研究报告全文：yrtsudnIelbaT策略专题TableTitle策略研复盘日本1980年代科技产业被美国打挖掘价值投资成长究压历史看中美科技博弈走向何方策略专东方财富证券研究所TableAuthor题2023年08月18日证券分析师曲一平证券证书编号S1160522060001研联系人陈然策略观点TableSummary究电话18811464006报告回顾1980年代美国对于日本科技产业打压历史日本半导体等科技相关研究TableReports产业在1950-1980年代崛起有美国扶持重要因素随着日本半导体产市场进入海外及国内全面调整业影响了美国的国防安全从1980年代末期开始美国开始对日本期科技产业逐步打压通过两次日美半导体协议及对日光刻技术封20230814锁逐步推动日本半导体产业的衰退与泡沫经济崩溃2022年日美关TMT科技板块引领A股持续复系大幅升温后美国也开展了对于日本科技产业第二次解开枷锁日苏本同台积电深度合作加自建晶圆厂日美合作开始进军2nm制程本20230808土IDM厂商加速扩产内生复苏期开始非银金融2022年以来美国对于中国科技打压正是三十年前对日打压的重演美房地产赛道领军国总统拜登签署了芯片法案及限制美国主体投资中国半导体和20230802微电子量子信息技术和人工智能领域强迫ASML等龙头对华光刻技术封锁聚焦全部EUV部分先进DUV领域目的是将中国先进制程能力长期封锁在2015年以前水平从政治角度中美科技博弈还在延续在2024大选前夕三位候选者大概率延续强硬对华打压政策来博取更多民意支持和选票可能性通过阻碍中国先进制程生产能力将是对中国科技产业最直接的打压海外头部厂商仍然需要中国例如高通英伟达英特尔等美国主流半导体企业明确反对美国扩大禁令仍将中国作为最大出口市场未来在贸易层面仍然还有一些协商的机会从美国PEVC端来看美国减少投资中国影响有限2023年初至今美国VC投资中国金额仅为28亿美元2022年中国PEVC市场总投资规模达到1155亿美元有着更强的内生动能从间接投资端来看作为分散投资的美国指数型基金并没有触犯投资禁令即使MSCI中国指数有一定权重调整也难以对A股形成长期扰动多极化世界格局下合作与共赢依然是主线中美科技博弈正是世界第一和第二大经济体竞争的缩影各国需要积极寻求共同利益并以合作取代零和博弈宽广的地球完全容得下中美各自发展共同繁荣中美不冲突不对抗和平共处符合两国最基本的共同利益风险提示全球地缘政治局势加剧风险全球经济衰退风险Tableyemei策略专题2017正文目录1回顾1980年代美国对于日本科技产业打压历史311美国在1980年代对于日本科技产业开始打压背景312日本经济失去的三十年和半导体产业衰退重合413日本90年代末光刻领域被美国排挤逐渐落后52进入2023年被美国解开科技枷锁后的日本想追回失去的三十年821同台积电深度合作加自建晶圆厂922日美合作开始进军2nm制程923日本本土IDM厂商加速扩产113时隔三十年美国对于中国科技打压不断升级12312022年以来美国对于中国科技打压历程回顾1232中美科技博弈核心将聚焦光刻EUV及DUV技术对华封锁13321从7nm开始EUV成为绝对主导超越DUV13322对华DUV加码封锁是对38nm制程以下加速打压15323ASML对华禁运EUV来保持长期的技术壁垒16324从ASML技术路线来看未来全球先进制程方向1833芯片制造在受到科技打压下面临的挑战和变数20331拜登政府及下一届美国政府对华政策预测20332从CPUGPU芯片来看不同制程时代的代表产品22333从海外头部厂商角度仍然需要中国作为出口市场2334美国对华科技从投资端打压可能产生的影响24341从美国VC直接投资端来看对中国影响24342从MSCI等基金看间接投资端对中国影响25图表目录图表1日本以半导体为核心科技产业上世纪7080年代迅速崛起3图表2美国1985年开始大力打压日本科技产业4图表3日本产业经济省回顾过去三十年日本半导体业衰落5图表4光刻是半导体制造前道最重要技术6图表5日本在光刻技术上深度落后于美国掌控的ASML7图表6日本自主光刻技术目前在38nm水平8图表7日本本土自建晶圆厂开始扩张9图表8全球加速竞争在2nm制程率先突破10图表9日本在光刻技术上深度落后于美国掌控的ASML11图表102022年美国加速对于中国半导体为主的科技产业打压13图表11EUV和DUV波长对比14图表127nm制程开始DUV产生的误差已经大幅高于EUV14图表13ASML对华限制上升到38nmDUV光刻机15图表14ASML生产极紫外光EUV核心步骤16图表15ASML对华限制出口的光刻EUV技术具备巨大技术壁垒17图表16EUV未来技术路径聚焦在更高NA来实现1nm突破18图表17High-NA聚焦于EUV-055NA突破了摩尔定律19图表18EUV055NA高孔径技术路线依托于变形透镜系统20图表19美国2024年三位候选人对华言论都不友好21图表20三种传统制程所代表的技术时代举例22图表21海外头部厂商依然依赖于中国市场23图表22美国VC投资中国体量未来影响有限24图表23主要MSCI中国系列指数集中在指数基金25敬请阅读本报告正文后各项声明2Tableyemei策略专题20171回顾1980年代美国对于日本科技产业打压历史11美国在1980年代对于日本科技产业开始打压背景日本半导体等科技产业在1950-1980年代崛起有美国扶持重要因素美国初期对日政策的目标是使日本彻底非武装化和非军事化由于1947年冷战国际格局的形成美国从从1948年起开始转变对日占领政策即扶持日本使其在军事上变成美国在亚洲的前哨基地1951年9月旧金山和约签订日本由此成为一个主权独立的国家这可以称之为对日本第一次解开枷锁美国还采取了一系列扶持日本垄断资本的措施1952年3月19日GHQ美国占领军总司令部之简称下令解除对日本的战争赔偿工厂的指定1952年4月24日GHQ许可旧财阀商号1952年4月26日GHQ向日本政府归还指定为赔偿对象的850家工厂正是在这样的背景下日本垄断资本迅速复活图表1日本以半导体为核心科技产业上世纪7080年代迅速崛起资料来源腾讯财经芯光社ChipHub被美国报复下日本半导体辛酸之路东方财富证券研究所20世纪70年代中后期日本政府积极推动半导体产业发展实施超大规模集成电路研究计划VLSI培育扶持半导体企业以推动日本半导体产业的技术创新半导体技术领域的创新带动了日本半导体电子机械等高科技产业的发展增强了日本高科技产业的国际竞争能力在美国市场上也开始显示出竞争优势日本的高科技产业迅速发展并实现对欧美的赶超这引起美国的警惕与不安因为日本半导体产业特别是半导体技术的发展影响了美国的国防安全敬请阅读本报告正文后各项声明3Tableyemei策略专题2017图表2美国1985年开始大力打压日本科技产业资料来源腾讯财经芯光社ChipHub被美国报复下日本半导体辛酸之路东方财富证券研究所从1980年代末期开始美国开始对日本科技产业逐步打压1985年初日本被美国列为不公正贸易国1985年9月22日美国日本联邦德国法国以及英国的财政部长和中央银行行长在纽约广场饭店开会讨论如何让日元升值美元贬值美国开始以国防安全为由采取阻碍日本引进先进技术抑制日本高科技企业的自主创新等措施阻碍日本高科技企业发展尽管如此日美在半导体领域的摩擦并没有明显改善最终双方通过协商签订了日美半导体协议日美半导体协议的主要内容包括一是要求日本增加从美国进口半导体产品在1991年签署的第二次协议中甚至明确要求提高美国半导体产品在日本市场上所占的比重至20二是要求日本减少对美国的半导体产品出口日本企业需要依据其成本价格制定海外销售价格在美国市场的销售价格不得低于其生产成本三是要求日本强化知识产权保护完善知识产权保护制度建立类似美国的知识产权保护体系12日本经济失去的三十年和半导体产业衰退重合日本大阪大学经济学部教授在题为半导体六十年与日本半导体产业的文章中说上世纪90年代日本半导体产业的衰退与泡沫经济崩溃后日本经济的倒退和失去的十年完全重合在这一点上日本经济停滞受半导体产业拖累的因素非常大日本立教大学经济学研究科特任教授金子胜在所著的平成经济衰退的本质一书中指出日本自1989年开始的平成年代经济持续衰退的起源是1986年和1991年两次日美半导体协定因为半导体协定日本半导体产业丧失竞争力并造成在信息通信产业上的落后正是因为日本在半导体这一关键产业对美大幅让步造成日本经济的持续衰退金子胜在书中指出与日美半导体协定对半导体产业本身造成的损失相比半导体战争失败后日本政府再也不能在最新产业上采取真正的产业扶持政策这对日本的影响更为深远敬请阅读本报告正文后各项声明4Tableyemei策略专题2017图表3日本产业经济省回顾过去三十年日本半导体业衰落资料来源腾讯财经半导体即国家深读日美半导体协定及其影响芯榜东方财富证券研究所日美半导体协议签订后通过行政指导的方式促进日本企业扩大对美国半导体产品的购买以达到20的数值目标这种设定数值目标的政策手段对日本半导体企业的经营活动产生了重要影响使日本高科技企业针对中央处理器CPU等核心技术进行研究开发以及增加设备投资的动力减弱导致了日本半导体企业在进入20世纪90年代后的半导体产业竞争中丧失优势根据日本产业经济省发布的日美半导体协定及其影响在第二次日美半导体协定结束时外国半导体占日本市场的281988至2019年日本占全球半导体产业比重从503大幅下滑至10自2008年金融危机后全球已关闭或改建的100座晶圆厂里有36座来自日本2001年东芝关闭了其位于四日市工厂的1号生产线2011年飞思卡尔关闭了日本仙台工厂2012年6月安森美半导体关闭了会津的晶圆制造厂2014年松下半导体关闭了生产光电器件的75mm晶圆厂2018年瑞萨关闭了位于日本高知市的工厂13日本90年代末光刻领域被美国排挤逐渐落后1947年贝尔实验室发明第一只点接触晶体管从此光刻技术开始了发展1959年世界上第一架晶体管计算机诞生提出光刻工艺仙童半导体研制世界第一个适用单结构硅晶片1960年代仙童提出CMOSIC制造工艺第一台敬请阅读本报告正文后各项声明5Tableyemei策略专题2017IC计算机IBM360并且建立了世界上第一台2英寸集成电路生产线美国GCA公司开发出光学图形发生器和分布重复精缩机1970年代GCA开发出第一台分布重复投影曝光机集成电路图形线宽从15m缩小到05m节点1980年代美国SVGL公司开发出第一代步进扫描投影曝光机集成电路图形线宽从05m缩小到035m节点1990年代n1995年Cano着手300mm晶圆曝光机推出EX3L和5L步进机ASML推出FPA2500193nm波长步进扫描曝光机光学光刻分辨率到达70nm的极限图表4光刻是半导体制造前道最重要技术资料来源搜狐财经一文读懂光刻机的发展历程光刻工艺流程东方财富证券研究所20世纪7080年代光刻设备主要采用普通光源和汞灯作为曝光光源其特征尺寸在微米级以上90年代以来为了适应IC集成度逐步提高的要求相继出现了g谱线h谱线I谱线光源以及KrFArF等准分子激光光源目前光学光刻技术的发展方向主要表现为缩短曝光光源波长提高数值孔径和改进曝光方式2000年初DUV技术在干法ArF后期演化成2条主要进化方向其一是用157nm的F2的准分子光源取代193nm的ArF光源该方法较浸没式ArF更为保守代表厂商是日本的尼康和佳能其二采用台积电林本坚的方案依然使用193nm的ArF光源但是将镜头和光刻胶之间的介质由空气改成液体193nm的ArF光经过纯净水的折射后等效波长为134nm从而实现比F2光源更高的分辨率1997年EUVLLC联盟成立ASML加入实际已经埋下了伏笔EUV技术起源于英特尔和美国政府牵头成立EUVLLC联盟该联盟汇聚了美国顶尖的研究资源和芯片巨头包括劳伦斯利弗莫尔实验室劳伦斯伯克利实验室桑迪亚国家实验室三大国家实验室联合IBMAMD摩托罗拉等科技巨头集中数百位敬请阅读本报告正文后各项声明6Tableyemei策略专题2017顶尖科学家共同研究EUV光刻技术美国政府担心尖端技术落入外国公司所以反对日本尼康的加入而ASML做出在美国建立工厂和研发基地等多项让步后才成功加入EUV联盟ASML在2003年成功推出第一台浸没式光刻样机尼康虽然在2006年也顺利推出ArF浸没式光刻机但市场先机早已被ASML夺走伴随着ASML和台积电ArF浸没式技术的成功ASML和台积电实现了双赢在光刻机领域ASML开始奋起反超Nikon台积电也成为第一家实现ArF浸没式量产的公司因为ArF系列光刻机可用于制造7nm-130nm制程的芯片而且该制程范围内的芯片超过全部芯片供应的60所以ASML的市场份额快速提高紧接着并购了美国CymerHMI等公司增强了在光刻光源电子束检测等方面的技术储备图表5日本在光刻技术上深度落后于美国掌控的ASML资料来源腾讯财经芯智讯2022年全球光刻机市场ASML遥遥领先东方财富证券研究所美国出资入股和技术渗透的形式牢牢把控ASML的后续EUV技术2012年英特尔三星台积电共同买入ASML23的股权获得了ASMLEUV光刻机的优先供货权成为了利益共同体目前ASML的前三大股东均来自美国合计掌握ASML近30的股权美国加速实现对ASML的资本和技术双控制截止2020年末ASML的EUV中有90零部件来自进口而且根据ASML加入EUVLLC的承诺美国零部件需占比55以上并接受定期审查敬请阅读本报告正文后各项声明7Tableyemei策略专题2017图表6日本自主光刻技术目前在38nm水平资料来源尼康官网佳能官网东方财富证券研究所左图为尼康NSR-S636E右图为佳能FPA-6300ES6a佳能目前出售的光刻机涉及i-line到KrF级别没有浸入式光刻机在EUV领域几乎不可能赶超ASML正在研究纳米压印光刻NIL尝试以低成本来制造尖端半导体比如佳能在2021年出货的新式i线步进式光刻机FPA-3030i5a可以制造硅基以及SiC碳化硅和GaN氮化镓等化合物半导体晶圆尼康Nikon宣布正在开发下一代NSR-S636EArF浸入式光刻机它将提供卓越的叠加精度和超高吞吐量以支持最关键的半导体设备的制造产品销售计划于2023年开始NSR-S636E具有增强型在线对准站iAS它是集成在涂布机显影器单元和光刻扫描仪之间的芯片预测量模块2进入2023年被美国解开科技枷锁后的日本想追回失去的三十年2022年地缘政治冲突爆发后日美关系大幅升温美国也开展了对于日本科技产业第二次解开枷锁2022年5月5日日美双方达成一项基本原则包括日美在内的志同道合的国家将共同推进地区半导体供应链建设双方还决定设置以兼顾脱碳和能源安全为目标的协商机制日本首相岸田文雄2023年在参议院表示过去日本在复兴半导体产业方面落后了下一代半导体项目是弥补的最后机会敬请阅读本报告正文后各项声明8Tableyemei策略专题2017日本政府近年来在半导体产业上的系统性布局始于2021年3月经济产业省设立半导体和数字产业战略研究会指示三步走恢复半导体产能推动下一代半导体发展为未来技术奠基经济产业省的统计显示1998年半导体制造商的从业人员数量超过19万由于产业衰弱2020年这一数字下降70至8万人日本政府主导的产学官组织九州半导体人才开发联盟预测未来10年在半导体领域九州地区每年大约会有1000人的人才缺口21同台积电深度合作加自建晶圆厂2021年2月台积电宣布投资不超过186亿美元在日本开设子公司以扩展3DIC的研究此次台积电和日本半导体厂商合作的项目不是芯片制造而是先进的3D-IC封装技术台积电在先进制程方面领先群雄在日本成立3D-IC研发据点之后台积电也将借助日本在材料和设备上的优势更进一步地致力于3D封装技术的研究和发展日本也希望借此与台积电合作帮助本国半导体厂商保持较强的竞争力图表7日本本土自建晶圆厂开始扩张资料来源澎湃新闻日本半导体产业伺机而动能否追回失去的30年腾讯财经-芯智讯东方财富证券研究所左图为尼康NSR-S636E2021年6月17日在日本政府高达4760亿日元的补贴下台积电与索尼电装正式联手在日本熊本县建设一家价值86亿美元的工厂计划为该工厂招聘约1700名工人该工厂在2021年4月份工厂已经破土动工计划在2024年底量产1028nm制程的成熟工艺芯片月产能可高达55万片随着该计划的开展包括旭化成IBIDENJSP等在内的20家日本半导体行业供应商将与台积电展开合作希望借此重建日本半导体的竞争力22日美合作开始进军2nm制程2023年5月日美签署了半导体合作基本原则美国总统拜登和日本首相岸田文雄承诺将加强半导体制造能力并于研发先进制程加强合作根据两国签订的芯片双边协议日本经济产业省去年11月牵头组建了技术研究组敬请阅读本报告正文后各项声明9Tableyemei策略专题2017合最先端半导体技术中心-LSTCidus计划最早2025年在日量产2纳米芯片在2nm研发方面全球竞争加速实力雄厚的IBM开发了原型同为美国公司的英特尔也在进行2nm工艺的研发三星代工SamsungFoundry在年度三星代工论坛SFF2023上公布的最新工艺技术路线图计划在2025年推出2纳米级的SF2工艺2027年推出14纳米级的SF14工艺台积电正为预计于2025年开始量产的2nm技术N2做准备在日本由国立先进工业科学技术研究所运营的筑波市研究实验室正在开展一项合作以开发先进半导体生产线的制造技术包括2nm工艺的生产技术东京电子和佳能等芯片制造设备厂商与IBM英特尔和台积电一起参与了这个集体图表8全球加速竞争在2nm制程率先突破资料来源澎湃新闻日本半导体产业伺机而动能否追回失去的30年新浪财经-芯东西腾讯财经-镁客网东方财富证券研究所同时日本拥有信越化学和Sumco等强大的芯片材料供应商美国拥有芯片制造设备巨头应用材料公司主要供应商之间的这种合作旨在使2nm芯片的量产技术顺利实现虽然台积电和索尼已经在日本熊本县合作建立日积电不过这座新工厂的工艺制程局限在10-20nm日本还有越来越多的工厂即将投产铠侠与西部数据斥资近1万亿日元在日本中部建造一家工厂预计将于今年秋季投产另外铠侠还会再拨款1万亿日元在日本北部建造一家定于明年完工的工厂日本重回半导体制造行业巅峰的梦想进展不断敬请阅读本报告正文后各项声明10Tableyemei策略专题201723日本本土IDM厂商加速扩产除了引进外部代工厂在本地建厂联合国外企业发展先进制程外日本本土IDM厂商也在纷纷扩产提升国内半导体产能图表9日本在光刻技术上深度落后于美国掌控的ASML资料来源虎嗅网财经日本半导体正在追回失去的35年半导体行业观察世界半导体贸易统计组织WSTS东方财富证券研究所因看好来自电动汽车的市场需求罗姆2021年5月提出要抢占全球30SiC市场的目标在日本阿波罗筑后和宫崎新工厂将于2022年投入运营计划器件产能提高5倍以上此外还将把在马来西亚的半导体工厂产能扩大到15倍今年2月东芝宣布将投资约1250亿日元兴建12英寸晶圆制造厂以在需求旺盛的情况下扩大其主要生产基地的功率半导体器件的产能东芝将在日本中部建造一个先进的300mm晶圆制造厂生产应用于汽车电子和工业设备中的电源管理芯片该晶圆制造工厂的建造将分两个阶段进行第一阶段生产计划将于2024财年内启动瑞萨电子瑞萨宣布将对其位于甲府的甲府工厂进行价值900亿日元的投资该工厂于2014年10月关闭但瑞萨电子计划在2024年重新开放该工厂该工厂此前经营150mm和200mm晶圆制造线三菱电机2021年11月三菱电机宣布在未来五年内向功率半导体业务投资1300亿日元计划在福山工厂新建一条8英寸200mm和12英寸300mm晶圆生产线并计划到2025年将其产能比2020年翻一番8英寸生产线计划于2022年春季开始量产12英寸线的量产目标是2024年敬请阅读本报告正文后各项声明11Tableyemei策略专题2017富士电机未来五年富士电机将扩大8英寸硅片前端生产线为中心进行与功率半导体相关的资本投资总额将高达1200亿日元但是为了应对电动汽车和可再生能源对功率半导体的需求增加富士电机决定追加投资包括在津轻工厂建设SiC功率半导体生产线从上述厂商经营动向看无论是吸引外企来本地建厂还是IDM企业的扩产布局都在加速日本半导体制造产业的复苏助力日本复兴半导体产业的目标和决心3时隔三十年美国对于中国科技打压不断升级312022年以来美国对于中国科技打压历程回顾2022年以来美国对于中国高科技产业加速打压可以分为以下几个节点2022年8月9日美国总统拜登正式签署了芯片法案美国收紧对中国获得先进芯片制造设备的限制将向中国禁售技术的限制提升至14nm2022年10月7日美国商务部工业与安全局BIS公布了对向中国出口的先进计算和半导体制造物项实施新的出口管制这是自2018年以来美国对中国半导体产业制裁的再次升级本次EAR新增了对美国主体支持在中国的符合特定标准的集成电路的管制限制特定标准包括先进制程的半导体生产行为也即上述1416nm以下逻辑128层及以上NAND和18nm以下DRAM芯片的生产制造涉及先进芯片的设备软件和技术工作先进芯片即上述满足3A0904A090的高性能计算芯片和超级计算机2022年12月16日美国商务部工业和安全局在公告中称将36家中国实体纳入实体清单包括先进存储芯片公司长江存储及其日本子公司光刻机生产商上海微电子人工智能芯片公司寒武纪等荷兰政府于2023年6月30日颁布了有关半导体设备出口管制的新条例荷兰光刻机巨头阿斯麦公司ASML表示这些新的出口管制条例针对对象为先进的芯片制造技术包括最先进的沉积设备和浸润式光刻系统并非部分媒体报道的所有浸润式DUV光刻系统敬请阅读本报告正文后各项声明12Tableyemei策略专题2017图表102022年美国加速对于中国半导体为主的科技产业打压资料来源澎湃新闻人民网中央社2023年下半年投资策略展望东方财富证券研究所2023年8月1日美国众议院中国问题特别委员会正在调查美国资产管理巨头贝莱德集团和美国指数编制公司摩根士丹利资本国际公司称这些企业为对被列入黑名单中国企业进行投资提供便利在此前中国问题特别委员会2023年7月18日致函4家美国风投公司对其在中国人工智能AI和半导体等科技领域的投资表示严重关切并展开调查2023年8月10日美国总统拜登签署行政令设立对外投资审查机制限制美国主体投资中国半导体和微电子量子信息技术和人工智能领域除禁止对先进半导体和量子计算机进行新的私募股权风险投资和合资投资外行政令还要求在中国开展业务的美国人向美国政府通报对人工智能和其他类型半导体的直接投资新规将在明年执行违规的投资者可能面临罚款并被迫撤资32中美科技博弈核心将聚焦光刻EUV及DUV技术对华封锁321从7nm开始EUV成为绝对主导超越DUVEUV和DUV相比具备着天然优势虽然现阶段193nm浸入式的DUV通过多重曝光也能够实现7nm工艺这同样也是台积电早期7nm所用的技术但是这种技术更显复杂对良率设备成本等都提出了很大的挑战这同样也是现行的EUV技术对比DUV的最大优点敬请阅读本报告正文后各项声明13Tableyemei策略专题2017图表11EUV和DUV波长对比资料来源投资界财经EUV光刻机里的低调王者东方财富证券研究所下图是不同工艺节点使用的光刻工艺step数和套刻误差step数的对比从28nm到7nm使用ImmersionDUV设备的光刻工艺step数增加到了34次套刻误差step数达到了60个以上如此高的工艺复杂度对工艺整合是个巨大的挑战同时也大大提高了最终产品良率损失的风险因此继续使用ImmersionDUV设备进行7nm以下制程的开发已近乎不可能了或者说开始不具备实际经济效益了图表127nm制程开始DUV产生的误差已经大幅高于EUV资料来源与非网财经东方财富证券研究所而EUV的引入大大减少了工艺的复杂程度7nmEUV所需光刻工艺step数和20nmDUV的step数差不多因此EUV的引入使得7nm以下制程的继续开发成为可能摩尔定律也得以继续存活敬请阅读本报告正文后各项声明14Tableyemei策略专题2017322对华DUV加码封锁是对38nm制程以下加速打压自2019年以来ASML研发的最先进极紫外光EUV设备已禁止销往中国2023年3月9日阿斯麦ASML公司声明中称荷兰政府于今日发布了有关即将出台的半导体设备出口管制措施的进一步的信息这些新的出口管制措施侧重于先进的芯片制造技术包括最先进的沉积设备和浸润式光刻系统由于该等即将出台的法规ASML将需要申请出口许可证才能发运最先进的浸润式DUV系统此次并不适用于所有浸润式DUV设备只涉及所谓最先进的浸润式光刻系统即TWINSCANNXT2000i及后续推出的浸润式光刻系统图表13ASML对华限制上升到38nmDUV光刻机三款禁止从2000i型号38nm以下浸润式DUV已经开始对中国封锁目前可以出口中国的停留在1980Di38nmDUV光刻机资料来源ASML官网东方财富证券研究所虽然DUV和EUV都可以实现7nm制程工艺但是EUV相比DUV是更具技术优势的EUV具有更好的成像质量以及更少的工艺步骤而工艺步骤的减少对于成本和最终良率都是非常有利的2021年时台积电在7nm上选择了求稳路线并没有急于进入极紫外光刻时代台积电表示将继续使用DUV光刻利用沉浸式光刻和多重曝光等技术平滑进入7nm时代然后再转换到EUV光刻台积电使用DUV光刻的第一代7nmFinFET已经在2017年第二季度进入试产阶段与目前的10nmFinFET制程相比7nmFinFET将可在晶体管数量的情况下使芯片尺寸37或在电路复杂度相同的情况下降低40的功耗敬请阅读本报告正文后各项声明15Tableyemei策略专题2017第二代7nmFinFET制程上台积电将开始使用EUV光刻针对EUV优化的布线密度可带来约1020的面积减少或在电路复杂度相同的情况下相比7nmFinFET再降低10的功耗因此美国要求ASML最终对华加码38nm制程DUV光刻实际上将中国使用DUV进行7nm制程突破机会也进行封锁323ASML对华禁运EUV来保持长期的技术壁垒EUV光刻机得益于使用135nmEUV作为光源单次曝光的分辨率极限可以达到13nm因此在7nm制程工艺中的特征尺寸基本单次曝光SingleExpose就可以完成EUV同样可以使用SADP技术实现更小的特征尺寸使得芯片制程工艺向5nm3nm继续发展ASML公司的解决方案是用炙热的等离子体来产生波长为135nm的光即处于高度电离状态的锡离子8到14价态会产生波长为135nm共振跃迁theresonancetransitions图表14ASML生产极紫外光EUV核心步骤资料来源腾讯财经资讯东方财富证券研究所1ASML首先使用气嘴吹出连续的金属锡SnTin的小液滴直径为30微米之所以这么小是为了提高EUV的转换效率减少过程中锡碎片的产生然后使用CO2激光器连续地打出两个激光脉冲第一个激光脉冲是预处理光束能量不是很高但已足以把锡球压扁形成一个直径为500微米左右的扁平圆盘CO2激光器波长为106微米对应频率远小于锡中等离激元plasmon的振动频率激光脉冲将会在瞬间给锡球施加一个强大的光压把锡球压扁2随之而来的第二个激光脉冲是主脉冲此时CO2激光器工作在最佳状态光斑大小也恰好是500微米左右即所有激光能量都被打在锡扁平盘上由于金属锡中存在的阻尼作用电阻强大的激光瞬间使锡升温汽化并处于高温炙热的等离子状态这一般被称为激光激发的等离子体LPP当锡等离子体的温度为20-40eV时热运动会使锡离子8到14价态激发到高激敬请阅读本报告正文后各项声明16Tableyemei策略专题2017发态并发出EUV光激光激发的等离子体发出的频率其中绿线是CO2激光器的结果可见是最锐利的基本上集中在EUV135nm附近3此时发出的光除EUV的成分外还有其他波长的光存在锡球背后的大镜子是筛选光波波长用的这个镜子是个多层膜结构正好使得EUV的光135nm在多层膜上发生全反射并汇聚在远处的中间焦点intermediatefocusIF上2017年开始ASML的EUV光刻机有了里程碑式的进展2017年ASML向客户出货了11台EUV光刻机其中10台都是NXE3400BEUV系统2019年第三季度ASML新一代EUV光刻机NXE3400C开始出货据介绍NXE3400C是以NXE3400B为基础首次开发降低重合误差的版本而在后续的发展则是是以降低重合误差版本为基础开发提高生产性能的版本NXE3400C每小时生产170片晶圆可用率超过90支持7nm和5nm节点的EUV批量生产2020年ASML的最新一代EUV光刻机NXE3600D系统已发货给客户与NXE3400C相比能够提供15至20的生产力改进能力和约30的覆盖改进支持5nm和3nm逻辑节点和领先DRAM节点的EUV量产图表15ASML对华限制出口的光刻EUV技术具备巨大技术壁垒资料来源ASML官网电子工程网芯智讯东方财富证券研究所ASML在EUV技术光刻机中有诸多高精尖技术在激光等离子体LPP源中直径约25微米的熔融锡液滴以每秒70米的速度从发生器中喷射出来当它们下落时液滴首先被低强度激光脉冲击中将它们压平成煎饼形状然后更强大的激光脉冲蒸发扁平的液滴产生发出EUV光的等离子体为了产生足够的光来制造微芯片这个过程每秒重复50000次该系统在真空室内使用每个镜子都有100多层材料这些材料经过精心挑选和敬请阅读本报告正文后各项声明17Tableyemei策略专题2017精确设计以最大限度地提高EUV光的反射来自蔡司供应的反射镜被抛光到小于一个原子厚度的光滑度假设镜子有德国那么大面积那么最高的山只有1毫米高结合新颖的磁悬浮系统来移动载物台以实现更大的加速度高达5g比喷气式战斗机起飞速度更加高同时晶圆的位置每秒测量约20000次并且使用精确到约60皮米的传感器-小于硅原子的大小光刻系统扫描仪必须以亚纳米级精度247全天候工作同时以极快速度加速机电一体化模块例如光罩级加速接近16g晶圆级加速速度7g比喷气式战斗机的加速度更大324从ASML技术路线来看未来全球先进制程方向ASML公布的EUV未来技术roadmap随着EUV设备NA的增大可以使得EUV的最终分辨率达到小于7nm从而使得3nm制程也成为可能对于后3nm时代ASML及其合作伙伴正在开发一种全新的EUV光刻机TwinscanEXE5000系列该系列机器将具有055NA高NA的透镜分辨率达8nm从而在3nm及更先进的节点中尽可能的避免双重或是多重曝光图表16EUV未来技术路径聚焦在更高NA来实现1nm突破资料来源IT之家资讯ASML分享High-NAEUV光刻机最新进展东方财富证券研究所敬请阅读本报告正文后各项声明18Tableyemei策略专题2017目前三星和台积电的技术均可采用单次曝光的EUV技术NXE3400C但是当节点工艺推进到5nm处时则需要引入双重曝光技术对于各大晶圆代工厂来说其主要的目标就是尽可能的避免双重或是多重曝光ASML最新一代光刻机利用055NA系统采用了独特的创新光路光场数值孔径的增加需要相应地改变掩模到硅片的曝光减少投影光学系统利用各向异性缩小因子即x维度缩小4倍y维度缩小8倍然而如下图所示传统的6英寸掩模尺寸不支持全光罩26mmX33mm视场8Xdemagy范围超过面罩高度ASML展示中表示055NAEUV掩模基础设施将大力利用为033NA开发的现有技术并且在生产路径的所有条目都产生了进步的征兆图表17High-NA聚焦于EUV-055NA突破了摩尔定律资料来源Semiwiki半导体资讯网055High-NALithographyUpdateIT之家资讯ASML分享High-NAEUV光刻机最新进展东方财富证券研究所ASML披露其在2022年第一季度的财报就表示称其已经收到了多个客户的High-NATwinscanEXE5200系统EUV055NA订单到目前为止唯一确认使用ASMLHigh-NA光刻机的是英特尔18A节点英特尔计划在2025年进入大批量生产而ASML也是大约在那时开始交付其High-NAEUV系统但最近英特尔已经将其18A的生产规划推迟到2024年下半年并表示可以使用ASML的TwinscanNXE3600D或NXE3800E来生产可能是通过多重曝光模式敬请阅读本报告正文后各项声明19Tableyemei策略专题2017高数值孔径的光学元件明显大于033NA需要独特的设计方法055NA系统将具有一个变形透镜系统在一个方向上具有4倍的减速比与033NA相同在正交方向上的减速比为8倍由于光罩的尺寸和8倍的缩小可打印的视场尺寸在扫描方向上被切成两半至165nmASML的路线图是第一个高数值孔径系统EXE5000将于2023年在与Imec联合运行的ASML工厂的实验室中进行初步评估EXE5000系统应在2024年交付给客户生产EXE5200系统应在2025年左右交付给客户供生产使用图表18EUV055NA高孔径技术路线依托于变形透镜系统资料来源Semiwiki半导体资讯网ASMLEUVUpdateatSPIE东方财富证券研究所33芯片制造在受到科技打压下面临的挑战和变数331拜登政府及下一届美国政府对华政策预测美拜登政府上任以来总体上延续了特朗普时期的对华战略在此基础上拓展到更多领域采用了更多遏制手段敬请阅读本报告正文后各项声明20