设备是集成电路制造的“母机”，是保障我国集成电路产业安全的基础。从全球范围来看，集成电路设备领域被美国、日本和欧洲巨头所把控，留给后发国家和地区的空间极为有限。然而，在近年来我国推动集成电路产业发展的大背景下，集成电路设备各个环节涌现出一大批创新型企业，部分领域取得了一些突破。在对集成电路产业设备全球市场竞争分析的基础上，从具体细分领域的典型企业视角出发，分析我国在集成电路设备领域赶超的现实困境，进而提出一些对策建议，以期为我国集成电路产业赶超发展、助推集成电路产业安全提供参考。

集成电路设备的构成及全球市场发展态势

芯片制造设备总体可分为用于晶圆制造的前道设备和用于组装、测试及封装的后道设备两类。前道设备的精密度和效率决定了芯片的功能和先进性，其包括多达50余种不同类型的、高度专业化的设备，服务于芯片制造的上千个步骤中，包括光刻、刻蚀、镀膜/沉积、离子注入、化学机械研磨、清洁等过程控制等，制造工艺的复杂性势必要求设备制造厂商与晶圆厂、材料供应商、研究机构等加强联系以形成稳定的供应链；后道工艺步骤较少，所需要的设备类型也较少，从而大大降低了后道工厂的投资成本。从生产流程来看，晶圆制造涉及到的主要设备有光刻机、刻蚀设备、镀膜/沉积设备、量测设备、清洗设备、离子注入设备、化学机械研磨设备、热处理设备、封装设备等九大类关键设备。

根据国际半导体产业协会（SEMI）的数据显示，2020年全球半导体设备销售额约711.9亿美元，较2008年的295.2亿美元增长1.41倍，年均复合增长率达到7.61%，远远超过同期全球GDP增速。根据国际半导体产业协会（SEMI）预测，2022年全球半导体设备销售额为1013亿美元，同比增长34.1%和6.3%。

从发展态势来看，集成电路设备市场的发展与集成电路产业的全球演化高度匹配。从需求端的设备消费来看，美国、日本和欧洲从2008年51.22%的市场份额下降到2020年的23.53%，日本从全球第一的市场份额下降到全球第四；大陆、台湾地区和韩国成为全球主要的集成电路设备销售地，从2008年的39.94%上升到2020年的72.98%。

从集成电路设备的全球发展态势以及竞争态势来看，设备领域总体上保持较高的增长态势，尤其是自动化、智能化、高效化的设备，为集成电路产业在摩尔定律驱动下的快速成长提供了基础支撑。然而，集成电路设备的消费与生产“倒挂”，大陆、台湾地区和韩国是全球最大的设备消费国（地区），但美国、日本和欧洲却是最主要的设备生产国和技术来源国，我国集成电路产业的发展在设备环节的“短板”极为显著，成为影响产业安全和产业链稳定的重要隐患。

从全球集成电路设备的领先企业来看，顶端巨头拥有行业内的绝对控制能力，并成为行业发展的技术路线主導者，但由于集成电路制造过程的多流程、高精度、高可靠性要求，在专业化分工的驱动下，中小企业在一些细分领域获取一定的竞争力，这也为处于后发追赶阶段的我国集成电路产业发展提供了“机会窗口”。

我国在集成电路设备竞争和赶超中面临的主要困难

集成电路产业链设备种类、型号较多，不同制程的生产线需要不同技术范式和工作原理的设备，导致设备表现出极强的复杂度。在面临美日欧主导和控制且美国对华政策日趋紧张的大背景下，我国在集成电路设备领域的赶超面临前所未有的紧张环境。而集成电路设备产业本身规模不大，且在与晶圆制造超长产业链的融合下，行业领先企业与晶圆制造企业形成稳定的协同关系，极大地削弱了对新进入者的吸引力，并难以突破领先者形塑的技术路线。此外，在后发赶超过程中还会面临领先企业依托自身优势对后发者构筑的技术、知识、专利、标准等“进入壁垒”，并可能在对后发者“精准狙击”形成“可置信”的威胁。这些都将成为我国集成电路设备领域参与全球竞争和赶超中面临的主要困难。

美日的垄断地位及限制性政策成为中国后发赶超的现实障碍。在集成电路全球大分工的大潮下，美日欧相继向产业链的两端转移，设备、材料、EDA和IP核以及设计成为这些国家维持在全球集成电路产业控制力的首选，也为此形成今天其在设备领域的强大控制力。在美日欧保持在设备领域绝对控制的基本态势下，其他集成电路制造国家和地区必然面临来自产业链上游的压力。除正常的市场竞争外，以美国为首的西方发达国家对中国等“非盟友国家”实施新技术转移限制政策，长期以来妄图将中国锁定在集成电路领域的低端环节。

此外，在当前美国、欧洲和日本积极推动“制造业回流”和维持本国产业链供应链本地化背景下，美日欧积极推进集成电路制造的本地化，这势必造成设备供应厂商优先供应其本国需要，我国在设备采购中面临设备交付期延长、非先进制程受到挤压等困难。未来5年美国财政直接用于支持晶圆厂的资金将达到527亿美元，吸引台积电、三星等国外厂商到美投资晶圆厂，英特尔宣布增加对美本土制造领域投资；欧盟也于2022年2月发布了420亿欧元的《芯片法案》，吸引和鼓励台积电、三星以及英特尔等外国厂商到欧洲建厂，博世也加大了在欧洲本土的芯片制造投资。而随着近年来美国提出“中国威胁论”的发酵，集成电路领域的跨国资本流动已将中国排除在全球企业和技术并购范围外，中国希望通过资本整合方式获取技术和产能基本上无法实现，以传统行业并购方式实现后发赶超的路径也被排除在现实之中。

行业的较小规模和长产业链属性降低了后发者进入的吸引力。与集成电路整个行业相比，设备行业规模相对较小，对后发者来说难以达到规模经济边界并形成有效的吸引力。尽管市场规模在持续增长，但在自主可控战略下，快速增长的设备工具企业未来可能面临订单不足、难以达到盈亏平衡点的危机，且在市场规模相对稳定的状态下，后发者进入极有可能面临先发“寡头”通过倾销等方式实施的精准打击。

另外，在集成电路行业极长的产业链及产业循环过程中，领先企业主导行业技术线路的形成，后发者创造新技术路线实现后发赶超难度极大。从领先设备企业的发展路径来看，一是集成电路设备企业十分注重全球化发展以分摊费用和风险，具体通过资本运作、设立全球办事处等多种方式，实现其在产品、技术、关键零部件方面的市场控制。二是发挥企业自身的影响力，将企业标准泛化为行业标准，形成对产业发展的强大影响力。三是领先设备企业注重与IMEC等研究机构的合作，形成内部合作网络，以提升设备之间的适配性，进而也形成对后发企业的“排除”效应。通过多种方式，集成电路设备领先企业形成了在产品、标准、工艺等方面的主导力，形塑了集成电路产业发展的技术路线。另一方面，领先企业超长的产品线对用户形成强大的锁定效应。设备厂商注重与半导体行业大厂的协同合作，密切关注客户需求，通过提供客户解决方案，不断巩固双方之间的关系，形成对行业领先用户的有效锁定。

提高我国集成电路设备竞争力以保障产业安全的对策建议

针对当前我国在集成电路设备竞争和赶超中面临的主要困难，未来需进一步保持战略定力，推动设备领域的国产化和赶超发展。不仅要着眼于长期发展目标以加大政策支持力度和创新政策工具，也要把握技术、市场等机会窗口期推动产业跃迁，并强化国际合作尤其是与韩国等处于类似市场地位的国家合作，完善我国在设备领域的全球供应链体系。保持长期战略定力，立足长期推动国产设备不断提升。集成电路产业的高度全球化决定了其容易受地缘政治格局变化的影响，当前我国在集成电路产业发展过程中不仅面临美国的封锁行为，欧洲、日本等也在新的全球竞争格局下强化本土供应链系统安全，加速科技领域的自立自强也是我国当前实施集成电路领域尤其是设备领域的必然选择。从集成电路设备的细分领域来看，我国在各个细分领域均有一些初创型企业并形成一定的自给能力，在一定程度上为我国集成电路产业安全提供了基本支撑能力。

但由于设备在集成电路产业系统中的极端重要性，领先设备企业在行业内形成短期内难以赶超的优势，国产设备在制程精度、稳定性、产能、成本、效率等方面劣势突出，对于集成电路设备购买企业来说，如若美国采取周期性的“封锁”与“开放”交替策略，极易对现有致力于自主创新的设备研发和制造企业造成极大地扰动。因此，对于国家和产业界而言，要从国家安全和产业链供应链安全的视角，牢固树立在集成电路等重要领域自立自强的战略定力，立足长远发展，不仅要在当前严峻的国际形势下加大对设备领域的支持力度，也要在外部环境缓和时保持政策的持续性和稳定性，推动我国在设备领域的自力更生、自主创新和迭代升级。

加大政策支持力度，吸引社会资本对国产设备的积极投资。与通用性机械设备不同，集成电路设备具有极高的资产专用性，全球产业规模也只有不到千亿美元，且目前主要被美日欧龙头企业所控制，作为后发企业在进入芯片设备行业中面临的一个重要风险就是——较小的产业规模难以形成有效的规模经济，也就难以保证合理的投资收益，新进企业经营风险极高，这极易造成市场投资不足，这也是我国集成电路设备领域未來发展最大的风险之一。随着数字经济的不断深化和发展，集成电路在未来产业发展和国家安全中极端重要，迫切需要国家加大投入以弥补市场投资的不足，尤其是通过风险补偿和创造投资回报预期刺激和激励企业投资。具体来看，可以在如下几方面进一步加大政策支持力度：

一是加大基础研究和基础应用研究投入，重点支持精密材料、超精密制造、智能化系统、微型动力系统等方面的基础研究，为集成电路设备以及各类产业升级创造条件。二是加大对设备研发企业、制造企业和使用企业的支持，推动设备研制用融通发展，包括加大重大设备（例如光刻机、刻蚀机、镀膜机、离子注入设备）研发投入，鼓励针对相对细分领域（例如清洗、量测、化学机械研磨、热处理）的研发用合作投资及财政支持，进一步加大对首台（套）用户的退税、抵税和专项支持，加速设备的国产化进程。三是加大人才培养，推动集成电路学院的跨学科融合，探索机械、电子、光学、物理、金融等多学科人才的联合培养，强化微电子学院对机械和设备领域的关注。可以借鉴台湾地区工研院模式，建议由大基金二期设立专项研发基金，支持中芯国际、华虹半导体等晶圆厂用户牵头成立集成电路产业研究院，作为研究、开发、试验、小试的共性平台，吸引各类设备、材料企业将其样机、原型机在平台中使用和推广，以为逐步改善和获得业界认可提供机会。

把握行业成长规律，为不同发展阶段企业提供精准性支持工具。从半个多世纪集成电路设备发展的历程来看，领先企业成长过程表现出这样一条规律：企业在初创期立足于细分市场开发新产品，并以颠覆性产品迅速占领市场，在成长的过程中业务范围外溢和开发多产品体系，并在扩张过程中进入更多的细分领域，最终形成以设备为载体的一体化专业服务供应商。为此，在支持我国集成电路设备领域过程中，需要科学把握行业成长规律，采用更加科学、精准的方式来支持国产设备企业发展。

一是对于目前尚处于起步阶段的重点设备或可能发展出新技术路线的设备，支持重点环节突破和在新技术线路上企业的突破创新。延续国家对重点项目的支持，可采取指定机构、揭榜挂帅等创新方式鼓励各类研发和经营主体参与；鼓励各类创新主体立足自身特长和优势定位细分市场，形成在技术、专利、产品等方面的独特优势。二是发挥行业“链主”企业的引领和融通作用，国家支持、龙头企业引领和协调设备领域更有效布局和更高效协同，绘制产业地图、专利地图、产业链地图等，切实发现产业链供应链的短板环节重点投资。鉴于当前我国集成电路行业龙头企业影响力有限的现实，可把握当前中央企业打造现代产业链链长的契机，由中央企业牵头，利用用户优势、资本优势、人才优势、体制优势等，推动各个细分领域设备企业合作和协同发展。也可发挥中芯国际等晶圆制造企业对上下游企业的牵引作用，推动设备制造企业、材料厂、晶圆厂、封装厂等的协同发展。此外，要重视对华为、中兴、比亚迪、中车等集终端用户和芯片设计工序于一体的应用端龙头企业支持，支持其与相关设备企业的合作发展。三是在全球集成电路产业快速增长的基础上，预期未来集成电路产业将进入周期性过剩阶段，要充分把握窗口期，鼓励国内集成电路产业的横向和纵向整合，鼓励国内资本的海外并购，鼓励非尖端技术和企业被海外并购，提升国内资本与海外市场的互动水平。

把握技术和商业机会窗口，实现国产设备的的技术跃迁。后发国家实现追赶的重要条件是新情境下带来的机会窗口，这对于芯片设备的国产化来说依然重要。一是要注重技术和工艺变革窗口的把握，探索在新技术或者工艺路线上的“换道超车”。以光刻机为例，传统上的深紫外光刻机为尼康和佳能两家日本企业所垄断，后进入者阿斯麦远远无法与之匹敌，然而，在摩尔定律的推动下，传统深紫外光光源难以实现14纳米及更高制程要求，阿斯麦则从浸入式光刻机开始，到“倾力投入极紫外光源”技术，不仅实现了技术上的决对领先，更是整合了上游的设备、零部件、材料等一系列供应商，并与晶圆厂形成紧密合作，形成了在光刻机领域的决对领先地位。目前集成电路产业已从摩尔定律阶段进入超越摩尔定律阶段，传统技术路线面临难以突破的“边缘”，这其中会形成新的机会窗口期，例如量子芯片、光子芯片等快速发展，需要关注未来芯片发展的多种技术路线，有效协同资源支持在特定技术路线上有积极性的企业、企业联盟等予以突破。二是积极把握商业机会窗口，实现在新建产能上的进入。2020年以来，尽管经济总体低迷，但芯片产业保持快速增长态势，尤其是我国大量新建产能以满足现有需求和数字经济发展带来的新需求，这为我国国产设备进入新客户创造了极佳的商业窗口。以存储器市场为例，我国近年来新建了大量的晶圆厂，这为国产光刻机、刻蚀机、离子注入、清洗等设备发展创造了良好的投资预期。

加强国际产能合作，融入并整合全球设备产业链。集成电路产业的高度全球化决定了产业发展必须重视国际合作，即便是在当前面临美国“小院高墙”和“全场打击”的严峻环境下亦是如此。

一是要在考虑创新技术轨道的同时，要始终保持与主流技术线路的良好互动，通过与知识产权机构、企业、非政府组织合作等多种形式，保证我国与美日欧在集成电路设备领域的协同发展，建议进一步提高“半导体跨境产业服务工作委员会”的工作范围，推动其建设为中国半导体产业全球合作事务的咨询和协调机构。二是加强与韩国等具有共同需求和期望的国家和地区合作。韩国与我国在集成电路产业的短板方面具有高度的相似性，设备和材料都受制于美日控制，尤其是受日韩关系影响更为突出。我国可加强与韩国在设备和材料方面的合作，利用我国工业体系完整、细分领域可替代、企业数量众多的优势，结合韩国在集成电路制造和庞大市场需求的优势，中韩合作培育设备和材料制造企业，提高两国集成电路的供应链安全。三是打造全球技术合作平台，借鉴比利时微电子研究中心，成立东方微电子研究中心，打造面向全球的知识共享、项目合作的集成电路及相关领域的开放平台。总部可选择设立在上海，发挥其全球区位、科研院所、集成电路产业等方面优势，打造一个跨国界、跨学科、跨组织，以学术研究为支撑、项目研究为具体内容、服务产业和企业为基本内容的全球知识共享和创造平台，真正推进中国集成电路研究开发、产业化融入全球创新链产业链，以开放集聚资源和赢得信任，提升中国设备和材料在全球集成电路产业的参与度。