荷日可能限制設備出口對中國半導體產業的影響
2022.12.30
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壹、新聞重點
美國對中國的科技制裁持續升級，除在12月15日美國商務部宣布將36家中國企業列入黑名單外，近日亦傳出荷蘭及日本可能配合美國作為，加強對中國出口先進晶片製造設備的管制。[1]儘管目前各方都尚未公布談判細節，但由於荷蘭政府早在2018年時，因為美國壓力而禁止半導體設備製造商艾司摩爾（ASML）向中國出口最先進的極紫外光刻技術（EUV）系統，故推測此次美國應是想將禁售範圍擴大到成熟製程，亦即禁止向中國出口深紫外線光刻機（DUV）。倘若荷、日配合美國禁令，此將對中國半導體產業發展帶來嚴重影響。
貳、安全意涵
一、歐美日企業掌握全球半導體設備市場
半導體設備作為晶圓製造的重要基石，是各國半導體製造生產能否順利推動的關鍵。受限於技術與資本投入的高門檻，目前全球半導體設備市場已經形成大者恆大的寡占格局；根據資料顯示，2021年全球半導體設備供應商前五名分別為美國的應用材料公司（Applied Materials）、荷蘭的艾司摩爾、日本的東京威力科創公司（Tokyo Electron Limited, TEL）、美國的科林研發公司（Lam Research）、美國的科磊半導體公司（KLA Corporation）。2021年這五大半導體設備供應商佔據全球半導體設備銷售市場的70%，其中應用材料與艾司摩爾的銷售額均已超過200億美元。[2]
半導體前段製程步驟可以粗分成微影、蝕刻、沉積、摻雜與平坦化等，以及穿插在這些步驟之間的清洗製程。在製造過程中，其核心設備包括光刻機、蝕刻機、薄膜設備（分為CVD和PVD兩類）等。以光刻機為例，ASML、日本的Nikon及佳能（Canon）為全球前三大廠，有全球90%以上的市佔率，[3]其中ASML握有高階光刻機80%的市場，EUV更是以100%市佔率壟斷市場；Nikon及佳能則主要以生產中低階光刻機為主。又如蝕刻機部分，科林研發、東京威力科創和應用材料為全球前三大廠，合計佔有全球90%以上的市場。[4]由此可知，在半導體前段製程的主要設備供應，均由歐美日三國企業把持，對於中國半導體產業發展有極大影響力。隨著美國對中國的科技制裁力度不斷加大，半導體製造設備將成為中國半導體發展的巨大障礙。
二、中國半導體設備發展成效有限
半導體作為中國重點發展產業，中國政府早在2005年公布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》，將「極大規模集成電路製造裝備及成套工藝」列為16個國家重大專項的第二位（「02專項」）。「十二五」期間，「02專項」的發展重點包括研發45至22奈米關鍵製造設備、對22至14奈米製造設備和工藝進行前瞻研究、發展形成65至45奈米半導體製造產業鏈等。此外，中國政府亦實施多項半導體產業優惠政策，如2011年的國發（2011）4號「進一步鼓勵軟體產業和積體電路產業發展的若干政策」、2012年的國發（2012）28號「國務院關於印發「十二五」國家戰略性新興產業發展規劃的通知」、2014年「國家集成電路產業發展推進綱要」、2014年成立大基金一期、2019年成立大基金二期等等，大力扶持半導體產業發展。
在半導體設備方面，在「02專項」中光刻機作為重點發展項目，主要由上海微電子裝備公司（SMEE）進行研發。截至目前為止，SMEE已成為中國半導體設備的龍頭企業，從其官網可以看到，目前所開發生產的光刻機可以滿足IC製造90nm、110nm、280nm關鍵層和非關鍵層的光刻工藝需求。[5]但實際上，SMEE的設備是否真能達到量產、最終的晶片良率如何，仍是眾說紛紜，與ASML相比，中國在光刻機領域的發展更是落後至少10年以上。[6]目前看來，在半導體設備部分，中國在清洗設備發展最快，盛美半導體（上海）公司（ACM Research）、至純科技、北方華創、芯源微電子為主要廠商。但整體而言，中國在半導體前段製程的核心設備發展仍有待突破，光刻機部分仍幾乎是全部要仰賴國外設備商，此從中國大量購買二手半導體設備亦可見端倪。[7]換言之，在過去十多年的發展過程中，儘管中國政府投入大量資金，透過補貼扶持企業發展，但中國的半導體設備發展目前仍與國際廠商有一大段距離。
參、趨勢研判
一、中國半導體國產化恐難達成
自2006年的「02專項」開始，中國政府已在半導體產業挹注大量資金，其中僅是2014年成立的大基金一期、2019年成立的大基金二期，中國政府就已在半導體領域投入超過3,000億元人民幣。然而，從半導體產業鏈上、中、下游三部分來看（圖1），中國目前在IC封裝測試發展最快，2022年上半年全球前十大IC封測廠，中國的長電科技、通富微電、天水華天分列第三、第五、第六名。[8]在IC設計、IC製造部分的發展則仍處於追趕階段。
圖1、半導體產業鏈
資料來源：《產業價值鏈資訊平台》，https://ic.tpex.org.tw/introduce.php?ic=D000。
其中在IC製造部分，儘管中國政府力推國產化，但受限於半導體製造設備發展等障礙，預估目前中國晶片國產化率只有15%至18%。[9]倘若在這次美、荷、日的談判之後，荷、日真的配合美國禁止出口DUV，例如193nm ArF dry光刻機、193nm ArFi浸潤式微影技術光刻機，由於前者是對應65至130奈米製程，後者則是對應7至45奈米製程，則中國成熟製程的晶片生產將大幅受到影響，中國政府規劃要在2025年達到半導體自給率70%恐難以實現。
二、中國晶片關聯產業發展恐將面臨威脅
在美國持續祭出制裁手段情況下，近日傳出中國政府擬推出超過1兆元人民幣的半導體產業支援計劃，以補貼和稅收抵免的形式，促進國內半導體生產和研究，中芯國際也持續擴建晶圓廠大力發展成熟技術。從需求來看，包括5G射頻、藍牙、物聯網、新能源汽車等應用，主要屬於28奈米以上成熟製程範疇，根據International business strategy（IBS）資料顯示，2020年半導體市場中，28奈米及以上製程的市佔率為三分之二，即使先進製程市場持續擴大，預測到2030年對28奈米及以上成熟製程的需求仍會成長兩倍以上。[10]顯見成熟製程晶片已多能滿足家電、通訊、交通、消費性電子等領域應用所需，此亦顯示成熟製程對各應用領域發展的重要性。
因此，一旦荷、日限制DUV出口至中國，可以預期中芯國際等企業的晶圓擴廠計畫將受到阻礙，而因為成熟製程的晶片生產會大幅受到影響，與成熟製程相關的應用領域發展也都將受到限制。例如車用晶片大多是屬於成熟製程範疇，新能源車不僅是中國重要發展產業，中國亦是新能源車最大市場與鋰電池領先者，故當成熟製程晶片生產受限時，也將制約中國新能源車產業發展。
隨著晶片成為科技、太空乃至於國防的重要零組件，晶片已經變成21世紀的石油，是重要的戰略物資。先前中芯國際利用DUV設備生產7奈米晶片，讓美國意識到僅限制中國無法取得EUV，中國仍能發展先進製程技術，儘管產品良率、是否能進行商業化量產都備受質疑，但無可否認中國已經具備生產用於軍事武器的高階晶片能力。因此，此次美國除了將長江存儲（YMTC）及SMEE列入實體清單外，更希望能聯合荷、日企業擴大對中國半導體設備出口管制，進一步阻絕中國晶片生產與研發。倘若美國此一策略成功，中國半導體產業發展將受到嚴重打擊，不僅國產化遙遙無期，相關產業發展也都會受到限制。
[1]〈傳日本、荷蘭加入美國行列 限制對中國出口晶片製造設備〉，《鉅亨網》，2022年12月12日，https://news.cnyes.com/news/id/5035306。
[2]“2021 Top Semiconductor Equipment Suppliers,” Tech Insights, https://www.techinsights.com/blog/2021-top-semiconductor-equipment-suppliers.
[3]〈佳能推出適合高功能半導體的光刻機〉，《日經中文網》，2021年1月5日，https://zh.cn.nikkei.com/industry/itelectric-appliance/43318-2021-01-05-05-00-00.html。
[4]〈一文看懂半導體刻蝕設備〉，《芯語》，2021年9月18日，https://www.eet-china.com/mp/a77825.html。
[5]《上海微電子裝備公司》，http://www.smee.com.cn/eis.pub?service=homepageService&method=indexinfo&onclicknodeno=1_4_4_1。
[6]〈一台光刻機，解不了中國「芯痛」〉，《新浪財經》，2021年8月22日，https://finance.sina.com.cn/chanjing/cyxw/2021-08-22/doc-ikqcfncc4288942.shtml。
[7]〈中國大量購買二手半導體設備〉，《日經中文網》，2021年3月1日，https://zh.cn.nikkei.com/industry/itelectric-appliance/43932-2021-03-01-01-51-56.html。
[8]〈上半年全球半導體封測前十大廠商營收約175億美元〉，《聯合新聞網》，2022年10月14日，https://udn.com/news/story/6811/6687242。
[9]〈IC國產化進展緩慢 外商撐起中國半導體製造半邊天〉，《新電子》，2022年5月23日，https://www.mem.com.tw/ic國產化進展緩慢%E3%80%80外商撐起中國半導體製造半邊-2/。
[10]“Shortage of Low-end Chips May Disrupt Global Chip Supply Chains,” Business Korea, September 15, 2022, http://www.businesskorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=100378.