【歷史上的今天】搭上EUV熱潮的家登 EUV光罩盒很了不起嗎?

大家可能會常看到新聞提到台積電、ASML的EUV的字眼,第三篇我們就來談談生產光罩盒的家登,關於家登和台積電的關係,以及競爭對手英特格相愛相殺,又合好的故事,可以看天下精彩的報導。(前兩篇是南亞科台產

目錄(文章長,直接點選有興趣章節)

光罩產業簡介 

光罩是半導體製程中不可或缺的一項工具,由於現今的IC晶片已進入的奈米層級,製程只能仰賴光蝕刻(透過不同波長的光針對晶圓進行雕刻)的技術。

什麼是光蝕刻製程?

原始照片來源:Canon。整理:奧德賽

簡單來說,IC晶片的製作,首先需要原料也就是矽晶,然後將矽晶切割成圓盤狀(晶圓)並裝置入晶圓平台模組;接著是IC設計圖,IC設計圖透過蝕刻方式鍍在倍縮光罩上,並裝入光罩平台模組中;接著特定波長光源穿過光罩,經過透鏡縮小倍率(目前主流縮小倍率約為4倍微縮),將設計的電晶體電路光蝕刻入晶圓,這樣便完成了晶片內部製作。

說起來簡單,但是這個過程極度精密與精準,不僅要克服微塵、震動、介質等各種可能的干擾,使用不同的技術也各有千秋。

此外使用的工具都是有專利保護,最終生產出來的晶片,不論在功能、功率與良率都會受到影響。

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ASML的微影機台

EUV,全名是Extreme ultraviolet lithography,中文可譯作極紫外光微影。

EUV是一種使用使用極紫外光的波長的下一代微影技術,最知名就是ASML的EUV微影機台,不過EUV很神秘,所以使用DUV來說明(以下取自ASML小編很專業的貼文)。

粗略來看,整個製程分為三個模組:

  • 照明光學模組(Illumination & Projection)​: 紫外光從光源模組(Source)生成之後,被導入到照明光學模組,我們在這個階段必須檢測、控制光的能量、均勻度、形狀,光穿過光罩後,聚光鏡(Project Lens)將影像聚焦成像在晶圓表面的光阻層上。​

光罩模組可分為光罩傳輸模組(Reticle Handler)和光罩平台模組(Reticle Stage):

  1. 光罩傳輸模組:負責將光罩由光罩盒一路傳送到光罩平台模組​。
  2. 光罩平台模組:負責乘載並快速來回移動光罩。​

晶圓模組分為晶圓傳送模組(Wafer Handler)及晶圓平台模組(Wafer Stage):​

  1. 晶圓傳送模組:負責將晶圓從光阻塗佈設備一路傳送至晶圓平台模組。​
  2. 晶圓平台模組:晶圓平台(Wafer Stage)是微影設備中關鍵的定位模組(Positioning Module),在系統設計上整合機械電子學、光學設計及量測學(包含量測、數據處理及控制)。ASML雙晶圓平台能在同一時間移動兩片矽晶圓:其中一邊的晶圓曝光於紫外光下,將電路設計圖影像(Pattern)刻在晶圓上;另一邊的晶圓同時由機台的量測儀器優化其準確度(Alignment)。兩個平台交替執行微影和量測功能,大大提升了製程效率。
原始照片來源:ASML台灣臉書貼文。整理:奧德賽

從概念上來看,光罩就像是相片的底片,透過微影機台把IC設計投影光刻到晶圓上,因此光罩的品質好壞對製程影響巨大,而裝載光罩的光罩盒也顯得重要起來。

目前主流設計的光罩本身為一片石英版,上有鉻鍍膜印著IC設計圖,因此保護這層設計圖不受到外部汙染(微塵、電磁波、濕度、震動等,任何造成未封裝晶圓內電晶體結構破壞的汙染),就是光罩盒的主要功用。

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光罩盒透視圖

圖片來源:ResearchGate

其中的Reticle就是倍縮光罩,而光罩盒本身有內盒(innner pod)與外側攜帶盒(carrier)。

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EUV光罩盒實際外觀

照片來源:EET Taiwan。左側為外側傳送盒,右側為內側傳送盒。

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晶圓運輸盒

除了光罩盒外,攜帶晶圓的晶圓運輸盒也是類似的產品,保護晶圓不受汙染。

照片來源:〈經濟日報〉家登精密進駐南科 先進製程光罩盒科管局表揚

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光罩產業現況

在先進製程方面,EUV是目前晶圓製造的主流技術,而能夠提供EUV光罩裝載的EUV光罩盒,在全世界僅台灣的家登與美國的英特格(Entergris)。

依照〈財經新報〉報導,目前市佔率來看,家登佔了88%遙遙領現英特格12%,同時也是台積電EUV製程的唯一光罩盒供應商。

目前主流製程由7奈米跨入5奈米後,光罩的層數也提升隨之提升,從原先的3~5層增加到12~14層,至3奈米後更可能會需要用到20層,而每增加一層就需要增加約250顆的EUV光罩盒,加上光罩盒的使用壽命大約2年,因此光罩盒的需求,可能在未來呈現爆發性的成長。

另外,光罩盒看起來並不是特別複雜的產品,但其中涉及到的設計專利與認證,說明了為何產業出現幾乎壟斷的現象,最近最大的訴訟案件就是纏訟十多年的家登與英特格的專利訴訟。目前案件已於2020年底塵埃落定,雙方和解對整體產業的發展也是更加明朗。

在認證方面,家登的EUV光罩盒,均受ASML的微影機台認證,Canon/Nikon的光罩盒也都受到原廠曝光認證,也說明了為何家登能夠在相關領域獨佔鰲頭。

而除了光罩以外,晶圓載具也是家登的重要產品,從200mm(6吋晶圓)、300mm(8吋晶圓)、400mm(12吋晶圓)都一應俱全,並提供光罩清洗與儲存設備,像是清洗機與充氣純存櫃。

比較特別的是,家登還有轉投資中國相關的汽車銷售業務——蘇州堃鉅貿易有限公司與蘇州市吳江新創汽車貿易有限公司,兩家均是家登100%持有的轉投資公司,前者負責二手汽車銷售,後者則是汽車相關的售後服務與吳江地區的福斯汽車代理商。

2019與2020年營收比例

2019占比2020占比
光罩、晶圓載具品1,128,92847.54%1,318,44052.47%
機台設備產品206,0668.68%416,59216.58%
汽車買賣815,37634.33%509,78120.29%
半導體製造原料耗材29,0661.22%47,4781.89%
其他195,3858.23%175,3876.98%
總計2,374,821100%2,512,678100%
資料來源:家登2020Q4財報

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光罩產業未來

近年家登的光罩、晶圓載具品的營收占比快速上升,也逐漸確立家登在此領域的營運核心。目前粗估2020全年營收可超過25億,再度創下新高紀錄。

EUV pod月產能也提升至每月1500顆,預計到2021年底可望達到月產2000顆,另DUV等製作記憶體的相關光罩盒需求大幅上升,加上車用電子所需的8吋晶圓需求爆發,未來對於晶圓載具的需求也十分看好。

因此不論是先進製程EUV光罩盒、傳統DUV光罩盒(現多用於DRAM或是繪圖晶片)、晶圓載具,家登都有符合認證與達到業界品質要求的產品線,隨著IC需求不斷攀升,可以預期家登未來的營運應該會呈現不斷創新高的發展。

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家豋(3680-TWO)的財務分析

資料來源:公開資訊觀測站 整理:奧德賽

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家豋(3680-TWO)的優勢 

  • 具有大廠認證

光罩盒是製程中不可或缺的元件,有微影/曝光機台原廠認證表示具備品質優勢。

  • 與顧客關係穩定

I廠是家登的外資股東,T廠也與家登合作多年,光罩在整個晶圓製程中佔成本比例不高,需要的是品質穩定且供貨充足的合作廠商,家登在這個面向滿足顧客。

  • 具備技術力

目前是唯二獲ASML認證可用於EUV微影的光罩盒廠商,足證明家登的研發創新能力,且與另一對手專利訴訟已完成和解,專利與技術上具備優勢。

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家豋(3680-TWO)的挑戰

  • 有新的競爭對手加入

國內的億尚、中勤,還有日商DAINICHI SHOJI KK與Miraial以及韓商SEYANG,可能的競爭對手都已經開始布局或是跨入高階EUV光罩盒的研發,未來是否會瓜分家登獨佔,需要持續關注。

  • 資本額不大

過去面對英特格專利訴訟時,就曾面臨過因為假扣押差點資金斷炊的窘境,在越來越需要技術與專利保護的高端製程相關產品,未來面對可能的非營業面競爭策略,可能需要做好準備。

  • 兼顧不同產業不易

轉投資於不同領域,不論是機台自動化或是汽車銷售與後勤相關領域,均與本業不同,面對快速變化的產業,分散投資應該是一利多,然而家登正處於快速發展階段,要同時間兼顧不同產業的發展,對經營者來說是一大挑戰。

家登的董事長很有趣,竟然有考取聯結車證照,他同時也寫蠻多文章,可以參考他的銘乾的分享空間喔~

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參考資料

1. 〈工商時報〉家登EUV Pod訂單 滿到明年
2. 〈ETtoday〉台積電、英特爾EUV光罩盒都要靠他 家登無塵室曝光
3.  Enabling Advanced Lithography (EUV)
4. 〈中時新聞網〉極紫外光微影技術引爆強勁需求 家登EUV Pod訂單 滿到明年
5. 〈鉅亨〉EUV、DUV、晶圓載具三箭齊發 今年營運樂觀
6. 〈自由時報〉日商搶進EUV光罩盒 恐衝擊明年市況

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