似乎有不少分析師最近提出，今年下半年缺芯問題就會得到緩解——這一結論的觀察角度未知。但從半導體制造材料和設備的角度來看，無論如何都很難得出這樣的結論。。.

細致到可以深究成熟工藝的光掩模（photomask）短缺問題——據說也是近期才發現的，尤其是28nm及以上工藝的產能開始受到掩模短缺問題的影響。不過這并非本文要談的重點，未來或許我們可以單獨撰文探討；而更迫在眉睫的乃是光刻機的短缺。

前不僅Intel才宣布了原本位于俄勒岡州波特蘭（Portland）的一臺EUV（極紫外光）光刻機，已經遷往愛爾蘭Fab 34工廠。如果說光刻機夠用的話，也不至如此了。這只是光刻機當前及未來很長一段時間內將要短缺的一個縮影，它給行業和不同企業帶來的不確定性將是深遠的。比如單說Intel要在2025年奪回尖端制造工藝王座，在EUV光刻機都無法滿足其生產需求的情況下，根本就是無從談起的。

不光是EUV光刻，前不久ASML剛剛發出警示信號今年只會有60%的DUV（深紫外光）光刻機訂單得到滿足。在致分析師與投資者的季報電話會議上，ASML首席執行官Peter Wennink表示：“盡管當前宏觀經濟環境存在不確定性，我們仍然相信市場的根本驅動力不變。我們持續看到覆蓋全部市場范疇、前所未見的客戶需求，從先進到成熟工藝節點。我們正開足最大馬力，并預期到明年需求仍將超過供給。”

ASML計劃今年發貨55臺EUV光刻設備（EUV scanner），以及大約240臺DUV光刻機。目前其DUV光刻機未交付訂單超過了500臺，所以購買全新DUV光刻設備（包括用于成熟和尖端工藝節點的）的訂單交付期（或者說間隔期）大約是2年。今年僅能滿足60%的DUV訂單需求。以全速輸出能力運轉，關鍵問題也就是產能極限了。

不過本文著重來談談EUV光刻機的缺貨問題。

EUV光刻機需求側現狀

在《評估Intel超越臺積電的可能性》一文里，我們已經大致提到過Intel很快就要面臨EUV光刻機根本買不到的尷尬了——這對Intel接下來異常關鍵的3、4年來說簡直就是災難，因為其后續尖端制造工藝都需要EUV光刻機。

臺積電和三星從7nm工藝節點就開始應用EUV光刻層了，并且在隨后的工藝迭代中，逐步增加半導體制造過程中的EUV光刻層數。借助EUV光刻，所需制造工序數量更少，圖案保真度更高，節省時間和良率成本。Intel則將在接下來的工藝節點（Intel 4）引入EUV光刻技術，相較其他兩家更晚。在這個時間點也顯得最為尷尬，起碼另外兩家已經應用EUV光刻2代以上了，EUV光刻機有儲備。

更具體地說，臺積電Fab 15的5、6、7期在跑7nm EUV光刻工藝。Fab 18的1、2、3期造5nm工藝；預計2024年5nm工藝要達到240k片晶圓/月的產能；亞利桑那州Fab 21的5nm產能要增加額外的20k片晶圓/月。Fab 18的4、5、6期做3nm擴產，預計在產能上還要比5nm更高。Fab 20的1、2、3、4期在規劃2nm。

三星這邊，其實除了邏輯晶圓7nm、5nm、3nm工藝需求EUV光刻，另外DRAM存儲對EUV光刻的應用也會需求量增大。其1z節點就在行業內率先引入了EUV光刻，有1個EUV光刻層，而1 alpha節點預計提量會有5個EUV光刻層。目前其華城（Hwaseong）和平澤（Pyeongtaek）的Fab廠有EUV設備，平澤還預備大規模擴產，以及規劃中的奧斯汀邏輯fab廠也將應用EUV光刻技術。

Intel當前有3個研發fab廠需求EUV光刻工具，1個生產fab廠可裝配EUV光刻機——不過后者目前似乎還沒有裝上EUV工具。而且Intel當前還在擴建8個可應用EUV的生產fab廠。應該說，在3家尖端工藝邏輯晶圓廠方面，臺積電的EUV工具數量是遠超三星的；Intel則因為入局最晚，現在是最被動的。

另外既然三星作為DRAM供應商需求EUV光刻機，那么SK海力士、美光自然就不會例外。美光宣布1 delta與1 gamma節點要應用EUV光刻；SK海力士的1 alpha節點已經在基于EUV光刻做生產，大約5個光刻層，據說也給ASML下了比較大的訂單；另外南亞科技似乎也有應用EUV的準備。

IC Knowledge基于以上動向給出了他們對于EUV光刻工具需求與供給側的預期。上面這張圖柱狀條表示光刻設備需求量（空心的是預期），而折線表示ASML實際能夠提供的量（虛線為預期）。從2021年的柱狀條可見，臺積電掌握著超過一半的光刻系統，三星次之，隨后是Intel。IC Knowledge認為，2022-2024年市場對于EUV光刻工具的需求量會增多。則預計2022年會有18臺設備短缺，2023年短缺12臺，2024年短缺20臺。

從這樣的情勢來看，至少未來3年內，依賴尖端制造工藝的芯片都將受制于EUV光刻設備的不足（通常是PC、手機以及更多HPC類應用）。作為僅剩的3家尖端制造工藝晶圓廠，Intel可能成為其中最艱難的。前不久就有消息說Intel CEO亦談到了EUV光刻系統會成為未來建新廠的瓶頸。

比較有趣的是，Scotten Jones上個月發表評論說：“我認為EUV系統短缺產生的影響，還在于對于EUV光刻層的使用問題上。”“EUV對于橫向的nanosheet而言更重要。”在3nm解讀文章里，我們大致談到過三星3nm GAAFET新型晶體管結構，它對EUV更為依賴。

而由于EUV光刻系統短缺，“我相信那些企業會被迫將EUV應用到影響更大的層上，并在其他部分層繼續使用多重曝光。”這也是個挺有趣的解讀思路，畢竟Intel 7工藝就沒有使用EUV光刻，但晶體管密度也達到了臺積電7nm的相似水平。在EUV光刻機短缺的大前提下，大概更多晶圓廠也不得不考慮減少芯片制造的EUV光刻層，并將某些原本可以用EUV光刻的層改用DUV做多重曝光了。

ASML這邊的瓶頸，可能是“玻璃”

其實ASML今年Q1的財報并不能看出太多驚喜，不過訂單量之多（70億歐元）還是讓人感受到了行業的供需不平衡現狀的。投資者普遍比較關心的是ASML有沒有可能提量來滿足市場需求。Peter Wennick對此似乎并不是很有信心，倒是反復提及要等等看2025年的可能性，可能以其作為解決供應鏈問題的目標時間。2025年？Intel欲哭無淚啊。。.

Semiconductor Advisors LLC的分析師提到，ASML產能受限并不是因為芯片，也不是因為疫情或者俄烏沖突，問題是出在了ASML的供應商身上。造成瓶頸的關鍵供應商就是德國的蔡司（Zeiss）。所以這部分的小標題用了“玻璃”——以前我們就總在開玩笑說，磨玻璃的比玩沙子的高級。當然單純用玻璃來代表蔡司是不對的，應該說是光刻機上的鏡組和光學系統。

對ASML光刻機有了解的讀者應該會很清楚，蔡司是當代尖端光刻工藝幾乎唯一的光學鏡組供應商。Semiconductor Advisors分析師表示ASML在這個部分是全部依賴于蔡司的，別無二選。玩攝影的同學對蔡司應當不會陌生（vivo之類的手機消費品上，現在也頻繁出現蔡司的小藍標了），這是德國的百年光學大廠（總有各種手工打磨鏡片的傳說）。不過蔡司并不是一家典型的商業企業，從組織屬性來說賺錢也非第一要務。

據說一方面蔡司本身并沒有足夠的空間來增加產能，且基于其組織屬性和百年傳統，也無意于加快速度。不過Semiconductor Advisors的這個說法是否確切，可能還有待做進一步的考證。他們也并沒有提供有關蔡司構成EUV光刻機輸出瓶頸的論據。只不過在全球缺芯，ASML還缺光刻機的當下，蔡司的確可能成為產能瓶頸的重要一環。

只是越來越多導致缺芯的因素和瓶頸出現，或許會讓更多的企業和政府反思半導體制造全球化的合理性。就像此前我們在俄烏沖突評論文章里提到的，現下的各種問題，從疫情到缺芯，從局部沖突到全球貿易爭端，都將半導體行業推向一定程度的區域化（regionalization）-而非全球化。當半導體制造被全球僅有的1-2家公司卡住咽喉，對任何企業和政府來說都不會是什么好事；起碼要有備選方案。

這是持續如此之久的缺芯潮，暴露出的最大問題，雖然在半導體尖端制造工藝這個人類精密加工技術的皇冠上——從技術層面來看——現階段任何國家和地區的區域化可能都不大現實。