根据《瓦森纳安排》管制清单新增12英寸硅晶圆切片/研磨/抛光工艺、计算机光刻软件等多项内容，美日等多个成员国将依据清单实施更为严苛的半导体基材与技术出口管制。有人戏称此举为瓦协成员国再一次试图扼住中国半导体行业命运的喉咙。过去较长的一段时里，国内半导体业一直存在大硅片基材国内产量不足，硅光刻技术精度不够的现实困境。在当前主要进口来源国加大出口管制的情形下，国内半导体业是否能见招拆招，顺利度过缺“芯”困境？本文试从国内半导体企业现实困境及已公开的专利储备角度进行分析。
国产半导体企业困境
半导体产品包括光电子器件、传感器、分立器件和集成电路（IC），集成电路是把多个分立器件制作在一个小型晶片上然后封装起来形成具有一定功能的电路。按照功能不同，集成电路又分为微处理器、存储器、逻辑电路、模拟电路。
半导体产业链可以划分为上游、中游和下游产业。上游包括半导体材料和半导体的生产设备，中游包括半导体芯片的设计、制造和封装测试环节，下游包括半导体的应用产品。
本次瓦协新出台的针对12英寸硅晶圆切磨抛工艺、计算机光刻软件分别涉及半导体产业链中的上游和中游产业。
晶圆是制造半导体晶体管或集成电路的衬底，由于硅是常用的晶体材料，且其形状为圆形，所以称为硅晶圆。硅晶圆尺寸是它的直径，目前较常见的有6、8、12英寸。硅晶圆的尺寸越大越贵，生产成本愈高。硅晶圆的生产过程包括拉晶、研磨、切片、抛光等工艺。目前国内制造的小尺寸4-6英寸硅晶圆基本能够满足国内需求，而8英寸和12英寸的自给率不高，高端芯片更多依赖进口。
就中游半导体产品制造的三个阶段“芯片设计→芯片制造→芯片封测”而言，我国掌握的技术主要集中于技术壁垒相对低的第一阶段和第三阶段，而在第二阶段的芯片加工设备和工艺上还比较落后。芯片加工又称晶圆代工，是指在硅晶圆表面加工制作形成各种电路元件结构，而形成集成电路等半导体产品。芯片加工包括氧化、沉积、光刻、蚀刻、抛光等多个步骤，其中光刻是生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。此前国内企业受制于瓦协的管制措施，无法获得国外最先进的光刻机，导致我国国内企业的芯片制程水平远远落后于台积电、三星的制程工艺。
瓦协此次同时加强对晶圆切、磨、抛制造工艺和计算机光刻软件的出口管控，从晶圆材料加工和晶圆芯片制造同时进行了管制，势必会给中国半导体产业的发展带来较大影响。
国内半导体企业的技术储备
面对瓦协的再次施压，国内半导体企业能否绕开瓦协的封锁，解锁晶圆生产和芯片加工的新工艺，国内企业的自主研发程度和专利技术布局将起到至关重要的作用。
1、晶圆切磨抛生产工艺
晶圆的生产工艺主要包括：拉晶、切片、研磨、蚀刻、抛光、外延、键合、清洗等工艺步骤，每一个步骤都有非常高的要求。切片是利用特殊的内圆刀片，将硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶圆。对晶圆表面和边缘进行研磨、抛光并清洗，将切割的晶圆的锐利边缘整成圆弧形，去除粗糙的划痕和杂质，就获得完美的硅晶圆。
在国际专利分类表中，研磨、抛光设备通常分类在分类号B24和B28下，对半导体材料的切片、研磨、抛光的流程对应一个准确的分类号H01L21/304。上述分类号具体定义如下：
结合关键词晶圆、切磨抛技术和上述分类号在专利数据库进行检索，检索式为“(晶圆or硅片)and(切片or研磨or抛光or减薄)and ipc=(B24 or B28 or H01L21/304)”，进一步限定国内申请人，共有5545件专利（检索日：2020年3月3日）。
从申请状况来看，国内企业专利布局时间较早，从2001年开始出现少量申请，从2008年开始申请量开始大幅度攀升，特别是2015年至今的5年间国内专利申请量呈现飞跃式发展，年申请量接近700件。专利申请质量整体水平不错，发明专利申请占比较高。
从申请人构成情况来看，参与晶圆切磨抛技术的申请人数量较多，除了排名前两位的中芯国际和上海华虹的布局数量较多，大部分申请人申请数量很少，呈现出申请人多而不强的局面。申请人以企业为主，高校和科研机构也储备了一定数量的基础技术，如清华大学、浙江工业大学、大连理工大学、南京航空航天大学。
在排名前20的申请人中，上海新昇、浙江晶盛机电、北京中电科比较值得关注。
上海新昇是国内首个开展300mm（12英寸）大硅片项目的半导体企业，一直受到业内广泛关注。在去年召开的2019中国（珠海）集成电路产业高峰论坛上，上海新昇CEO透露目前上海新昇的12英寸大硅片项目在2017年四季度已经实现了量产，目前硅晶圆出货已经累计超过100万片。由于上海新昇成立于2014年，所以申请专利时间较晚，目前在晶圆切磨抛技术领域申请了35件中国专利申请，只有一件是实用新型，技术研发水平较高。其中有一件发明专利获得授权，其他还在审查中。此外，上海新昇还在台湾申请了23件专利，并有9件获得授权。
2、芯片光刻加工工艺
光刻技术是指在光照作用下，借助光刻胶将掩膜版上的图形转移到晶圆上的技术。在国际专利分类表中，涉及光刻技术的有下述分类号：
结合关键词晶圆、光刻和上述分类号在专利数据库进行检索，检索式为“(晶圆or硅片or半导体)and光刻and ipc=(H01L21/027 or H01L21/31 or H01L21/312 or H01L21/469 or H01L21/47 or G03F7/00 or G03F7/20)”，进一步限定国内申请人，共有12936件专利（检索日：2020年3月4日）。
从申请状况来看，2012年成为一个分水岭，在2012年之前专利逐年递增，到2012年达到最高峰，此后开始逐年下降。专利申请以发明专利为主，实用新型仅占5.27%。
从申请人构成情况来看，上海微电子装备公司在光刻技术领域布局专利数量最多，有1845件，超过了国内半导体龙头企业中芯国际和上海华虹集团。前三名申请人的专利数量之和接近国内申请总量的三分之一，遥遥领先于其他申请人。参与申请布局的高校和研究所较多，在排名前20位的申请人中，企业和科研机构数量相当，这也反映了光刻技术在国内还处于研究阶段，离大规模市场应用还有一段距离。
上海微电子装备有限公司是在国家科技部和上海市政府共同推动下，由国内多家企业集团和投资公司共同投资组建的高科技企业。公司自主研发的600系列光刻机的加工精度是90纳米,是国内目前最好的光刻机，但是和国际光刻机霸主ASML的7nm EUV光刻先进工艺相比，还存在较大差距。
上海微电子从2002年成立以来不断加大专利布局力度，发明专利和授权专利比重也相当高，显示出上海微电子自主创新能力和竞争实力不断提升，有望在未来几年实现45 nm、28 nm制程的光刻机，逐步缩小与国际先进水平的差距。
对上海微电子的全部专利进行分析，根据申请时间、法律状态、同族数量、被引证关系筛选出重点专利，对上海微电子的技术脉络进行梳理，梳理发现上海微电子研发重点是光刻技术的对准和曝光技术，每年都有大量新技术出现并布局。
排名前20的其他申请人中，虽然专利布局数量不多，但中科院微电子研究所、合肥芯硕半导体有限公司、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在光刻机研制应用领域也小有成就。
中科院微电子研究所联合业内资深技术团队、产业基金共同发起成立无锡影速半导体科技有限公司，目前影速公司已成功研制用于半导体领域的激光直写/制版光刻设备、国际首台双台面高速激光直接成像连线设备，已经实现最高200nm的量产。
合肥芯硕半导体有限公司成立于2006年4月,是国内首家半导体直写光刻设备制造商。该公司自主研发的ATD4000已经实现最高200nm的量产。
2017年6月21日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所牵头研发的“极紫外光刻关键技术”通过验收，在国内首次获得EUV投影光刻32nm曝光图形，为我国真正自主掌握高端微电子制造技术奠定了基础。
国内半导体企业突破难点和展望
从以上已公开的专利技术格局来看，国内半导体企业在晶圆切磨抛、光刻技术领域已经积累了一定数量的专利资源，但技术先进性与国外企业公开技术相比，存在差距。专利申请人统计信息可以看到，参与这两个技术领域布局的国内企业、高校科研院所数量众多，有布局规模优势的申请人较少。两个技术领域的核心技术掌握在少数企业、多家重点高校及科研院所手中，整个行业资源比较分散，存在各自为政散裂发展的情形，又尚未形成百花齐放的格局，短期内还难以形成有效的国际竞争力。如果能整合现有资源，建立产业知识产权联盟，整合联盟成员的知识产权资源，构建行业共享专利池，将有助于减少内部的恶意竞争，减少研发成本，提高研发效率。
“强芯”路漫漫，唯有不断求索创新。我们相信随着近年来高校科技成果转化工作的进一步加强，以及持续推出的芯片技术孵化政策，鼓励校企联合，加大重点实验室投入，从税收、办公用地等方面给予半导体企业支持等有力措施，将会强效推动晶圆切磨抛、光刻技术升级，进而解放国内半导体业生产力。风物长宜放眼量，中国芯终将在全球半导体产业中占有一席之地！
瓦森纳安排新增的出口管制内容，请参见上一篇文章《京都视点|瓦森纳安排再增出口管制，中国芯前路如何》。
