半导体设备国产化率升至36%多企业尝试突破高端设备

胡靖聆

在最近的国家重要会议上，国家明确到2035年实现高水平科技自立自强。作为科技行业的重要支柱，半导体行业可能因此获益，同时半导体行业目前仍受到外部环境的种种限制，高技术领地亟待突破。在业内看来，半导体产业链国产化有望再次加速，特别是国产替代逻辑持续加强的半导体设备等领域。

川财证券科技行业高级分析师贺潇翔宇向《红周刊》表示，在半导体设备领域，所谓国产替代一方面的意义是市场占有率的替代，这需要认可度的逐渐攀升;另一方面是技术水平的达标，这方面目前在光刻机领域最为棘手。

业内人士认为，半导体设备产业链已经有相当一部分的国产替代已经完成，国产替代的逻辑也从简单的“国产替代”，变成更先进替代先进，这才叫真正的“国产替代”。但要实现这一目标，最大的难题还是过去积累太少，底子薄，容易替代的环节基本都做到国产替代了，后面都是难啃的骨头。目前，产业链上下游企业都在尝试攻关半导体核心设备，但暂时没有明确的时间表。

目前，本土半导体行业受外部“卡脖子”的现象较为突出，半導体行业人士陈启向《红周刊》表示，“目前影响最大的是各大FAB用户（即晶圆代工厂），不允许他们使用美系厂家的先进设备，对于FAB厂后续扩产计划造成困扰，但这对于国产设备公司而言，应该是机遇大于挑战，美国不允许出口，但是需求依然存在，工艺进步和扩产的脚步并不会停下，也算给了机会，就看半导体设备厂商能不能拿出媲美美系设备的产品来争夺市场份额。”

《红周刊》注意到，今年中报显示，国内半导体设备上市公司业绩加速增长，从收入增速来看，拓荆科技的收入增长最快，达到365%，盛美上海、长川科技增速均在70%以上。从三季报的业绩预告来看，北方华创前三季度收入同比增长53%-69%，净利润同比增长136%-173%。此外，国内半导体设备上市公司订单普遍高增长，合同负债大幅增长。截至2022年二季度末，设备公司前道设备的合同负债普遍延续增长趋势，较年初增幅较大的是拓荆科技、芯源微、中微公司、北方华创。

浙商证券在研报中指出，短期来看，我国半导体产业链在先进制程方面受阻较大，技术人员的流失、设备及零部件的管控将对设备稳定性和产品良率造成一定影响。中长期来看，半导体自主可控是惟一出路，无法获得国外先进制程设备和零部件的前提下，国产设备、零部件的研发和验证将加快。

国产化率持续提升是当前半导体设备投资最大逻辑，但各细分环节的替代进程完全不同。ICTIME首席分析师刘元向《红周刊》坦言，国内特别是面向先进制程的光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等核心设备还处于相对空白。目前，国内厂商在检测设备、刻蚀设备、PVD和CVD设备、氧化扩散设备等已经实现了部分国产替代，特别是检测设备替代速度较快。

德邦证券电子首席分析师陈海进向《红周刊》表示，国产半导体设备公司经过多年的技术攻关以及国家项目的支持，目前能满足下游晶圆厂商大部分成熟制程（28nm及以上的逻辑芯片等）以及少部分先进制程的需求。目前在28nm及以上的逻辑芯片、128层以下的NAND存储芯片以及20nm以上的DRAM芯片的主要设备中，国产设备在刻蚀、薄膜沉积、清洗、涂胶显影等大部分都可以进行替代。光刻设备较为特殊，目前国产设备只能应用于90nm以上的领域，相对来说与国外的差距更大一些。

天风证券近期的研报也显示，现在部分少量国产设备已经在性能上赶上了国外原厂设备，而且交期方面相对较好，客户的认可度也随之增高（见表1）。

资料来源：盛美公司招股说明书，前瞻产业研究院，天风证券研究所

相关研报显示，以2022年以来规模化公开招标的5家晶圆厂为统计标本，包括华虹无锡、积塔半导体、福建晋华、华力集成和华虹宏力，2022年1-7月份5家晶圆厂合计完成国产设备招标230台，国产化率约36%。细分设备来看，涂胶显影设备、刻蚀设备、CMP设备、炉管设备、去胶机、剥离设备、刷片机国产化率较高，1-7月份合计国产化率分别为40%、50%、45%、31%、86%、60%和56%。这对比天风证券研报数据部分接近，有的占比出现提升。

陈启表示，目前美国限制的标准是小于14nm的先进逻辑，小于18nm（1x）节点的DRAM芯片，大于128层的NAND芯片，这个标准以上的设备美系都不可以进入中国甚至不允许提供零部件和服务，当然在大陆的外资公司如三星、海力士等在内“Shit4联盟”已经获得为期一年的临时授权，理论上低于这个标准还是可以买，如果是名单上公司想要买美系新设备，需要审批，但是具有很大不确定性。

陈启认为，目前被禁的美系设备短期只能想办法从非美系厂商获取，长期还是要靠自主研发。刘元也表示，国内半导体高端设备暂时没有解决方案，只能联合非美系的机构一起研发，或者采用其他方案避开美国的一些设备方案。陈海进则表示，在美国出口管制措施公布后，下游晶圆厂商的高端半导体设备需求一方面可以通过从欧洲、日本等国家购买;另一方面只能通过国产半导体设备的技术突破来满足了。

半导体集成电路的前后道工艺都十分复杂，涉及多种工艺和设备。陈启表示，以刻蚀为例，尽管国内有北方华创、中微公司等，但是实际上不同工艺、不同节点、不同产品，同类设备差别也很巨大。刻蚀对象可以分刻金属，刻介质，刻晶硅等，工作模式还分电感耦合（ICP），电容耦合（CCP），反应离子（RIE），电子回旋（ECR）。针对不同的工艺，虽然设备名称都差不多，但是设备的工艺细节完全不一样。陈启同时提到，目前国产化率在成熟的12英寸90-28纳米能做到30%甚至40%，但是14nm以下先进工艺节点寥寥无几，还有很多东西需要补足。

此外，目前国内半导体设备行业最为棘手的问题就是光刻机设备研发的艰难前行，这是名副其实的卡脖子领域。贺潇翔宇表示，上海微电子等企业在光刻机领域正进行不断的技术攻关探索，但整体实力与阿斯麦还相距甚远。除此之外的其他设备方面，北方华创、中微公司、芯源微、拓荆科技、盛美上海等企业均已取得了不同程度的进展，仅部分性能成熟度与国际相比有不同程度的差距，但不存在完全的卡脖子。

除了光刻机之外，国产半导体设备在各自领域的一些先进制程环节存在短板，包括深沟槽的刻蚀设备、先进的原子层沉积设备、量测设备等。从晶圆厂内各工艺环节来看，薄膜沉积、光刻、刻蚀设备是产线中总价值量最高的三类半导体设备，均占全球半导体设备市场的20%以上。《红周刊》观察到，国内半导体设备厂商中，北方华创、中微公司、盛美上海等厂商已横向实现平台化布局。陈海进指出，目前北方华创在进行刻蚀、薄膜沉积等设备的突破;中微公司的刻蚀设备可以部分应用于先进制程领域;盛美半导体的清洗设备也在往高端清洗环节进军（见表2）。

数据来源：wind 上市公司公告

刘元称，“国产高端晶圆制造设备不足，特别是先进的光刻机、薄膜沉积设备、CMP设备、离子注入机等前道设备都被国外垄断。上海微电子、中微半导体、北方华创等在尝试突破一些高端设备，其中北方华创刻蚀设备已应用于7纳米和5纳米生产线;中微半导体刻蚀机已经达到5nm水平，并应用于台积电产线。目前，产业链上下游企业都在尝试攻关半导体核心设备，但是半导体设备国产替代暂时没有明确的时间表。”他认为，难点还在于设备的精度不高、稳定性不足、量产经验数据匮乏。

陈海进分析半导体设备要做到完全国产替代还是有一定难度。他表示，比如，光刻机自身涉及到光源、镜头等多个零组件的难题是一个系统工程;人才方面，美国、日本、欧洲等地半导体设备人才优势大，而在美国出口管制措施出台后，可能限制了美籍人才为国产先进半导体设备进行研发，在人才上有一定阻碍;下游替代意愿，下游晶圆厂配合国产设备进行研发也是影响国产设备水平提升的重要因素。

美国在对我国半导体产业的限制中规定，只要是美国籍的员工，除非获得许可证，否则不得参与对于先进制程相关的物项（设备、材料、软件、技术）向中国的转移行为以及相关协助和服务。这里的先进制程指，具有16nm或14nm以下制程的非平面晶体管结构（Fin-FET或GAAFET）的逻辑芯片;半间距不超过18nm的DRAM存储芯片;128层或更多层的NAND闪存芯片。

对此，中信证券在研报中指出，并非所有的中国半导体公司的美籍高管或员工都会受到影响，不提供先进制程相关制造技术（包括设备材料软件）的企业不受影响。《金融时报》引述数据称，有约200名持美国护照人员在中国半导体行业公司工作。

《红周刊》梳理发现，从半导体设备领域来看，中微公司董事长尹志尧及6名高级管理人员和核心研究人员拥有美国国籍，芯源微的董事、上海分公司法人持有美国绿卡。

人才限制对行业的冲击会有多大？贺潇翔宇表示，目前国内较为领先的半导体设备企业均已发展出相对较成熟的国内研发团队，美国制裁难以形成对行业的全面打击;但是我国光刻机领域的技术力量和阿斯麦比仍差距较大，若美国勒令阿斯麦、佳能、尼康限制对华出口，或将对我国科技制造业形成较大冲击。我国应进一步加大对上海微电子等光刻机企业的研发、资金、政策的支持力度。

陈启称，国产FAB也应该用更多的时间和精力来和国产设备厂好好磨合，互相学习，共同提升，而不是过去那样，遇到难题想依赖国外设备厂的成熟经验。国产半导体设备公司有两方面能突破，第一是对标美系厂家的同类设备进行突破;第二是特色工艺设备突破，毕竟很多特殊工艺急需要定制化设备来满足，这就看每家设备公司的研发实力了。

刘元认为，设备厂商应该培养自身的设备运维人才，这样能够更好地保证现有设备的运行，同时，研发非美系的半导体设备，对美系设备形成国产替代。

《红周刊》梳理多家半导体设备的研发数据相关情况，从今年中报的数据来看，北方华创的研发费用高达8.21亿元，研发费用率占比最高的是长川科技，占比为23.28%。同时，从2021年年报来看，长川科技也有超过半数的员工为研发人员（见表3）。

数据来源：wind

在传统半导体设备厂商之外，《红周刊》注意到，目前有多家光伏设备公司进军半导体设备，比如迈为股份、奥特维、高测股份、捷佳伟创等。光伏设备企业往半导体设备领域跨界的优势在于具备类似的技术储备，可以从一些难度稍低的设备领域切入，而且具备大批量生产的经验。

对此，陈海进分析称，光伏生产工艺和半导体晶圆制造有类似之处，但加工精度会比半导体低很多。例如半导体晶圓制造工艺是纳米级的精度，但光伏设备可能就是微米级的精度。目前有一些光伏设备公司往半导体设备进行拓展，例如捷佳伟创旗下的创微微电子就中标积塔半导体的清洗设备。其表示，相比半导体设备公司来说，光伏设备公司的短板在于人才、客户资源、高端工艺的技术积累。

陈启向《红周刊》表示，光伏产业也算是泛半导体产业的一部分，但目前光伏设备公司能生产的半导体设备可能仅限于简单的清洗、涂胶、显影以及后道的封装类设备，如果往核心工艺靠，在短时间内比较难突破。

贺潇翔宇同样认为，半导体设备是技术密集度相当高的行业，且资金投入需求巨大、投入产出确定性不高，因此形成了市场准入的高壁垒，其他领域的企业虽然可能在设备领域形成一定程度的产出，但想要形成较大的竞争优势却较为困难。