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光刻:美国与荷兰日本达成“最强”对华限制协议?将倒逼中国自研半导体设备

时间:2023-02-02 15:45:45 | 来源:

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据彭博社报道,日本、荷兰已经同意加入美国针对中国的半导体制裁。三国将组建反华技术封锁网络:荷兰或将全面禁止向中国出口DUV光刻机和配件、技术服务;日本将全面禁止出口半导体生产制造配套材料和原料。

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美国在去年10月对中国推出全面的半导体生产设备出口管制,同时还拉拢日本与荷兰等盟国,共同对中国推出半导体设备禁令。三国联盟近乎全面封锁中国购买制造尖端芯片所需设备的能力。

现在,“硅幕”正在落下。

对华“最强”限制协议

2023年1月28日,美国、荷兰与日本在经过数月的谈判后,最终就共同限制向中国出口半导体设备达成共识,它们将联手阻止中国获取发展先进芯片、量子计算、人工智能等所需的技术。

荷兰阿斯麦(ASML)、日本尼康(Nikon)和日本东京电子(TEL)等半导体设备巨头的对华出口,都将执行新的标准。在继续禁绝向中国企业出售EUV光刻机的基础上,新的联盟扩大了管制范围 ——中国发展先进半导体所需的技术和设备,都会被加入到禁售清单中,其中就包括DUV浸润式光刻机。

DUV光刻机分为248nm和193nm光刻机两种类型,193nm光刻机又分为干式和浸没式两种类型。此次可能会禁运的是浸没式193nm光刻机,目前全球仅有ASML和尼康两家公司生产。

而浸没式光刻机可以被用于16nm至7nm先进制程芯片的制造,也被业界广泛应用在45nm及以下的成熟制程当中。因此,如果一旦浸没式光刻机被加入限制,则意味着中国自45nm及以下成熟制程芯片的生产可能也将受到影响。

那么落在45-28nm成熟制程工艺区间的芯片,包括数字芯片、显示驱动芯片、车规级微控制/图像传感器、小容量存储芯片等在短期将无法扩产,中长期可能将不得不转用DUV干法光刻机,从而芯片的制造成本上升,导致市场竞争力下降。

不过从最新消息来看,主要限制对华出口的还是16/14nm及以下先进制程芯片的制造,可能会限制应用于先进制程的浸没式DUV光刻机的部分型号,而应用于成熟制程的浸没式DUV光刻机的部分型号可能会开放申请许可。

按照三方会谈透露出来的内容,日本、荷兰各自在国内完成立法后,新的协议才会生效,可能需要几个月的时间。鉴于协议有可能产生的后果,即便协议生效后,各方也不会公布管制措施的内容,其重心将会落在具体的执行层面。

将倒逼中国自研半导体设备

ASML首席执行官Peter Wennink在上月25日接受采访时表示,美国主导的针对中国的半导体出口管制措施,最终会促使中国在高端芯片制造设备领域成功研发出自己的技术。

事实上,目前美国对光刻机采取如此严格的出口管控措施,与当年西方国家的对华武器禁运十分类似。现实情况是,近20年中国的军事技术实现井喷式发展,在大型水面舰艇、第五代战斗机和弹道导弹等领域实现了大量的技术突破。

同理,我国对高新技术产业,尤其是芯片产业的投入不断加大,所以美国的限制措施也只能在短时间内对我们的高新产业造成影响。

彭博社报道称,Wennink表示“如果无法得到这些机器,他们就会自己研发。这需要时间,但最终他们会实现目标”。还表示“中国的‘物理定律’和这里的一样,你越给他们施加压力,他们越有可能加倍努力”,以制造能够与阿斯麦匹敌的光刻设备。

Wennink还指出“在美国的压力下,我们放弃的已经够多了”,此前EUV光刻机向中国销售已有限制。2022年的市场似乎也印证了这一点:按照ASML公布的数据,2022年的营收中,前五大市场分别为中国台湾地区(42%)、韩国(29%)、中国大陆(14%)、美国(7%)和日本(4%)。

其中中国大陆从去年的16%降至14%,已经排名全球第三了,对ASML的贡献越来越少了,换句话来说,就是中国大陆从ASML买的光刻机越来越少了。

而到了1月29日,ASML表示可以继续向中国出口DUV曝光设备。当天,Wennink称目前政府层面尚无新的出口限制措施,"我们可以继续(向中国)发货DUV设备"。为何在达成“最强”对华限制协议后ASML还能有如此发言?

之前荷兰对中国禁售EUV光刻机反应迅速,是因为荷兰EUV光刻机的本土化率很低,只有45%的零部件能在荷兰生产,其余55%都要依靠向美国及美国的盟友日德等国的进口。尤其是EUV的核心极紫外光源,只有美国Cymer公司可以制造,只要美国断供光源那荷兰就造不出EUV光刻机,联手其他盟友一起断供那55%的零部件会直接缺失。

但DUV光刻机荷兰的本土化率很高,缺失的部分中国大陆也都可以提供。换句话说荷兰的DUV光刻机可以完全的非美化,不用任何的美国零部件都能造出来,甚至可以完全的非美国盟友化。

实现成熟制程工艺国产化是主要目标

从市场需求角度来看,成熟制程工艺是全球需求最大的芯片,更是包括电动汽车、智能家电等产品的芯片主力军。除了智能手机、高性能运算等以外,用成熟制程工艺生产的半导体足以覆盖绝大多数应用场景。

台积电作为全球第一大晶圆代工厂,成熟工艺仍然约占台积电总产能的64%,占总销售额的34%。从未来产能扩张来看,到2025年台积电计划将成熟工艺和特色工艺节点的产能将扩大50%。

尤为值得注意的是,制程工艺越先进复杂,代工报价越高。台积电3nm工艺代工报价创出历史新高,每片晶圆报价在2万美元以上 ——作为对比,7nm工艺报价1万美元,5nm工艺报价1.6万美元。这也很好地解释了为什么台积电3nm工艺目前为止只有苹果公司这一家客户。

同时,摩尔定律也已接近物理极限,预计仍能够持续到2030年前后。随着先进制程工艺不断演进,制造工艺的研发和生产成本逐代上涨,高涨的技术难度和成本高筑进入壁垒。

中国在不断的研究新技术,以期在光刻机上有突破,从而实现先进光刻机的独立自主,最终摆脱对ASML的依赖。

如今上海微电子已经成功研发出第一台国产28纳米DUV光刻机,且已经走出实验室进行了正式生产,今年初就可以交货,今年底就可以量产。同时,中国南大光电公司已经宣布可以批量生产ARF光刻胶,以及自主开发的DUV光刻机,这两个技术的研究都有了突破性进展。

并且在Chiplet异构集成的大潮下,部分先进工艺芯片可以用成熟工艺+先进封装来实现,采用最尖端的封装技术可以提高芯片的综合效能,同时表现可以和先进制程一比高低。中国也在不断发展自己的独特技术和先进的封装技术,中芯公司研发出55nm BCD技术。

中国对“最强”限制协议的回应

2022年12月,商务部官网发布的消息称,中国已经就美国政府实施的对华芯片出口管制措施,正式在世贸组织提起诉讼。商务部明确表示,中方此举是希望通过法律手段来捍卫自身合法权益,美方这种典型的贸易保护主义做法,已经严重损害了国际贸易规则,同时也违背了最基本的经济规律。

同时,2022年12月30日,中国商务部官网发布了《中国禁止出口限制出口技术目录(征求公众意见版)》,向社会公开征求意见。

修订后《目录》共139项,其中,禁止出口技术24项,限制出口技术115项,合计139项。文件显示,禁止/限制出口技术主要涉及互联网与信息、光伏与新能源、自动驾驶、生物医药等,都是我国近年来取得迅猛的领域。

其中,新增光伏硅片制备技术、激光雷达系统、用于人的细胞克隆和基因编辑技术、CRISPR基因编辑技术、合成生物学技术、农作物杂交优势利用技术、散料装卸输送技术等7项技术进入禁止或限制出口技术条目。

值得一提的是,中国占全球太阳能硅片产量高达97%,由于太阳能技术已成为全球最大的新能源来源,从美国到印度,许多国家都在努力发展国内供应链,以削弱中国的优势,此举也凸显相关技术的重要地位。

Trivium China分析师Cosimo Ries表示:“中国太阳能行业的市场领先者无疑对美国、欧盟和印度在发展本土太阳能制造业方面的努力感到担忧,因此最新的技术出口管制很可能是一种回应。”

中国企业在过去十年中一直在开发尖端技术以生产更大、更薄的太阳能硅片,这些硅片将太阳能发电成本降低90%以上。考虑到中国在晶圆领域的主导地位以及该领域相对较高的进入壁垒,中国考虑实施禁令以避免向海外泄露技术是合理的。

目前该修订仍在公开征求意见阶段,尚未决定。

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