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【文/米磊】

光刻機的全球產(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、最復雜和時間占比最高的環(huán)節(jié)。

目前，全球光刻機已由荷蘭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體用光刻機出貨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，光刻機組件及配套設(shè)施復雜，形成了自身的產(chǎn)業(yè)鏈。光刻機的制造研發(fā)并不是某一個企業(yè)能夠單獨完成的，光刻作為晶圓制造過程中最復雜、最重要的步驟，主要體現(xiàn)在光刻產(chǎn)業(yè)鏈高端復雜，需要很多頂尖的企業(yè)相互配合才可以完成。

ASML光刻機/資料圖

光刻產(chǎn)業(yè)鏈主要體現(xiàn)為兩點：一是作為光刻核心設(shè)備的光刻機組件復雜，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；二是與光刻機配套的光刻膠、光刻氣體、光罩（光掩膜版）等半導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。光刻機已經(jīng)歷經(jīng)五代發(fā)展。隨著制程精度提升，光刻機復雜程度提高，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）光刻機為例，7納米制程的EUV光刻機內(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作為整機公司，實質(zhì)上只負責光刻機設(shè)計與各模塊集成，需要全而精的上游產(chǎn)業(yè)鏈作為堅實的支撐。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，采購和運營支出占ASML總開支的66%。

在10納米節(jié)點以下，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)點以下的芯片，必須得有ASML供應(yīng)的EUV光刻機及相應(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一步推動超精細芯片制程的研發(fā)，延續(xù)“摩爾定律”。

美日推動半導體產(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、日本希望推動半導體產(chǎn)業(yè)鏈回流，以改變半導體制造“空心化”的局面，擬加大對半導體行業(yè)的投資，其中包括對半導體生產(chǎn)設(shè)備進行投資、吸引先進半導體制造商前往建廠。同時，半導體廠商展開新一輪的并購以增強自身實力。作為先進芯片制造中必不可缺的設(shè)備，光刻機的需求勢必保持長期的增長。

2020年，受新冠肺炎疫情影響，美國國防部認識到國防產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的脆弱，開始制定一項“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)鏈安全的擔憂。

2020年5月，美國白宮與英特爾、臺積電進行談判，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、三星等半導體企業(yè)在45天內(nèi)交出被視為商業(yè)機密的庫存量、訂單、銷售紀錄等數(shù)據(jù)。

2021年2月，美國總統(tǒng)拜登簽署一項行政命令，要求美國政府對半導體芯片、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)鏈進行為期100天的審查。

2021年4月，美國拜登政府公布了一項2萬億美元的基礎(chǔ)設(shè)施投資計劃，涉及芯片供應(yīng)鏈的投資規(guī)模達到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，加強美國半導體產(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)濟增長戰(zhàn)略會議，針對全球半導體供應(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，沒有附加價值高的尖端半導體制造能力。政府對逾六成國內(nèi)半導體需求依賴進口的現(xiàn)狀表示擔憂。

日本官房長官加藤勝信表示，“將促進研發(fā)和投資，力圖構(gòu)筑切實的供應(yīng)體制”。4月，美日兩國首腦召開會議，確認建立分散型供應(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險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。