1 量測設(shè)備保障良率，芯片生產(chǎn)中重要性顯著

1.1 量測設(shè)備在晶圓制造中的應(yīng)用

芯片的完整生產(chǎn)流程包括前道晶圓制造和后道封裝測試。在晶圓制造中使用的設(shè)備為前道設(shè)備；封裝測試中使用的設(shè)備為后道設(shè)備。 晶圓制造借助半導(dǎo)體前道設(shè)備及 EDA 等工業(yè)軟件系統(tǒng)，以硅片、電子化學品、靶 材、氣體等為原材料，將設(shè)計的電路圖轉(zhuǎn)移到晶圓上。晶圓的制造過程包括光刻、 刻蝕、薄膜沉積、清洗、熱處理、離子注入、化學機械拋光、量測等多個工藝步 驟。由于集成電路一般由多層結(jié)構(gòu)組成，故在單個晶圓的生產(chǎn)中，需多次重復(fù)以 上步驟，層層成形并最終構(gòu)成完整的集成電路結(jié)構(gòu)。 量測設(shè)備不直接參與對晶圓的光刻、刻蝕等工藝處理，但每個重要的工藝步驟后， 量測設(shè)備會對晶圓進行檢測，以驗證并改善工藝的質(zhì)量，并剔除不合格率過高的晶圓。

隨著制程升級，集成電路的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜化：鰭式場效晶體管、3D 堆疊、埋入式字線等新型3D結(jié)構(gòu)帶來了新的工藝挑戰(zhàn)，晶圓制造所需要的工序數(shù)量不斷攀升。 據(jù)統(tǒng)計，28 納米制程晶圓制造需要數(shù)百道工序，而采用多重曝光和多重掩膜技術(shù)的14納米及以下制程，工藝步驟數(shù)量增加到近千。同時，單片晶圓制造所需的時 間也長達 3 個月。高難度的工藝步驟增大了工藝缺陷的概率，工藝節(jié)點每推進一 代，工藝中產(chǎn)生的致命缺陷數(shù)量會增加 50%。；漫長的生產(chǎn)時間，增大了晶圓被損 壞、污染的可能性。

晶圓生產(chǎn)近千道的工藝步驟數(shù)量，對芯片的最終良率帶來較大壓力。單個7納米晶圓制造的成本超過 10,000 美元，涉及超 1000 道工序。如果每個步驟的良品率 為 99.5%，則最終只有價值小于 100 美元的芯片能夠出售，良品率低于1%。即使每道工序良率達到 99.95%，成品良率也只有 99.9%^1000=60.65%，價值約 4,000 美元的芯片被報廢。據(jù)此可知，晶圓生產(chǎn)的良率，對晶圓廠的毛利率有著重大影 響；達到并保持高良率水平，能顯著增強晶圓廠的盈利能力。

隨著集成電路制程繼續(xù)朝高端推進，晶圓生產(chǎn)對工藝良率 控制提出了更高的要求。量測設(shè)備能在晶圓生產(chǎn)中監(jiān)測、識別、定位、分析工藝 缺陷，幫助晶圓制造企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)問題、改善工藝、提高良率。高端集成電路生產(chǎn)對于量測設(shè)備的依賴將加深，量測設(shè)備的市場規(guī)模有望持續(xù)擴大。

在量測與測試步驟結(jié)束后，晶圓上的良率統(tǒng)計結(jié)果會以晶圓分布圖的方式反饋給 工藝人員。合格與不合格的芯片在晶圓上的位置，會通過工業(yè)軟件錄入到計算機系統(tǒng)中，以晶圓圖的形式記錄下來。較早的技術(shù)會在不良芯片的表面上涂上墨點 （Inking）；晶圓移送到封裝廠后，就不會去封裝這些帶墨點的芯片，從而節(jié)省大量的人力物力成本。此外，部分芯片會被判定為不合格，但是可以修復(fù)；這些芯片經(jīng)過專用的激光修復(fù)機處理后，會重新進入測試流程。

1.2 量測設(shè)備種類豐富，覆蓋多種前道工序

量測設(shè)備可分為尺寸測量設(shè)備(Metrology)、缺陷檢測設(shè)備(DefectInspection)兩大 類，兩類設(shè)備均廣泛運用于晶圓生產(chǎn)流程中。測量設(shè)備對單步工藝（或若干次相似工藝）處理的晶圓進行測量，確保關(guān)鍵工藝參數(shù)（厚度、線寬、成分等）符合集成電路的工藝指標。測量設(shè)備主要包括膜厚測量、關(guān)鍵尺寸測量、套刻測量等。 缺陷檢測設(shè)備對晶圓表面的電路結(jié)構(gòu)進行掃描，發(fā)現(xiàn)并定位異常的電路圖形，主要包括有圖形檢測、無圖形檢測、電子束檢測三大類。

1.2.1 膜厚測量：薄膜沉積與 CMP 關(guān)鍵參數(shù)

集成電路的制造需要在晶圓表面多次沉積各種薄膜。隨著工藝制程的進步，薄膜沉積的次數(shù)由 90 納米制程的 40 次上升到14納米制程的超過 100 次；薄膜種類 也由 6 種上升到近 20 種。薄膜的厚度和均勻性會對集成電路的最終性能產(chǎn)生較大影響；故高質(zhì)量、厚度精確的薄膜沉積和薄膜形貌保持，是實現(xiàn)高良率關(guān)鍵。薄 膜的種類主要包括硅（單晶硅、多晶硅），電介質(zhì)（二氧化硅、單晶硅），金屬膜 （鋁、鈦、銅、鎢）。不同透明度的薄膜，量測設(shè)備會采用不同的方式測量膜厚。

針對透明的介質(zhì)薄膜（氮化物、氧化物）、半導(dǎo)體薄膜（硅）、很薄的金屬薄膜（Ti、Ta 及其氧化物），可基于多界面光學干涉原理對其進行膜厚測量。這種測量方式 稱為光學薄膜測量，具有快速、精確、無損傷的特點。

光學薄膜測量設(shè)備有橢圓偏振光譜測量和垂直測量兩種方式。橢圓偏振測量方式 更為精確，其主要原理是：光源發(fā)出的光以一定角度入射晶圓片表面，被薄膜層 和襯底層反射的光，經(jīng)過光學系統(tǒng)和檢偏器，最終由質(zhì)譜儀接收。其中，光學系統(tǒng)需要兼顧入射光在晶圓表面的光斑大小、光通量、光譜系統(tǒng)的分辨率，從而實現(xiàn)在以毫秒為單位的短時間內(nèi)，微小區(qū)域內(nèi)的光譜收集。質(zhì)譜儀收集光學信號后，軟件系統(tǒng)依據(jù)光學色散模型，及多界面光學干涉原理，對入射信號進行算法處理， 最終得到精確的薄膜厚度，并上傳到數(shù)據(jù)系統(tǒng)當中。在工作過程中，移動平臺會 移動晶圓從而測量多個位置；光譜采集、數(shù)學計算、晶圓移動一般并行進行。

對于較厚的不透光導(dǎo)電金屬，一般使用四探針儀對其進行厚度測量。由于鋁、銅這樣的純金屬材料，電阻率是一個常數(shù)，故對金屬膜層方塊電阻率的測量，能同時計算出薄膜厚度。 四探針測量電阻的具體方法為：在1,4兩點外接電流源，將一個恒定電流通過探針注入樣品，使用電流表計量電流大小I；同時在 2,3 探針之間用精準電壓表測得內(nèi)部電壓 U，從而憑借R=U/I得出電阻，再除以金屬的單位厚度電阻率，最終得出膜厚。

1.2.2 關(guān)鍵尺寸（CD）測量：柵極制造關(guān)鍵

隨著晶圓制造技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路中各類尺寸不斷微縮，對尺寸誤差的容忍度也不斷降低。其中，集成電路柵極的關(guān)鍵尺寸大小非常重要，其任何變化都會嚴重影響芯片性能，需要光刻和刻蝕等高難度工藝。此外，關(guān)鍵尺寸測量有助于實現(xiàn)工藝的均一性和穩(wěn)定性。因為集成電路關(guān)鍵尺寸的變化，會反映出刻蝕、光刻等設(shè)備和工藝的波動偏差，或光刻膠等關(guān)鍵材料的性能變化。由于柵極是集成電路中最微小的結(jié)構(gòu)，故測量關(guān)鍵尺寸通常需要關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡(CDSEM)和光學關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備(OCD)。

關(guān)鍵尺寸電子掃描顯微鏡用于測量關(guān)鍵尺寸，并監(jiān)控光刻與顯影涂膠設(shè)備的運行狀況，其工作的基本原理是：被測物體的原子被顯微鏡電子槍發(fā)射的電子束激發(fā)，產(chǎn)生二次電子。由于斜坡處入射電子有效作用面積大，產(chǎn)生的二次電子數(shù)量最多，轉(zhuǎn)換為電鏡圖像時，圖像邊緣亮度高，可以此為依據(jù)計算關(guān)鍵尺寸。

集成電路大批量生產(chǎn)對于關(guān)鍵尺寸掃描顯微鏡（CD-SEM）的產(chǎn)能有較高要求，故其需要具備快速準確的圖像識別能力。設(shè)備中承載晶圓的移動平臺，通常以微米 為單位進行移動，CD-SEM 會在低放大倍數(shù)上，通過光學方式初步搜索特征圖形，然后依據(jù)特征圖形與待測圖形的相對位置，對準最終需要測量的關(guān)鍵尺寸圖形(高精度的電子束用以確保對準精度)。電子掃描并完成成像后，會將圖像和數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)中，系統(tǒng)依據(jù)算法構(gòu)建出集成電路結(jié)構(gòu)的 2D 或 3D 圖形。

CD-SEM 也存在一些缺點：測量需在高真空環(huán)境中進行，設(shè)備體積大，測量速度慢；高能電荷可能損壞集成電路結(jié)構(gòu)。針對這些缺點，光學關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備（OCD）可以有效進行彌補。光學關(guān)鍵尺寸測量具有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，可以一次測量得到較多的工藝參數(shù)，在先進制程中得到廣泛應(yīng)用。

1.2.3 套刻（Overlay）誤差測量：確保光刻精準度

套刻誤差的定義是兩層圖形結(jié)構(gòu)中心之間的平面距離。隨著集成電路的層數(shù)不斷增多，多重圖形和多重曝光的光刻工藝被廣泛應(yīng)用，不同步驟形成的電路圖形之 間的套刻精度愈發(fā)重要。套刻誤差過大形成的錯位，會導(dǎo)致整個電路失效報廢。套刻誤差測量設(shè)備，用于確保不同層級電路圖形，和同一層電路圖形的正確對齊和放置。套刻誤差測量通常在每道光刻步驟后進行。

套刻誤差測量有光學顯微成像（IBO）、光學衍射成像（DBO）、掃描電子顯微鏡 （SEM-OL）三種方法。光學顯微成像設(shè)備比較常用，通過光學顯微系統(tǒng)獲得兩層 套刻目標圖形的數(shù)字化圖形，然后通過軟件算法定位每一層圖形的邊界位置，進一步計算出中心位置，從而獲得套刻誤差;光學衍射設(shè)備將一束單色平行光，照射 到不同層套刻目標的光柵上，通過測量衍射射束強度的不確定性來確定誤差。掃描電子顯微鏡的主要用于刻蝕后的最終套刻誤差測量，對應(yīng)的目標圖形尺寸更小，但測量速度較慢。

套刻測量需要在模板上設(shè)計專用的套刻目標圖形以方便對準測量，這些圖形通常出現(xiàn)在劃片槽區(qū)域。在高端芯片制程中，對準圖形的邊緣數(shù)量不斷增加，常見的對準圖形包括：塊中塊、條中條、特殊目標圖形。

1.2.4 宏觀缺陷檢測：快速發(fā)現(xiàn)較大缺陷

宏觀缺陷檢測設(shè)備基于光學圖像技術(shù)，用于晶圓片上較大缺陷的識別檢測，通常 針對尺度大于 0.5 微米的缺陷。宏觀缺陷檢測有兩種方式：一種是全晶圓表面一 次性圖像成形，檢測速度快；另一種方法為每次檢測晶圓部分區(qū)域，通過連續(xù)掃描成像，最終得到完整的晶圓圖形。檢測的光學原理與其他光學設(shè)備類似：光源入射到晶圓片表面，光學傳感器捕捉晶圓反射或衍射的光，計算機系統(tǒng)對比分析光學數(shù)據(jù)，通過異常值來捕捉缺陷。 

宏觀缺陷類型通常分為晶圓正面缺陷、晶圓背部缺陷、邊緣缺陷三種。晶圓正面 缺陷通常包括聚焦缺陷、部分曝光、光刻膠、顆粒污染缺陷、套刻錯誤、劃痕等； 晶圓背面缺陷主要為劃痕和裂紋；晶圓邊緣缺陷主要為邊緣去除覆蓋度缺陷、邊緣缺口、裂紋等。

1.2.5 無圖形缺陷檢測：識別雜質(zhì)等缺陷

無圖形缺陷檢測設(shè)備使用光學的檢測方法，主要針對的缺陷類型包括顆粒污染、 凹坑、水印、劃傷、外延垛堆、CMP 凸起等。在前道晶圓制造流程中，無圖形缺 陷檢測主要用于來料品質(zhì)檢測、薄膜沉積與 CMP 的工藝控制、晶圓背面污染檢 測、測試設(shè)備潔凈度等領(lǐng)域。

無圖形缺陷檢的主要工作原理為：將激光照射在晶圓表面某一區(qū)域，晶圓在移動 平臺的作用下做旋轉(zhuǎn)和直線運動，從而實現(xiàn)激光對晶圓表面的完整掃描。當激光 光束掃描到缺陷時，缺陷部位會產(chǎn)生特殊的散射信號。設(shè)備通過多通道采集散射光信號，排除表面背景噪聲，通過算法進行分析比較，從而識別缺陷并確定其位置。量產(chǎn)時的晶圓處理速度可達到 100 片每小時。

1.2.6 有圖形缺陷檢測：掃描電路圖形，使用最廣泛

有圖形缺陷檢測設(shè)備采用高精度的光學技術(shù)，對晶圓表面納米及微米尺度的缺陷 進行識別和定位。針對不同的集成電路材料和結(jié)構(gòu)，缺陷檢測設(shè)備在照明和成像 的方式、光源亮度、光譜范圍、光傳感器等光學系統(tǒng)上，有不同的設(shè)計。有圖形缺陷檢測設(shè)備主要可分為明場缺陷檢測和暗場缺陷檢測兩大類。

明場缺陷檢測設(shè)備，采用等離子體光源垂直入射，入射角度和光學信號的采集角度完全或部分相同，光學傳感器生成的圖像主要由反射光產(chǎn)生；暗場缺陷檢測設(shè) 備通常采用激光光源，光線入射角度和采集角度不同，光學圖像主要由被晶圓片 表面散射的光生成。明場設(shè)備的照明光路和采集光路共用一個顯微物鏡；而暗場檢測設(shè)備的照明光路和采集光路存在物理隔離。

晶圓表面的缺陷可分為系統(tǒng)性缺陷和隨機缺陷兩大類。隨機缺陷通常由晶圓生產(chǎn)中的雜質(zhì)污染（灰塵，金屬顆粒）所導(dǎo)致，具有較強的不可預(yù)測性；而系統(tǒng)性缺 陷通常由掩膜版或晶圓制造過程中的工藝問題所導(dǎo)致，具有較強的重復(fù)性。系統(tǒng)性缺陷通常出現(xiàn)在一批晶圓的相似位置（如晶圓的邊緣或中心位置）。

有圖形缺陷檢測的具體步驟為：移動平臺吸附晶圓；通過預(yù)對準確定晶圓中心位置和旋轉(zhuǎn)角度；通過圖像識別功能，精確校準并確定每個芯片的位置；運動系統(tǒng)以 S 形軌跡運動；運動中，光學系統(tǒng)對晶圓上的各個芯片進行掃描、拍照；有圖形缺陷檢測設(shè)備將圖像和數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，通過算法進行處理。

由于隨機缺陷重復(fù)出現(xiàn)的概率極低，故有圖形缺陷檢測可對比兩個相鄰芯片的電路圖形，搜尋電路圖形差異從而定位缺陷。相對的，系統(tǒng)性缺陷可能同時出現(xiàn)在 相鄰芯片上，故鄰近對比的陷檢測方式可能無法發(fā)現(xiàn)。為進一步提高有圖形缺陷識別的準確性，缺陷掃描系統(tǒng)通常會確定“黃金芯片”作為圖形對比基準 （reference）?！包S金芯片”可以通過人工選擇得到，也可以通過若干芯片的圖形組合疊加得到。

1.2.7 電子束、X 射線檢測與復(fù)檢：精度最高

電子束圖形缺陷檢測設(shè)備（EBI），是一種利用電子掃描顯微鏡，對晶圓進行缺陷 檢測的量測設(shè)備。其核心部件電子掃描顯微鏡，通過聚焦離子束對晶圓表面進行掃描，接收放射回來的二次電子和背散射電子，經(jīng)過計算處理后將其轉(zhuǎn)換為晶圓形貌的灰度圖像。傳統(tǒng)的光學檢測技術(shù)晶圓處理速度快；但隨著集成電路制程的發(fā)展，光學檢測方法受制于光線波長，圖像識別時的分辨率和靈敏度面臨越來越大的挑戰(zhàn)。集成電 路產(chǎn)線通常采用光學、電子束相結(jié)合的檢測方法：光學檢測快速定位缺陷，電子束設(shè)備對缺陷進行高精度的掃描成像。

相比于光學檢測設(shè)備，電子束檢測設(shè)備對圖形的物理缺陷（顆粒、凸起、橋接、 空穴）具有更高的識別率，對具備隱藏缺陷的檢測能力。雖然電子束設(shè)備性能占 優(yōu)勢，但是其檢測速度較慢，不能單獨滿足晶圓廠的需求，故不能完全替代光學檢測。為提高電子束設(shè)備的檢測速率，并行多筒和單筒多電子束設(shè)備為未來的主 要發(fā)展方向。

X 射線檢測設(shè)備主要由 X 射線管和 X 射線質(zhì)譜儀組成，這種檢測方法具備穿透力強，低損傷的特點，同時具備測定金屬成分的能力，可運用在超薄膜的測量中。與電子束檢測類似，單獨的 X 射線檢測速度慢，主要運用在多層、高深寬比結(jié)構(gòu) （例如：3D NAND 存儲器的 ON Stack）等特定場景中。

在完成對晶圓表面缺陷的檢測后，識別道的缺陷位置和特征會錄入到缺陷數(shù)據(jù)庫中。隨后，缺陷分析掃描電子顯微鏡（Review-SEM）用于高精度地分析缺陷的形 貌和成分。Review-SEM 通關(guān)收集散射的二次電子、背散射電子來觀測缺陷的尺寸、形貌、背景環(huán)境，通過收集特征 X 射線信號來確定缺陷的元素成分。與 EBI 相比，Review-SEM 具有更高的分辨率，但檢測速度更慢。

1.2.8 紅外光譜儀測量(FTIR)：有效獲取摻雜成分

傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）采用紅外線（2.5-25 微米）的高壓汞燈或碳硅棒光源，可以測量膜層物質(zhì)的化學組成和分子結(jié)構(gòu)。FTIR主要運用在硅外延膜層的 膜厚和成分測量，及硼磷硅玻璃膜等特殊膜層的摻雜成分測量當中。 FTIR工作的主要原理為：由紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)準直為平行紅外光束進入干涉系統(tǒng)（由定鏡和動鏡組成），由于光程差形成干涉。干涉光信號到達探測器上，經(jīng)過傅里葉變換處理得到紅外光譜圖，進而得到化學成分等所需信息。

1.3 量測設(shè)備技術(shù)復(fù)雜，行業(yè)壁壘高

量測設(shè)備需要光學、電子學、移動平臺、傳感器、數(shù)據(jù)計算軟件等多個系統(tǒng)密切配合，每個設(shè)備廠商針對上述系統(tǒng)都有獨特設(shè)計和大量的獨家 knowhow，行業(yè)壁 壘較高。 此外，制程升級也帶來了新的難點。等同樣大小的缺陷在成熟制程中是非致命的，在先進制程中卻極有可能是導(dǎo)致電路失效的致命性缺陷。因此量測設(shè)備需要更高 的靈敏度，更快速、更精確的測量能力。超薄膜(厚度小于 10 埃)、極高深寬比、 非破壞性的圖形等結(jié)構(gòu)的測量，也提出了新的要求。量測設(shè)備的主要技術(shù)難點包 括分辨率、軟件算法、產(chǎn)能等。

1.3.1 光學檢測技術(shù)分辨率提高

隨著光刻技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路構(gòu)造不斷縮小，對檢測技術(shù)的分辨精度也提出了更高要求。目前較先進的量測設(shè)備已使用 DUV 波段光源，能夠檢測小于 14 納米的缺陷，并實現(xiàn) 0.003 納米的膜厚測量；展望未來，量測設(shè)備會更多使用波 長更短的VUV、 EUV 光源來捕捉更小的缺陷。此外，光源光譜范圍的拓寬和光 學系統(tǒng)數(shù)值孔徑的提升以提高光學分辨率，也是重要突破方向。

1.3.2 大數(shù)據(jù)檢測算法和軟件重要性凸顯

量測設(shè)備已不單純依賴圖像解析來捕捉缺陷，而是結(jié)合了圖像信號處理軟件和算法，在信噪比圖像中尋找異常信號。量測算法的專業(yè)性強、難度大，需要較長時間的工藝經(jīng)驗積累，開發(fā)周期長。量測設(shè)備企業(yè)均在自家產(chǎn)品上研發(fā)算法和軟件，算法不對外單獨出售。隨著量測設(shè)備收集的數(shù)據(jù)量繼續(xù)增長，未來對量測設(shè)備算法軟件的要求會越來越高。

1.3.3 設(shè)備檢測速度和吞吐量的提升

量測設(shè)備的產(chǎn)能關(guān)系到晶圓生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟效益。量測設(shè)備的產(chǎn)能提升，將有效降每片晶圓的檢測成本，從而在提高良品率的同時，更好地控制晶圓廠的生產(chǎn)成本。

2 量測市場前景廣闊，海外龍頭一家獨大

2.1 量測設(shè)備市場規(guī)模持續(xù)擴大

量測是除光刻、薄膜沉積、刻蝕外，最大的半導(dǎo)體設(shè)備細分類市場。隨著集成電路制程的進步，量測設(shè)備的市場規(guī)模逐年上升，2021 年全球市場規(guī)模達到 104.1 億美元，僅次于刻蝕、光刻、CVD，相比于 2020 年的 76.5 億美元增長 36.5%。

由于量測設(shè)備種類較多，量測設(shè)備市場存在多個細分類。有圖形缺陷檢測設(shè)備市 場規(guī)模最大，占量測設(shè)備整體銷售額的 34%；關(guān)鍵尺寸掃描顯微鏡占 12%；膜厚 測量設(shè)備占 12%；電子束檢測設(shè)備占 12%；套刻誤差設(shè)備占9%；宏觀缺陷檢測設(shè)備占6%；無圖形晶圓檢測設(shè)備占5%。

量測設(shè)備市場呈現(xiàn)出高度壟斷的格局，行業(yè)前 5 名分別為科磊、應(yīng)用材料、日立、 Nanometrics、Nova，市場占比分別為 52%，12%，11%，4%，3%，行業(yè)TOP3占據(jù)75%的市場份額。美國的科磊公司牢牢占據(jù)行業(yè)的龍頭地位，市場占有率超過行業(yè)第二的四倍。

2.2 量測設(shè)備國產(chǎn)率低，自主可控需求迫切

受益于國內(nèi)晶圓廠的大幅擴產(chǎn)，中國大陸量測設(shè)備市場規(guī)模不斷攀升，2020 年市場規(guī)模已達到21億美元，折合人民幣約 150 億元，占全球量測設(shè)備市場總額的 27.4%。據(jù)精測電子預(yù)估，目前中國半導(dǎo)體量測設(shè)備市場已進一步上升到 31.1 億美元，未來5年預(yù)計復(fù)合增長率為14%。

量測設(shè)備涉及多種光學、電子學尖端技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域起步晚，技術(shù)積累薄弱，相比于科磊等海外企業(yè)有著很大的差距。國內(nèi)包含成熟制程在內(nèi)的所有半導(dǎo)體生產(chǎn)線中，國產(chǎn)前道量測設(shè)備的整體占比只有 2%。2022 年1-6 月，國內(nèi)晶圓廠公開招標量測設(shè)備中（幾乎全部為成熟或特色工藝制程），國產(chǎn)化比例只有 12%?？紤]到大量 12 寸設(shè)備，晶圓廠未進行公開招標，實際國產(chǎn)化率更低。

2022 年 1-9 月，中國大陸光學類半導(dǎo)體量測設(shè)備的進口額已達 25.21 億美元，已 接近去年 26.70 億美元的水平。同期，中國大陸電子顯微鏡與衍射儀進口額 9.89 億美元，已超過去年全年（有部分電子顯微鏡與衍射儀用于半導(dǎo)體生產(chǎn)）。國內(nèi)量測設(shè)備市場規(guī)模大，進口替代空間充裕，國產(chǎn)設(shè)備企業(yè)成長空間廣闊。 隨著海外對中國半導(dǎo)體施加更多限制，量測設(shè)備的重要性不斷凸顯?？评冢↘LA） 和應(yīng)用材料（AMAT）兩家美國公司，占據(jù)全球量測設(shè)備市場份額超過 60%，歐 洲和日本企業(yè)能夠替代的美系產(chǎn)品有限?？评诠?2021 財年來自中國市場的銷售 額，高達 26.6 億美元（包括備件、服務(wù)收入），國內(nèi)晶圓廠對其依賴程度較高。美 國企業(yè)在量測設(shè)備領(lǐng)域的優(yōu)勢地位，是國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)突破本輪新限制、沖擊高端制程所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。

2.3 科磊公司：全球量測設(shè)備領(lǐng)跑者

科磊（KLA）于 1976 年創(chuàng)立，總部在美國舊金山灣區(qū)的米爾皮塔斯，全球最大的量測設(shè)備企業(yè)。公司的業(yè)務(wù)已擴張到全球 19 個國家，擁有員工超過 13200 人，65% 的員工擁有博士或碩士學位，2022 年實現(xiàn)營業(yè)收入92.12億美元，同比增 33.14%。 科磊公司的業(yè)務(wù)可分為服務(wù)和量測設(shè)備兩大類，其中2022財年服務(wù)收入 19.10 億 美元，占比 20.74%; 量測設(shè)備收入 73.01 億美元,占比 79.26%。公司 2022 年的研 發(fā)支出達 11.05 億美元。

科磊公司產(chǎn)品種類豐富，覆蓋幾乎全部量測設(shè)備細分類。其中，科磊公司在宏觀晶圓形貌檢測，無圖形缺陷檢測，有圖形缺陷檢測、掩膜版檢測、套刻誤差檢測等領(lǐng)域具有較強的技術(shù)優(yōu)勢，市場占比預(yù)估超過50%。

3 中國企業(yè)奮起直追，技術(shù)突破前景可期

經(jīng)過長時間的技術(shù)研發(fā)與經(jīng)驗積累，中國企業(yè)在膜厚測量、缺陷檢測、關(guān)鍵尺寸 測量等領(lǐng)域取得了部分突破。數(shù)家國內(nèi)企業(yè)脫穎而出，成功打入中芯國際，長江存儲等企業(yè)的量產(chǎn)產(chǎn)線。國內(nèi)企業(yè)在產(chǎn)品種類、工藝覆蓋、算法軟件、制程支持、核心零部件等方面，相比海外巨頭還有較大差距。但隨著國內(nèi)晶圓廠積極引入國產(chǎn)設(shè)備驗證，國內(nèi)量測設(shè)備企業(yè)有望在技術(shù)上實現(xiàn)快速追趕，業(yè)績預(yù)期加速兌現(xiàn)。

3.1 精測電子：全方位布局前道檢測設(shè)備

武漢精測電子集團股份有限公司創(chuàng)立于2006 年 4 月，是一家致力于為半導(dǎo)體、顯示以及新能源等測試領(lǐng)域提供卓越產(chǎn)品和服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。公司產(chǎn)業(yè)布局日趨完善，在中國的武漢、蘇州、上海、香港、中國臺灣等地，及美國、日本等國擁有眾多家分子公司。公司于 2018 年進軍半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，成立上海精測半導(dǎo)體技術(shù)有限公司、武漢精鴻電子技術(shù)有限公司，分別布局前道、后道測試設(shè)備領(lǐng)域。

精測電子2021年實現(xiàn)營收 24.09 億元，同比增長 16.01%；其中半導(dǎo)體檢測設(shè)備實 現(xiàn)收入 1.36 億元，同比增長109%，占比呈逐步提升態(tài)勢。公司保持高研發(fā)投入， 2021年研發(fā)費用 4.26 億元，占營收 17.70%。同期由于面板擴產(chǎn)速度放緩，公司AOI檢測系統(tǒng)和OLED檢測系統(tǒng)毛利率下降，公司利潤增速放緩。

2022 前三季度，公司半導(dǎo)體業(yè)務(wù)營收1.12 億，同比增長43.7%。在產(chǎn)品方面， 膜厚、電子束均獲得批量訂單。OCD 測量設(shè)備通過關(guān)鍵客戶28nm工藝驗證，順利進入量產(chǎn)生產(chǎn)線并投入使用。公司半導(dǎo)體光學量測再發(fā)新品，向國內(nèi)最大晶圓制造廠之一的華東大客戶交付光學形貌量測 TG 300IF 設(shè)備。公司在前道量測領(lǐng)域布局最為全面，有望充分受益國產(chǎn)替代，未來在半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)⒂辛己冒l(fā)展。

3.2 睿勵科學儀器：國產(chǎn)量測設(shè)備領(lǐng)跑者

睿勵科學儀器（上海）有限公司是于2005年創(chuàng)建的合資公司，目前公司擁有的主要產(chǎn)品包括光學薄膜測量設(shè)備、光學關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備、缺陷檢測設(shè)備。睿 勵科學儀器是國內(nèi)少數(shù)進入國際先進制程 12 英寸生產(chǎn)線的量測設(shè)備企業(yè)之一，是國內(nèi)唯一進入三星存儲芯片生產(chǎn)線的量測設(shè)備企業(yè)。

隨著國內(nèi)對量測設(shè)備的重視程度不斷提高，睿勵科學儀器的融資規(guī)模不斷擴大：2019 年 8 月中微投資 1375 萬元獲得睿勵 10%股份；2019 年 11 月睿勵獲得科 創(chuàng)投集團、同祺投資、海風投資、國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資等的戰(zhàn)略融資超 1.2 億； 2020 年 12 月中微公司增資 1 億元，成為第一大股東，股份占比 20%；2022 年 3 月 中微公司再次增資 1.08 億元，占股比例 29.35%。中微公司為睿勵科學儀器第一 大股東，持股比例為 29.36%； 由于量測設(shè)備研發(fā)周期長，初期投入較大，2021 年 睿勵科學儀器實現(xiàn)收入 4084 萬元，歸母凈利潤為負 3541 萬元。

目前，睿勵的膜厚測量，缺陷檢測及光學關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備已為國內(nèi)近 20 家 前道半導(dǎo)體晶圓制造客戶所采用，截至 2022 年 6 月已完成多臺設(shè)備出貨，公司光 學膜厚測量設(shè)備已應(yīng)用在 65/55/40/28 納米芯片生產(chǎn)線，并正在進行 14nm 工藝 驗證；設(shè)備支持 64 層 3D NAND 芯片的生產(chǎn)，并正在 96 層 3D NAND 芯片產(chǎn)線上進行工藝驗證。

3.3 賽騰股份：半導(dǎo)體領(lǐng)域有力競爭者

賽騰股份成立于 2001 年，由 3C 自動化設(shè)備起家，后通過收購切入半導(dǎo)體量測設(shè) 備賽道，在 2011 年成為蘋果產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)商后，公司發(fā)展速度逐步提高。2019 年 9 月賽騰股份收購日本 Optima 株式會社 67.53%股份。收購價款約合人民幣 16395 萬元，通過不斷增資，截至 2021 年公司持有 Optima 約 74.10%股權(quán)。Optima 公司 主要產(chǎn)品有光學晶圓缺陷檢測設(shè)備（精度 0.2μm），如晶圓邊緣檢測、晶圓正面/ 背面檢測、宏觀檢測、針孔檢測等。 Optima 服務(wù)于一線大廠，韓國、日本、中國臺灣的客戶如 sumco、三星、memc Korea 等。國內(nèi)包括新晟、中環(huán)、奕斯偉、立昂微等客戶。目前 Optima 已覆蓋國內(nèi)多家領(lǐng)先晶圓廠，國內(nèi)市場是企業(yè)未來的主要發(fā)展方向。

3.4 中科飛測：深耕半導(dǎo)體質(zhì)量控制設(shè)備

中科飛測在 2014 年 12 月，由嶺南晟業(yè)、中科院微電子所及蘇州翌流明共同 出資設(shè)立。公司是一家國內(nèi)領(lǐng)先的高端半導(dǎo)體質(zhì)量控制設(shè)備公司，自成立以來始 終專注于檢測和量測兩大類集成電路專用設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品主要包括無圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備系列、圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備系列、三維形貌量測設(shè)備系列、薄膜膜厚量測設(shè)備系列等產(chǎn)品，已應(yīng)用于國內(nèi) 28nm 及以上制程的集成電 路制造產(chǎn)線。

公司依托多年在光學檢測技術(shù)、大數(shù)據(jù)檢測算法和自動化控制軟件等領(lǐng)域的深耕積累和自主創(chuàng)新，公司得以向集成電路前道制程、先進封裝等企業(yè)以及相關(guān)設(shè)備、材料廠商提供關(guān)鍵質(zhì)量控制設(shè)備。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用在中芯國際、長江存儲、 士蘭集科、長電科技、華天科技、通富微電等國內(nèi)主流集成電路制造產(chǎn)線，打破 在質(zhì)量控制設(shè)備領(lǐng)域國際設(shè)備廠商對國內(nèi)市場的長期壟斷局面。

   公司 2021 年度實現(xiàn)營收 3.59 億元，其中檢測設(shè)備收入 2.65 億元，占營收 73.84%，同比增長 8.18%。主營業(yè)務(wù)營收從 2020 年 2.37 億元增長至 2021 年 3.59 億元，同比增長 51.48%。

3.5 東方晶源：發(fā)力突破電子束設(shè)備

東方晶源微電子科技（北京）有限公司成立于 2014 年，總部位于北京亦莊經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，是一家專注于晶圓制造良率管理的公司。公司的產(chǎn)品有計算光刻軟件、 電子束缺陷檢測設(shè)備、關(guān)鍵尺寸量測設(shè)備三種。東方晶源于 2022 年 10 月購置價值 2800 萬元的北京土地，用于新建廠房；并于 2022 年 11 月完成新一輪股權(quán)融資，總?cè)谫Y額為 10 億。東方晶源的國內(nèi)首臺電子束缺陷檢測設(shè)備出貨以來，公司持續(xù)對其進行升級優(yōu)化。 設(shè)備開機率已由 2021 年 6 月的 57%提升至 2022 年 6 月的月平均 90.5%，最時期高達到 98%。經(jīng)過三次重大改進，晶圓產(chǎn)量較改進前提升 250%~400%。2022 年 6 月東方晶源研發(fā)的新一代產(chǎn)品 SEpA-i515 正式發(fā)貨，經(jīng)過優(yōu)化升級，使 SEpA-i515 具有更高的 TPT 和更優(yōu)的平臺設(shè)計，設(shè)備運行效率、性能指標均有大幅提升。

東方晶源研發(fā)出國內(nèi)首 12 寸 CD-SEM，打破了國際巨頭的長期壟斷。入駐國內(nèi)知名晶圓廠后，28nm 制程產(chǎn)品的 90nm 以上關(guān)鍵尺寸已完成驗收，更小線寬工藝驗證持續(xù)推進中，設(shè)備開機率也已超過 90%。 2022年6月，公司新一代型號為SEpA-c410的CE-SEM發(fā)貨。該設(shè)備服務(wù)于 300mm 硅片工藝制程，通過先進的電子束成像系統(tǒng)和高速硅片傳輸方案，搭配精準的量測算法，可實現(xiàn)高重復(fù)精度、高分辨率及高產(chǎn)能的關(guān)鍵尺寸量測。

3.6 上海優(yōu)睿譜：FTIR 領(lǐng)域拓荒者

優(yōu)睿譜位于上海張江高科技園區(qū)，由長期從事半導(dǎo)體行業(yè)的海歸博士、國內(nèi)優(yōu)秀的量測設(shè)備技術(shù)團隊共同發(fā)起成立。公司團隊核心成員均長期深耕量測設(shè)備行業(yè), 產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)資源積累豐厚。優(yōu)睿譜的主要產(chǎn)品為 FTIR(傅立葉變換紅外光譜)，首臺設(shè)備 Eos200 于 2022 年 6 月正式交付客戶，是國內(nèi)首家實現(xiàn) FTIR 設(shè)備交付 的公司。此外，公司正在研制適用于12 寸制程的 Eos300系列產(chǎn)品。

FTIR 是一款利用紅外光譜經(jīng)傅里葉變換進而分析各種外延層厚度以及元素濃度 的測量設(shè)備，可用于測量一代半導(dǎo)體（硅外延片）、二代半導(dǎo)體（砷化鎵、磷化銦 襯底外延）、三代半導(dǎo)體（碳化硅、氮化鎵外延片）、分子束外延（MBE）等的外延層厚度、光刻膠厚度及 CMP 拋光后的厚度，以及測定半導(dǎo)體制程各種元素濃 度。長期以來，半導(dǎo)體 FTIR 市場被 Nanometrics、賽默飛等國際設(shè)備廠商所壟斷。 Eos200 設(shè)備采用模塊化等多種創(chuàng)新設(shè)計，降低了客戶的使用及維護成本。同時， 優(yōu)睿譜通過整合供應(yīng)鏈資源，有效縮短了該設(shè)備的交付周期。

3.7 上海御微：掩模版晶圓檢測同步發(fā)力

御微半導(dǎo)體生產(chǎn)出國內(nèi)首臺集成電路掩模版缺陷檢測設(shè)備，關(guān)鍵性能已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平，并獲取得全球半導(dǎo)體協(xié)會 SEMI S2 認證，通過全球頂尖集成電路制 造商認可并獲得重復(fù)訂單。此外，公司所生產(chǎn)的前道晶圓缺陷檢測產(chǎn)品，成功通 過知名集成電路制造商認證。公司掌握整套尖端光學設(shè)備設(shè)計、集成及成像等核 心技術(shù)。研發(fā)項目團隊采用光刻機技術(shù)標準，應(yīng)用于半導(dǎo)體量檢測，致力提高國產(chǎn)半導(dǎo)體量檢測設(shè)備的國際競爭力。

3.8 埃芯半導(dǎo)體：X 射線檢測領(lǐng)先者

深圳埃芯半導(dǎo)體成立于 2020 年 10 月，公司產(chǎn)品涵蓋光學薄膜量測、光學關(guān)鍵尺寸量測、X 射線薄膜量測、X 射線材料性能量測、X 射線成分及表面污染量測等 領(lǐng)域。其中，公司的 X 射線測量技術(shù)在國內(nèi)居于領(lǐng)先地位。公司在深圳擁有 1000 多平米的研發(fā)及生產(chǎn)廠房，包括千級裝配調(diào)測潔凈間、百級和十級實驗室潔凈間。