我國集成電路設備的全球競爭力、趕超困境與政策建議

李先軍 劉建麗 閆梅

一、引 言

設備是集成電路制造的“母機”，是保障我國集成電路產業安全和可持續發展的基礎。在美國、日本和歐洲壟斷全球集成電路設備產業的基本競爭態勢下，美國通過《瓦森納協定》、“實體清單”等方式對我國集成電路企業實施精準狙擊，這不僅加劇了我國短期的芯片短缺問題，更進一步拉大了我國在集成電路產業與國際尖端制程上的差距。為此，關注集成電路設備企業，發現我國集成電路設備存在的現實問題并提供相關的建議，對于當前破解集成電路產業“卡脖子”問題、維系經濟安全和國家安全具有重要的現實意義。

從研究視角來看，已有關于集成電路設備的相關研究首先集中在技術和工程視角，尤其是集中在受廣泛關注的光刻機（龔爽，2021；楊武和王爽，2021；馬曉喆等，2021）、刻蝕機（徐向東等，2013；王宇等，2020）等，相關的技術和情報研究近年來表現出快速增多的態勢。在我國集成電路產業受美遏制的國際背景下，從技術經濟視角的研究也不斷增多，近期相關研究已呈現蓬勃之勢，尤其是對關鍵技術識別的相關研究極具代表性。例如，楊武等（2022）利用專利引證方法對光刻技術軌道演化和鎖定予以識別，發現中國當前存在較大的差距且未進入到主流技術路徑中；余麗等（2021）以專利分析方法對我國集成電路產業的“卡脖子”技術進行分析，發現我國集成電路產業表現出原始創新能力不足、核心技術積累匱乏和市場集中度不高等關鍵問題，并基于此提出融入國際創新網絡、突破潛在顛覆性技術和積極培育壯大國內市場等建議。在技術競爭的基礎之上，從產業視角集成電路設備的研究也開始逐步出現。例如，傅翠曉和全利平（2017）較早地對我國集成電路裝備產業的競爭力予以分析，其重點就各國龍頭企業的市場占有率以及專利情況與國內廠商進行比較，并基于此提出了并購重組、合作研發和強化光刻機研發等方面的建議；張云濤等（2021）則從暴露性、敏感性、恢復性三個指標出發，利用改進的灰色關聯法對我國集成電路制造供應鏈的脆弱性予以研究，得出我國集成電路制造在關鍵設備、EDA軟件和專業人才方面脆弱性極高，并基于此提出了加大資源投入、構建供應鏈生產、促進集群發展、健全人才培養體系以及突破關鍵軟硬件技術等建議的結論。此外，一些學者對裝備產業的分析也為集成電路設備的突破和趕超發展提供了一些借鑒。例如，朱海飛等（2017）以交通運輸設備制造和通信設備制造為研究對象，從價值鏈收入法的角度對國內價值鏈進行分析并提出相關的建議；黃陽華和呂鐵（2020）在對高鐵裝備制造業技術能力提升的分析中認為，產品開發平臺的作用至關重要，引進創新和自主創新是完善產品開發平臺的互補方式；譚勁松等（2021）以軌道交通裝備產業為研究對象，以縱向案例方法對政府在不同時期作為架構者的角色予以剖析，為從創新生態系統視角探究裝備產業發展提供了理論上的參照。這些研究對于更加深刻地理解設備尤其是集成電路設備創新和趕超的基本規律具有重要的啟示意義。

然而，與其他流程型制造的產品不同，集成電路超長產業鏈下的設計、制造、封裝和測試對設備種類和型號需求極大，不同制程、用途的集成電路制造需要差異性極大的專用設備和工藝。在領先者尤其是部分國家強化以設備為核心的競爭策略下，進一步分析我國集成電路設備的競爭力，找出其中可能存在的問題及關鍵點，對于我國破解集成電路設備“受限”和集成電路產業“卡脖子”問題具有重要的現實意義。為此，本文立足于技術經濟范式，從微觀企業競爭和中觀產業競爭融合的視角出發，系統地對集成電路設備及其八大前端細分領域的國外龍頭企業及國內創新型企業進行比較分析，以更加深刻地洞悉我國在集成電路設備領域的競爭力，發現我國在集成電路設備領域趕超的現實困境，最終為我國集成電路設備的全球趕超提供相關的政策建議，為我國集成電路產業趕超發展、保障集成電路產業安全提供一些參考。

二、集成電路設備的構成及全球市場發展態勢

芯片制造設備總體可分為用于晶圓制造的前道設備和用于組裝、測試及封裝的后道設備兩類。前道設備的精密度和效率決定了芯片的功能和先進性，其包括多達50余種不同類型的、高度專業化的設備，服務于芯片制造的上千個步驟中，包括光刻、刻蝕、鍍膜/沉積、離子注入、化學機械研磨和清潔等過程控制等，制造工藝的復雜性勢必要求設備制造廠商與晶圓廠、材料供應商、研究機構等加強聯系以形成穩定的供應鏈；后道工藝步驟較少，所需要的設備類型也較少，從而大大降低了后道工廠的投資成本。從生產流程來看，晶圓制造涉及到的主要設備有光刻機、刻蝕設備、鍍膜/沉積設備、量測設備、清洗設備、離子注入設備、化學機械研磨設備、熱處理設備、封裝設備等九大類關鍵設備。

（一）全球半導體設備市場規模

根據國際半導體產業協會（SEMI）的數據如圖1所示，2020年全球半導體設備銷售額約711.9億美元，較2008年的295.2億美元增長1.41倍，年均復合增長率達到7.61%，遠遠超過同期全球GDP增速。根據國際半導體產業協會（SEMI）預測，2021年和2022年全球半導體設備銷售額分別為953億和1 013億美元，同比增長34.1%和6.3%。

圖1 2008-2022年半導體設備銷售額（單位：億美元）

從結構來看，晶圓制造設備在集成電路設備行業占比最高，封裝和測試設備占比相對較低。根據國際半導體產業協會（SEMI）數據，如圖2所示，2020年晶圓制造設備市場規模為612億美元，占比86.1%；測試設備為60.1億美元，占比8.5%；封裝設備為38.5億美元，占比5.4%。預計2021-2023年，不同集成電路不同環節對設備需求的總體結構相對穩定。

圖2 2019-2023年半導體設備分類型銷售額（單位：億美元）

從具體的晶圓制造過程來看，以2020年數據估算各類晶圓制造設備市場規模占比，光刻、刻蝕、鍍膜是占比最高的前道設備，合計市場規模占比超過70%，這三類設備也是集成電路制造的主設備；工藝過程量測設備是質量控制的關鍵設備，份額占比約13%；其他設備占比相對較小。

（二）全球競爭態勢

從發展態勢來看，集成電路設備市場的發展與集成電路產業的全球演化高度匹配。從需求端的設備消費來看，美國、日本和歐洲從2008年51.22%的市場份額下降到2020年的23.53%，日本從全球第一的市場份額下降到全球第四，中國大陸、中國臺灣地區和韓國成為全球主要的集成電路設備銷售地，從2008年的39.94%上升到2020年的72.98%。其中，中國大陸市場份額增長最快，從2008年的18.9億美元增長到2020年的187億美元，從6.40%的市場份額上升到26.30%，位居全球第一位；中國臺灣地區從50.1億美元增長到171.5億美元，市場份額從16.97%的上升到24.09%；韓國從48.8億美元增長到160.8億美元，市場份額從16.57%上升到22.59%（詳見圖3）。

圖3 2008-2020年全球半導體設備銷售的全球份額

與全球集成電路設備銷售市場形成鮮明對照的是，中國大陸、中國臺灣地區和韓國是主要的消費國家和地區，但美國、日本和歐洲卻是主要的設備生產和供應國家。其中，在晶圓加工的前道設備方面，美國居于絕對領先地位，而日本在封測設備綜合實力方面穩居領先地位。根據波士頓咨詢公司的數據，2019年，美國、日本和歐洲在半導體設備領域的市場份額分別達到41%、32%和18%，中國大陸在這一領域的市場份額不足2%。另據Gartner統計，全球規模以上晶圓加工設備商共計58家，其中日本的企業最多，達到21家，占36%，其次是歐洲的13家和北美的10家。

從行業領先企業發展情況來看，美國在前五大設備供應商中占據了三席，分別是排名第一的應用材料、第三的泛林半導體和第五名的科磊半導體，合計占據全球市場份額的36.5%。具體而言，晶圓處理的幾個關鍵工序設備也都基本處于美國的高度壟斷之中。其中，應用材料公司在物理氣相沉積（Physical Vapour Deposition，PVD）設備領域占據近85%的市場份額，在化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）設備領域占據了近30%的份額；刻蝕設備方面，泛林半導體最多，市場占有率高達53%，而科磊半導體在半導體光學檢測領域獨占鰲頭。在各個領域中，前三大巨頭的市場份額相加均超過70%。

在全球市場份額超過50%的半導體設備種類中，日本產品有10種之多，日本企業占全球半導體設備總體市場份額高達37%。在電子束描畫設備、涂布/顯影設備、清洗設備、氧化爐和減壓CVD設備等重要前道設備、以劃片機為代表的重要后道封裝設備和以探針器為代表的重要測試設備環節，日本企業競爭力非常強。在前道15類關鍵設備中，日本企業平均市場份額為38%，在6類產品中市場份額超過40%，在電子束、涂布顯影設備市場份額超過90%；在后道9類關鍵設備中，日本企業平均市場份額為41%，在劃片、成型、探針的市場份額都超過50%。

（三）全球領先企業概況

集成電路設備行業兼具知識密集、人才密集、技術密集和研發強度高等特征，大企業在行業內擁有強大的影響力。如表1所示，從全球范圍內的市場占有情況來看，前十五大企業占據了82.6%的全球市場份額，CR和CR分別達到47.3%和59.6%，在具體細分設備的市場集中度更高。具體來看，應用材料、阿斯麥、泛林、東電電子、科磊半導體、愛德萬、迪恩士、泰瑞達、日立高新、先域、日立國際電氣、尼康、細美事、ASM太平洋科技和大福等半導體設備供應商是行業的龍頭企業，它們提供了晶圓制造的絕大多數設備，成為集成電路設備行業的絕對領先者。

表1 2020年半導體主要設備企業經營數據對比（單位：億美元）

續表

從前十五大設備企業的來源國來看，美國、日本、歐洲、韓國和中國企業數量分別為4家、7家、2家、1家和1家，且韓國和中國企業均未進入前十名，設備行業的生產國和消費國表現出“倒掛”特征。

（四）集成電路設備的國產化情況

2008-2020年，大陸集成電路設備銷售額從18.9億美元增長到187億美元，年均復合增速達到21.06%。但是，與集成電路設備銷售額快速增長形成鮮明對照的是，我國集成電路設備的國產化率極低，其中，光刻、刻蝕、鍍膜設備這三大前道關鍵設備的國產化率最低，其他重要設備的國產化率也低于10%（詳寫表2）。近年來，面對美國對我國集成電路產業的持續打壓，我國不斷加大集成電路設備投入，在關鍵設備和一些細分領域實現了突破，盡管在先進制程設備上依然受制于國外設備廠商，但在集成電路從制造到封測環節均有布局。

表2 設備領域國內代表企業

從集成電路設備的全球發展態勢以及競爭態勢來看，設備領域總體上保持較高的增長態勢，尤其是自動化、智能化、高效化的設備，為集成電路產業在摩爾定律驅動下的快速成長提供了基礎支撐。然而，集成電路設備的消費與生產“倒掛”，中國大陸、中國臺灣地區和韓國是全球最大的設備消費國（地區），但美國、日本和歐洲卻是最主要的設備生產國和技術來源國，我國集成電路產業的發展在設備環節的“短板”極為顯著，成為保障產業安全和維持產業鏈穩定的重要隱患。從全球集成電路設備的領先企業來看，頂端巨頭擁有行業內的絕對控制能力，并成為行業發展技術路線的主導者，但由于集成電路制造過程的多流程、高精度、高可靠性要求，在專業化分工的驅動下，中小企業在一些細分領域獲取一定的競爭力，這也為處于后發追趕階段的我國集成電路產業發展提供了“機會窗口”。

三、集成電路設備細分領域全球競爭比較

集成電路產業鏈設備種類、型號較多，不同制程的生產線需要不同技術范式和工作原理的設備，導致設備表現出極強的復雜度。為理解集成電路產業的競爭力，需要對集成電路制造過程中主要設備的全球代表企業和中國企業進行簡要介紹，以期能夠更加微觀地審視集成電路設備的全球競爭力，找到集成電路設備中被“卡脖子”和可以突破的環節和領域。

（一）光刻機

光刻機全球主要供應商有阿斯麥、佳能和尼康三家，其中阿斯麥在頂端光刻機中居于壟斷地位，其極紫外光源（EUV）光刻機屬于全球壟斷地位，波長為10-14納米的極紫外光源能夠適配更高制程芯片的設計制造。佳能將其業務重點放在中低端的光刻機市場，尼康仍然主推ArF浸沒式技術。從光刻機市場份額來看，2020年阿斯麥、佳能和尼康分別占據全球光刻機市場84%、7%和5%的份額，合計市場份額約96%。國產整機設備中，上海微電子裝備（集團）股份有限公司代表了國內頂尖水平，其封裝光刻機在國內市場占有率高達80%，全球市場占有率也可達到40%，前道制造光刻機最高可實現90納米制程。在光刻機產業鏈上游，我國初步實現光刻機的三大核心子系統突破：雙工作臺系統方面，華卓精科突破雙工作臺核心技術，打破了阿斯麥在光刻機工作臺技術上的壟斷；光源系統方面，科益虹源公司、福晶科技和長春光機所均在一定程度上實現了國產替代；在光學鏡頭方面，奧普光電、國科精密和國望光學分別在傳感器和物鏡系統等方面實現了一定的突破。

（二）刻蝕設備

2021年全球刻蝕設備市場規模為140.93億美元，預計2022-2027年復合增長率為4.42%。全球刻蝕機市場長期以來一直被泛林（46.7%）、東京電子（26.6%）、應用材料（16.7%）三大巨頭占據，合計市場占比約90%，行業集中度高。泛林依舊在國內刻蝕機市場中保持領先地位，而國產廠商中，中微半導體已占據20%市場份額，排名第二，是國內唯一進入臺積電7納米制程刻蝕設備的大陸本土設備商，并與臺積電聯合進行5納米認證。在刻蝕市場中，2019年中微公司市場占有率已達26%，北方華創在等離子刻蝕設備上已開發出應用于90-40納米制程的12英寸硅刻蝕機，在國內市場中占據6%。

（三）鍍膜/沉積設備

根據 SEMI和Maximize Market Research的統計，2020年全球半導薄膜沉積設備市場規模約為171.7億美元。分類別來看，離子體增強化學氣相沉積法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）設備占比33%，為最高，屬于PVD的濺射PVD和電鍍ECD共占比23%，原子層沉積（Atomic Layer Deposition，ALD）設備占比11%，常壓CVD占比12%，低壓CVD占比11%，有機金屬化學氣相沉積（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）占比4%，其他合計占比6%。沉積工藝和刻蝕工藝可視為逆過程，并且都會使用等離子體技術，因此沉積和刻蝕技術具備一些技術交集，沉積和刻蝕設備多出自同一批廠商。由于不同沉積設備技術差異較大，技術分支較多，因此市場上呈現多家供應商共存的局面，每家供應商都有其擅長的技術領域，在子類別中存在明顯的市場格局差異。其中，CVD市場被應用材料、泛林半導體和東京電子三大寡頭壟斷，PVD市場則是應用材料一家獨大，ALD市場中東京電子和ASM兩家公司占比最高。國內設備廠商中占有一定份額的是北方華創（PVD占比1.4%）和中微公司（其他沉積占7%，主要為MOCVD設備）。

（四）量測設備

根據科磊半導體的年度公告，2020年全球量測設備市場規模約為73億美元，同比增長23%。其中，科磊、應用材料和日立高新的市場占有率分別高達58%、12%和5%，CR高達75%。由于過程量測設備涉及電學、光學、光聲技術等多個技術領域，難度較高，科磊在高端市場的控制能力極強，而量測設備本身種類眾多，技術特點各有不同，市場上參與廠商較多。國內前道檢測領域主要企業有上海睿勵、上海精測、中科飛測等，整體規模尚較小。

全球高端后道測試設備企業有泰瑞達（美國）、愛德萬（日本）等，國內較為領先的測試設備廠商有長川科技、華峰測控、佛山聯動等，主要用于分立器件、電源IC等產品中，與國外高端設備企業同樣差距顯著。

（五）清洗設備

2020年全球半導體晶圓清洗設備市場規模為58.80億美元，預計到2028年將達到118.29億美元，復合年增長率為9.95%。從結構來看，單片清洗設備是目前市場的絕對主流，2019年單片清洗設備、槽式清洗設備、批式旋轉噴淋清洗設備和洗刷器等類型清洗設備的市場份額分別為22.76億美元、5.52億美元、0.13億美元和2.08億美元，占比分別為74.63%、18.10%、0.44%和6.83%。全球半導體清洗設備高度集中于日本企業，全球半導體清洗設備行業的龍頭企業主要是迪恩士、東京電子、細美事、泛林等。其中，迪恩士處于絕對領先地位，2020年占據了全球半導體清洗設備45.1%的市場份額，東京電子、細美事和泛林分別占據約 25.3%、14.8%和12.5%。國內清洗設備企業主要有盛美股份、至純股份、北方華創、芯源微等企業，在單片清洗設備等方面有一定的突破。

（六）離子注入設備

2020年，全球離子注入設備市場規模約為9.94億美元。分廠商來看，應用材料占比高達70%，其次為亞舍立（Axcelis）占比20%，漢辰科技（AIBT）占有一定的市場份額，行業高度集中。在市場份額較小的太陽能電池制造領域，萬業企業（凱世通）、Intevac和日本真空幾乎占據了全部市場份額。由于芯片尺寸不斷縮小，為了實現淺層摻雜，低能大束流日漸成為主流。中國電子科技集團旗下的中科信已成功實現離子注入機全譜系產品國產化，包括中束流、大束流、高能、特種應用及第三代半導體等離子注入機，工藝已達到28納米。此外，國內廠商萬業企業（凱世通）在光伏離子注入機方面處于領先地位，而在集成電路用離子注入機方面，國內主流12英寸晶圓制造工廠已經在驗證萬業企業（凱世通）的集成電路設備，多家晶圓芯片制造廠正在評估萬業企業（凱世通）的產品。

（七）化學機械研磨設備

2020年，全球化學機械研磨設備市場規模約為20億美元，預計到2027年將增至29億美元，年增速約為5.8%。全球CMP設備廠商中，應用材料占據絕大部分份額，占比70%，其次為荏原機械（Ebara），占比25%，應用材料與日本荏原分別已實現5納米制程和部分材質5納米制程的工藝應用。國內CMP市場的高端部分仍然主要依賴于進口，在14納米以上最先進制程工藝的大生產線上所應用CMP設備僅由美國應用材料和日本荏原兩家國際巨頭提供。在成熟制程領域，以華海清科、天雋機電、中電45所、爍科精微等為代表的國內企業已經打破了國外巨頭常年壟斷的局面，并且已經在國內CMP市場占據了重要份額。

（八）熱處理設備

根據Gartner的數據，2020年全球熱處理設備市場規模15.37億美元，其中快速熱處理設備7.19億美元，占比46.8%；氧化/擴散爐5.5億美元，占比35.9%；柵極堆疊設備2.66億美元，占比17.3%。預計未來將保持穩定增長，2025年規模達到19.91億美元，復合年均增長率為6.7%。

在快速退火設備的市場格局中，應用材料占比69.72%，穩居全球第一。應用材料通過Vulcan系統實現了32/28納米及以下節點退火工藝，Vulcan系統是首個采用加熱燈的RTP平臺，可通過傳輸和多點溫度測量進行低溫加工，在近乎室溫下提供閉環控制能力，實現出色的晶圓工藝可重復性。熱處理設備中，中國廠商屹唐股份占比11.5%，位居全球第二，是中國集成電路設備中最具全球競爭力的企業之一，其他還包括日立國際電氣、維易科、斯庫林等。

此外，集成電路相關設備方面還有很多工具設備，例如搬運晶圓的大福（Daifuku）（集團）公司，面向半導體、液晶制造業提供自動化潔凈室輸送、存儲系統。潔凈室也是集成電路制造過程中的重要環境條件，目前國內有亞翔集成、十一科技等先進企業，已經在一定程度上實現了國產替代。

以國內企業的競爭力來看，我國在集成電路設備競爭中面臨絕對劣勢地位，關鍵設備、先進制程和核心技術依然掌握在美國、日本和歐洲大企業中，短時間內的追趕和超越困難極大。尤其是在美國發起對中國高科技領域“全場打擊”的背景下，集成電路產業發展面臨高端設備斷供、全球合作受限的危機，重點突破設備領域的“卡脖子”環節和“堵點”至關重要。然而，可喜的是，我國在集成電路設備領域各個環節均有一些創新型企業，盡管在先進制程、生產效率等方面與先進廠商有較大的差距，但在一定程度上保證了制造環節的穩定性。這些分布于集成電路全產業鏈的“火種”，為未來我國集成電路產業的安全可持續發展積蓄了力量。

四、我國在集成電路設備競爭和趕超中面臨的主要困難

集成電路設備產業本身規模不大，且在與晶圓制造超長產業鏈的融合下，行業領先企業與晶圓制造企業形成穩定的協同關系，極大地削弱了對新進入者的吸引力，并難以突破領先者形塑的技術路線。此外，在后發趕超過程中還會面臨領先企業依托自身優勢對后發者構筑的技術、知識、專利、標準等“進入壁壘”，并可能對后發者“精準狙擊”，形成“可置信”的威脅。這些都將成為我國集成電路設備領域參與全球競爭和趕超中面臨的主要困難。

（一）美日的壟斷地位及限制性政策成為中國發后趕超的現實障礙

在集成電路全球大分工的大潮下，美日歐相繼向產業鏈的兩端轉移（馮昭奎，2018），設備、材料、EDA、IP核以及設計成為這些國家維持全球集成電路產業控制力的首選，也因此形成今天其在設備領域的強大控制力。具體來看，美國擁有世界一流的設備企業，如應用材料、泛林半導體、科磊半導體和泰瑞達，這些公司的全球市場份額超過40%，并且都是制造半導體的關鍵設備，例如刻蝕、沉積和檢測設備。日本半導體設備在全球范圍內的市場占有率僅次于美國，除了全球排名第三的東京電子之外，還有多家排名在全球前15的半導體設備廠商，如迪恩士、日立高新、日立國際電氣、大福、尼康和愛德萬等，盡管單個企業在競爭力上弱于美國，但在細分領域的專業性也是獨占鰲頭。美國在前道設備上占絕對優勢，日本則在后道設備占據絕對優勢，兩國牢牢把控了芯片整個生產流程的關鍵設備和工具。阿斯麥是一家荷蘭公司，但由于阿斯麥在獲取EUV技術之時就向美承諾全部零部件采購中美國產品要占據55%以上的市場份額，且在《瓦森納協議》下其出口決策極大地受制于美國，這一家歐洲企業事實上處于美國的“有效控制”之中。設備領域在美日歐絕對控制的基本態勢下，其他集成電路制造國家和地區必然面臨來自產業鏈上游的壓力。例如，韓國盡管是存儲芯片的全球領導者（2021年，三星電子和SK海力士分別位居全球半導體企業的第一名和第四名），但在設備領域也只有一家相對較大的設備企業細美事（SEMES），且主要是面向三星公司提供產品和服務，近年來韓國也在培育一些中小半導體企業，例如Jusung Engineering等。從總體來看，由于傳統優勢國家和領先企業的強大控制力，后發國家和企業面臨領先者的策略性威脅。

除了正常的市場競爭外，以美國為首的西方發達國家對中國等“非盟友國家”實施新技術轉移限制政策，長期以來妄圖將中國鎖定在集成電路領域的低端環節。從不斷升級的《瓦森納協議》到不斷泛化的“實體清單”，進一步限制了中國企業與集成電路設備領先企業和國家的合作，企圖以此來阻止中國在集成電路等高科技領域的后發趕超。目前，用于10納米及更先進制程的半導體設備受到出口管制，即便是相對落后制程工藝的設備也面臨隨時被納入出口禁令的風險。

此外，在當前美國、日本和歐洲積極推動“制造業回流”和維持本國產業鏈供應鏈本地化背景下，美日歐積極推進集成電路制造的本地化，這勢必造成設備供應廠商優先供應其本國需要，導致我國在設備采購中面臨設備交付期延長、非先進制程受到擠壓等困難。例如美國眾議院在2022年2月通過的《美國競爭法案》提出，未來5年美國財政直接用于支持晶圓廠的資金將達到527億美元，以此吸引臺積電、三星等國外廠商到美投資晶圓廠，英特爾宣布增加對美本土制造領域投資；歐盟也于2022年2月發布了420億歐元的《芯片法案》，吸引和鼓勵臺積電、三星以及英特爾等國外廠商到歐洲建廠，博世也加大了在歐洲本土的芯片制造投資。

最后，隨著近年來美國提出的“中國威脅論”的發酵，集成電路領域的跨國資本流動已將中國排除在全球企業和技術并購范圍內，中國希望通過資本整合方式獲取技術和產能基本上無法實現，以傳統行業并購方式實現后發趕超的路徑也被排除在現實之外。

（二）行業的較小規模和長產業鏈屬性降低了后發者進入的吸引力

與集成電路整個行業相比，設備行業規模相對較小，對后發者來說難以達到規模經濟邊界并形成有效的吸引力。集成電路設備行業整體規模目前尚不足千億美元，具體細分設備領域的市場規模更小，現有在位者通過長年高強度的研發資本投入以及市場整合，實現了產品的有序組合和協同，已達到規模經濟水平。例如，應用材料2022年第一季度的研發投入高達25億美元，研發強度達到10.33%，擁有超過1.57萬項有效專利；阿斯麥2021年，研發支出為25億歐元，研發強度超過14%。目前，國內在設備工具方面涌現出大量新創企業，依托良好的產業支持和優惠政策，目前尚能實現盈利。盡管市場規模在持續增長，但在國產替代戰略下，快速增長的設備工具企業未來可能面臨訂單不足、難以達到盈虧平衡點的危機，且在市場規模相對穩定的狀態下，后發者進入極有可能面臨先發“寡頭”通過傾銷等方式實施的精準打擊。

另外，在集成電路行業極長的產業鏈及產業循環過程中，領先企業主導了行業技術路線的形成，后發者創造新技術路線實現后發趕超難度極大。從領先設備企業的發展路徑來看，一是集成電路設備企業十分注重全球化發展以分攤費用和風險，具體通過資本運作、設立全球辦事處等多種方式，實現其在產品、技術、關鍵零部件方面的市場控制。二是發揮企業自身的影響力，將企業標準泛化為行業標準，形成對產業發展的強大影響力，例如阿斯麥的浸入式光刻機成為極紫外光刻機出現之前光刻工藝的領先技術路線，并形成對材料、刻蝕設備、量測設備更新和配套的現實需求，刻蝕設備、量測設備等需要按照浸入式光刻工藝來研發設備。三是領先設備企業注重與IMEC等研究機構的合作，形成內部合作網絡，以提升設備之間的適配性，進而也形成對后發企業的“排除”效應。通過多種方式，集成電路設備領先企業形成了在產品、標準、工藝等方面的主導力，形塑了集成電路產業發展的技術路線。

（三）領先企業的自身優勢對后發者筑起“進入高墻”

領先企業不僅形成包括技術、知識、專利、標準等方面的累積優勢，更重要的是形成了客戶、相關配套產品、企業間相互合作和互補的產業生態，尤其是促使用戶形成路徑依賴，后發企業即便進入也面臨較高的市場風險。一方面，集成電路設備的發展與集成電路行業的進步如影相隨，領先企業在半導體行業超過半個世紀的發展歷程中積累了極為深厚的技術、專利等知識體系，成為后發者進入難以超越的“技術鴻溝”。東京電子于1963年創立，應用材料于1967年創立，科磊半導體于1976年成立，泛林半導體于1980年創立，行業龍頭企業擁有數十年甚至超過半個世紀的發展歷程，應當說是與半導體產業發展進程如影相隨，其不僅成為集成電路產業發展的受益者，也成為產業發展的創新供給者，先發者優勢形成的壁壘對追趕者造成巨大的威懾力。另外，設備企業之間具有強烈的互補和競爭模式，產業內部的資本交易頻繁，領先企業通過并購補足自身的產品線短板，形成可為制造、設計、封裝、測試所用的完整解決方案，甚至通過免費“搭售”行為對新進企業予以打擊。

另一方面，領先企業超長的產品線對用戶形成強大的鎖定效應。從行業龍頭企業的發展來看，除光刻機外，集成電路的領先設備企業都有較長的產品線，實現了從設備制造到軟件服務和材料供給的延伸，主要企業也從單一的設備供應商向系統性服務供應商轉型，企業可以為現有晶圓廠提供強大的支持，形成對晶圓廠的鎖定效應，后發企業進入難度加大。泛林從刻蝕起步，東京電子從擴散設備起步，后來都發展為具有沉積、刻蝕、清洗、量測等全產品線的設備制造企業，這種按照客戶生產流程不斷增強設備供應能力的發展模式有助于形成系統化的解決方案，這不僅鎖定了下游主要用戶，更增強了自身的議價能力和對新進入者的震懾效應。設備廠商注重與半導體行業大廠的協同合作，密切關注客戶需求，通過為客戶提供解決方案，不斷鞏固雙方之間的關系，形成對行業領先用戶的有效鎖定。

五、提高我國集成電路設備競爭力以保障產業安全的對策建議

針對當前我國在集成電路設備競爭和趕超中面臨的主要困難，未來需進一步保持戰略定力，推動設備領域的國產化和趕超發展。這不僅要著眼于長期發展目標以加大政策支持力度和創新政策工具，也要把握技術、市場等機會窗口期推動產業躍遷，并強化國際合作尤其是與韓國等處于類似市場地位的國家合作，完善我國在設備領域的全球供應鏈體系。

（一）保持長期戰略定力，立足長期推動國產設備不斷提升

集成電路產業的高度全球化決定了其容易受地緣政治格局變化的影響，當前我國在集成電路產業發展過程中不僅面臨美國的封鎖，日本、歐洲等也在新的全球競爭格局下強化本土供應鏈系統安全，加速科技領域的自立自強也是我國當前實施集成電路領域尤其是設備領域的必然選擇。從長遠來看，美國的打壓對于我國在集成電路設備國產化方面來說具有積極的促動作用，有利于我國提升產業自主性和安全性。此外，從集成電路設備的細分領域來看，我國在各個細分領域均有一些初創型企業并形成一定的自給能力，在一定程度上為我國集成電路產業安全提供了基本支撐。

但是，由于設備在集成電路產業系統中的極端重要性，領先設備企業在行業內形成了短期內難以趕超的優勢，國產設備在制程精度、穩定性、產能、成本、效率等方面劣勢突出，對于集成電路設備購買企業來說，如若美國采取周期性的“封鎖”與“開放”交替策略，極易對現有致力于自主創新的設備研發和制造企業造成極大的擾動。因此，對于國家和產業界而言，要從國家安全和產業鏈供應鏈安全的視角，牢固樹立在集成電路等重要領域自立自強的戰略定力（江飛濤，2022）。立足長遠發展，利用國內國際大市場“雙循環”的獨特優勢（劉志彪和凌永輝，2021），不僅要在當前嚴峻的國際形勢下加大對設備領域的支持力度，也要在外部環境緩和時保持政策的持續性和穩定性，推動我國在設備領域的自力更生、自主創新和迭代升級。

（二）加大政策支持力度，吸引社會資本對國產設備的積極投資

盡管阿斯麥EUV光刻機的單價超過1億美元，但與通用性機械設備不同，集成電路設備具有極高的資產專用性，全球產業規模也只有不到千億美元，且目前主要被美日歐龍頭企業所控制。作為后發企業，在進入芯片設備行業時面臨的一個重要風險就是——較小的產業規模難以形成有效的規模經濟，也就難以保證合理的投資收益。新進企業經營風險極高，這極易造成市場投資不足，這也是我國集成電路設備領域未來發展面臨的最大的風險之一。隨著數字經濟的不斷深化和發展，集成電路在未來產業發展和國家安全中極端重要，迫切需要國家加大投入以彌補市場投資的不足，尤其是通過風險補償和創造投資回報預期刺激和激勵企業投資。具體來看，可以在如下幾方面進一步加大政策支持力度：一是加大基礎研究和基礎應用研究投入，重點支持精密材料、超精密制造、智能化系統和微型動力系統等方面的基礎研究，為集成電路設備以及各類產業升級創造條件。二是加大對設備研發企業、制造企業和使用企業的支持，推動設備研制用融通發展，包括加大重大設備（例如光刻機、刻蝕機、鍍膜機、離子注入設備等）研發投入，鼓勵針對相對細分領域（例如清洗、量測、化學機械研磨、熱處理等）的研發用合作投資及財政支持，進一步加大對首臺套用戶的退稅、抵稅和專項支持，加快設備的國產化進程。三是加大人才培養，推動集成電路學院的跨學科融合，探索機械、電子、光學、物理、金融等多學科人才的聯合培養，強化微電子學院對機械和設備領域的關注。可以借鑒臺灣地區工研院模式，建議由大基金二期設立專項研發基金，支持中芯國際、華虹半導體等晶圓廠用戶牽頭成立集成電路產業研究院，作為研究、開發、試驗、小試的共性平臺，吸引各類設備、材料企業將其樣機、原型機在平臺中使用和推廣，以為逐步改善和獲得業界認可提供機會。

（三）把握行業成長規律，為不同發展階段企業提供精準性支持工具

從半個多世紀集成電路設備發展的歷程來看，領先企業成長過程表現出這樣一條規律：企業在初創期立足于細分市場開發新產品，并以顛覆性產品迅速占領市場，在成長的過程中業務范圍外溢和開發多產品體系，并在擴張過程中進入更多的細分領域（或是通過業務拓展，以日本和歐洲企業為主；或是通過市場并購，以美國企業為主），最終形成以設備為載體的一體化專業服務供應商。因此，在支持我國集成電路設備領域過程中，需要科學把握行業成長規律，采用更加科學、精準的方式來支持國產設備企業發展。一是對于目前尚處于起步階段的重點設備或可能發展出新技術路線的設備，支持重點環節突破和在新技術路線上企業的突破創新。延續國家對重點項目的支持（例如光刻機、鍍膜設備等），可采取指定機構、揭榜掛帥等創新方式鼓勵各類研發和經營主體參與，鼓勵各類創新主體立足自身特長和優勢定位細分市場，形成在技術、專利、產品等方面的獨特優勢。二是發揮行業“鏈主”企業的引領和融通作用，國家支持、龍頭企業引領和協調設備領域更有效布局和更高效協同，繪制產業地圖、專利地圖、產業鏈地圖等，切實發現產業鏈供應鏈的短板環節重點投資。鑒于當前我國集成電路行業龍頭企業影響力有限的現實，可把握當前中央企業打造現代產業鏈鏈長的契機，由中央企業牽頭，利用用戶優勢、資本優勢、人才優勢、體制優勢等，推動各個細分領域設備企業合作和協同發展（劉建麗，2021）。也可發揮中芯國際等晶圓制造企業對上下游企業的牽引作用，推動設備制造企業、材料廠、晶圓廠、封裝廠等的協同發展。此外，要重視對華為、中興、比亞迪、中車等集終端用戶和芯片設計工序于一體的應用端龍頭企業的支持，支持其與相關設備企業的合作發展。三是在全球集成電路產業快速增長的基礎上，預期未來集成電路產業將進入周期性過剩階段，要充分把握窗口期，鼓勵國內集成電路產業的橫向和縱向整合，鼓勵國內資本的海外并購，鼓勵非尖端技術和企業被海外并購，提升國內資本與海外市場的互動水平。

（四）把握技術和商業機會窗口，實現國產設備的的技術躍遷

后發國家實現追趕的重要條件是新情境下帶來的機會窗口（Lee和Malerba，2017），這對于芯片設備的國產化來說依然重要。一是要注重技術和工藝變革窗口的把握，探索在新技術或者工藝路線上的“換道超車”。以光刻機為例，傳統上的深紫外光刻機為尼康和佳能2家日本企業所壟斷，后進入者阿斯麥遠遠無法與之匹敵，然而，在摩爾定律的推動下，傳統深紫外光光源難以實現14納米及更高制程要求，阿斯麥則從浸入式光刻機開始，到“傾力投入極紫外光源（ALL IN EUV）”技術，不僅實現了技術上的絕對領先，更是整合了上游的設備、零部件、材料等一系列供應商，并與晶圓廠形成緊密合作，形成了在光刻機領域的絕對領先地位（吳曉波等，2021）。目前集成電路產業已從摩爾定律階段進入超越摩爾定律階段（劉建麗和李先軍，2019），傳統技術路線面臨難以突破的“邊緣”，這其中會形成新的機會窗口期。例如量子芯片、光子芯片等快速發展，需要關注未來芯片發展的多種技術路線，有效協同資源，支持在特定技術路線上有積極性的企業、企業聯盟等予以突破。二是積極把握商業機會窗口，實現在新建產能上的進入。2020年以來，盡管經濟總體低迷，但芯片產業保持快速增長態勢，尤其是我國大量新建產能滿足現有需求和數字經濟發展帶來的新需求，這為我國國產設備進入新客戶市場創造了極佳的商業窗口。以存儲器市場為例，我國近年來新建了大量的晶圓廠，這為國產光刻機、刻蝕機、離子注入、清洗等設備發展創造了良好的投資預期。

（五）加強國際產能合作，融入并整合全球設備產業鏈

集成電路產業的高度全球化決定了產業發展必須重視國際合作，即便是在當前面臨美國“小院高墻”和“全場打擊”的嚴峻環境下亦是如此（李先軍和劉建麗，2021）。一是要在考慮創新技術軌道的同時，始終保持與主流技術路線的良好互動，通過與知識產權機構、企業、非政府組織合作等多種形式，保證我國與美日歐在集成電路設備領域的協同發展。建議進一步提高“半導體跨境產業服務工作委員會”的工作范圍，推動其建設成為中國半導體產業全球合作事務的咨詢和協調機構。二是加強與韓國等具有共同需求和期望的國家和地區合作。韓國與我國在集成電路產業的短板方面具有高度的相似性，設備和材料都受制于美日，尤其是受日韓關系影響更為突出（丸川知雄，2020）。我國可加強與韓國在設備和材料方面的合作，利用我國工業體系完整、細分領域可替代、企業數量眾多的優勢，結合韓國在集成電路制造和龐大市場需求方面的優勢，中韓合作培育設備和材料制造企業，提高兩國集成電路的供應鏈安全。三是打造全球技術合作平臺。借鑒比利時微電子研究中心（IMEC），成立東方微電子研究中心（OMEC），打造面向全球的知識共享、項目合作的集成電路及相關領域的開放平臺。總部可選擇設立在上海，發揮其全球區位、科研院所、集成電路產業等方面優勢，打造一個跨國界、跨學科、跨組織，以學術研究為支撐、項目研究為具體內容、服務產業和企業為基本內容的全球知識共享和創造平臺，真正推進中國集成電路研究開發、產業化融入全球創新鏈產業鏈，以開放集聚資源和贏得信任，提升中國設備和材料在全球集成電路產業的參與度。