中国半导体设备（不完全）现状_风闻

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18年4月，美国商务部以中兴通讯行为违规为由，宣布禁止美国公司向中兴通讯出口电讯零部件产品，拉开了美国从高科技领域压制中国产业发展的序幕。

时任董事长殷一民紧接着就表态称中兴“可能进入休克”，让国人清楚认识到了中国在芯片这一尖端技术领域受到的限制有多大。

初步“告捷”之后，美国变本加厉，将目标对准了我国在民用高科技领域的代表——华为。于是在接下来的2年间，国人看到美国对华为的限制步步收紧，终于到今年5月，不仅是美国企业，全球所有用到美国技术和产品的企业，都停止了向华为提供服务和产品。

众所周知，在芯片制造领域关键的先进制程晶圆代工环节，我国基本完全依赖于外国设备。一时间，消极、压抑的气氛在行业内蔓延。

不过就在这时候，市面上突然接连传来了几条好消息。

比如中微半导体已经可以量产全球最高水平的5nm刻蚀机，并在年初宣布成为台积电供货商;6月初，上海微电子宣布攻克28nm光刻机难关，最快2021年交付，将这个领域的国内外差距缩小到了3-4年

（应该是指DUV光刻机，18年底美国控股的马甲代工厂台积电用美国控制的马甲集成商ASML的DUV代工7nm，中国EUV光刻机还需10年左右！）;

6月末，中电科宣布，自主研制的高能离子注入机性能达国际主流先进水平，年底推出产品。

一系列好消息着实让不少人提振了精神，但也引发了质疑：过去几十年一直落后的产业，怎么一被制裁，一夜之间就争气了起来?是不是又是有些标题党营销号炒作消息，强行沸腾?

事实上，这些成果虽然“碰巧”集中出现在了这个关键节点上，但它们的诞生既不是营销号的炒作，也不是某些企业偶尔的灵光一现，而是过去中国从上到下，整个行业十几年长时间、有计划投入的结果。其出现可以一直溯源到14年前的“02专项”。

什么是02专项?

在21世纪头个十年期间，国家就认识到在尖端科技领域掌握自主技术的重要性。2003年，国务院启动了中长期科技发展规划的制定工作，经过3年的研究和讨论，于2006年发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006--2020年)》。

《纲要》在高科技领域中划出了16个重大专项，当时国家决定，这16个重大专项就是我国接下来要通过核心技术突破和资源集成，在一定时限内完成的重大战略产品、关键共性技术和重大工程，是我国到2020年科技发展的重中之重。

而在诸多专项之中，关于芯片制造的“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”项目就排在第2位，因此行业内将之称为“02专项”。

此外，《纲要》内的01专项也和芯片有关。该专项是“核高基专项”，也就是“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件”专项。

从内容上看，01专项着重于芯片的设计以及基础软件的开发等，我们之前介绍过的EDA软件就属于这一专项的内容。02专项则偏向于半导体制造的硬件问题，光刻机、刻蚀机等属于这一领域。在前者上，我国已经诞生了海思、紫光等一流的芯片设计企业，但在后者上，我国却长期被卡住了咽喉。

那么，随着《纲要》规划的节点2020年已经到来，被寄予厚望的02专项如今怎么样了?

有喜有忧

根据当初的规划，02专项的目标是“重点进行45-22纳米关键制造装备攻关，开发32-22纳米互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺、90-65纳米特色工艺，开展22-14纳米前瞻性研究，形成65-45纳米装备、材料、工艺配套能力及集成电路制造产业链，进一步缩小与世界先进水平差距，装备和材料占国内市场的份额分别达到10%和20%，开拓国际市场”。

从目前的情况来看，这个规划是略微保守的。现在的芯片行业已经快进入“5nm时代”，14nm技术研究怎么也算不上“前瞻”。但在当前被美国封锁的情况下，最先进的制程并不是最大需求，专项中提到的“集成电路制造产业链”才是当务之急。

那么，我们就从集成电路制造产业链的各个环节来看看，02专项进展如何。

在集成电路制造方面，大致可以分成晶圆制造、封装、测试3个环节，此外还要加上半导体材料制造等配套产业。媒体日常报道的芯片制造产业，大多是指前3个环节。

在这个意义上，集成电路制造设备可以分成扩散炉、薄膜沉积设备、光刻机、刻蚀机、离子注入机、化学机械抛光机、清洗机这7种晶圆制造设备，以及晶圆切割机、键合封装机、测试机、分选机、探针台等封测设备。

在此之中，晶圆制造设备的投资总额通常占整个晶圆厂投资总额的75%左右，是整个产业的重中之重，而刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备又是其中最重要的3类，分别占晶圆制造设备价值量约24%、23%和18%。

总体而言，我国在整个产业链的所有环节中，均有企业涉猎，不存在技术空缺之处。但具体来看，不同环节相较国际水平仍有差异，可谓有喜有忧。（中国自主可控半导体水平虽此不上美国，欧洲，依然是世界前例！，美国控制的傀儡三星电子，代工厂台积电就不要拿出来说了，呵）

扩散炉

扩散炉是半导体生产线前工序的重要工艺设备之一，主要用途是让晶圆在高温条件下对半导体晶圆进行掺杂，改变和控制半导体内杂质的类型、浓度和分布，以便建立起不同的电特性区域。其作用大体和前瞻经济学人文章报道过的离子注入机相似。

关于扩散炉的市场信息不多。根据数年前的一份报告，在卧式扩散炉上，国内外的技术差距很小，已经可以替代。但在适用于12英寸硅片的立式扩散炉方面，国内厂商仍然落后较多。

这个领域的国外厂商主要是英国Thermco和德国Centrothem thermal solutions，国内厂商主要是北方华创、青岛福润德、中电科48所、青岛旭光、中电科45所。

薄膜沉积设备

薄膜沉积是指任何在硅片衬底上沉积一层膜的工艺，和刻蚀工艺配合，在硅片上制造出需要的元件。如同建房子，薄膜沉积就是在硅片上“建起”需要的东西，刻蚀就是“挖掉”不需要的地方。

薄膜沉积可分为化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、其他沉积(3%)。根据Gartner 2018年统计的数据，三者在半导体制造设备比重分别为15%、4%、3%，化学气相沉积无疑是最重要的。

目前而言，国外厂商占据沉积设备绝大部分市场。根据Gartner 2018年的数据，美国应用材料、美国Lam和日本东京电子占据全球CVD设备市场74%的份额;PVD市场仅应用材料一家就占据了74%的份额;其他沉积设备市场，应用材料、Lam 和Aixtron 占据67%的份额。

国内设备厂商中占有一定份额的是北方华创(PVD市场占比1.4%)和中微公司(其他沉积设备市场占7%)。

值得注意的是，2家公司近年来势头良好，2018年长江存储的2台PVD订单均来自北方华创，2019年的12台也有1台来自北方华创。同时其2019年17台等离子体CVDshebei 中有4台来自沈阳拓荆。

光刻机

关于光刻机及其用处，媒体长篇累牍的报道已经有很多，这里就不再赘述了。

在这个市场，荷兰的ASML(阿斯麦)是当之无愧的霸主。2019年的数据显示，全球光刻机出货量99%集中在ASML和日本的尼康、佳能3家。其中ASML份额最高，达67.3%，且垄断了高端EUV光刻机市场。

国内目前最先进的光刻机是前文上海微电子的28nm光刻机难关，这一水平和ASML的差距在3年以上，而且要等到2021年才能交付，是目前我国集成电路制造领域最大的拦路虎之一。

刻蚀机

刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，其基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形。光刻机在硅片表面“画”出图案后，刻蚀机接着按照图案“挖掉”不需要的地方。

在这个领域，国外玩家主要有美国Lam、应用材料、KLA-Tencor(2015年被Lam收购)，日本东京电子、日立国际，英国的牛津仪器。其中Lam、东京电子和应用材料3家市场占比超过90%。拉姆研究更是独占全球刻蚀设备半壁江山。

有趣的是，虽然在市场上落后，但这个领域的中国企业在技术上已经有了反超之势。在去年底的临港新片区投资论坛上，中微半导体CEO尹志尧博士透露，他们已经研发出全球第1台5nm蚀刻机，并获得台积电认可。

离子注入机

离子注入机是现代芯片制造中必不可少的设备，它的作用是将特定的杂质原子以离子加速的方式注入硅半导体晶体内，改变其导电特性，和前面的扩散炉类似。具体的技术原理可以参照前瞻经济学人APP之前的文章《不只光刻机，我国在这个半导体核心领域也摸到了西方“脚后跟”》。

从往年的数据看，这个行业存在较高竞争壁垒，所以行业集中度较高，而且集中在美国厂商手中。应用材料、Axcelis、AIBT合计占据全球80%的市场。

但是如开头所说，中电科旗下电科装备自主研制的高能离子注入机在6月底实现了百万电子伏特高能离子加速，将在年底前推出首台高能离子注入机，并可以为全球芯片制造企业提供离子注入机成套解决方案。

化学机械抛光机

顾名思义，化学机械抛光机就是在晶圆完成前面工序后磨平抛光，以获得既平坦、又无划痕和杂质玷污的表面用的。

据Gartner 2017年的数据，全球化学机械抛光机设备市场的供应商主要垄断在美国应用材料、日本荏原手中。其中，应用材料又占了全球化学机械抛光机设备市场71%的份额，荏原占27%，2家公司合计占了98%。与此同时，这个市场在过去20多年中一直呈持续集中的趋势。

国内化学机械抛光机设备的主要研发单位有天津华海清科和中国电子科技集团公司第四十五研究所，其中华海清科的抛光机已在中芯国际生产线上试用，2018年1月，华海清科的设备进入上海华力。

不过，国内化学机械抛光机市场依然以进口为主，当年国内化学机械抛光机供应量为279台，华海清科和中电科45所量产的设备仅占25台，不到10%。

清洗机

晶圆制造工艺复杂，拥有很多工序，不同工序中使用了不同的化学材料，通常会在晶圆表面残留化学剂、颗粒、金属等杂质，如果不及时清洗干净，会影响最终的成品质量。因此，清洗机也是集成电路制造的关键。

清洗设备在半导体设备市场中价值量占比约5-6%，相较光刻、刻蚀等核心设备价值量较低，同时技术门槛较低，比较容易首先实现全面国产化。有研究称，到2023年清洗机的国产化率可达40-50%。

晶圆切割机

刻有电路硅片被送到封测厂后，首先要做的就是把一整块硅片切成一小块一小块的芯片，这个切割工作就是晶圆切割机来完成的。

关于晶圆切割机的市场数据不多，但总体而言，高精度的切割机长期以来都依赖进口，特别是日本和德国品牌占据了大量的市场份额。

不过，这一境况或许很快将发生改变。今年5月，中国长城旗下郑州轨道交通信息技术研究院联合河南通用智能装备有限公司，成功研制出填补国内空白的半导体激光隐形晶圆切割机。经过西安交通大学、中国兵器工业第214研究所的行业专家综合测试，认定其性能指标和总体水平为“国内领先、国际先进”。

据其公开宣称，宣布消息仅1个月，已接到行业客户意向订单60台，预计今年能创造营业收入2亿元以上。

键合封装机

晶圆片键合机是通过化学和物理作用将两块已镜面抛光的同质或异质的晶片紧密地结合起来的机器。

目前先进键合机仍严重依赖进口，国产键合机与国际技术差距仍然较大，但也有长足的进步。临时键合/解键合机和晶圆键合机的主要厂商为奥地利EVG和德国SUSS，国内则有深圳创异佳、苏州美图和上海微电子装备。全自动键合机主要为K&S和ESEC 2家主导，ASM、SHIKAWA和KAIJO等公司紧随其后，其他种类键合机厂商主要有中电科、大族激光、北京创世杰、深圳开玖等。

值得一提的是，中电科的Octopus系列晶圆键合机目前已批量在国内龙头封装厂内应用。

测试机

顾名思义，测试机就是测试已经做好的芯片的。

目前这个市场由国际厂商主导。日本Advantest、美国Teradyne、Xcerra和Cohu等2018年合计市占率达75%。各家厂商侧重不同，泰瑞达在 SoC 测试机领域具有绝对优势，市占率 接近50%;爱德万侧重存储器测试机，其存储器测试机市占率达60%，SoC测试机市占率达 35%;科利登和科休则布局测试机和分选机。

国内厂商在模拟/混合电路测试和分立器件测试领域可实现进口替代。在SoC和存储器邻域，本土企业虽然还尚未形成成熟的产品和市场突破，但已有技术积累。华峰测控正计划进入SoC测试机市场。

探针台

探针台是和测试机配合使用的机器，用探针和晶圆上的晶粒接触并逐个测试，将参数特性不符合要求的芯片记录下来，在进入后序工序前予以剔除。

目前，东京精密、东京电子2家公司占据全球约7成的市场份额。中国台湾企业，如台湾惠特、台湾旺矽等也占有较大的市场份额，特别是在LED探针台领域具有优势。深圳矽电是国内规模最大的探针台生产企业，进展较快，近3年营业收入保持年均20%以上的增速，国内长川科技、中国电子科技集团45所、西700厂等厂商也有布局。

分选机

分选机同样是和测试机搭配使用的机器，主要是用来测试成品芯片，测试坏的芯片不发货。这个领域的技术难度、进入门槛稍低，是国内封测企业率先涉足的行业，目前已经可以和和国际厂商展开竞争。

总体来说，02专项的实施极大促进了我国半导体产业的发展，虽然还不能说瓜熟蒂落，但也可以称之为遍地开花。

2017年，科技部重大专项办公室介绍称，通过专项实施，我国集成电路行业已从之前“高端装备和材料基本处于空白状态，完全依赖进口，产业链严重缺失”，发展成“实现了从无到有的突破，建立起了完整的产业链，使我国集成电路制造技术体系和产业生态得以建立和完善”。