用于7nm、5nm、3nm和 2nm(
台积电计划2025年量产)高端制造工艺中。
在DUV光刻或光学掩模技术中,pellicle(保护膜)扮演着关键角色。掩膜检测工具在193nm的曝光波长下运行,通过这层薄膜执行检查,对于晶圆厂而言,这是一个既直接又高效的流程。然而,在极紫外(EUV)光刻技术方面,掩膜的制造过程需要在专门的掩膜车间进行。此时,对掩膜的检查变得更为复杂,因为它需要一个高分辨率的系统。在晶圆厂环境下,理想状况是使用一层薄膜来保护掩模免受颗粒污染,同时又能让检测系统透过这层薄膜进行工作。如果没有缺陷,则可以继续进行;如果检测到缺陷,则需要移除保护膜pellicle,再将掩膜送到掩膜车间进行清洗。
目前来看,掩膜版检测技术主要是光学检测和SEM检测。其中光学检测的企业主要是Lasertec和KLA,而SEM检测则是爱德万。从下游应用来看,只要掩膜版用到保护膜Pellicle,则需要用到EUV掩膜检测设备(换句话而言,只要有EUV光刻机,则必须要用到EUV检测设备),但目前下游终端厂商不一定所有的EUV掩膜版都会与Pellicle一起使用。
根据QYResearch最新调研报告显示,预计2030年全球EUV光罩缺陷检测设备市场规模将达到34亿美元,未来几年年复合增长率CAGR为12.1%。
目前,EUV光罩缺陷检测设备市场主要被KLA和Lasertec垄断。EUV光罩缺陷检测设备属于高精尖设备,交货时间比较长,比如Lasertec的交期为两年。未来几年,头部这两家企业在EUV光罩缺陷检测市场仍将保持着垄断地位。
从产品类型及技术方面来看,EUV主要应用于7nm及以下节点,其中3nm量产相对比较晚,所以尤以7/5nm居多。2023年EUV光罩缺陷检测设备在5-7nm工艺节点应用份额为95%,随着台积电2nm工艺的商业化,预计到2030年,EUV光罩缺陷检测设备在3nm及以下节点应用份额将达到30%。
EUV光罩缺陷检测设备主要用于光罩厂和Fab厂。其中Fab厂包括了光罩产线以及晶圆制造产线。对于Fab厂,采用EUV光罩缺陷检测设备的主要原因有两方面。首先,一旦光罩上贴上了防护膜pellicle,除了EUV检测设备外,其他类型的设备(如电子束或DUV设备)难以达到高灵敏度的检测效果。这是因为防护膜的存在会干扰这些设备的检测能力,使得它们难以准确识别出微小的缺陷。其次,EUV检测设备具有更高的检测精度,能够发现那些传统DUV掩膜检测手段无法捕捉到的缺陷和颗粒。一直以来,光罩厂份额占比相对较大,2023年达到了61%左右。但随着更小的先进工艺节点商业化加速,预计到2030年,Fab厂的份额将达到42%。
主要驱动因素:
1. 国家政策的支持是行业发展的核心驱动力
EUV光罩检测设备属于半导体产业中的一小类。许多国家和地区通过提供财政补贴、税收优惠、研发资金等方式,支持本国企业在半导体领域的技术创新和发展。比如美国总统2022年8月签署的《CHIPS and Science Act》提到提供527亿美元的半导体制造补贴;欧盟于2023年4月18日通过《EU Chips Act》政治协议,预计提供430亿欧元的半导体制造补贴;英国也于2023年5月19日发布《The National Semiconductor Strategy》,计划将在未来10年内提供半导体制造业及研发单位10亿英镑的援助。
2. 终端市场需求
ChatGPT 和生成式A1 所用的 GPU等逻辑器件的芯片尺寸非常大。与芯片尺寸较小的掩模版相比,掩模版尺寸加倍会使颗粒落在掩模版上的概率加倍,因此预计未来将使用防护膜。⼀旦贴上防护膜pellicle,除了EUV检测设备之外,其他类型设备(比如电子束或者DUV)无法以高灵敏度进⾏检测。随着微型化的发展,以前太小而不成问题的缺陷和颗粒也会影响器件的产量。检测此类微小缺陷和颗粒的需求将增加对EUV 掩模缺陷检测设备的需求。
主要阻碍因素:
设备成本以及维修费用昂贵:EUV光罩缺陷检测设备是目前全球比较昂贵的半导体设备之一。制造这些高精度的设备需要尖端的材料和技术,例如高分辨率成像技术和高能光源,这大大推高了研发和制造成本。此外,为了实现高精度检测,设备还需要在超洁净、超稳定的环境中运行,这进一步增加了基础设施建设的成本。EUV设备的维护需要专业知识和高技术含量的设备维护,进一步增加了总成本。
行业发展趋势:
高分辨率/NA检测:高分辨率与高级数值孔径(NA)检测:鉴于工艺节点的持续缩小,EUV光罩缺陷检测设备亟需具备更高的分辨率能力。展望未来,这些设备将融合更尖端的传感器技术和人工智能(AI)算法,旨在实现前所未有的检测精度与灵敏度,确保满足日益严格的制造工艺标准。
多功能集成:随着半导体制造技术的日新月异,EUV光罩缺陷检测设备的功能需求日益多元化。未来的发展趋势将是朝着多功能集成方向迈进,不仅限于单纯的缺陷检测,还将涵盖缺陷的自动分类、精确定位乃至初步修复等附加功能,从而全面提升设备的综合效能与操作效率。