中国努力实现WFE自给自足

去年年底，路透社的一篇报道揭示，中国悄然推出了一项政策，要求本地芯片制造商在建设新晶圆厂时，从国内供应商处采购至少50%的晶圆制造设备（WFE）——这是一项令人意外的规定，考虑到中国在制造工具方面仍远未实现自给自足。然而，由于一些由中芯国际（SMIC）采购的外国设备因制裁而闲置，该要求可能有其合理性。主要问题是，中国能否在这些措施下真正加速其WFE产业发展，以及该产业能否真正赶上西方竞争对手。

要求在新的晶圆厂中使用至少50%的国产工具并未在公开法规中正式规定，但一位分析师告诉EE Times，中国当局要求新建产能使用至少50%的国产工具。最近几个月申请国家批准建设或扩建晶圆厂的公司被要求证明其半导体生产设备（SPE）至少有一半来自中国设备制造商。根据路透社的消息，提交的申请如果达不到这一门槛通常会被拒绝。此外，官员们据报道表示，50%的数字应被视为基准而非最终目标，因为长期计划是独家使用中华人民共和国（PRC）制造的工具。

然而，由于没有正式规则规定新晶圆厂中的WFE至少有50%必须来自国内，审查申请的当局可以在当地工具不可用时进行个案调整，这是关键的例外情况。据称，该要求对针对成熟工艺技术的生产线执行得最为严格，而先进节点的产能则获得豁免，因为国内生产的工具目前还无法满足先进制造节点（如28纳米及以下）的需求。

“[关于达到] 50%的国产设备要求，这取决于如何[测量]，这里有多种变体：人民币、单位、腔室，比如类似的东西，”TechInsights副总裁兼高级研究员G. Dan Hutcheson告诉EE Times。“据我所知，中国在确定这一点上非常灵活和流动。要达到晶圆厂中腔室的50%目标相当容易。如果你将其分解为特定类型的工具，会变得更具挑战性。以人民币计算，也更加困难，因为中国成本和利润率都低得多，因此其工具售价远低于西方竞争对手。”

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中国当局和半导体制造商尚未正式确认“50%规则”存在并被当局严格执行。由于中国在半导体自给自足计划上一贯一致，它可能会实施某些刺激国内SPE行业的规则，但也会给予先进逻辑生产商一些例外。尽管中国的WFE产业可以生产世界级的沉积和蚀刻工具，但它仍然无法与ASML的光刻机相媲美。然而，除了刺激本土芯片制造工具生产商外，中国政府可能还有其他原因要求采购国产工具。

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早期本月，中芯国际表示，由于该公司无法采购“支持”设备，一些此前从外国供应商主动采购的工具无法投入使用。因此，这些工具可能会在本财年余下的时间里保持闲置。

尽管中芯国际没有直接指责美国政府及其盟国实施的出口限制，但这绝不是中芯国际第一次受到西方制裁的影响。例如，去年，该公司经历了由于现有工具维护和新系统验证导致的产量中断和良率损失。

中芯国际遇到了两个挫折。首先，在定期年度维护期间发生事故，扰乱了工厂运营并降低了工艺精度，导致良率下降。其次，在新安装工具的合格过程中发现了性能问题，导致良率波动。这两项问题都无法及时解决，影响了公司的收入。

虽然年度维护通常是例行公事，但美国的出口规则阻止了美国WFE供应商在中国维修先进工具。因此，中芯国际的工程师必须在没有完整供应商支持的情况下处理工作，这大大增加了事故的风险。新交付的系统也面临类似的风险，特别是如果工具不是直接从制造商处采购的话。通常，工具在制造商如ASML处完全组装和测试后，再拆开并重新安装在客户现场。尽管中芯国际的内部团队可以处理某些维护和安装程序，但缺乏适当的供应商支持会增加事故的风险。

鉴于从外国供应商获取和维护工具所带来的日益增长的风险，减少全球风险的一种方法是鼓励代工厂使用中国供应商的设备，或者至少是位于PRC的供应商。

中国在WFE方面的支出将继续增长。

中国在2020年成为WFE支出的领导者。2021年，美国政府宣布新的出口管制规定，要求向中国实体出口先进芯片生产工具需获得出口许可证，随后中国半导体供应商加快了SPE的采购，许多工具最终通过可疑渠道落入他们手中。

“当然，没有人确切知道今天[受限工具的运输]是如何发生的，除了那些涉及的人，因为这是刑事活动，”Hutcheson说。“不过，很可能是经典的再出口或转运方法，可以追溯到冷战时期。起初，关于什么算什么和什么不算什么有很多混乱。一个想法是，如果工具是在国外制造并出口的，那么它是可以接受的，尽管公司总部在美国。”

通常，大量的工具采购之后是消化阶段，期间公司会减少采购。然而，六年后，中国芯片制造商继续投资新工具，这得益于半导体自给自足计划，尽管国内系统的比例有所增加，根据EE Times看到的UBS报告。

UBS认为，中国半导体行业——包括领先的逻辑生产商中芯国际和华虹，领先的内存制造商长江存储和兆易创新，以及主要专注于落后节点的小型芯片制造商——去年在新的晶圆制造工具上花费了约427.5亿美元，涵盖中国和跨国供应商。这个数字远远高于之前的中期300亿美元的预期。

对于2026年，UBS预计支出将达470.5亿美元，2027年升至500亿美元，2028年达503.5亿美元。根据未来几年台湾、韩国和美国在WFE上的支出情况，中国将消耗其中的三分之一，尽管出口限制收紧，它仍将是未来几年半导体生产工具的最大制造商。

UBS认为，产能增加涵盖了先进逻辑（公司定义为28/22纳米及以下）、内存和300毫米落后节点生产。这意味着持续建设成熟节点基础设施以及在28纳米以下节点的追赶努力。然而，中国芯片制造商如何获得14纳米逻辑和更先进的工艺技术所需的必要工具仍然不确定。

“我们预计基于以下因素，中国在2026年的WFE支出将强劲增长：1）中国内存公司的强劲内存和多年产能扩展周期；2）国内代工厂/IDM的高利用率；以及3）中国在领先边缘逻辑/内存生产方面的追赶努力，”UBS的客户报告中指出。“我们还预计，中国在更长时间内追求自给自足也将带来持续的上行空间。”

报告中强调的关键因素之一是外国工具向国内设备的加速替代：越来越多的WFE支出流向中国设备制造商，而不是美国、日本或荷兰供应商。外国供应商在中国的收入正在下降，而本地玩家的扩张速度显著更快。绝对支出水平看起来稳定，但市场份额正在向国内供应商倾斜。

在中国WFE供应商中，UBS跟踪ACM Research、Advanced Micro-Fabrication Equipment（AMEC）和Naura Technology Group。ACM制造清洁、电化学镀、晶圆抛光和等离子增强化学气相沉积（CVD）工具，而AMEC和Naura专门从事蚀刻和CVD系统。

UBS估计，ACM Research在2025年实现了9.86亿美元*的收入，并预计其2026年的收入将达到11.85亿美元*，2027年将达到17.03亿美元*。AMEC预计2025年的收入为17.85亿美元*，2026年收入将增至26.2亿美元*，2027年将达到36.53亿美元*。至于Naura，UBS预测其2025年的收入约为57.06亿美元*，2026年将达到76.64亿美元*，2027年将达到102.76亿美元*。

虽然预测未来几年所有在中国制造的晶圆制造工具的总销售额仍然具有挑战性，但ACM Research、AMEC和Naura的工具支出占比预计将从2025年中国WFE支出的约20%增加到2026年的24%和2027年的31%。尚不清楚UBS的模型是否已经将提议的50%国产工具要求纳入这些预测。

*换算成人民币

光刻仍然是一个关键瓶颈。

尽管据报道非正式的50%国产工具政策肯定会帮助本地SPE生产商，但更大的讨论围绕着一个核心问题：中国在先进节点制造方面能多快、多远地推进WFE自给自足？

ACM Research、AMEC和Naura的收入快速增长不仅源于对其工具的高需求，还因为这些公司生产世界级的清洁、沉积、蚀刻和电镀设备。

“这些[工具]是不同的维度[与光刻相比]；[它们涉及]清洁度，你的工艺能容忍多少灰尘原子，”Jon Peddie，Jon Peddie Research总裁告诉EE Times。

“在沉积、蚀刻、清洁和退火等芯片设备类别中，中国供应商已经拥有极具竞争力的系统，”Hutcheson说。

因此，非光刻工具的替代已经在发生。然而，有一个重要注意事项：中国生产的大量工厂工具仍然依赖于从西方供应商处采购的组件，其中许多已经受到出口管制或预计不久将面临类似的限制。因此，中国公司必须尽快替换这些组件。

进出口管制也加速了另一个转变：组件级本地化。在过去几年中，中国工具制造商已认证非美国的泵、质量流量控制器和其他子系统的替代方案。虽然完全消除外国内容仍然复杂，但一些分析师告诉EE Times，许多情况下对美国组件的依赖已降至个位数。

相比之下，上海微电子装备（SMEE），中国领先的光刻工具制造商，只能生产适用于90纳米、110纳米和更成熟节点的步进器。2023年底曾有报道称进展到28纳米能力的浸没式ArF DUV SSA/800-10 W光刻机，但该公司并未公布该设备的性能。然而，在演示模式下解决28纳米特征与在高产量制造中每小时处理200片晶圆之间存在根本差异。此外，SMEE从未证实该工具的量产已经开始。

有报道称，中芯国际正在测试上海裕量科技有限公司的28纳米能力的工具，但不清楚该扫描仪——似乎具备与ASML的Twinscan NXT:1950i（2008年）相似的能力——距离量产有多近。在这方面，光刻和先进的检测工具仍然是中国半导体行业的瓶颈。

不过，一些中国工厂升级其ASML Twinscan NXT:1980i工具的阶段以提高重合精度、吞吐量和有效分辨率，使用从二级市场采购的组件，这并不令人意外。目前，这可能是相对于他们目前运行的设备获得更好性能的唯一方式。

“你只能利用你拥有的东西，”Peddie说。

这种做法的一个额外好处是，这些工厂的工程师（或其国内供应商）可以尝试逆向工程这些组件并为其现有设备制造备件，这将减少甚至消除他们对ASML和/或其它西方供应商的依赖。

“鉴于中国在机械加工方面的专业知识，复制现有机器的部件并生产备件相对容易，”Hutcheson说。“他们只需要一台现有的机器来复制其部件。更难的是掌握特殊涂层、工程材料系统和软件。”

几十年后。

凭借其7纳米级工艺技术，中芯国际已经证明它可以通过ASML的浸没式DUV工具进行多重图案化来强行进入先进节点，但吞吐量和经济性仍然是限制因素。然而，鉴于国内光刻工具的现状，中国先进节点在可预见的未来不太可能依赖它们。

“假设我们谈论的是最先进的光刻工具，请看看ASML能多快生成新一代——他们拥有秘密配方，”Peddie说。“当今光刻工具的复杂性介于黑魔法和冷核聚变之间。中国已经证明它可以快速跟上，但你可以用航空母舰、第七代战斗机、登月和人工智能作为指南：无论投入多少资源，都不会很快发生。”

从28纳米进步到16纳米或7纳米并不是任何设备制造商的简单步骤，因为过渡引入了全新的精确性和过程控制要求，从根本上增加了复杂性和成本。虽然ASML的28纳米级浸没式DUV工具，如Twinscan XT:1930i和XT:1950i，早在2010年左右就已经成熟，但到2020年实现5纳米级能力的DUV系统，如Twinscan NXT:2000i，需要更先进的技术。这些包括自对准四重图案化、复杂的光学邻近校正、新的掩模和甚至新的光刻胶。

虽然这些能力都可以开发，但这是一个逐步推进的过程，没有任何捷径。此外，像NXT:2000i这样的系统，以及更先进的NXT:2050i和NXT:2100i，依赖于为这些工具精确定制的零件和原材料的紧密集成生态系统。

事实上，Hutcheson说，中国半导体产业在先进浸没式DUV光刻工具上赶上西方半导体产业可能需要数十年，而对于Low-NA EUV工具来说，甚至更久。

“当我1978年至1979年进入这个行业时，中国的光刻工具产业仅比西方落后一代，并渴望获取外国工具，”TechInsights的Hutcheson说。“近50年后，它们已经落后了几代。直接回答你的问题，我会说KrFlithography系统需要三到五年才能赶上，ArF需要几年，ArF浸没式需要10到15年，而Low-NA EUV可能需要20到30年，如果有的话。就连日本都无法实现EUV，而他们拥有世界上最优秀的镜头制造商之一。”

这样一个巨大的差距自然引发了关于中国能否赶上以及如果赶上，是否能在规模和成本方面保持竞争力的问题。

“中国拥有垂直整合的供应链，”Hutcheson说。“它不需要预测市场并协调外部链条，同时满足季度收益增长的要求。人们忘记的是，当共产党想要时，它仍然是一个共产主义经济。真正的问题是它能否实现能够提供可接受良率的工具。定量和定性地与西方工具相等是中国无法交付光刻工具的真正限制。这就是为什么很多工具被购买并说是躺在工厂里闲置。”

最终，轨迹是明确的：设备的国内替代正在加速，政府支持依然坚定，战略意图没有动摇，但据报道变得更加灵活。开放的问题不是方向，而是时间——尤其是在光刻方面，以及在尖端的价格仍然令人担忧。

“鉴于美国的限制，中国需要发展自己的芯片设备垂直领域，”Hutcheson说。“但它不能以牺牲其芯片产业为代价。”