上加工外圍電路和存儲單元，讓 NAND獲取更高的 I/O 接口速度及更多的操作功能，從而實現比傳統 3D NAND 更高的存儲密度。現已實現了 128 層 NAND FLASH 的量產。

根據媒體科創版日報報道，合肥長鑫的產線已有 19 納米（1X 納米）的工藝制程，正推進 17nm 工藝的量產，目前良率正在爬升。我國晶圓代工廠在閃存，DRAM，邏輯等幾大工藝平臺均在產能和制程上同時突破。

絕非鐵板一塊的歐美半導體

提振本土的半導體制造產業的發展，并壟斷全球半導體芯片市場的話語權，歐洲顯然也不愿意總是當“跟班小弟”。

為實現對本土半導體產業的扶持，美國確定了520億美元的芯片補貼，可隨之而來的是歐盟也定下了相應的目標，制定《歐洲芯片法案》，計劃在2030年將歐洲地區的芯片產能，占到世界總量的20%。

2022年2月，歐盟委員會公布了醞釀已久的《歐洲芯片法案》（A Chips Act for Europe）。根據法案，到2030年，歐盟擬動用超過430億歐元的公共和私有資金，支持芯片生產、試點項目和初創企業，并大力建設大型芯片制造廠。歐盟在法案中還提出了一項雄心勃勃的目標，到2030年，將芯片產量占全球的份額從目前的10%提高至20%。

值得注意的是，就在《歐洲芯片法案》出爐的前幾天，美國眾議院通過了《2022年美國競爭法案》，其中包括對芯片制造業提供500多億美元的資金支持。后來，“瘦身版”的《芯片與科學法案》獲得通過并由美國總統拜登正式簽署生效。美國之外，韓國、日本、印度等國也相繼出臺與半導體產業相關的政策支持與指引。

2021年9月15日，歐盟委員會主席馮德萊恩在發表年度國情咨文時提出了這句話。當時的馮德萊恩進一步表示，由于半導體短缺，盡管需求不斷增長，但整個生產線已經在以較低的速度運轉。盡管全球需求出現爆炸式增長，但歐洲在價值鏈（從設計到制造）上的份額卻出現了萎縮。

她強調，這不僅僅是競爭力的問題，也是一個技術主權問題。在此背景下，馮德萊恩表示歐盟將提出一項歐洲芯片法案。

歐盟認為，歐洲在半導體的特定領域具備優勢，例如電力電子元件、射頻和模擬器件、傳感器和微控制器的設計（這些器件廣泛應用于汽車和制造業），在運營大型芯片制造廠所需的材料和設備方面，歐洲也處于非常有利的位置。

但是，歐洲在全球半導體市場的總體份額僅為10%，并且在很大程度上依賴于第三國供應商。根據歐盟公布的數據，在半導體供應鏈上，歐盟在設備制造領域的市場份額為23%，在原材料/硅片領域占14%，在芯片設計領域占8%，而在IP/電子設計領域，僅占2%。

顯然，歐盟也想謀求在全球半導體領域的話語權，而在歐美積極布局半導體產業的同時，全球其他國家也在該領域加碼。

以日本為例，一方面，邀請臺積電來本土建設28nm等成熟制程晶圓廠。另一方面，日本還拿出700億日元助力豐田、鎧俠等八家日本企業組建了“高端芯片聯盟”，并把目光瞄準了2nm芯片的研發，甚至計劃要在2025年實現量產。韓國也在2021年5月公布“K—半導體產業帶”戰略，計劃在2030年前在國內構建全球最大規模的半導體產業供應鏈

作為全球人口第二多的國家，印度的芯片消費潛力也很大。據公開數據顯示，印度半導體市場規模將在2026年達到630億美元，相比2020年增加了4.3倍。

而半導體產業這些年一直都是我國發展的重點，據數據顯示，2022年前三季度，國產芯片已經達到了日產10億顆，對進口芯片的砍單量也達到了610億顆，本土化趨勢已經非常明顯，而在一些細分賽道上，我國更是具備了彎道超車的可能。

大有可為的細分賽道

相對于傳統半導體芯片領域，光子芯片等細分賽道當下也給予我國彎道超車的機會。尤其是隨著芯片技術升級迭代，光子芯片有望成為新一代信息領域的底層技術支撐。

光子芯片是光電子器件的核心組成部分，與集成電路芯片相比存在多處不同——

·從性能而言，光子芯片的計算速度較電子芯片快約1000倍，且功耗更低。

·從材料而言，InP、GaAS等二代化合物半導體是光子芯片更為常用的材料，而集成電路一般采用硅片。

·從制備而言，光子芯片的制備流程與集成電路芯片存在一定相似性，但側重點在于外延設計與制備環節，而非光刻環節。民生證券指出，這也決定了光子芯片行業中，IDM模式是主流，有別于標準化程度高、行業分工明確的集成電路芯片。

值得一提的是，相較于電子芯片，光子芯片對結構的要求較低，一般是百納米級，因此降低了對先進工藝的依賴。中科鑫通總裁隋軍也表示，光子芯片使用我國已相對成熟的原材料及設備就能生產，而不像電子芯片一樣，必須使用EUV等極高端光刻機。