小到手机、家电、汽车等C端产品,大到卫星通信、导弹、航母等国防装备,各行各业都离不开小小芯片的支撑。作为芯片制造业“皇冠上的明珠”,光刻机更是芯片制造流程中至关重要的设备,光刻机技术直接决定了芯片的性能和成本,影响着千行百业数智化发展的步伐。
目前,国内光刻机技术和海外技术实力尚有差距,我国光刻机设备几乎完全来自进口。荷兰光刻机巨头ASML占据垄断性的全球光刻机市场份额,掌握着世界最先进的光刻机技术,由此荷兰也是我国光刻机第一大进口来源国。
不过,随着荷兰加入美国对华芯片出口管制阵营,撤回ASML部分对华出口许可,我国半导体产业再起波澜,光刻机国产化挑战重重。
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大手笔购买光刻机,囤粮过“冬”?
据中国海关总署数据,2023年,我国光刻机进口总额87.54亿美元,同比增长120.9%,其中,从荷兰进口额72.3亿美元,同比增长183.8%,荷兰进口额占进口总额82.6%,同比增加18.3个百分点。
数据显示,中国光刻机进口总额直线飙升,2023年中国从荷兰ASML公司进口购买了价值近600亿人民币的光刻机。对于这一“大手笔”现象,目前业内人士有两种看法:
其一,自2024年1月1日起,中国大陆的企业将很难获得出口许可证,因此不少企业在此前突击进口光刻机,囤积“过冬”,以备不时之需。
其二,为了满足芯片产能需求,进一步突破芯片技术,提高芯片的性能和降低芯片的成本。
虽然中国大陆的半导体企业抓住了窗口期大量囤积光刻机,但美国对荷兰出口管制的禁令也愈发收紧,“卡脖子”的关键绳索悄然落下。
近日荷兰贸易部长表示,由于担心相应的设备被用于军事目的,荷兰政府撤回了 ASML 公司部分产品对华出口许可证。
近期ASML也证实了该消息,即今年将无法对华出口 NXT:2000i 及以上浸润式设备,包括设备型号为NXT:2050i和NXT:2100i等光刻系统,少数中国大陆晶圆厂也将无法获得发运 NXT:1970i/1980i 浸润式设备的出口许可证。
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荷兰政府撤回ASML部分对华出口许可,有何影响?
据悉,此次被限制出口的2050i、2100i是当前最先进的一批DUV光刻机型号,可广泛应用于40nm以下的制程产能中,对应28nm、14nm、10nm、7nm四个主要制程节点。
简而言之,NXT:2050i和NXT:2100i光刻系统具备生产7nm制程芯片的能力,理论上能够生产5nm制程芯片。
结合目前华为等国产芯片企业的技术水平看,近两年国内有望进军5nm芯片市场,而这批DUV设备的禁运,恰好是国内芯片产业能够“稍加努力便能触及”的区间。
国内先进工艺芯片的产能正在爬坡,这一禁令无疑为国内半导体产业发展带来了新挑战。
除了影响芯片产能扩张,更大的影响在于:先进光刻系统的禁运,将带动上下游产业链集体“去美化”。在这场浪潮中,中国芯片制造业不得不“重走一遍”——每一个芯片制程节点和产业环节的重塑,都将耗费巨大的经济代价与时间成本。
从另一面看,受时势推动,光刻机国产化的步伐将愈发坚定,不断向前推进。“去美化”不仅是一条必经之路,更是激发国内科技企业自主研发、奋力创新的强大引擎,必将点燃国产半导体的“芯芯之火”。
03
面对新一轮的挑战,国产光刻机亟待“破局”
没了先进光刻机的支撑,国产光刻机自给率亟待提升,该如何破局?
“放弃幻想,准备战斗”的自主研发战略,应该是光刻机国产化破局的关键。
结合进口数据看,ASML出于商业角度考量,在2023年下半年给予中国大陆企业大规模的光刻机出货量,“很够哥们”地努力配合中国客户的要求,在禁令生效之前,努力“抢运”光刻机。
但是,ASML并不像掌握芯片设计绝对话语权的英伟达一样,有能力绕开监管措施,因为ASML光刻机的核心零部件来自德国和美国。
在整个光刻机零部件市场中,荷兰腔体和英国真空占32%,美国光源占27%,德国光学系统占14%,日本的材料占27%。
以ASML的最高端技术的EUV光刻机为例,光刻机的零部件高达10万个,分别来自全球超过5000家供应商,其中最核心的光源,尤其是EUV光源,几乎完全是由美国公司西盟(Cymer)所垄断。
因此,国内企业寄希望于ASML“绕开封锁”再售先进制程光刻机并不现实,仍需要自立自强。
目前,日本和国内部分企业仍在全力攻关比EUV光源次一级的DUV光源,与ASML的标准仍有差距。对手们不会停下来等待中国芯片制造的追赶,面对新一轮的挑战,光刻机国产化、芯片国产化任重道远。
要突破技术封锁,我们需要加强自主研发,不懈攻关光刻机零部件技术,提升国产光刻机的技术水平和市场竞争力。
光刻机国产化的推进事关中国芯片技术的发展,国内半导体企业更需要提升自身研发实力出发,从各个制程节点到产业环节,每一步都需踏实走过,确保每一个环节都稳固可靠,才能真正实现芯片产业的自主可控。
写在结尾
目前,我国90nm制程光刻机已经完成项目验收工作,即由上海微电子推出的SSX600系列光刻机,不过与海外最先进水平相比还有一定差距;华卓精科、科益虹源、奥普光学等企业在双工件台、光源、光学镜头等方面也有了一定的进展,但还需要进一步加快研发速度,缩小与国际先进水平的差距。
国内光刻机整机和海外技术实力尚有差距,零部件方面突破进展不一,但只要千千万万追赶者不懈攻关克难,我们相信“相信” 的力量能够成真。
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