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【文/米磊】

光刻機(jī)的全球產(chǎn)業(yè)鏈格局

光刻技術(shù)是使微電子和納米電子器件在過去半個世紀(jì)中不斷微縮的基礎(chǔ)技術(shù)之一，光刻制造是晶圓制造最關(guān)鍵、最復(fù)雜和時間占比最高的環(huán)節(jié)。

目前，全球光刻機(jī)已由荷蘭ASML、日本尼康和佳能公司完全壟斷。據(jù)芯思想研究院（ChipInsights）數(shù)據(jù)，2020年上述三家公司半導(dǎo)體用光刻機(jī)出貨413臺，較2019年的359臺增加54臺，漲幅為15%。其中，ASML公司出貨258臺，占比62.47%；尼康公司出貨31臺，占比7.51%；佳能公司出貨122臺，占比29.54%。

據(jù)估算，光刻機(jī)約占晶圓制造設(shè)備投資額的23%，再加上光刻工藝步驟中的光刻膠、光刻氣體、光罩（光掩膜版）、涂膠顯影設(shè)備等諸多配套設(shè)施和材料投資，整個光刻工藝占芯片成本的30%左右。

區(qū)別于晶圓制造其他工藝，光刻機(jī)組件及配套設(shè)施復(fù)雜，形成了自身的產(chǎn)業(yè)鏈。光刻機(jī)的制造研發(fā)并不是某一個企業(yè)能夠單獨(dú)完成的，光刻作為晶圓制造過程中最復(fù)雜、最重要的步驟，主要體現(xiàn)在光刻產(chǎn)業(yè)鏈高端復(fù)雜，需要很多頂尖的企業(yè)相互配合才可以完成。

ASML光刻機(jī)/資料圖

光刻產(chǎn)業(yè)鏈主要體現(xiàn)為兩點(diǎn)：一是作為光刻核心設(shè)備的光刻機(jī)組件復(fù)雜，包括光源、鏡頭、激光器、工作臺等在內(nèi)的組件技術(shù)往往只被全球少數(shù)幾家公司掌握；二是與光刻機(jī)配套的光刻膠、光刻氣體、光罩（光掩膜版）等半導(dǎo)體材料和涂膠顯影設(shè)備同樣擁有較高的科技含量。

伴隨著工藝與設(shè)備的雙重突破，光刻設(shè)備成為推動摩爾定律的核心設(shè)備。光刻機(jī)已經(jīng)歷經(jīng)五代發(fā)展。隨著制程精度提升，光刻機(jī)復(fù)雜程度提高，ASML（阿斯麥爾）公司貫通光刻產(chǎn)業(yè)鏈，完全壟斷了10納米以下的工藝。

以ASML的EUV（極紫外）光刻機(jī)為例，7納米制程的EUV光刻機(jī)內(nèi)部共有10萬個零件，90%的關(guān)鍵設(shè)備來自外國而非荷蘭本國。ASML作為整機(jī)公司，實(shí)質(zhì)上只負(fù)責(zé)光刻機(jī)設(shè)計(jì)與各模塊集成，需要全而精的上游產(chǎn)業(yè)鏈作為堅(jiān)實(shí)的支撐。縱觀ASML的5 000多個供應(yīng)商，其中與產(chǎn)品相關(guān)的供應(yīng)商提供直接用于生產(chǎn)光刻系統(tǒng)的材料、設(shè)備、零部件和工具，此類別包括790家供應(yīng)商，采購和運(yùn)營支出占ASML總開支的66%。

在10納米節(jié)點(diǎn)以下，ASML穩(wěn)穩(wěn)占據(jù)100%的市場，佳能和尼康等同業(yè)競爭對手已無力追趕。如果芯片制造商想要生產(chǎn)10納米節(jié)點(diǎn)以下的芯片，必須得有ASML供應(yīng)的EUV光刻機(jī)及相應(yīng)的支持服務(wù)。

歐洲微電子研究中心（IMEC）宣布了3納米及以下光刻工藝的技術(shù)細(xì)節(jié)，并表明ASML公司已經(jīng)明確了3納米、2納米、1.5納米、1納米甚至1納米以下的芯片制程技術(shù)路線圖。而日本、美國等國的許多半導(dǎo)體公司出于成本考慮，已經(jīng)停止了光刻工藝小型化的研究。IMEC和ASML的合作或?qū)⑦M(jìn)一步推動超精細(xì)芯片制程的研發(fā)，延續(xù)“摩爾定律”。

美日推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈回流，應(yīng)對缺芯困境

受疫情和芯片供應(yīng)短缺影響，美國、日本希望推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈回流，以改變半導(dǎo)體制造“空心化”的局面，擬加大對半導(dǎo)體行業(yè)的投資，其中包括對半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行投資、吸引先進(jìn)半導(dǎo)體制造商前往建廠。同時，半導(dǎo)體廠商展開新一輪的并購以增強(qiáng)自身實(shí)力。作為先進(jìn)芯片制造中必不可缺的設(shè)備，光刻機(jī)的需求勢必保持長期的增長。

2020年，受新冠肺炎疫情影響，美國國防部認(rèn)識到國防產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的脆弱，開始制定一項(xiàng)“微電子回流戰(zhàn)略”，旨在通過公私合作等方式，將微電子制造、組裝和測試產(chǎn)業(yè)從亞洲轉(zhuǎn)移至美國，以解除對微電子產(chǎn)品供應(yīng)鏈安全的擔(dān)憂。

2020年5月，美國白宮與英特爾、臺積電進(jìn)行談判，成功說服這兩家公司在美國本土新建芯片制造廠。

今年9月，美國商務(wù)部召開半導(dǎo)體高峰會，以提高芯片“供應(yīng)鏈透明度”為由，要求臺積電、三星等半導(dǎo)體企業(yè)在45天內(nèi)交出被視為商業(yè)機(jī)密的庫存量、訂單、銷售紀(jì)錄等數(shù)據(jù)。

2021年2月，美國總統(tǒng)拜登簽署一項(xiàng)行政命令，要求美國政府對半導(dǎo)體芯片、電動汽車大容量電池、稀土礦產(chǎn)和藥品四種關(guān)鍵產(chǎn)品的供應(yīng)鏈進(jìn)行為期100天的審查。

2021年4月，美國拜登政府公布了一項(xiàng)2萬億美元的基礎(chǔ)設(shè)施投資計(jì)劃，涉及芯片供應(yīng)鏈的投資規(guī)模達(dá)到500億美元。

2021年4月，美國白宮召開線上峰會以商討如何應(yīng)對芯片短缺的困境，與會者包括三星、英特爾、臺積電和谷歌等公司。拜登稱，加強(qiáng)美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和供應(yīng)鏈韌性是美國兩黨的共識，已有23名參議員和42名眾議員來信支持美國的《為芯片生產(chǎn)創(chuàng)造有益的激勵措施法案》（CHIPS），以應(yīng)對中國等其他國家的快速發(fā)展，消除美國在研發(fā)和制造方面的局限性。

芯片短缺的現(xiàn)狀雖與美國供應(yīng)鏈對亞洲的依賴并不直接相關(guān)，卻掀起了一輪有關(guān)芯片制造回流美國的廣泛討論，并贏得美國國會內(nèi)部對于深度投資美國本土半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)的有力支持。

2020年4月，日本政府召開經(jīng)濟(jì)增長戰(zhàn)略會議，針對全球半導(dǎo)體供應(yīng)不足問題，討論國內(nèi)投資支持措施，以確保國內(nèi)穩(wěn)定供應(yīng)。日本擁有全球最多的半導(dǎo)體工廠，但生產(chǎn)的一大半都是用途廣泛的產(chǎn)品，沒有附加價(jià)值高的尖端半導(dǎo)體制造能力。政府對逾六成國內(nèi)半導(dǎo)體需求依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀表示擔(dān)憂。

日本官房長官加藤勝信表示，“將促進(jìn)研發(fā)和投資，力圖構(gòu)筑切實(shí)的供應(yīng)體制”。4月，美日兩國首腦召開會議，確認(rèn)建立分散型供應(yīng)鏈的重要性，討論了構(gòu)建生產(chǎn)基地不偏重于地緣政治風(fēng)險(xiǎn)高的中國臺灣和與美國對立加深的中國大陸等特定地區(qū)的體制。