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来源:电子技术应用ChinaAET发布时间:2023-02-021677浏览
询问 AI
一场针对中国芯片设备出口限制的会议于1月27号在华盛顿结束谈判,美日荷三国就对限制中国先进设备出口限制达成协议。该会议结束后一天,荷兰光刻机制造商ASML随即罕见的发布声明,“据我们了解,政府之间已采取措施达成协议,该协议将专注于先进的芯片制造技术,而且不只是先进的光刻工具被限制。”一直以来ASML对涉中相关言论都是谨言慎行,甚至在三天前ASML CEO Peter Wennink才刚说, “你给中国施加的压力越大,他们就越有可能加倍努力打造可以媲美ASML的光刻机。尽管这需要时间,但最终他们会达到目标。”
Peter Wennink说,总体而言,出口管制将“造成一定程度的破坏,影响效率和创新,这会波及到我们所有人。”荷兰首相吕特27号表示,新的半导体出口限制是一个敏感话题,与美国谈判多时,即便有了成果,也不会对外界公开太多。欧盟执委布雷顿在27号当天也直接表示他完全同意剥夺中国获取最先进芯片的战略。如此看来,欧盟与荷兰政府对该国企业的呼吁无动于衷,ASML罕见的声明预示着美日荷三方对中限制协议正式落地。作者于去年12月美荷开始第一轮谈判即发文表示此事的严重性,因为这两年国内半导体行业很大部分是构建非A芯片产线,并在这两年建立起几条非A产线,以缓解美国对国内芯片制裁的压力,而现在美日荷三方协议达成则正式宣布非A产线的大门正式关闭。未来芯片的先进制程设备只剩下国产这一条路,没有其他方法。国产芯片设备情况到底如何?目前中国芯片制造在几个领域是没办法国产的,我们以2022年最新装机的fab中芯京城28nm产线为例,第一期的国产化率也仅仅只有25%,即便门坎最低的清洗,去胶设备目前也只能做到50%的国产化率,清洗及去胶最关键的环节还是得用迪恩士,迪士科等进口设备,其他设备就更不用说了。
整个芯片工艺最困难的除了光刻机以外,还有薄膜沉积、刻蚀、量测检测、离子注入、涂胶显影这几个关键环节目前国产完全无法突破,差距较大。作者提供的讯息是目前业内的真实现况,与自媒体或某些国产设备商发布的这里突破封锁,那里又攻关完成,国产芯片设备似乎只差光刻机一个环节完全不一样,事实上每个环节的关键国产无一例外完全无法取代,即便是门坎最低的环节。
以目前推进国产设备最积极的中芯国际为例,2021年的新厂中芯京城国产化率只有25%,经过这几年花大力气帮所有Vendor做认证,因为要采购国产设备,得先经过大量测试,认证合格才能采购,而这两年几乎所有Fab都将认证标准大幅度降低,2023年的新招标,在政府的要求之下最多也只能将国产化率拉到45~50%,而这50%都属于相对容易攻克的部分。可以很负责任的说,目前国产设备中最好的环节是去胶设备,已有国产去胶机,性能已经接近Disco与LAM,但即便如此也只能拉高到70%,剩下的3成我们还是做不到。国内Fab在官方要求下,尽量拉高国产化率,这是需要付出很大代价的,就是良率大幅度下降,良率拉升时间也需要更多的时间,以中芯国际为例其28nm含美线良率再85%左右,25%国产化率的非美线不到7成,最终估计可以拉到75%,但也落后含美的85%,可想而知,如果国产化率进一步提升到5成,良率大概率会落在60%左右,作为对比的是台积电28nm良率96%。我们得明白一般Fab需要达到8成良率才能损益平衡,国产化带来的是国内Fab在28nm以下先进制程,长期会再亏损线之下,当然目前国内Fab接受政府许多的补贴以及大量政策扶持的贷款以维持现金流与利润,但这并非常久之计。单单以28nm来说,先扣除目前完全无法做的光刻机以及部分高门坎设备,将CVD、ETCH、量测检测、离子注入、涂胶显影、CMP、炉管、清洗、去胶等国产设备能做的拉高到50%的国产化率,个人预估良率最终会落在65%,然后经过几年的优化与设备一代一代的更迭, 3年后50%国产化率的28nm产线估计能达到85%。如果光刻机那些原本无法做的设备,我们又攻关成功持续加入进来这将是一个需要非常漫长的过程,大概率这条28nm产线,需要十年甚至更多的时间才可能达到100%的国产化率以及超过损益平衡的良率,而这十年需要国家不断的补贴,才能存活,然而我们刚刚谈的只是28nm,未来14、10、7、5nm我们还得重复这些过程,当然这些追赶过程是动态的,技术攻关也是同时进行的,如果全国产设备能实现100%国产,后续的追赶时间必然能大大缩短。作者的比喻最重要的是想大家明白,目前国产芯片设备绝非媒体或者设备商自己宣传那般乐观,比如中微宣传的刻蚀已经能做到5nm,而这5nm只是刻蚀的其中一环CCP介质刻蚀里的十多种设备中最容易的普通通孔刻蚀,整个芯片不论前后道制程ICP与CCP一共接近30种刻蚀设备,中微与北方华创无一例外,只能做最容易的那1/4,其中最简单的确实能做到5nm,剩下门坎较高的一律还是LAM、AMAT、TEL所垄断,没有任何例外,而这就是设备商的宣传套路。刚才提到的是无到有的阶段,也就是设备至少能做的出来,经过基本测试通过,再上线去跑片,刚才我们提到国产化率越高良率越低,这需要不断累积经验,一代又一代的优化与更迭,才能达到进口设备的良率,所以从无到有是一个艰难的过程,从有到符合基本良率也是一个困难的过程,从达到基本良率到很好良率同样是一个不容易台阶,现在全球芯片领域能达到目前水平,是无数世界最顶级工程师,数十年来从Fab从芯片制造过程累积经验,不断修改完善,不断更迭更新而来的。即便如此,诸如我们熟知全球最牛的光刻机设备商ASML,其不只是再研发最先进的光刻机,他们前几代的老旧产品同样是在不断更迭,通过与现场生产工程师的问题发现,不断去优化,每年再这些老旧设备上的软件代码都是大量的增加中,这完全只能再生产中累积的经验才是最宝贵的。当然现在国内的芯片产业最重要的是先解决无到有的问题,先有了才可能优化,作者只是希望大家能理解这过程,而不是今天某些厂家高调宣布出了样机就以为能进Fab生产芯片了,这是一个很大的误解。为甚么是日本与荷兰?正是因为目前国产芯片制造设备能力还未达到先进水平,所以一直以来国内芯片制造还是以进口设备为主,2020年开始美国对中国的限制越来越大,被美国纳入实体列表的中芯国际跟华为则利用日本以及荷兰的设备构建了数条非美产线。非美产线中除了我们熟知的荷兰ASML光刻机以外,日本也非常关键,因为尼康也能生产浸没式光刻机,TEL更是取代美国AMAT,LAM关键设备的唯一厂家。所以,利用荷兰与日本构建的非美产线是可以规避美国技术封锁的办法,很显然美国也意识到了这一点,所以才会有这次的美日荷三方会议。
2021年全球芯片设备商TOP20美日荷到底达成了什么协议?这次美日荷协议基本上还是围绕2022年美商务部BIS在10/7出台的新规,限制中国对FinFET,GAA技术的芯片制造设备取得,而BIS 10/7新规的漏洞也就是我们一直仰赖的去美化设备在1月27号这次美日荷协议中全部堵死。去年美BIS出台的新规原文是针对FinFET,GAA等先进芯片技术的设备对中禁止出口,而FinFET技术就是指16/14nm以下的工艺节点, 所以针对16/14nm以下的美国芯片设备全部对中禁运,但国内芯片业主还能从日本荷兰购买取代美国的芯片设备,这次美日荷三方协议重点就是光刻机的ASML与尼康以及具备全环节技术的日本最大芯片设备商东京电子TEL这三家顶尖的芯片设备企业。这其中最具争议的就是大家所瞩目的光刻机,因为光刻机的工艺节点并不是以多少nm来界定,我们以浸没式光刻机来说,它能涵盖45~7nm的工艺节点。
ArFi的DUV光刻机的工艺节点显然与美BIS针对14nm以下对中限制的规定出现了争议,该设备如果禁止,那国内的所有45nm以下芯片等同宣告无法生产,这比美BIS的限制还高出一大截,这就是这次美日荷谈判的重点之一,明确对中限制范围以及相关作法。
从图四我们根据ASML的数据可以看出,有DUV光刻机可以做到7~5nm,其实7nm以下的制程是EUV+DUV完成的并不是由EUV单独完成,EUV在7nm以下主要是刻最困难的金属层,其他层还是由DUV来完成,5nm以及3nm还需要再加上SADP的双重甚至多重曝光技术。
未来新品推进的技术路线,gaa之后的FS、CFET技术将芯片带到A2世代以上的预估为作者个人推算,或许能快一点,也可能比作者预估的更慢,这是依照芯片发展规律以及科学常识所推演的,即便很多变量作者没有纳入,但怎变都是万变不离其宗,误差几年肯定有,但七七八八差不了太多。这就是未来我们芯片追赶西方的真实情况,此时此刻是差距最小的(3代),短期「2年」差距拉大(4代),中短期「5年」差距拉到最大(6代),中期「10年」差距开始微幅缩小(5代),中长期「15年」差距继续微幅缩小(4代),大约20年以后双方差距可以重新拉近到现在2022年的3代差距,在折腾20年以后回到原本起跑点,大约30年以后有望双方追平。当然以上时间都是作者的大概推估,或许会比作者预估的快几年或者慢几年,但一切脱离不了基本科学或违背常识,短时间是不可能,即便这几年我们还是会听到各种这突破那突破的,但也都只能是宣传套路,当然作者也希望真正突破的那一天,如果有新的消息,我也会第一时间更新,让大家明白真实现况。2030年量子计算或许都可能准备最初步的商用了,或许量子并非取代传统计算,但最后的演变肯定会有大量的替代应用。而2030年我们才刚刚生产有能力落后的硅基芯片,大费周章终于能生产,马上又出现全新的应用技术?又或者现在我们把时间与数万亿的资金放在很快淘汰的硅基芯片上而不是放在很快就能商用的量子计算上,这正确吗?
这一切应该要有个周详且考虑实际的实用的计划,目前都是相关利益方的各种互相吹捧,互相打掩护,谋划各种大饼,老百姓听到这些雄图大业集体高潮,认为不论花多少钱都值得,紫光与大基金殷鉴不远,如果大家不觉醒,紫光这些破事只会不断的重复又重复。

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