不久前的 1 月 20 日，全球光刻機龍頭 ASML 正式交付了一臺晶圓量測裝置 YieldStar 385。相比於售價動輒過億美元的光刻機，這臺新裝置並未引起過多關注。

但實際上，在量測裝置領域，ASML 已投入了十年的研發。而 ASML 最新推出的 YieldStar 385 裝置，可用於最領先的 3nm 製程產線。

那麼，這種得到全球光刻王者青睞的量測裝置到底是什麼？

在晶片製造全程中，晶圓廠需要在刻蝕、光刻等每一個步驟結束後，對晶圓進行檢測，以確認加工引數達到設計要求、排除晶圓表面缺陷，從而保證良率和控制成本。

這種貫穿晶片製造全程的檢測工藝，就被稱為 “前道量測”，又稱 “過程工藝檢測”。

據 SEMI 和申港證券研究所統計，前道量測裝置（工藝控制檢測裝置）的價值，佔到晶圓廠製造裝置總額的 10%。

▲前道檢測裝置約佔晶圓廠製造裝置總額的 10%（2018 年資料）

今天，芯東西著眼全球市場，解讀前道量測裝置背後的技術邏輯，以及領先玩家背後的故事。

01. 前道量測裝置：與光刻機聯絡緊密的關鍵裝置

翻開 ASML 2020 年的財務報告，可以看到在 2020 年，ASML 向客戶交付了四套前道量測系統，分別為三套 eScan1000 多光束檢測系統、一套 YieldStar 385 系統。

全球光刻之王為何佈局前道量測裝置市場？或者說，前道量測裝置會對光刻工藝造成怎樣的影響？

在 2020 年 7 月 18 日 ASML 官方 Facebook 賬號釋出的一條推文中，我們可以找到答案。根據推文《ASML 關鍵量測機臺的誕生》，2000 年代早期，半導體制造商在使用光學系統檢測轉印在晶圓上的線路圖案時，遇到了瓶頸。

具體來說，2000 年以後，晶片製程推進至 0.13µm（130nm）時，要在 0.13µm 光刻解析度的晶片上檢測出缺陷，晶圓廠有可能需要中斷晶片製造過程。不僅如此，隨著摩爾定律向前發展、光刻精度日益提升，晶圓前道量測的任務日益加重，迫切需要更加智慧的量測機臺。

▲ASML 官方 Facebook 賬號推文《ASML 關鍵量測機臺的誕生》

基於此，ASML 量測部門工作人員 Arie den Boef 在約十年前開始研發 YieldStar 系列量測裝置。據 ASML 官方資料，YieldStar 裝置可實時將檢測資料回傳給光刻裝置，從而矯正晶片製造過程中的錯誤。

▲ASML 量測部門研究人員 Arie den Boef

目前，前道量測裝置主要用到光學技術和電子束技術。前者通過分析光的反射和衍射光譜，間接進行測量，是晶圓廠主要使用的檢測技術；後者根據電子掃描直接放大成像。

▲光學量測、電子束量測對比（圖源：華創證券）

02. 國外廠商佔據主導，日本廠商斬獲臺積電 / 三星訂單

據 SEMI 及國金證券的測算，全球半導體檢測類裝置市場規模超 800 億元，其中前道量測裝置市場規模約為 406 億元。

放眼全球前道量測裝置市場，外國廠商佔據主導地位。

其中，僅行業龍頭科磊（KLA）就佔據過半市場份額，市佔率高達約 53%。此外，美國應用材料、日本日立、美國耐諾、中國臺灣 Hermes Microvision、以色列 Nova 等廠商亦排名前列。

▲半導體前道量測裝置市場競爭格局（圖源：SEMI、國金證券研究所）

除去上述幾家廠商，全球晶圓前道量測裝置市場中，還有一家日本廠商不得不提——Lasertec。

Lasertec 的產品可用於當今最先進極紫外光刻（EUV）的前道工藝檢測。目前，Lasertec 是該領域唯一一家裝置製造商。

目前，全球範圍內僅有臺積電和三星電子能夠利用 EUV 技術生產晶片。而這兩家企業已確認訂購了 Lasertec 的 EUV 檢測裝置。

隨著利用 EUV 技術生產的 5nm 製程晶片紛紛落地商用，Lasertec 公司的業績表現水漲船高。

從 2019 年初以來，Lasertec 公司的股價已經飆升逾 900%。

▲Lasertec 公司近五年股價變化

03. 揭祕三大國產化玩家

把目光放回國內，據市場研究機構國金證券測算，目前，中芯國際、長江儲存、長鑫儲存佔據了國內前道量測裝置年需求的 40～50% 左右。

而在供應端，科磊等外國廠商在大陸的市佔率達到約 70%。

國產玩家方面，中國企業起步較晚，目前上海睿勵、中科飛測、精測電子等對前道量測裝置有所佈局。

其中，上海睿勵成立於 2005 年，主要產品包括光學薄膜測量裝置、光學關鍵尺寸測量裝置等。工商平臺顯示，國家大基金持股上海睿勵約 12.1%。

深圳中科飛測成立於 2014 年，公司由中科院微電子所和創業團隊共同創立。2020 年 5 月份，中科飛測生產的橢偏膜厚量測儀已落地士蘭微電子 12 英寸特色工藝半導體晶片專案。

上海精測電子成立於 2018 年，在前道量測裝置和後道封測裝置上均有佈局。工商平臺顯示，國家大基金持股上海睿勵約 13.3%。

據國金證券測算，目前半導體裝置國產化率在 10% 左右。在國內前道量測裝置市場由外國廠商佔據主導地位的情況下，上海睿勵等國產化玩家，不僅需要需要攻克技術壁壘，還需承擔起建設銷售團隊、培育市場生態等多種任務。

04. 結語：前道量測——國產化攻堅的又一道命題

作為貫穿晶片製造全程的重要裝置之一，前道量測裝置對於提升晶片良率具備重要意義。

據估計，產品良率每降低一個百分點，晶圓代工廠商將損失 100～800 萬美元。

在提升晶片產業國產化被不斷強調的今天，攻堅每一個產業鏈環節成為中國晶片玩家面臨的行業使命。

目前，國內前道量測裝置市場仍舊由外國廠商佔據主導地位，期待未來中國廠商能夠通過提升產品、研發等各方面實力、佔據更多市場主動權。