美国出手阻挠，中芯国际的EUV光刻机黄了？

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Original 芯智讯浪客剑 芯智讯 2020-01-07

当地时间1月6日，路透社援引知情人士的消息报道称，美国特朗普政府正在以各种方式施压荷兰政府，以阻挠全球光刻机巨头ASML(阿斯麦)将其最先进的EUV光刻机给中国企业。正是由于美国政府的施压，最终迫使荷兰政府没有续签ASML的出口许可证，使得ASML无法向中国客户——中芯国际交付EUV光刻机。

目前，ASML是全球唯一一家能够量产EUV光刻机的厂商，而EUV光刻机则是实现7nm以下先进半导体制程的关键设备。虽然目前中国大陆的中芯国际已经量产了14nm工艺，今年华虹的14nm工艺也将量产，但是如果中国大陆无法引入ASML的EUV光刻机，则意味着大陆的国产晶圆代工厂追赶国际先进制程工艺的脚步，将止步于7nm工艺。

为什么EUV光刻机是7nm以下先进制程的关键？
半导体芯片在制作过程中经历材料制备、掩膜、光刻、刻蚀、清洗、掺杂、机械研磨等上百个工序，其中以光刻最为关键，因为它是整个芯片产业制造工艺当中难度最高的环节之一。而决定光刻效果的，则是光刻机。

光刻机的发展经过了一个漫长的过程，自1960年代的接触式光刻机、接近式光刻机，到1970年代的投影式光刻机，1980年代的步进式光刻机，到步进式扫描光刻机，再到浸入式光刻机，随着设备性能不断提高，也推动了摩尔定律的不断向前。

而对于光刻机来说，其内部的曝光光源则是实现光刻的关键。目前光刻系统中常用的DUV准分子激光器是248nm波长的KrF和193nm波长的ArF。使用193nm ArF光源的干法光刻，其工艺节点可达45/40nm，进一步采用浸润式光刻、配合比较激进的可制造性设计（DfM）等技术后，可达28nm；而要进到更高端制程时，就必须采用辅助的多重曝光（Multiple Patterning，MP）。

然而使用多重曝光会带来两大问题：一是光刻加掩膜的成本上升，而且影响良率，多一次工艺步骤就是多一次良率的降低；二是工艺的循环周期延长，多重曝光不但增加曝光次数，而且增加刻蚀（ETCH）和机械研磨（CMP）工艺次数，也就是把光刻的步骤分了点给ETCH和CMP。对于使用浸润式光刻+多重图形曝光的193nm ArF光刻机可以将工艺缩小到10nm，甚至也可以勉强用于7nm，但是这已经是极限，技术与资本门槛也变得极高。

要想实现更先进的5nm、3nm工艺，则需要采用极紫外（EUV）光刻技术。因为，在传统的深紫外（DUV）光刻系统当中，随着光波长的变小，光会被用来聚光的玻璃透镜吸收，结果是光到达不了硅片，也就无法在晶圆上生成任何图案。而在EUV光刻技术中，玻璃透镜将被反射镜取代以用于聚光。



EUV光刻技术早期有波长10～100nm和波长1～25nm的软X光两种，两者的主要区别是成像方式，而非波长范围。前者以缩小投影方式为主，后者以接触／接近式为主。目前的EUV技术使用的是激光等离子源产生的约13.5nm的紫外波长，这种光源工作在真空环境下以产生极紫外射线，然后又光学聚焦形成光束。光束经由用于扫描图形的反射掩膜版反射。

有了EUV光刻技术，一次就能曝出想要的精细图形，不再需要多重曝光，没有超纯水和晶圆接触，在产品生产周期、OPC的复杂程度、工艺控制、良率等方面的优势明显。

根据ASML的说法，浸润式显影技术走到三重曝光（triple-patterning）阶段，成本已然超过EUV光刻，同时生产交期更长、技术更为复杂。从量产的性价比角度，EUV光刻在7nm以下技术节点已属于最适方案。

独步天下的ASML
资料显示，ASML占据了全球光刻机市场超过70%的市场份额，远远领先于尼康等竞争对手，几乎垄断了高端光刻机市场。同时，ASML也是目前唯一一家能够量产出货EUV光刻机的厂商。

根据ASML公布的数据显示，其在2017年出货了11台EUV光刻机，2018年出货18台，2019年的出货计划是30台。而目前其出货的主力机型则是Twinscan NXE: 3400B，单台售价高达1.2亿美元（约合8亿）。



▲Twinscan NXE: 3400B

目前台积电、三星已量产的7nm和即将量产的5nm工艺，以及英特尔将推出的7nm工艺，都依靠的是ASML的EUV光刻机，ASML近三年的EUV光刻机产能也主要是被这三家所包揽。这也使得ASML的EUV光刻机极为紧俏，需要至少提前一年订购，而且其他厂商有钱也不一定能买到。在2019年3季度时，ASML就已经接到了2020年EUV光刻机预定量达到35台。去年10月，就有韩国媒体报道称，三星又向ASML订购15台先进EUV光刻机设备，价值180亿元人民币！

需要指出的是，目前台积电、三星、英特尔这三家全球主要的晶圆代工厂都是ASML的股东。而也正是得益于台积电、三星、英特尔对于ASML在EUV光刻机研发上的大力支持，以及对其EUV光刻机的大量采购，才成就了ASML在EUV光刻机领域独步天下的地位。

发力中国市场，ASML接下中芯国际首台EUV光刻机订单
随着近年来中国集成电路产业的飞速发展，国内对于高端光刻机的需求也是越来越大。根据中科院数据显示，目前中国大陆已投产的12英寸晶圆产线已超20条，宣布在建的有8条。目前中国大陆12英寸晶圆产线总投资额已超过15000亿元，而在建和规划中的12英寸晶圆厂投资也接近了7500亿元。而对于晶圆厂来说，光刻机则是必不可少的关键设备。

根据此前ASML的财报数据显示，2018年一季度时，ASML的系统设备销售额就有20%是来自中国大陆市场，仅次于韩国市场。而现在，中国大陆市场的占比或将有了进一步提升。

ASML中国区总裁金泳璇（Young-Sun Kim）在2017年9月接受台媒《电子时报》采访时也表示，“中国半导体生产设备市场规模将在未来几年迎来大发展，2018-2019年更是有望呈现跳跃式增长，ASML也将深耕中国市场，还将和中国某些科研机构在技术研发方面开展深度合作。”

显然，对于中国市场对于光刻机的需求，ASML非常的看好，因此，ASML近两年来也在大力开拓中国市场。

比如，2018年底，SK海力士位于无锡的M16工厂就成功引入了中国首台ASML NXT2000系列光刻机。2019年华虹无锡集成电路研发和制造基地一期项目、湖北武汉的弘芯半导体都采购了多台ASML的光刻机设备。其中高端的系列售价也高达数千万美元。



另外，前面提到，EUV光刻机是实现7nm以下制程的关键，因此，大陆的晶圆厂要想进入7nm以下制程，就必须要购买ASML的EUV光刻机。但是，由于《瓦森纳协定》的存在，ASML最先进的EUV光刻机此前一直被认为是被禁止向中国大陆出口的。

不过，金泳璇此前在接受采访时，就透露了当时已有“中国芯片制造巨头（中芯国际）在和ASML洽谈首台EUV光刻机订单”，其表示，ASML对全球各大芯片制造商皆“一视同仁”，只要有一家中国芯片制造商向ASML成功下单EUV光刻机，ASML就能够为这家中国芯片制造商生产出1台甚至多台EUV光刻机。

而ASML的这番表态，被认为是主动向中国释放“善意”，以期后续能够更好的开拓中国市场。

2018年初，ASML与中芯国际正式达成了首台最先进的EUV光刻机的采购订单，价值约1.2亿美元，预计将于2019年底交付。但是此后的交付被推迟了。

美国出手阻挠，中芯国际EUV光刻机订单黄了？
2019年11月，据《日经亚洲评论》报道，ASML决定暂时中止向中芯国际交付EUV光刻机，而原因则可能是受到了美国政府的干预。不过，随后中芯国际和ASML两家公司对此都予以了否认。

ASML公司给出的推迟交付的理由是：“荷兰政府目前正在处理EUV光刻机出口到中国的续期/延期的请求。在此之前，我们无法将EUV运往中国。”

不过，报道称，ASML之所以采取这一举动，是因为美国仔细审查了中国技术供应链中的所有主要公司。比如中芯国际，该公司有向华为提供芯片。而一旦中芯国际获得了EUV光刻机，那么就意味着未来中芯国际有能力向华为提供更先进的半导体制程工艺。而目前华为正处于美国的禁运名单当中。

根据目前的规定，如果其他国家出口的高科技产品中美国制造的零部件到达25%以上，美国政府有权阻止这项交易。据路透社援引一位知情人士消息透露称，美国商务部对ASML的EUV光刻机进行了审计，但发现它没有达到25%的门槛。但是，美国政府并没有放弃。

而根据路透社近日最新的报道显示，有三位消息人士向路透社透露，自2018年中芯国际与ASML达成了EUV光刻机采购订单之后，美国在接下来的几个月中，就一直在研究是否可以彻底阻止EUV光刻机的出售，并与荷兰官员进行了至少四轮会谈。

由于无法直接阻止出售，特朗普政府迫使其荷兰盟友考虑安全问题。消息人士称， 美国国务卿蓬佩奥(Mike Pompeo)去年6月访问荷兰期间，曾敦促荷兰总理马克·鲁特（Mark Rutte）本人阻止这笔交易，尽管商业压力迫使ASML继续遵守这一交易。

蓬佩奥说：“我们的要求是，我们的盟友、合作伙伴和朋友不要去做任何可能危及我们共同安全利益的事情。”他没有特别提到芯片设备。两名消息人士表示，美国国防部官员与荷兰官员多次会面，讨论此次销售的安全风险。

2019年7月18日，美国方面的努力达到了顶峰，当时美国国家副安全顾问查尔斯·库珀曼（Charles Kupperman）在荷兰总理马克·鲁特访华期间向荷兰官员提出了这个问题。马克·鲁特得到了一份情报报告，内容涉及中国购买ASML EUV光刻机技术的潜在影响。

而从现在的结果来看，美国施加的压力似乎起作用了。荷兰政府决定不续签ASML的出口许可证，这也使得ASML的EUV光刻机无法交付给中芯国际。

对此，荷兰总理吕特的办公室发言人伊尔斯·范·奥弗林(Ilse van Oevering)拒绝置评，称政府不能讨论个别的许可证案件。白宫和库珀曼也拒绝了路透社的采访，并拒绝对此事发表评论。

荷兰为何妥协？
虽然，ASML的EUV光刻机来自美国的技术占比没有达到25%，但是11月，据路透社报道称，美国商务部目前正在考虑在某些情况下降低25%的门槛。

另外，美国方面敦促其荷兰盟友考虑安全问题，遵从《瓦森纳协定》的管辖范围，该协议协调了具有商业和军事应用的所谓“双重用途”技术的出口限制。

《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协定》 目前共有包括美国、日本、英国、俄罗斯、荷兰等42个成员国。尽管「瓦森纳安排」规定成员国自行决定是否发放敏感产品和技术的出口许可证，并在自愿基础上向“安排”其他成员国通报有关信息。但“安排”实际上完全受美国控制。而中国（大陆）就在“被禁运”国家之列。

当“瓦森纳安排” 某一国家拟向中国出口某项高技术时，美国甚至直接出面干涉，如捷克拟向中国出口“无源雷达设备”时，美便向捷克施加压力，迫使捷克停止这项交易。

因此，在美国方面的施压下，荷兰确实很可能会遵从《瓦森纳协定》，拒绝向ASML发放新的出口许可证。

根据荷兰外交部发布的公共许可证数据库，ASML向中国出口EUV光刻机的出口许可证已于2019年6月30日到期，未使用，并且在接下来的八周内通常不会考虑续签请求的新许可证被授予。

荷兰外交部发言人艾琳•格里特森（Irene Gerritsen）表示，荷兰政府拥有授予双重用途技术许可的主权裁量权，不会就具体案件发表评论。

但是，现在的事实情况就是，此前的出口许可证到期后，ASML方面似乎已经申请了延期，但是到目前为止已过去了近半年时间，ASML仍未获得新的出口许可证。中芯国际采购的EUV光刻机可能将遥遥无期。