國產半導體設備，絕處逢生
今年7月底，日本限制23種半導體制造設備出口的新規正式生效，限制類型爲10-14納米以下的先進製程設備。按照規定，向白名單之外的“其他國家”出口時要將設備規格、用途一一彙報，這裡的“其他國家”指的是誰，不言而喻。
全球半導體設備市場長期被美國、日本和歐洲企業瓜分。2020年以前，中國80%以上的設備都從這些地區進口。
以光刻領域爲例，輔助光刻過程的塗膠顯影設備，90%以上幾乎都來自日本的東京電子[1]。核心的光刻機被荷蘭的阿斯麥（ASML）壟斷，剩下不到10%市場份額的成熟製程光刻機領域，被尼康和佳能瓜分。
從去年底開始，日本也開始推進與美國相似的政策。雖然新規才生效不久，但中國芯片公司對日本禁出口的擔憂和忌憚，已經持續了兩年多。加上荷蘭也下達了相關出口禁令，國內先進製程的突破幾乎被堵死。
半導體產業四面圍城，寸步難行。原本守候在產線外圍的的中國設備商，卻迎來了一絲曙光。
夜行：從0到1的蟄伏
雖然光刻機在輿論場話題性最強，但半導體設備並不止光刻機一種——它甚至不是產業鏈中市場最大的一環。
注：前道設備指不包括封測在內的半導體制造環節所需設備，本文所討論的半導體設備侷限於“前道設備”。
有兩個市場規模比光刻機市場還大的領域，分別是刻蝕和薄膜，二者與光刻機合稱爲半導體制造環節的“三大主設備”，佔據整個市場70%的份額。
簡單來說，刻蝕指將光刻標記出來的區域，通過物理或化學方法去除，以完成功能外形的製造，薄膜則是在現有材料表面上均勻形成氧化膜，以形成功能層。
由於光刻技術受波長限制，單憑光刻機很難滿足5nm，3nm，及更先進的製程工藝，只能通過反覆的刻蝕來實現更小的尺寸。
因此現階段先進製程工藝的提升，相當程度上源於刻蝕步驟的疊加。這也是近兩年刻蝕和薄膜在設備行業的市場份額逐漸超越光刻機的原因之一。
全球刻蝕市場長期由美國泛林、應用材料和日本東京電子分而治之，合計佔據九成市場[1]。直到2020年，中國的中微公司和北方華創，在刻蝕設備市場總共纔拿下了2%出頭的份額。
2020年，中微公司的5納米刻蝕設備已進入臺積電先進製程產線，雖然訂單和收入無法與美日企業相比，但這已經是明爭暗鬥了十多年的成果。
2004年，60歲的應用材料退休高管尹志堯受邀回國，創立中微公司，專研刻蝕設備。由於在應用材料的工作經歷，中微公司從創立起，一舉一動都被美國全方位監控。
三年後，中微公司第一臺刻蝕設備研發完成，應用材料就以竊密爲由，將中微公司告上美國法庭；泛林也在2009年控告中微公司專利侵權。這兩件官司前後糾纏多年，最終都以中微公司曬出所有文件，自證清白告終。
但美國公司的圍追堵截，反而不是中微公司面臨的最棘手的問題。
尹志堯曾在接受採訪時，概括過當時的困境[2]：“用了美國的設備20年，突然中國的一個新公司說‘你用我的新設備’，一般來說人家是不願意試用的。”
半導體設備的特點是市場準入門檻高，從設備研發到投產整個流程，需要設備公司與下游客戶密切配合。
首先，半導體設備需要在產線上反覆調教，上下游不斷循環反饋，共同迭代，因此許多晶圓廠和設備廠商從研發時就相互綁定，不輕易更換設備。
其次，半導體行業作爲技術密集的高利潤的產業，更換設備所需要面對的磨合成本、良率下降的風險以及訂單丟失的風險遠大於後進廠商可能帶來的“節約成本”等優點。
因此設備進入產線後，下游客戶不會爲了單純的成本輕易更換供應商。這種“市場驗證”基礎上衍生出的無形的信任壁壘，纔是國產設備商真正難以逾越的高山。
當時國產設備本身技術水平有差距，加上難以參與市場驗證，導致產品做出來了，卻少有下游願意給訂單，陷入惡性循環。
換句話說，連牌桌都上不去，就別談贏錢了。
而改變這一點的，恰恰是海外的制裁。
契機：封鎖的反噬
今年七月，《華爾街日報》的記者探訪了一圈上海國際半導體展覽會，將參展的國產芯片和設備商的精神面貌描述爲“嚴肅但挑釁”（grim but defiant）[3]。
原因就在於制裁加速了國產替代[3]，“一些本土供應商稱，如果沒有這些限制措施，芯片製造商是不會考慮使用它們的技術的。”
《華爾街日報》的文章其實點出了美國拉攏盟友進行全行業封鎖的一個負面影響：讓中國有機會依靠市場機制，而非單純的行政手段來解決卡脖子問題。
上世紀初，中國推動操作系統自主化，但由於國產操作系統產品競爭力差，加上生態建設薄弱，導致各個單位檢查時用國產，檢查完換微軟。有些單位甚至爲了用上Windows系統，特意託關係來說情。
這就是“無法參與市場驗證”帶來的後果。由於缺少訂單和真實的客戶，產品就沒有後續迭代升級的資金，很容易一步落後步步落後。
也就是說，在制裁發生以前，國產半導體設備所面臨的最大難關，不是同行競爭，而是市場態度。但制裁卻改變了這一點。
由於美國的技術封鎖不斷升級，導致沒有被制裁的企業，也會形成一種“早晚被制裁”的預期。在這種情況下，企業就有足夠的動力尋求備選方案。
換句話說，在2018年之前，“買不到設備”可能只是一個黑天鵝事件。但有了華爲的案例，哪怕“買不到設備”的可能性只有20%，也會促使企業動身找備胎。
而對國內設備公司來說，這意味着有了一個上牌桌的機會，可以參與產品的市場驗證階段。加上中國大陸本就是半導體設備最大單一市場，哪怕分出來一點點比例，也是非常大的數額。
在這種情況下，儘管美國和日本的制裁實際上聚焦在先進製程領域，但下游的晶圓廠也不可避免的未雨綢繆，嘗試一點一點提高成熟製程產線的國產化率，這既是戰術，也是戰略。
於是過去一兩年，中國在半導體上游的國產化率，有了一個快速的增長。
2022年下半年至今，全球半導體業績跌聲一片，半導體設備也不可避免，日本半導體制造裝置協會（SEAJ）就預測，日本2023全年生產的半導體設備銷售額將比上年度下滑23%[4]。
對比之下，A股的設備公司卻在大賺特賺。
在各企業發佈的2023年中業績預告裡：北方華創（刻蝕、薄膜設備）預計淨利潤同比增長121%-156%；中微公司（刻蝕、薄膜設備）預增109%-120%；萬業企業（離子注入設備）預增加316%。
2023年第一季度財報中，盛美上海（清洗設備）淨利潤同比增長2937%；芯源微（塗膠顯影設備）淨利潤同增104%；華海清科（CMP設備）2023Q1淨利潤同比增長112%。
總結一下，除了光刻機，幾乎所有細分龍頭都實現了大幅利潤增長，少則翻倍，高則翻十倍。這就是技術封鎖之下，中國設備公司紛紛走上牌桌的一個表象。
另一方面，由於設備公司與下游客戶一旦合作，便是長期綁定；但反過來說，一旦完成了設備的替代，也會形成同樣的綁定關係。
在中國之前捱了日本製裁的韓國人，已經證明了這一點。
發力：久違的黎明
上一個因爲上游被制裁，倒逼本土半導體設備發展的，是隔壁的韓國。
2019年7月，日本政府對韓國發出制裁，限制三種關鍵的半導體材料出口。受影響最大的無疑是三星，它是在晶圓製造唯一能與臺積電抗衡的代工廠。由於7nm及以下芯片必須使用EUV光刻工藝，日本限制材料之一的EUV光刻膠，直接影響了三星3nm工藝的研發進度。
隨後，韓國政府緊急批了6萬億韓元（約335億人民幣）預算，三星也緊急投資了十幾家材料公司，開始尋求國產替代。
日本的制裁在日本國內不乏反對聲音，學者湯之上隆的觀點就比較有代表性。他公開表示，制裁正在親手摧毀日本的氟化氫產業，堪稱“歷史性的愚策”，因爲日本同樣高度依賴韓國市場，一旦韓國鐵了心要國產替代，日本很可能永遠失去韓國市場。
事實也是如此，制裁兩年後，韓國本土研發的材料還沒來得及進入產線，一家叫做SEMES的韓國半導體設備商已經悄悄冒尖，超越日本老牌設備龍頭SCREEN，一躍成爲全球第六大半導體設備商，其母公司正是三星[5]。
這其實反映了半導體行業的另一個重要特徵：萬不得已時，下游晶圓廠與政府齊心協力，也能養出“能用”的供應商來，接下來只是提高良率、提高工藝，從1到10的工程問題。
在中國，這一切就體現在制裁發生後，驟然增加的訂單上。在2022年國內晶圓廠招標項目中，國產設備的中標比例達到了前所未有的36％[6]。
比如塗膠顯影設備商芯源微，從2017年到2019年，其營業收入的增速分別爲28.7%、10.6%和1.5%，而自2020年以後，收入增幅迅速躍升至50%以上。北方華創和中微公司這兩大刻蝕薄膜設備，近兩年的淨利潤也都達到了三位數及以上的增長。
當國產化成爲一種不可逆的共識，國內公司上牌桌的機會就會越來越多。
當年做國產操作系統，最大的麻煩就是外部環境起落浮沉，太平洋兩岸如膠似漆時，國產自主如同雞肋無人問津；劍拔弩張時，口號又響徹雲霄氣勢如虹。
電子產業的追趕爬坡，最怕的不是外界打壓，而是內部決策的反覆搖擺。
尾聲
2019年4月18日，不願接受“中微公司獨立研發並且量產7nm刻蝕機”事實的美國人，爲尹志堯組織了一個聽證會。
聽證會上，尹志堯用3個觀點說服美國人：
1. 亞洲人普遍具備嚴謹性，適合集成電路產業，且最大的生產線在最近30年內都已轉移到了亞洲。
2. 尹志堯沒有把技術從美國帶回中國，反而把在中國接受的早期教育帶去了美國。
3. 中國是最大的半導體市場[2]。
這三個觀點，也基本解釋了中國半導體設備有能力迅速發展的原因。
當然我們也必須看到，即便有這兩年成熟製程市場擴容的因素，設備公司“增速驚人”的背後，其實還是營收基數太低。
全球頂級的半導體設備公司，年營收普遍在千億元人民幣以上。目前國內只有北方華創一家，在2022年闖進百億大關。
另外從財報上來看，雖然每個環節（除了光刻機）都有明顯突破，但從絕對的國產化率看，大約一半的國產設備環節，並沒有明顯的增長。
從0到1的突破固然艱難，但一個產業的真正繁榮，有時也比我們想象的更加漫長。
以面板爲例，從2003年前後京東方接盤韓國現代的LCD業務算起，國內面板產業花了近20年，才勉強坐穩了全球第一大面板生產國的位置。在此期間，面對行業競爭、鉅額補貼的爭議種種，不一而足。
面對恐怖的技術差距，產業界需要面對的絕望往往是普通人難以想象的，滿腔熱血之後一無所獲的先例也並不鮮見。前兩年在上海浦東，去張江溜一圈打到一輛滬C，也許就是中芯或華虹的工程師在做兼職。
長路未盡，產業的開拓者們還在田間地頭。實在幫不上什麼忙，尊重產業發展規律，少拍點《我的中國芯》也是好的。
參考資料
[1] 電子行業：半導體設備系列報告之一—— 全行業框架梳理，東興證券
[2]《上財商業評論》第一輯：“百年商學”，魏航天
[3] China’s Chip Industry Braces for Further Sanctions With Concerns and Defiance，The Wall Street Journal
[4] 大降23%！日本半導體設備年度銷售額預期大幅下調，爲什麼，第一財經
[5] 渺小的霸權：日本半導體材料的神話與現實，遠川研究所
[6] 自主可控邏輯繼續強化，聚焦低國產化率、先進製程突破，浙商證券
編輯：李墨天
視覺設計：疏睿
責任編輯：李墨天
研究支持：何律衡