据报道,荷兰和日本已与美国达成协议,共同限制向中国出口芯片制造工具,这将进一步削弱中国半导体行业的发展,因为除了限制中国制造商使用EUV光刻机外,进一步限制其使用浸没式DUV光刻机。但在美国对中国发起的严格出口限制中,中国半导体企业是否可以利用任何关键漏洞来缓冲冲击?这似乎是一个值得仔细研究的问题。
近年来,美国加大了对中国半导体产业发展的打压力度。不仅设计了各种策略和行动,还动员了盟友的参与。在 2022 年 10 月对向中国出口先进芯片制造工具和技术实施全面出口限制后,美国急于让拥有 ASML 和 Tokyo Electron 等芯片制造大国的荷兰和日本加入,以让限制更有效。
美国最近与荷兰和日本达成的协议无疑对中国强化其芯片产业能力的努力产生很大影响。随着三方协议的签署,对中国芯片行业的出口限制将更加严格,该协议将为美国未来进一步扩大对华制裁范围铺平道路。不过,美国研究机构SemiAnalysis基于技术视角的报告观点认为美国政府目前的出口管制措施还存在相当大的差距。
美国在晶圆制造设备供应方面处于领先地位,在沉积、蚀刻、过程控制、化学机械抛光 (CMP) 和离子注入设备方面占据了大部分市场份额。但包括 Applied Materials、Lam Research 和 KLA 在内的许多美国设备制造商向媒体表示,政府在 2022 年 10 月实施的全面单边出口管制可能会让他们的海外竞争对手,如荷兰的 ASM International (ASMI) 和日本的 Tokyo Electron扩大市场份额。
他们还强调,如果不限制荷兰制造商阿斯麦和日本尼康、佳能向中国出口深紫外光刻设备,美国施加的单边出口限制将难以发挥其应有的作用。ASML在浸没式DUV设备市场与尼康不相上下,佳能虽然不卖DUV机,但在干式光刻系统市场与ASML竞争激烈。
关键问题:中国未来可以购买哪些工艺装备?
一般来说,ArF浸没式扫描仪可用于7纳米至38纳米节点的曝光应用,改进后的型号是最先进的可支持7纳米工艺曝光的DUV系统。此外,干式 ArF 系统可以满足 65纳米和其他成熟工艺的曝光需求。
制约中国半导体产业快速发展的主要途径是通过设备出口管制。美日荷三边协议已敲定限制中国企业获得深紫外光刻机渠道,但拜登政府将在多大程度上通过该协议对中国实施技术瓶颈尚未正式公布。考虑到DUV是一项非常广泛的技术,涵盖了KrF、干式ArF、以及ArFi浸没式光刻机,中国半导体企业未来能拿到什么光刻机还有待观察。
早在1988年,尼康就发布了第一台采用KrF曝光技术的DUV设备,命名为NSR-1505EX。最新的三方出口限制协议不应该包括这样的技术。但既然基于KrF的DUV机台在14纳米芯片的量产中仍能起到辅助作用,那么这三个国家是否会禁止此类机台对华出口呢?
另一方面,ASML于2022年发布的最新一代沉浸式DUV系统NXT2100i可能是拜登政府对华禁售的重点机型之一。然而,ASML 仍然声称,除了 EUV 机器外,它与中国客户的业务正常。目前,ArFi DUV 机器占 ASML 总收入的 34%,仅次于 EUV 型号的 46%。因此,如果浸没式DUV光刻机被禁止出口到中国,其业务收入将受到严重打击。
美国出口限制规则可松可紧
如果美国政府的目的是阻止中国获得 14/7/5纳米工艺技术,那么对中国出口的禁令必须涵盖能够处理这些工艺节点的不同级别的工具。目前,台积电16/12纳米工艺技术的最小金属间距为64纳米,而对应的7纳米工艺为40纳米,5纳米节点为28纳米。这意味着任何可以达到 64/40/28纳米最小金属间距的光刻设备都必须包含在 5/7/14纳米工艺出口禁令中。
换句话说,必须禁止ASML和尼康向中国出口其可以加工最小金属间距为28纳米的5纳米芯片的ArFi DUV机器,因为这样的机器可以帮助中国半导体制造商完成他们最关心的技术突破。
2019年,时任特朗普政府通过让荷兰政府拒绝续签出口许可证,成功阻止ASML向中国出口EUV机器。但这不意味不可以通过 SAQP 和 ArFi 光刻机实现了 7纳米芯片的生产,就像台积电在其第一代 7纳米工艺商业化时也没有使用 EUV 设备,尽管其成品率商业化生产规模很低。
成熟工艺设备出口禁令
如果美国的目标是扼杀中国制造商的 14/7/5 纳米芯片生产,那么可以生产金属间距为 40纳米的 7纳米芯片的 ArFi 和干式 ArF DUV 机器,以及可以处理金属间距为 64纳米的 14纳米芯片的干式 ArF 和 KrF 型号都可能被限制。
从技术角度来看,所有访问任何类型的 DUV 系统的渠道,只要能够实现上述最小金属间距特征尺寸,都应该针对中国半导体制造商进行封锁。
如果那样的话,中国晶圆厂将失去三大DUV系统——KrF、干式ArF和ArFi的支持,可能不得不退回到40/45纳米一代。他们甚至可能无法投资扩建 14-38 纳米芯片的新生产线,而中国将不得不从国外购买芯片。
多边出口管制仍然存在重大差距
SemiAnalysis报告指出,拜登政府与日本、荷兰联手遏制中国先进制造工艺,至少还留下一个关键缺口——运往中国的光刻胶出货量仍未受控。
目前,全球光刻胶的绝大部分供应由少数日本厂商垄断,美国杜邦公司远远落后,市场份额仅排名第四。在许多情况下,光刻胶的化学成分需要与最终客户就光刻机类型、工艺代码、特征类型和特征尺寸进行广泛的微调。如果日本限制光刻胶运往中国,中国代工厂可能无法进行曝光工艺和进一步的芯片制造。从表面上看,现阶段完全不限制对华光刻胶出口可能是一个漏洞,但这也可能是美国有意让政策灵活运用。
SEMI 已呼吁日本、荷兰和其他美国盟友对中国半导体公司采取与美国相同的全面贸易限制措施,并警告称,否则针对中国的实际芯片扼杀战的影响将大大降低。在没有额外限制的情况下,中国仍可以利用现有设备、国产设备和其他部件进行先进的半导体生产,也可以受益于非美国专业人士提供的专有技术知识和服务。
显然,SEMI和SemiAnalysis一致认为,缺乏上游元器件供应链限制是美日荷三方协议的一大漏洞。如果目标是阻止中国获得5/7/14纳米制程技术,除了三大类DUV系统之外,设备工程师的光刻胶和维护服务也应该被纳入其监管控制范围。否则,中国将能够重新配置现有设备,以加速其国产光刻机的发展。