Полупроводниковые компоненты (микрочипы), используются в электронных устройствах для выполнения самых различных задач. Наиболее важными из них являются вычисления и хранение данных. Они играют центральную роль в технологическом развитии, в том числе в разработке моделей искусственного интеллекта. С 2021 года США ограничили экспорт самых передовых микрочипов и оборудования для их производства в Китай, прикрываясь соображениями национальной безопасности. Аналогичные меры предприняли Нидерланды и Япония.

Микрочипы – это трехмерные структуры, в которых огромное количество различных электронных компонентов выстраиваются слой за слоем и соединяются друг с другом. Слои состоят из транзисторов, конденсаторов и других электронных компонентов. Микрочипы обычно изготавливаются на круглой кремниевой пластине диаметром 30 сантиметров. На пластине создается большое количество микрочипов, которые по окончании процесса производства удаляются с пластины.

Слоистая структура создается путем предварительного покрытия кремниевой пластины очень тонкими пленками металлов, электроизоляторов и полупроводников. Структура микросхем каждого слоя создается в процессе, называемом фотолитографией. В нем поверх покрытого слоя добавляется фотостойкое вещество. Когда на материал фоторезистора подается свет, он затвердевает, а в тех местах, где свет не попадает, фотостойкое вещество легко растворяется с помощью химических веществ. Поверх слоя, покрытого таким образом, формируется маска, которая защищает слой покрытия на следующем этапе. Маска защищает покрытие от травления в тех местах, где она присутствует. Когда затвердевшая маска удаляется, процесс повторяется. Так формируется слоистая структура микрочипа.

Чтобы повысить производительность микрочипа, снизить энергопотребление и уменьшить его размеры, необходимо сделать его компоненты как можно меньше. Ограничивающим фактором здесь является разрешение фотолитографии, то есть насколько точные структуры могут быть созданы с помощью маски. Разрешение прямо пропорционально длине волны света, используемого в литографии. Наименьшая длина волны видимого света составляет 380 нанометров (нм), поэтому литография перешла на ультрафиолетовое излучение. Самые современные устройства ультрафиолетовой (EUV) литографии используют ультрафиолетовое излучение с длиной волны 13,5 нм, с помощью которого были созданы микрочипы с разрешением 3-7 нм.

 Следующие по разрешению устройства глубокой ультрафиолетовой (DUV) литографии используют ультрафиолетовое излучение с длиной волны 193 нм. По сравнению с 3-7 нм микросхемами они в основном менее развиты, но их пределы были расширены с помощью так называемого метода множественного шаблонирования. Проще говоря, описанная выше литография выполняется для каждого слоя микросхемы не один, а несколько раз. Недостатком этого метода является то, что процесс производства микросхем занимает больше времени, что снижает производственную мощность. И что еще более важно, доля микросхем во всех производимых чипах при использовании метода многократного шаблонирования часто оказывается низкой. Процесс производства микрочипов технически сложен, и некоторые из них почти всегда работают не так, как хотелось бы. Поэтому с точки зрения коммерческого потенциала производственного процесса важно, какая часть изготовленных чипов работает и как долго длится процесс производства.

В мировом производстве микрочипов доля Китая составляет около 20 процентов. Однако доля в производстве оборудования для производства полупроводников значительно меньше. Китай зависит от импорта литографического оборудования. Единственной компанией, производящей оборудование для EUV-литографии в мире, является ASML из Нидерландов. Однако в 2019 году она присоединилась к ограничению экспорта полупроводников в Китай, запретив экспорт EUV-оборудования. В 2023 году фирма ASML установила ограничения на экспорт и устройств DUV-литографии. Одновременно Япония также ограничила экспорт DUV-оборудования в Китай.

В 2023 году США ввели ограничения на экспорт современных микрочипов в Китай. Крупнейшие производители передовых микрочипов Nvidia и Intel ограничили экспорт передовых микрочипов. Поэтому Китай все больше зависит от внутреннего производства микросхем. У страны нет оборудования для EUV-литографии, она работает над повышением производительности оборудования для DUV-литографии. Китайский производитель SMIC изготовил 7 нм чип для Huawei с помощью устройства DUV-литографии с использованием метода множественного шаблонирования. Чип был использован в смартфоне Mate 60, выпущенном Huawei в прошлом году. Однако, согласно отчетам, на производство чипа уходит много времени, а относительная доля рабочих чипов невелика. Возможно, с тех пор SMIC удалось повысить производительность метода, а китайские компании подали патентные заявки на другие методы изготовления 5-нм чипов с использованием DUV-устройств. Однако в отрасли считают, что для производства самых современных чипов метод EUV является наилучшим с точки зрения выхода и затрат.

Заметное ускорение в мире процессов развития моделей искусственного интеллекта и других передовых технологий, невозможность импортировать самые передовые чипы и литографическое оборудование стала очень серьезной проблемой для Китая. Динамика китайского импорта оборудования для производства полупроводников и микросхем за последние годы показывает, что импорт микрочипов сократился после 2021 года. Вместе с тем общий объем китайского импорта данной продукции остается значительным. Возможно, это связано с тем, что ограничения касаются только самых современных чипов, а другие чипы американские компании могут экспортировать. Пик импорта полупроводников пришелся на лето и начало осени прошлого года. По сообщениям прессы, китайская компания приобрела большое количество DUV-устройств в преддверии вступления в силу ограничений. Однако не исключено, что рост импорта связан и с другим оборудованием для производства полупроводников.

Ограничения на экспорт со стороны США, Нидерландов и Японии заставили Китай инвестировать во все аспекты собственного полупроводникового сектора: разработку, производство и упаковку чипов, а также оборудование для производства полупроводников. В Китае были поданы патенты на отдельные части технологии EUV, но маловероятно, что в ближайшие годы Китай сможет создать полноценное устройство EUV-литографии. Китай также инвестирует в упаковку микрочипов, когда из нескольких микрочипов собираются более эффективные устройства. Соответствующая технология уже доступна в Китае, так что это может стать способом обойти нехватку оборудования для EUV.

В мае 2024 года Китай объявил о создании третьего Национального инвестиционного фонда полупроводников. Активы фонда составляют 344 млрд юаней (47,3 млрд долларов). В то же время США, ЕС и Южная Корея также объявили о своих инвестициях в полупроводниковый сектор. Это усложняет стремление Китая догнать конкурентов и выйти на передовые рубежи технологий в данной области.