扑克王在线客服ASML 花十年研发,日本厂商股价飙升 900%,前道量测到底是什么

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发布时间:2021-02-13 11:51

不久前的 1 月 20 日,扑克王在线客服全球光刻机龙头 ASML 正式交付了一台晶圆量测设备 YieldStar 385。相比于售价动辄过亿美元的光刻机,这台新设备并未引起过多关注。

但实际上,在量测设备领域,ASML 已投入了十年的研发。而 ASML 最新推出的 YieldStar 385 设备,可用于最领先的 3nm 制程产线

那么,这种得到全球光刻王者青睐的量测设备到底是什么?

在芯片制造全程中,晶圆厂需要在刻蚀、光刻等每一个步骤结束后,对晶圆进行检测,以确认加工参数达到设计要求、排除晶圆表面缺陷,从而保证良率和控制成本。

这种贯穿芯片制造全程的检测工艺,就被称为 “前道量测”,又称 “过程工艺检测”。

据 SEMI 和申港证券研究所统计,前道量测设备(工艺控制检测设备)的价值,占到晶圆厂制造设备总额的 10%。

▲前道检测设备约占晶圆厂制造设备总额的 10%(2018 年数据)

今天,芯东西着眼全球市场,解读前道量测设备背后的技术逻辑,以及领先玩家背后的故事。

01. 前道量测设备:与光刻机联系紧密的关键设备

翻开 ASML 2020 年的财务报告,可以看到在 2020 年,ASML 向客户交付了四套前道量测系统,分别为三套 eScan1000 多光束检测系统、一套 YieldStar 385 系统。

全球光刻之王为何布局前道量测设备市场?或者说,前道量测设备会对光刻工艺造成怎样的影响?

在 2020 年 7 月 18 日 ASML 官方 Facebook 账号发布的一条推文中,我们可以找到答案。根据推文《ASML 关键量测机台的诞生》,2000 年代早期,半导体制造商在使用光学系统检测转印在晶圆上的线路图案时,遇到了瓶颈。

具体来说,2000 年以后,芯片制程推进至 0.13µm(130nm)时,要在 0.13µm 光刻分辨率的芯片上检测出缺陷,晶圆厂有可能需要中断芯片制造过程。不仅如此,随着摩尔定律向前发展、光刻精度日益提升,晶圆前道量测的任务日益加重,迫切需要更加智能的量测机台。

▲ASML 官方 Facebook 账号推文《ASML 关键量测机台的诞生》

基于此,ASML 量测部门工作人员 Arie den Boef 在约十年前开始研发 YieldStar 系列量测设备。据 ASML 官方资料,YieldStar 设备可实时将检测资料回传给光刻设备,从而矫正芯片制造过程中的错误。

▲ASML 量测部门研究人员 Arie den Boef

目前,前道量测设备主要用到光学技术和电子束技术。前者通过分析光的反射和衍射光谱,间接进行测量,是晶圆厂主要使用的检测技术;后者根据电子扫描直接放大成像。

▲光学量测、电子束量测对比(图源:华创证券)

02. 国外厂商占据主导,日本厂商斩获台积电 / 三星订单

据 SEMI 及国金证券的测算,全球半导体检测类设备市场规模超 800 亿元,其中前道量测设备市场规模约为 406 亿元。

放眼全球前道量测设备市场,外国厂商占据主导地位。

其中,仅行业龙头科磊(KLA)就占据过半市场份额,市占率高达约 53%。此外,美国应用材料、日本日立、美国耐诺、中国台湾 Hermes Microvision、以色列 Nova 等厂商亦排名前列。

▲半导体前道量测设备市场竞争格局(图源:SEMI、国金证券研究所)

除去上述几家厂商,全球晶圆前道量测设备市场中,还有一家日本厂商不得不提——Lasertec。

Lasertec 的产品可用于当今最先进极紫外光刻(EUV)的前道工艺检测。目前,Lasertec 是该领域唯一一家设备制造商。

目前,全球范围内仅有台积电和三星电子能够利用 EUV 技术生产芯片。而这两家企业已确认订购了 Lasertec 的 EUV 检测设备。

随着利用 EUV 技术生产的 5nm 制程芯片纷纷落地商用,Lasertec 公司的业绩表现水涨船高。

从 2019 年初以来,Lasertec 公司的股价已经飙升逾 900%。

▲Lasertec 公司近五年股价变化

03. 揭秘三大国产化玩家

把目光放回国内,据市场研究机构国金证券测算,目前,中芯国际、长江存储、长鑫存储占据了国内前道量测设备年需求的 40~50% 左右。

而在供应端,科磊等外国厂商在大陆的市占率达到约 70%。

国产玩家方面,中国企业起步较晚,目前上海睿励、中科飞测、精测电子等对前道量测设备有所布局。

其中,上海睿励成立于 2005 年,主要产品包括光学薄膜测量设备、光学关键尺寸测量设备等。工商平台显示,国家大基金持股上海睿励约 12.1%。

深圳中科飞测成立于 2014 年,公司由中科院微电子所和创业团队共同创立。2020 年 5 月份,中科飞测生产的椭偏膜厚量测仪已落地士兰微电子 12 英寸特色工艺半导体芯片项目。

上海精测电子成立于 2018 年,在前道量测设备和后道封测设备上均有布局。工商平台显示,国家大基金持股上海睿励约 13.3%。

据国金证券测算,目前半导体设备国产化率在 10% 左右。在国内前道量测设备市场由外国厂商占据主导地位的情况下,上海睿励等国产化玩家,不仅需要需要攻克技术壁垒,还需承担起建设销售团队、培育市场生态等多种任务。

04. 结语:前道量测——国产化攻坚的又一道命题

作为贯穿芯片制造全程的重要设备之一,前道量测设备对于提升芯片良率具备重要意义。

据估计,产品良率每降低一个百分点,晶圆代工厂商将损失 100~800 万美元。

在提升芯片产业国产化被不断强调的今天,攻坚每一个产业链环节成为中国芯片玩家面临的行业使命。

目前,国内前道量测设备市场仍旧由外国厂商占据主导地位,期待未来中国厂商能够通过提升产品、研发等各方面实力、占据更多市场主动权。

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