ASML：不仅仅是EUV光刻技术的垄断者

• ASML是半导体光刻市场的主要领导者，其EUV系统销售额占公司2019年总收入的32%。
• ASML在半导体光刻市场占据主导地位，在EUV中占有100%的份额，在深紫外沉浸式中占有88%的份额。
• ASML在半导体计量/检测（semiconductor metrology/inspection）市场的电子束图案晶圆检测领域占据74%的主导地位。

本文探讨了ASML（纳斯达克股票代码：ASML）及其在这些细分市场中的主导地位，这些细分市场是推动下一节点半导体器件的关键技术。我关注市场份额、竞争和增长。

光刻领域的垄断地位

EUV（极紫外）光刻

半导体光刻市场历来使用可见光或紫外光在光刻胶上形成图案。其他技术已经尝试过，包括X射线，电子束和离子束，但总的来说，在半导体生产环境中，晶圆以每小时120片以上的速度加工，这是不成功的。波长为13.5nm的EUV目前正在一些晶圆厂用于半导体生产，并被吹捧为下一代光刻工艺。图1显示了光刻技术的演变。

图1、资料来源：佳能，信息网络

半导体光刻设备有三个主要供应商：ASML，佳能（CAJ）和尼康（OTCPK：尼诺）。ASML是EUV的唯一供应商，但也销售i-line，KrF，ArF和ArF浸没式系统（比较图表1中的性能）。

佳能销售i线和KRF系统，尼康销售i线，KrF，ArF和ArF浸入式系统。尼康不销售EUV系统，而是将其浸入式DUV系统用于低于10nm的设备。佳能也不出售EUV系统（也不是DUV系统），而是为较小的节点开发压印光刻系统。

根据信息网络的报告“亚100nm光刻：市场分析和战略问题”，ASML在2019年的单位出货量和收入方面都保持了市场领先地位。佳能在2019年的出货量中排名第二，但由于佳能不销售的高成本DUV系统，尼康在收入方面排名第二。

自四年前推出其下一代EUV（极紫外）光刻系统以来，EUV同比收入增长已超过整体收入增长，如表1所示。ASML的EUV收入占光刻系统总收入的百分比也每年都在增加。2019年，EUV收入占光刻系统总收入的31.9%，高于2018年的23.7%，2017年的17.7%和2016年的7.2%。

ASML的深紫外光刻技术的商务情况

深紫外光刻（DUV）

预计2021年EUV收入将超过DUV沉浸式收入。在2017-2022年期间，随着ASML过渡到具有更高功能和吞吐量的新一代产品，EUV系统的平均销售价格预计将从9900万欧元增加到1.45亿欧元，从而降低每像素成本。

另一方面，DUV沉浸式平均销售价格一直保持在5500万欧元，并应保持到2022年。

ASML以88%的份额领先于深紫外沉浸式行业。这些工具的价格从4000万美元到6000万美元不等。该图说明了ASML在光刻领域的主导地位。佳能不销售193nm浸入式深沉式深紫外光系统。

计量/检验领域的垄断

计量/检测设备应该发现半导体制造错误。计量和检测对于半导体制造过程的管理非常重要。半导体晶圆的整体制造过程中有400-600个步骤，在一到两个月的时间内进行。如果在流程早期出现任何缺陷，则在后续耗时的步骤中承担的所有工作都将被浪费。

因此，在半导体制造过程的关键点建立计量和检测过程，以确保可以确认和维持一定的产量。

信息网络的报告“VLSI制造报告中的计量，检查和过程控制”分析了计量/检测市场的25个不同部门和子行业。ASML仅在一个领域竞争 - 电子束图案化晶圆检测。因此，ASML仅占KLA（KLAC）主导的全球计量/检测市场的5%份额。

但在电子束检测领域，ASML在2019年占据了该行业74%的份额（高于2018年的66%），远远领先于应用材料公司（AMAT）和日立高新技术公司（图表8）。KLA自2016年以来首次重新进入该行业，当时该公司认识到自己无法与ASML竞争。

虽然ASML在电子束图案化晶圆检测领域占主导地位，但该部门与KLAC主导的光学图案化晶圆检测技术竞争。光学图案化收入在2019年同比增长近10%，约为电子束图案行业的3倍，由于ASML和AMAT的收入下降两位数，2019年同比下降超过30%。

电子束仍然是光学的补充，因为它的吞吐量和生产率较差。由于这些限制，以及KLA的新型第5代系统提供比第4代更高的灵敏度，电子束基本上用于开发和试生产线，而光学是用于生产芯片斜坡和全面生产的主要工具。在这种情况下，ASML不仅与电子束领域的同行竞争，而且与光学领域的KLAC竞争。

EUV光刻技术将走向何方？

尽管EUV光刻的使用越来越多，但随机缺陷并没有消失。越来越清楚的是，必须管理EUV剂量，以尽量减少这些缺陷的影响。2022年版的《国际器件和系统路线图》更新了其光刻部分[1]。随着特征大小的减小，已经显示出上升趋势（图 1）。

图2

图 2.IRDS 2022光刻章节预计会增加EUV剂量，以减小直径。这些绘制的剂量在边缘的+/-5%CD内给出4000-7000的光子数。光子数随着直径的减小而减小。

随机缺陷的发生实际上定义了EUV剂量窗口。超出此窗口的后果如图 3所示。

图3

图 3.40 nm间距接触孔具有由随机振荡器的发生定义的剂量窗口。剂量过低（左）导致目标圆形区域内的光子吸收不足（例如：包围的蓝点）。过高的剂量（右）导致特征之间的间隙变窄，其中桥梁（部分填充橙色的相邻像素）可能由于光子吸收过多而形成。像素尺寸为 1 纳米 x 1 纳米。

剂量过低会导致吸收的光子太少，从而导致曝光不足型缺陷，例如缺失，畸形或尺寸不足的接触。另一方面，过高的剂量会导致过度暴露型缺陷，其中暴露区域之间的间隙被意外弥合。从关于该主题的大量研究中可以理解，在两个限制之间的某个范围内，缺陷的发生被最小化（如果不是完全消除）。我们可能预计，随着特征尺寸的缩小，该剂量窗口将向更高的值移动。

更高剂量的趋势显然会将源动力推向更高的目标。然而，即使在 500 W 时，剂量超过 100 mJ/cm2 也会将吞吐量提高到每小时 100 片以下（图 4）。

图4

图 4.通量与剂量的关系，作为源功率的函数。

增加源功率也是环境影响的一个问题。EUV机器的功耗已经超过每台MW[4]。为了能够通过每台机器每天传递更多的晶圆，可能必须考虑多图案化[5]。对于较大的暴露特征，较低的剂量是可以的，但是这些特征需要后光刻收缩，并且必须连续地包装到更紧密的间距中，就像DUV光刻已经练习的那样。

在半导体生产设备领域投资者需要关注的投资要点

众所周知，7nm技术节点是“最佳点”，因为EUV在DUV上的固有能力，EUV将成为DUV沉浸的可行替代方案。在65nm处，利用DUV浸入的单个掩模曝光就足够了。英特尔在45nm节点上使用第二个掩模进行切线，在28nm节点上使用TSMC。后来，双图案化在20 nm节点处变得无处不在。在14 nm节点上使用了多种图案化工艺。

7nm的EUV可以使用一个掩模来完成，从而减少加工时间和辅助设备，特别是沉积和蚀刻。

从表面上看，佳能似乎不会很快影响ASML的EUV销售，因为（1）还没有在生产中，（2）任何开发工作都在3D NAND上进行，它具有更大的尺寸并且不需要EUV。因此，压印光刻实际上与DUV竞争，而不是EUV。

ASML在EUV行业拥有垄断份额，目前或近期没有竞争，而DUV行业只有尼康作为竞争对手。EUV和DUV系统的高价表明，ASML的收入份额将继续超过整个光刻市场。

电子束图案化晶圆检测领域则是另一回事。虽然随着更新，更先进的技术节点的实现而继续增长，但ASML不仅面临着来自该行业AMAT的竞争，还面临着来自该行业和光学图案晶圆检测的KLAC的竞争。