芯東西專注報(bào)道芯片、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，尤其是以芯片設(shè)計(jì)創(chuàng)新引領(lǐng)的計(jì)算新革命和國(guó)產(chǎn)替代浪潮；我們是一群追“芯”人，帶你一起遨游“芯”辰大海。
不久前的1月20日，全球光刻機(jī)龍頭ASML正式交付了一臺(tái)晶圓量測(cè)設(shè)備YieldStar 385。相比于售價(jià)動(dòng)輒過(guò)億美元的光刻機(jī)，這臺(tái)新設(shè)備并未引起過(guò)多關(guān)注。
但實(shí)際上，在量測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，ASML已投入了十年的研發(fā)。而ASML最新推出的YieldStar 385設(shè)備，可用于最領(lǐng)先的3nm制程產(chǎn)線。
那么，這種得到全球光刻王者青睞的量測(cè)設(shè)備到底是什么？
在芯片制造全程中，晶圓廠需要在刻蝕、光刻等每一個(gè)步驟結(jié)束后，對(duì)晶圓進(jìn)行檢測(cè)，以確認(rèn)加工參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求、排除晶圓表面缺陷，從而保證良率和控制成本。
這種貫穿芯片制造全程的檢測(cè)工藝，就被稱為“前道量測(cè)”，又稱“過(guò)程工藝檢測(cè)”。
據(jù)SEMI和申港證券研究所統(tǒng)計(jì)，前道量測(cè)設(shè)備（工藝控制檢測(cè)設(shè)備）的價(jià)值，占到晶圓廠制造設(shè)備總額的10%。
▲前道檢測(cè)設(shè)備約占晶圓廠制造設(shè)備總額的10%（2018年數(shù)據(jù)）
今天，芯東西著眼全球市場(chǎng)，解讀前道量測(cè)設(shè)備背后的技術(shù)邏輯，以及領(lǐng)先玩家背后的故事。
前道量測(cè)設(shè)備：與光刻機(jī)聯(lián)系緊密的關(guān)鍵設(shè)備
翻開ASML 2020年的財(cái)務(wù)報(bào)告，可以看到在2020年，ASML向客戶交付了四套前道量測(cè)系統(tǒng)，分別為三套eScan1000多光束檢測(cè)系統(tǒng)、一套YieldStar 385系統(tǒng)。
全球光刻之王為何布局前道量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)？或者說(shuō)，前道量測(cè)設(shè)備會(huì)對(duì)光刻工藝造成怎樣的影響？
在2020年7月18日ASML官方Facebook賬號(hào)發(fā)布的一條推文中，我們可以找到答案。根據(jù)推文《ASML關(guān)鍵量測(cè)機(jī)臺(tái)的誕生》，2000年代早期，半導(dǎo)體制造商在使用光學(xué)系統(tǒng)檢測(cè)轉(zhuǎn)印在晶圓上的線路圖案時(shí)，遇到了瓶頸。
具體來(lái)說(shuō)，2000年以后，芯片制程推進(jìn)至0.13?m（130nm）時(shí)，要在0.13?m光刻分辨率的芯片上檢測(cè)出缺陷，晶圓廠有可能需要中斷芯片制造過(guò)程。不僅如此，隨著摩爾定律向前發(fā)展、光刻精度日益提升，晶圓前道量測(cè)的任務(wù)日益加重，迫切需要更加智能的量測(cè)機(jī)臺(tái)。
▲ASML官方Facebook賬號(hào)推文《ASML關(guān)鍵量測(cè)機(jī)臺(tái)的誕生》
基于此，ASML量測(cè)部門工作人員Arie den Boef在約十年前開始研發(fā)YieldStar系列量測(cè)設(shè)備。據(jù)ASML官方資料，YieldStar設(shè)備可實(shí)時(shí)將檢測(cè)資料回傳給光刻設(shè)備，從而矯正芯片制造過(guò)程中的錯(cuò)誤。
▲ASML量測(cè)部門研究人員Arie den Boef
目前，前道量測(cè)設(shè)備主要用到光學(xué)技術(shù)和電子束技術(shù)。前者通過(guò)分析光的反射和衍射光譜，間接進(jìn)行測(cè)量，是晶圓廠主要使用的檢測(cè)技術(shù)；后者根據(jù)電子掃描直接放大成像。
▲光學(xué)量測(cè)、電子束量測(cè)對(duì)比（圖源：華創(chuàng)證券）
國(guó)外廠商占據(jù)主導(dǎo)，日本廠商斬獲臺(tái)積電/三星訂單
據(jù)SEMI及國(guó)金證券的測(cè)算，全球半導(dǎo)體檢測(cè)類設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模超800億元，其中前道量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約為406億元。
放眼全球前道量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)，外國(guó)廠商占據(jù)主導(dǎo)地位。
其中，僅行業(yè)龍頭科磊（KLA）就占據(jù)過(guò)半市場(chǎng)份額，市占率高達(dá)約53%。此外，美國(guó)應(yīng)用材料、日本日立、美國(guó)耐諾、中國(guó)臺(tái)灣Hermes Microvision、以色列Nova等廠商亦排名前列。
▲半導(dǎo)體前道量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局（圖源：SEMI、國(guó)金證券研究所）
除去上述幾家廠商，全球晶圓前道量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)中，還有一家日本廠商不得不提——Lasertec。
Lasertec的產(chǎn)品可用于當(dāng)今最先進(jìn)極紫外光刻（EUV）的前道工藝檢測(cè)。目前，Lasertec是該領(lǐng)域唯一一家設(shè)備制造商。
目前，全球范圍內(nèi)僅有臺(tái)積電和三星電子能夠利用EUV技術(shù)生產(chǎn)芯片。而這兩家企業(yè)已確認(rèn)訂購(gòu)了Lasertec的EUV檢測(cè)設(shè)備。
隨著利用EUV技術(shù)生產(chǎn)的5nm制程芯片紛紛落地商用，Lasertec公司的業(yè)績(jī)表現(xiàn)水漲船高。
從2019年初以來(lái)，Lasertec公司的股價(jià)已經(jīng)飆升逾900%。
▲Lasertec公司近五年股價(jià)變化
揭秘三大國(guó)產(chǎn)化玩家
把目光放回國(guó)內(nèi)，據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)國(guó)金證券測(cè)算，目前，中芯國(guó)際、長(zhǎng)江存儲(chǔ)、長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)占據(jù)了國(guó)內(nèi)前道量測(cè)設(shè)備年需求的40～50%左右。
而在供應(yīng)端，科磊等外國(guó)廠商在大陸的市占率達(dá)到約70%。
國(guó)產(chǎn)玩家方面，中國(guó)企業(yè)起步較晚，目前上海睿勵(lì)、中科飛測(cè)、精測(cè)電子等對(duì)前道量測(cè)設(shè)備有所布局。
其中，上海睿勵(lì)成立于2005年，主要產(chǎn)品包括光學(xué)薄膜測(cè)量設(shè)備、光學(xué)關(guān)鍵尺寸測(cè)量設(shè)備等。工商平臺(tái)顯示，國(guó)家大基金持股上海睿勵(lì)約12.1%。
深圳中科飛測(cè)成立于2014年，公司由中科院微電子所和創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)共同創(chuàng)立。2020年5月份，中科飛測(cè)生產(chǎn)的橢偏膜厚量測(cè)儀已落地士蘭微電子12英寸特色工藝半導(dǎo)體芯片項(xiàng)目。
上海精測(cè)電子成立于2018年，在前道量測(cè)設(shè)備和后道封測(cè)設(shè)備上均有布局。工商平臺(tái)顯示，國(guó)家大基金持股上海睿勵(lì)約13.3%。
據(jù)國(guó)金證券測(cè)算，目前半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率在10%左右。在國(guó)內(nèi)前道量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)由外國(guó)廠商占據(jù)主導(dǎo)地位的情況下，上海睿勵(lì)等國(guó)產(chǎn)化玩家，不僅需要需要攻克技術(shù)壁壘，還需承擔(dān)起建設(shè)銷售團(tuán)隊(duì)、培育市場(chǎng)生態(tài)等多種任務(wù)。
結(jié)語(yǔ)：前道量測(cè)——國(guó)產(chǎn)化攻堅(jiān)的又一道命題
作為貫穿芯片制造全程的重要設(shè)備之一，前道量測(cè)設(shè)備對(duì)于提升芯片良率具備重要意義。
據(jù)估計(jì)，產(chǎn)品良率每降低一個(gè)百分點(diǎn)，晶圓代工廠商將損失100～800萬(wàn)美元。
在提升芯片產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)化被不斷強(qiáng)調(diào)的今天，攻堅(jiān)每一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)成為中國(guó)芯片玩家面臨的行業(yè)使命。
目前，國(guó)內(nèi)前道量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)仍舊由外國(guó)廠商占據(jù)主導(dǎo)地位，期待未來(lái)中國(guó)廠商能夠通過(guò)提升產(chǎn)品、研發(fā)等各方面實(shí)力、占據(jù)更多市場(chǎng)主動(dòng)權(quán)。