芯片制造“大国重器”背后的九九八十一难

一方面，中国大陆在光刻机和刻蚀机领域的技术基础薄弱，中国台湾地区以及西方发达国家对中国大陆的半导体产品进口实行严格的管制，就连在中国大陆建厂，产线都必须比当前的工艺落后至少三代；另一方面，在国内半导体设备厂商想要实现技术突破的同时，也需绕过巨头们先前留下的层层技术专利，以及美国商务部的各类清单管制。

创业浪潮席卷至2004年，时值60岁高龄的尹志尧毅然放弃了美国的百万年薪，决定与倪图强等40多位半导体设备行业的华裔专家先后回国，共同创业。

但成立后，中微半导体也开始面临三家国际半导体设备巨头发起的专利战，包括应用材料和科林研发在内，最后均以中微半导体的胜诉或双方和解而告终。

为了限制中微半导体的技术发展，美国商务部曾一度将中微半导体列入商业控制清单。直到2015年，由于中微半导体已开发并量产具有和美国设备公司同等质量，且数量相当的等离子体刻蚀设备，美国商务部工业安全局才正式将该公司从清单中剔除。

如今，中微半导体的7nm和5nm刻蚀机设备已成功打入台积电的先进制程产线。与此同时，据2020年3月数据，截至今年2月底，在长江存储对外公开的中标信息中，中微半导体的刻蚀机中标数量占比15%，仅次于排名第一的泛林半导体。

▲中微半导体工作车间

在国产光刻机的故事中，由国家牵头成立的上海微电子在发展过程中也同样受到了阻碍。

“中国现在每年花2000多亿美金的外汇去购买芯片。”上海微电子技术副总监储兆祥曾谈到，如果没有高端光刻机，那么中国在高端芯片的制造领域将会受制于人。

在研发光刻机的过程中，曝光系统是光刻机设备的核心，同时也是研发难度最大的环节。但在2002年，国内并没有厂商生产高端投影曝光系统，而国际上能够提供高端投影曝光系统的公司都不约而同地拒绝帮助上海微电子。

一面是寻找供应商屡屡碰壁，一面是几十亿人民币的研发成本，上海微电子一咬牙，决定自研规曝光系统！于是从2002年至2008年，上海微电子花了六年时间，投入数百人进行研发，从零基础开始研究，终于在2008年实现应用。

与此同时，上海微电子在研发过程中所需要的特殊材料，则依靠和国内研究所、大学进行合作研发，包括原材料的加工方法和工艺，亦是从一片空白慢慢地摸索出属于自己的方法。

2018年，上海微电子历时16年研发的90nm光刻机项目通过国家正式验收，并持续向65nm、45nm甚至22nm制程推进。

此外，近年来上海微电子的自主创新能力亦不断提升，截至2018年12月，上海微电子直接持有各类专利及专利申请已超过2400项。

▲上海微电子工作车间

天时、地利、人和，在国内半导体创业浪潮发展的同时，国产光刻机和刻蚀机的发展也迎来了时代给予的发展机会。在信息技术技术产业发展的推动下，国内对芯片的市场需求亦不断扩大，智能手机等行业的发展对芯片工艺提出了更高要求。

与此同时，国务院于2014年提出了《国家集成电路产业发展推进纲要》。其中，纲要提到至2020年，我国移动智能终端、网络通信、云计算、物联网、大数据等重点领域IC设计技术达到国际领先水平，16nm及14nm制造工艺实现规模量产，关键装备和材料进入国际采购体系，基本建成技术先进、安全可靠的集成电路产业体系。

如今，我国包括光刻机和刻蚀机的半导体设备实力正迅速加强。据东兴证券发研报数据，2005年我国大陆半导体设备销售额约13亿美元（约人民币92.09亿元），而到2018年已上升至131亿美元（约人民币927.96亿元），全球市场占比也从4%增长至20%。

四、国内外研发费用差距大，光刻机国产化仍被“卡脖子”

但国产半导体设备产业的国产化“革命”还尚未成功。

我们将视野放大至全球市场，自2004年ASML和台积电共同研发出193nm浸没式光刻机后，其市场份额一路飙升，从上世纪80年代的不到10%，增长至2009年的70%，开始常年坐拥光刻机市场的大半壁江山。

2019年，ASML历时20年研发的EUV光刻机诞生，率先迈入7nm和5nm制程领域，直接奠定了ASML的全球光刻机霸主之位。至此，日本尼康和日本佳能“暗淡”退居二线，集中生产技术和价值量更低的后道光刻机和面板光刻机，前道光刻机彻底被ASML垄断。

此时，我国的量产光刻机还在一整代技术鸿沟对岸的60nm制程，22nm工艺也只是堪堪飘过，未能落地，国内外的技术差距将近20年。

而在刻蚀机领域，从上世纪90年代ICP（感应耦合等离子体刻蚀）概念引入后，泛林半导体凭借主打ICP刻蚀设备逐渐上升，在随后的十几年发展中和东京电子一同赶超应用材料。

由于刻蚀机的技术门槛远小于光刻机，我国刻蚀设备在技术上的追赶已取得明显成果。但从全球市场来看，我国刻蚀设备的市场占比仍有非常大的增长空间。

据市场研究数据，2017年泛林半导体的全球市场份额为55%，排名世界第一，而东京电子和应用材料分别以20%和19%位列世界第二、第三，剩下包括中微半导体和北方华创在内的刻蚀设备玩家，市场份额仅为6%。

（编辑：555手机网）

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