《瓦森纳协定》对中国的高技术封锁“紧箍咒”如何破解?看这里!

众所周知,全球迈入5G基础建设以来,华为在5G市场的主导地位逐渐显现。但美国却以"威胁国家安全"为由,对华为进行多次打压。先是禁止美国企业为华为提供芯片等供应,迫使谷歌对华为断供。随后变本加厉。要求使用美国芯片生产设备的外国企业在向华为供货时,必须先获得许可,这会使台积电或放弃华为订单。这个要求的依据就涉及到《瓦森纳协定》,包括禁止荷兰向中国出口先进的EUV光刻机。也是受这个协定的限制。那么,作为瓦森纳协定的签约国,荷兰为什么容许高端光刻机出口中国?很简单,高端光刻机的最主要技术难点:光刻机的曝光光学系统;光刻机的激光光源;光刻机工件台以及光刻机浸液系统,已经被中国人一一攻克。导致ASML公司不得不与上海微电子重新建立合作伙伴关系,并声称:从来没有对中国出售最先进光刻机进行所谓的“禁运”;愿意随时给中国出口最高端的光刻机。

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第一节

《瓦森纳协定》,一切都从当年的冷战时期说起。

二战结束以后,美苏两个阵型进入了冷战时期。由于当时在美帝及其同盟眼里,苏联及其盟国都是邪恶轴心。为了防止苏方阵型发展高端武器,在美国提议下,包括美国、英国、日本、法国、澳大利亚在内的十七个国家于1949年11月在巴黎成立了一个叫做巴黎统筹委员会(简称巴统)的组织。

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这是二战以后是西方发达工业国家在国际贸易领域中纠集起来的一个非官方的国际机构,目的是是限制成员国向社会主义国家出口战略物资和高技术。列入禁运清单的有军事武器装备、尖端技术产品和稀有物资等三大类上万种产品。

被巴统列为禁运对象的不仅有社会主义国家,还包括一些民族主义国家,总数共约30个。

其实在巴统建立初期,中国并不在其管制范围之内。但后来随着国内国共形势的突变,还有美国对日态度和亚洲形态的重新估量,最终在1952年将中国列入了管制的范畴。列入被限制的有军事武器装备、尖端技术产品和稀有物资等三大类共上万种产品。

由于很多设备被国外列入禁运范围,由于缺乏高级计算机,当年中国的的核爆实验计算是利用手摇式计算机完成的试验计算。除了早年有些人通过黑市用高价从不同渠道购入了所需的产品外,很多中国的工业和建设体系都是在自己或者在苏联的支持下建立的。

建国初期从苏联引进的156个项目以及相关技术,这些项目包括了一个现代国家所需要的大部分工业门类,使中国初步建成了自己的工业生产和科研体系。特别值得一提的是,在建设这些工业项目的同时,中国还在苏联的援助下建立起了学校、研究所等教学和科研机构,这些机构日后大多成长为中国科技进步的强劲引擎,为中国的持续发展提供了不竭的动力。

而在中苏关系破裂以后,中国的工程师经历了大到整个系统架构的设计,小到一个螺丝钉的加工的整个流程。让中国在计算机、材料科学、测控测绘技术、核物理、力学等学科等各个领域虽然在发展过程中走了不少的弯路,但依然取得了不错的成绩.

特别值得一提的是中国在电子计算机领域的成就,从1959年中国研制成功第一台电子计算机之后,先后研制成功了每秒5万次、11万次、100万次级别的计算机,使中国在这一领域长期保持了较高的水平,不仅满足了当时科研工作的迫切需求,更为后来的银河、天河等超级计算机打下了坚实的基础。

同一时期的美国则已经拥有了十分强大的先进工业机床、机械加工设备和超级计算机。

随着中美建交,还有冷战的结束,欧美等国家由于看中中国的庞大的劳动力和相对便宜的人工,于是便些许放松了对中国的禁运,并于1994年4月1日正式将这个冷战时期的协会解散。

但别以为中国此时会进入到好时机,一条更严格的协定到来了,那就是《瓦森纳协定》。

第二节

《瓦森纳协定》,又称瓦森纳安排机制,全称为《关于常规武器和两用物品及技术出口控制的瓦森纳安排》,它是世界主要的工业设备和武器制造国在巴黎统筹委员会解散后于1996年成立的一个旨在控制常规武器和高新技术贸易的国际性组织。《瓦森纳协定》拥有33个成员国,其中17个曾是“巴统”组织的成员国。

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一份是军民两用商品和技术清单,涵盖了先进材料、材料处理、电子器件、计算机、电信与信息安全、传感与激光、导航与航空电子仪器、船舶与海事设备、推进系统等9大类;

另一份是军品清单,涵盖了各类武器弹药、设备及作战平台等共22类。

目前,欧盟27个成员国中已有21个签署了《瓦森纳协定》。

欧盟理事会还在2000年通过了《1334号法令》,将《瓦森纳协定》的机制贯彻到欧盟高科技出口贸易方面,欧盟《1334号法令》确定的控制出口清单同《瓦森纳协定》没有太多区别。

1334号法令共8章22条,规定了出口控制的范围,主管部门,控制物项的变更、海关程序,行政合作和控制措施等。规定附有两用品和技术清单,涉及核材 料、技术与设备;材料、化学品、“微生物和有毒物品”;材料处理;电子;计算机;电信和“信息安全”,传感和激光;导航与电子;船舶;推进系统、航天器及 其相关设备等共10大类。对于不在清单上的项目,如果被认为与核、生、化武器的生产、储存、试验、操作、维护等有关,或接受国正接受武器禁运,也必须取得授权。

《瓦森纳协定》虽然允许成员国在自愿的基础上对各自的技术出口实施控制,但实际上成员国在重要的技术出口决策上受到美国的影响。

中国、伊朗、利比亚等均在这个被限制的国家名单之中。

《瓦森纳协议》严重影响着我国与其成员国之间开展的高技术国际合作。在中美高技术合作方面,美国总是从其全球安全战略考虑,并以出口限制政策为借口,严格限制高技术向我国出口。中美两国虽然在能源、环境、可持续发展等领域科技合作比较活跃,但是在航空、航天、信息、生物技术等高技术领域几乎没有合作。

中欧高技术合作受制于美国。由于美国是全球唯一的超级大国,欧盟及其成员国在各方面都会受制于美国,特别是在中欧高技术领域的合作,而《瓦森纳协议》正是欧美共同战略利益和政治理念的鲜明体现。2004年,捷克政府曾批准捷克武器出口公司向我国出售10部总价值为5570万美元的“维拉”雷达系统,但在美国的压力下,取消了这一合同。2006年,我国与意大利阿莱尼亚空间公司曾签署了发射意卫星的合作协议,但由于美国的干预,意方不惜经济和信誉损失而最终取消了合作协议。

作为《瓦森纳协议》成员国之一的日本,出于政治和经济的需要,也一直对中日两国高技术合作与交流持消极、谨慎的态度。日本与我国的高技术合作项目很少,而影响力大的合作项目就更少。

第三节

回到半导体领域,受限于《瓦森纳协议》,从芯片设计、生产等多个领域,中国都不能获取到国外的最新科技。

就拿晶圆代工来说,我国的中芯国际成功和IMEC合作实现14nm工艺,这已经将中国的晶圆代工工艺推向了一个全新的国际水平。

而将时间推回到2011年,当时的全球半导体前15大设备供应商,他们当中全部都是受到瓦森纳协定限制的,这样中芯国际就买不到最先进的制造设备、

这个名单上面的公司基本上都受到瓦森纳协议限制,中芯国际买不到最先进的制造设备,和比利时微电子研究中心(IMEC)的合作就是曲线救国的一种方式。

IMEC先从ASML应用材料买设备,用完5年后符合瓦森纳协议要求就可以转卖给中芯国际,这就是中芯国际落后的根本原因--根本买不到新设备!

按照知乎用户dax eursir的说法:Intel、三星、台积电2015年能买到ASML10NM的光刻机。而大陆的中芯国际,2015年只能买到ASML2010年生产的32NM的光刻机。5年时间对半导体来说,已经足够让市场更新换代3次了。

如果大陆能像台湾和韩国一样购买最先进的半导体制造设备,追赶INTEL很难,但快速拉近跟台湾、韩国的半导体制造水平是有可能的。台湾微电子工业的顶梁柱--台积电2014年的研发经费,不到18亿美元。

对比一下,华为2014年研发经费是400亿人民币,65亿美元,竟是台积电的三倍以上。

除了不能买到最新的设备以外,受到瓦尔纳协定的影响,华裔工程师还不能进入到欧美等知名半导体公司的核心部门,防止技术泄露。

在微电子,精密仪表仪器,传感器,高档数控系统,数字化工具系统及量仪,高档DCS、FCS和PLC,涡扇发动机智能控制系统、高精度、高稳定性、智能化压力、流量、物位、成份仪表与高可靠执行器,智能电网先进量测仪器仪表(AMI),材料分析精密测试仪器与力学性能测试设备,新型无损检测及环境、安全检测仪器,国防特种测试仪器、高可靠性力敏、磁敏等传感器,新型复合、光纤、MEMS、生物传感器,仪表专用芯片,色谱、光谱、质谱检测器件;高参数、高精密和高可靠性轴承、液压/气动/密封元件、齿轮传动装置及大型、精密、复杂、长寿命模具;高档(尤其是军品级别)电子器件及变频调速装置等等更是与美国差距巨大,限制重重。

就在这些极端的限制之下,中国科技能够发展到今天的地步,已经是极不容易的。

…………转自天涯作者:stonyau

2019 年 12 月发布的最新版瓦森纳安排的《军民两用商品和技术清单 Dual-Use Goods and Technologies and Munitions List》有共有 243 页,其中正文 241 页,比 2018 年版多了 3 页内容。

清单包括如下

通用技术、通用软件、通用信息安全说明

第一类 特殊材料和相关设备

第二类 材料加工

第三类 电子产品

第四类 计算机

第五类之一 电信

第五类之二 信息安全

第六类 传感器与激光

第七类 导航及航空电子

第八类 海洋技术

第九类 航空航天推进系统

附录一 敏感清单

附录二 非常敏感清单

其中和半导体最相关的莫过于第三类“电子产品”。当然,其他部分也多少会涉及到。

在第三类“电子产品”中,共分五项进行说明,分别是:系统、设备和组件 SYSTEMS, EQUIPMENT AND COMPONENTS;测试、检测、制造设备 TEST, INSPECTION AND PRODUCTION EQUIPMENT;材料 MATERIALS、软件 SOFTWARE、技术 TECHNOLOGY。

1、系统、设备和组件(该部分内容没有变化)

对半导体集成电路进行了诸多限制,涵盖:单片集成电路、混合集成电路、多芯片集成电路、薄膜型集成电路(包括蓝宝石上硅集成电路)、光集成电路、三维集成电路”、单片微波集成电路(MMIC)。具体来说包括:微处理器、微计算机电路、微控制器、DSP、ADC/DAC、光器件、FPGA、FFT 处理器、存储器(SRAM、NVM)、微波器件。

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比如 ADC/DAC 的在符合以下条件的都在管制之内。

分辨率 8bit 到 10bit,采样率大于每秒 1.3G SPS;

分辨率 10bit 到 12bit,采样率大于每秒 600M SPS;

分辨率为 12bit 到 14bit,采样率大于 400 M SPS;

. 分辨率为 14bit 到 16bit,采样率大于 250 MSPS;

分辨率大于或等于 16 位,采样率大于 65 M SPS

2、测试、检测、制造设备(该部分内容没有修订)

包括原子层外延设备(ALE)、金属有机化学气相沉积设备(MOCVD)、分子束外延生长设备(MBE)、光刻设备(包括纳米压印)。

其中光刻设备管制范围说明如下:(和 2018 年版本没有变化)

光源波长短于 193 nm;

生产最小可分辨特征尺寸(MRF)为 45 nm 或更小的图案(MRF=曝光光源波长*0.35/NA)

如此看来 EUV 光刻机确实是在管制范围内。

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但是控制和不批准是两个概念,控制归控制,但是还是有可能批准的。

确实如此,此前,中芯国际、华虹集团等半国内导体公司进口的很多设备都需要取得出口许可证,但经过双方的交流和沟通 ,设备也都购买回来了。现在我国最先进的工艺也推进到了 14 纳米,也已经实现了量产!

3、材料(该部分内容也没动)

包括衬底材料和 193 纳米用光刻胶。

半导体基板衬底说明非常明确,其范围包括硅片(Silicon Wafer)、锗片、碳化硅片以及 III-V 族的镓和铟材料,以及晶锭、晶棒等。

内容也对高电阻率材料进行了说明,并且标注了注意事项。因为高阻抗率材料可以用来生产超高压、超大电流的器件,可以转用于军事领域。

4、软件

包括为规定的设备开发的软件,以及用来开发 EUV 光刻掩模或掩模版上的图案的软件。

笔者发现 2019 版和 2018 版相对照,该部分有了变化。

修订的这部分内容非常关键。请大家仔细品读。

2018 年的内容表述为:物理模拟软件

2019 年的内容直接表述为:计算机光刻软件。

芯思想研究院认为,这一修订非常关键,直接打在半导体光刻工艺研发的七寸上。

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据悉,光刻工艺过程可以用光学和化学模型借助数学公式来描述。光照射在掩模上发生衍射,衍射级被投影透镜收集并会聚在光刻胶表面,这一成像过程是一个光学过程;投影在光刻胶上的图像激发光化学反应,烘烤后导致光刻胶局部可溶于显影液,这是化学过程。计算光刻就是使用计算机来模拟、仿真光刻工艺中光学和化学过程,从理论上探索增大光刻分辨率和工艺窗口的途径,指导工艺参数的优化。计算光刻起源于 20 世纪 80 年代,它一直是作为一种辅助工具而存在。随着工艺的不断进步,设计尺寸不断缩小,器件上最小线宽开始小于曝光波长,越来越接近光刻成像系统的极限,

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光的衍射效应变得越来越明显,导致最终对设计图形产生光学影像退化,实际形成的光刻图案相对于掩膜版上的图案发生严重畸变,最终在硅片上经过光刻形成的实际图形和设计图形不同,这种现象称为光学邻近效应(OPE,Optical Proximity Effect)。为了修正光学邻近效应,便产生了学邻近效应修正(OPC,optical proximity correction),光学临近效应修正已经成为光刻图形处理的关键步骤,变得必不可少。

光刻工程师还使用一些专用的测试图形曝光,收集晶圆上的数据,用来修正软件里的模型,使之计算出的结果和实际尽量吻合 。

现在,在先进工艺特别是 FinFET 工艺中,计算光刻已经成为光刻工艺研发的核心。计算光刻是依靠专用 EDA 工具来实现的,这些 EDA 工具都是有专门的供应商提供的。明导(MENTOR)、新思(Synopsys)都有专用 OPC 软件提供,目前国内的全芯智造也在瞄准 OPC 软件。

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5、技术

包括浮点运算计算技术、HEMT 和 HBT 等一系列技术。

笔者发现 2019 版和 2018 版相比,在此部分最后加了一内容。就是有关 12 英寸大硅片的切磨抛(Slicing、Grinding、Polishing)工艺技术。

芯思想研究院认为,新增内容就是针对中国的大硅片企业。

新增内容中“Site front least-squares range(SFQR)”是指硅片平整度,该参数是硅片抛光质量的一个重要指标,据悉,该参数也是抛光过程中比较难于优化的一个参数。

目前,12 英寸大硅片生产技术主要由日本信越半导体(Shin-Etsu)、胜高(SUMCO)和德国世创(Siltronic)掌握,切磨抛设备也几乎被日本控制,上游的原材料高纯多晶硅也被美国、日本和德国所垄断,这也导致国内大硅片技术进展缓慢。

目前国产 8 英寸硅片出货主要还是 MOS 管器件生产用,真正用在集成电路制造中的少之又少;12 英寸主要还是以控片、陪片为主,正片还是在相对低端工艺小批量试用阶段,至于工艺节点就不要去猜测了,反正不可能是 14 纳米和 28 纳米(偷笑)。

遍地开花的大硅片项目引起了美国及其他国家的高度戒备,不知道是幸运还是悲催!但起码有一点,这些大硅片项目又可以借机炒作一把!

我国半导体集成电路产业还是发展阶段,不管是设备、材料、工艺、管理等方面,都和海外半导体有着不少的差距,脖子还是被卡着!

希望媒体不要天天写“中国半导体不再被‘卡脖子’了”、“中国告别‘缺芯’之痛”,你越吹,人家就越卡你脖子!

不要以为真得可以倒逼出半导体产业!

也许这次疫情能够让半导体产业回归理性!

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只要我国科研机构坚持不懈突破相关技术难关,欧美国家都会向荷兰一样得知我国突破光刻机相关技术后解除对我国出口光刻机限制。

《瓦森纳协定》对我国技术出口限制“紧箍咒”,如同孙悟空保护唐僧取经成功得道成“斗战胜佛”之后“紧箍咒”自然解除。只要我们科研机构自强不息,教育系统也持续培养后续人才,打破紧箍咒,指日可待!



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