1 量測設備保障良率，芯片生產(chǎn)中重要性顯著
1.1 量測設備在晶圓制造中的應用
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備為前道設備；封裝測試中使用的設備為后道設備。 晶圓制造借助半導體前道設備及 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，將設計的電路圖轉移到晶圓上。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構組成，故在單個晶圓的生產(chǎn)中，需多次重復以 上步驟，層層成形并最終構成完整的集成電路結構。 量測設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，集成電路的結構日趨復雜化：鰭式場效晶體管、3D 堆疊、埋入式字線等新型3D結構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)對于量測設備的依賴將加深，量測設備的市場規(guī)模有望持續(xù)擴大。
在量測與測試步驟結束后，晶圓上的良率統(tǒng)計結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；這些芯片經(jīng)過專用的激光修復機處理后，會重新進入測試流程。
1.2 量測設備種類豐富，覆蓋多種前道工序
量測設備可分為尺寸測量設備(Metrology)、缺陷檢測設備(DefectInspection)兩大 類，兩類設備均廣泛運用于晶圓生產(chǎn)流程中。測量設備對單步工藝（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。測量設備主要包括膜厚測量、關鍵尺寸測量、套刻測量等。 缺陷檢測設備對晶圓表面的電路結構進行掃描，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 關鍵尺寸（CD）測量：柵極制造關鍵
隨著晶圓制造技術的不斷發(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。因為集成電路關鍵尺寸的變化，會反映出刻蝕、光刻等設備和工藝的波動偏差，或光刻膠等關鍵材料的性能變化。由于柵極是集成電路中最微小的結構，故測量關鍵尺寸通常需要關鍵尺寸掃描電子顯微鏡(CDSEM)和光學關鍵尺寸測量設備(OCD)。
關鍵尺寸電子掃描顯微鏡用于測量關鍵尺寸，并監(jiān)控光刻與顯影涂膠設備的運行狀況，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，轉換為電鏡圖像時，圖像邊緣亮度高，可以此為依據(jù)計算關鍵尺寸。
集成電路大批量生產(chǎn)對于關鍵尺寸掃描顯微鏡（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)算法構建出集成電路結構的 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，設備體積大，測量速度慢；高能電荷可能損壞集成電路結構。針對這些缺點，光學關鍵尺寸測量設備（OCD）可以有效進行彌補。光學關鍵尺寸測量具有較好的重復性和穩(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構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，會導致整個電路失效報廢。套刻誤差測量設備，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
宏觀缺陷檢測設備基于光學圖像技術，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、測試設備潔凈度等領域。
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
有圖形缺陷檢測設備采用高精度的光學技術，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構，缺陷檢測設備在照明和成像 的方式、光源亮度、光譜范圍、光傳感器等光學系統(tǒng)上，有不同的設計。有圖形缺陷檢測設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 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）所導致，具有較強的不可預測性；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致，具有較強的重復性。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；通過預對準確定晶圓中心位置和旋轉角度；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 射線檢測與復檢：精度最高
電子束圖形缺陷檢測設備（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換為晶圓形貌的灰度圖像。傳統(tǒng)的光學檢測技術晶圓處理速度快；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、電子束相結合的檢測方法：光學檢測快速定位缺陷，電子束設備對缺陷進行高精度的掃描成像。
相比于光學檢測設備，電子束檢測設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。為提高電子束設備的檢測速率，并行多筒和單筒多電子束設備為未來的主 要發(fā)展方向。
X 射線檢測設備主要由 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、高深寬比結構 （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構。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 量測設備技術復雜，行業(yè)壁壘高
量測設備需要光學、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，每個設備廠商針對上述系統(tǒng)都有獨特設計和大量的獨家 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致電路失效的致命性缺陷。因此量測設備需要更高 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構的測量，也提出了新的要求。量測設備的主要技術難點包 括分辨率、軟件算法、產(chǎn)能等。
1.3.1 光學檢測技術分辨率提高
隨著光刻技術的不斷發(fā)展，集成電路構造不斷縮小，對檢測技術的分辨精度也提出了更高要求。目前較先進的量測設備已使用 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
量測設備已不單純依賴圖像解析來捕捉缺陷，而是結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。隨著量測設備收集的數(shù)據(jù)量繼續(xù)增長，未來對量測設備算法軟件的要求會越來越高。
1.3.3 設備檢測速度和吞吐量的提升
量測設備的產(chǎn)能關系到晶圓生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟效益。量測設備的產(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，最大的半導體設備細分類市場。隨著集成電路制程的進步，量測設備的市場規(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%。
由于量測設備種類較多，量測設備市場存在多個細分類。有圖形缺陷檢測設備市 場規(guī)模最大，占量測設備整體銷售額的 34%；關鍵尺寸掃描顯微鏡占 12%；膜厚 測量設備占 12%；電子束檢測設備占 12%；套刻誤差設備占9%；宏觀缺陷檢測設備占6%；無圖形晶圓檢測設備占5%。
量測設備市場呈現(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，占全球量測設備市場總額的 27.4%。據(jù)精測電子預估，目前中國半導體量測設備市場已進一步上升到 31.1 億美元，未來5年預計復合增長率為14%。
量測設備涉及多種光學、電子學尖端技術，國內(nèi)企業(yè)在相關領域起步晚，技術積累薄弱，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)的所有半導體生產(chǎn)線中，國產(chǎn)前道量測設備的整體占比只有 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體量測設備的進口額已達 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體生產(chǎn)）。國內(nèi)量測設備市場規(guī)模大，進口替代空間充裕，國產(chǎn)設備企業(yè)成長空間廣闊。 隨著海外對中國半導體施加更多限制，量測設備的重要性不斷凸顯。科磊（KLA） 和應用材料（AMAT）兩家美國公司，占據(jù)全球量測設備市場份額超過 60%，歐 洲和日本企業(yè)能夠替代的美系產(chǎn)品有限。科磊公司 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)在量測設備領域的優(yōu)勢地位，是國內(nèi)半導體產(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：全球量測設備領跑者
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，全球最大的量測設備企業(yè)。公司的業(yè)務已擴張到全球 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)務可分為服務和量測設備兩大類，其中2022財年服務收入 19.10 億 美元，占比 20.74%; 量測設備收入 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、套刻誤差檢測等領域具有較強的技術優(yōu)勢，市場占比預估超過50%。
3 中國企業(yè)奮起直追，技術突破前景可期
經(jīng)過長時間的技術研發(fā)與經(jīng)驗積累，中國企業(yè)在膜厚測量、缺陷檢測、關鍵尺寸 測量等領域取得了部分突破。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)設備驗證，國內(nèi)量測設備企業(yè)有望在技術上實現(xiàn)快速追趕，業(yè)績預期加速兌現(xiàn)。
3.1 精測電子：全方位布局前道檢測設備
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體、顯示以及新能源等測試領域提供卓越產(chǎn)品和服務的高新技術企業(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 年進軍半導體設備領域，成立上海精測半導體技術有限公司、武漢精鴻電子技術有限公司，分別布局前道、后道測試設備領域。
精測電子2021年實現(xiàn)營收 24.09 億元，同比增長 16.01%；其中半導體檢測設備實 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，公司半導體業(yè)務營收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 測量設備通過關鍵客戶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 設備。公司在前道量測領域布局最為全面，有望充分受益國產(chǎn)替代，未來在半導體領域?qū)⒂辛己冒l(fā)展。
3.2 睿勵科學儀器：國產(chǎn)量測設備領跑者
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備、光學關鍵尺寸測量設備、缺陷檢測設備。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)線的量測設備企業(yè)。
隨著國內(nèi)對量測設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，缺陷檢測及光學關鍵尺寸測量設備已為國內(nèi)近 20 家 前道半導體晶圓制造客戶所采用，截至 2022 年 6 月已完成多臺設備出貨，公司光 學膜厚測量設備已應用在 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：半導體領域有力競爭者
賽騰股份成立于 2001 年，由 3C 自動化設備起家，后通過收購切入半導體量測設 備賽道，在 2011 年成為蘋果產(chǎn)業(yè)鏈的供應商后，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。Optima 公司 主要產(chǎn)品有光學晶圓缺陷檢測設備（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：深耕半導體質(zhì)量控制設備
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 出資設立。公司是一家國內(nèi)領先的高端半導體質(zhì)量控制設備公司，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備系列、圖形晶圓缺陷檢測設備系列、三維形貌量測設備系列、薄膜膜厚量測設備系列等產(chǎn)品，已應用于國內(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、大數(shù)據(jù)檢測算法和自動化控制軟件等領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)以及相關設備、材料廠商提供關鍵質(zhì)量控制設備。公司產(chǎn)品已廣泛應用在中芯國際、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)量控制設備領域國際設備廠商對國內(nèi)市場的長期壟斷局面。
公司 2021 年度實現(xiàn)營收 3.59 億元，其中檢測設備收入 2.65 億元，占營收 73.84%，同比增長 8.18%。主營業(yè)務營收從 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、 電子束缺陷檢測設備、關鍵尺寸量測設備三種。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 月完成新一輪股權融資，總融資額為 10 億。東方晶源的國內(nèi)首臺電子束缺陷檢測設備出貨以來，公司持續(xù)對其進行升級優(yōu)化。 設備開機率已由 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)的平臺設計，設備運行效率、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 以上關鍵尺寸已完成驗收，更小線寬工藝驗證持續(xù)推進中，設備開機率也已超過 90%。 2022年6月，公司新一代型號為SEpA-c410的CE-SEM發(fā)貨。該設備服務于 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)高重復精度、高分辨率及高產(chǎn)能的關鍵尺寸量測。
3.6 上海優(yōu)睿譜：FTIR 領域拓荒者
優(yōu)睿譜位于上海張江高科技園區(qū)，由長期從事半導體行業(yè)的海歸博士、國內(nèi)優(yōu)秀的量測設備技術團隊共同發(fā)起成立。公司團隊核心成員均長期深耕量測設備行業(yè), 產(chǎn)業(yè)鏈相關資源積累豐厚。優(yōu)睿譜的主要產(chǎn)品為 FTIR(傅立葉變換紅外光譜)，首臺設備 Eos200 于 2022 年 6 月正式交付客戶，是國內(nèi)首家實現(xiàn) FTIR 設備交付 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 的測量設備，可用于測量一代半導體（硅外延片）、二代半導體（砷化鎵、磷化銦 襯底外延）、三代半導體（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，以及測定半導體制程各種元素濃 度。長期以來，半導體 FTIR 市場被 Nanometrics、賽默飛等國際設備廠商所壟斷。 Eos200 設備采用模塊化等多種創(chuàng)新設計，降低了客戶的使用及維護成本。同時， 優(yōu)睿譜通過整合供應鏈資源，有效縮短了該設備的交付周期。
3.7 上海御微：掩模版晶圓檢測同步發(fā)力
御微半導體生產(chǎn)出國內(nèi)首臺集成電路掩模版缺陷檢測設備，關鍵性能已經(jīng)達到國際領先水平，并獲取得全球半導體協(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備設計、集成及成像等核 心技術。研發(fā)項目團隊采用光刻機技術標準，應用于半導體量檢測，致力提高國產(chǎn)半導體量檢測設備的國際競爭力。
3.8 埃芯半導體：X 射線檢測領先者
深圳埃芯半導體成立于 2020 年 10 月，公司產(chǎn)品涵蓋光學薄膜量測、光學關鍵尺寸量測、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 領域。其中，公司的 X 射線測量技術在國內(nèi)居于領先地位。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。
