半導(dǎo)體量檢測(cè)裝備，迎來(lái)新勢(shì)力

作者：立言

在AI、智能汽車(chē)、機(jī)器人等前沿科技蓬勃發(fā)展的浪潮中，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正迎來(lái)前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。半導(dǎo)體全球產(chǎn)業(yè)鏈在發(fā)生著巨大變化的同時(shí)，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)喜憂參半，一方面是旺盛的需求，另一方面在半導(dǎo)體高端制造裝備的獲取上卻受到了諸多限制，中國(guó)的半導(dǎo)體企業(yè)負(fù)重前行、攻堅(jiān)克難，也有很多新勢(shì)力加入進(jìn)來(lái)共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。

2021年之前，半導(dǎo)體工藝和量檢測(cè)裝備基本都以國(guó)外為主，尤其是量檢測(cè)裝備國(guó)產(chǎn)化率不足3%，成為制約國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。

今天，新凱來(lái)宣布，已完成13類(lèi)關(guān)鍵量檢測(cè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，并在國(guó)內(nèi)邏輯、存儲(chǔ)和化合物的主要半導(dǎo)體制造企業(yè)開(kāi)始量產(chǎn)應(yīng)用。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫對(duì)話了新凱來(lái)量檢測(cè)裝備產(chǎn)品線總裁 酈舟劍，想要進(jìn)一步了解這家低調(diào)的半導(dǎo)體裝備公司的核心產(chǎn)品與未來(lái)布局。

?01量檢測(cè)裝備有多重要？?

半導(dǎo)體量檢測(cè)裝備可細(xì)分為檢測(cè)（Inspection）和量測(cè)（Metrology）兩大類(lèi)：檢測(cè)是找出晶圓在不同工藝之后的各種類(lèi)型缺陷，如顆粒污染、表面劃傷、開(kāi)短路等對(duì)芯片工藝性能具有不良影響的特征性結(jié)構(gòu)缺陷；量測(cè)指對(duì)被觀測(cè)的晶圓電路上的結(jié)構(gòu)尺寸和材料特性做出的量化表征，如薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數(shù)的量測(cè)。量檢測(cè)是芯片研發(fā)和量產(chǎn)中的眼睛，對(duì)研發(fā)環(huán)節(jié)的工藝改進(jìn)、量產(chǎn)爬坡中的良率提升和控制都至關(guān)重要。

在整個(gè)前道裝備中，量檢測(cè)裝備是國(guó)產(chǎn)化率最低的裝備類(lèi)別之一。由于國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體制造企業(yè)早期主要依賴于國(guó)外廠商提供高端量檢測(cè)裝備，在半導(dǎo)體裝備的可獲得性上陸續(xù)受限后，不僅裝備本身，連運(yùn)維都成為了關(guān)鍵瓶頸。

量檢測(cè)裝備技術(shù)難度極高，售價(jià)也非常高昂，一臺(tái)高端明場(chǎng)缺陷檢測(cè)產(chǎn)品售價(jià)高達(dá)數(shù)百萬(wàn)至上千萬(wàn)美金，價(jià)值可見(jiàn)一斑。2021年之前，國(guó)內(nèi)在量檢測(cè)高端裝備領(lǐng)域幾乎是空白的，包括裝備和對(duì)應(yīng)的零部件、材料及工藝基礎(chǔ)等都很薄弱。VLSI Research 攜手 QY Research 的聯(lián)合研究數(shù)據(jù)顯示，該行業(yè)的 CR5 指數(shù)（代表行業(yè)內(nèi)前五大企業(yè)市場(chǎng)份額總和的市場(chǎng)集中度指數(shù)）高達(dá) 82%。整個(gè)市場(chǎng)，排名靠前的五大裝備供應(yīng)商無(wú)一例外，皆來(lái)自歐美及日本。有兩座大山牢牢壓在國(guó)內(nèi)量檢測(cè)裝備領(lǐng)域。一座是“零”經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體量檢測(cè)裝備開(kāi)發(fā)缺少需求驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有技術(shù)積累，領(lǐng)域?qū)I(yè)人才也幾乎為零。另一座是核心零部件，國(guó)內(nèi)工程基礎(chǔ)能力與核心技術(shù)儲(chǔ)備不足，關(guān)鍵零部件被國(guó)外廠商長(zhǎng)期壟斷。就是在這樣的情況下，包括新凱來(lái)等在內(nèi)的國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體裝備企業(yè)開(kāi)始發(fā)力。

?02在沉默中前行

新凱來(lái)自成立之初就瞄準(zhǔn)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體制造企業(yè)的高端裝備需求。2022年開(kāi)始快速構(gòu)建研發(fā)團(tuán)隊(duì)、組織行業(yè)資源，從客戶需求到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從零部件開(kāi)發(fā)到整機(jī)集成，3年潛心研發(fā)，碩果累累。

3月26日，新凱來(lái)即將發(fā)布的13類(lèi)產(chǎn)品涵蓋了光學(xué)檢測(cè)、光學(xué)量測(cè)、PX?量測(cè)、功率檢測(cè)等領(lǐng)域。

產(chǎn)品可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是技術(shù)難度較高的光學(xué)量檢測(cè)產(chǎn)品，比如：明場(chǎng)缺陷檢測(cè)BFI、暗場(chǎng)缺陷檢測(cè)DFI等。另一類(lèi)是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)空白但產(chǎn)線必需的PX（物理和X射線）及功率檢測(cè)產(chǎn)品，比如：X射線類(lèi)XPS、XRD等。

光學(xué)量檢測(cè)產(chǎn)品，包括：明場(chǎng)缺陷檢測(cè)BFI、暗場(chǎng)缺陷檢測(cè)DFI、表面缺陷檢測(cè) PC、空白掩模缺陷檢測(cè)MBI、套刻量測(cè)DBO和IBO，都基本完成客戶側(cè)驗(yàn)證，2025年進(jìn)入量產(chǎn)狀態(tài)。PX量測(cè)產(chǎn)品，包括：原子力顯微鏡量測(cè)AFM，X射線類(lèi)量測(cè)XPS、XRD、XRF，均已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)交付。

據(jù)了解，新凱來(lái)PX量測(cè)產(chǎn)品在量測(cè)精度、重復(fù)性、產(chǎn)率等關(guān)鍵性能指標(biāo)上均達(dá)到了行業(yè)先進(jìn)水平。當(dāng)前在國(guó)內(nèi)邏輯、存儲(chǔ)和化合物的主要半導(dǎo)體制造企業(yè)，都得到了量產(chǎn)應(yīng)用。功率檢測(cè)產(chǎn)品，包括：CP (Chip Probing) 、KGD (Known Good Die) 和FT (Final Test) 測(cè)試機(jī)，也已經(jīng)完成開(kāi)發(fā)，進(jìn)入規(guī)模應(yīng)用。

新凱來(lái)半導(dǎo)體量檢測(cè)裝備具備三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，產(chǎn)品起點(diǎn)高，通過(guò)正向設(shè)計(jì)，檢測(cè)精度、靈敏度及產(chǎn)率等性能指標(biāo)對(duì)標(biāo)行業(yè)先進(jìn)水平。第二，掌握底層關(guān)鍵技術(shù)，核心零部件全部實(shí)現(xiàn)突破，確保供應(yīng)安全和性能領(lǐng)先。第三，產(chǎn)品組合高低搭配，可覆蓋不同制程節(jié)點(diǎn)需求。從客戶反饋和實(shí)際運(yùn)行表現(xiàn)來(lái)看，新凱來(lái)量檢測(cè)產(chǎn)品能有效解決客戶面臨的痛點(diǎn)，滿足產(chǎn)線需求。以第一臺(tái)量測(cè)產(chǎn)品XPS為例，該產(chǎn)品在客戶端已穩(wěn)定運(yùn)行近兩萬(wàn)小時(shí)，關(guān)鍵性能指標(biāo)均達(dá)成先進(jìn)工藝客戶的應(yīng)用需求。

?03步步難行，步步行

量檢測(cè)裝備之所以國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程緩慢、國(guó)產(chǎn)化率低，主要是由于技術(shù)難度大以及產(chǎn)線試錯(cuò)成本高。根據(jù)Yole的統(tǒng)計(jì)，工藝節(jié)點(diǎn)每縮減一代，工藝中產(chǎn)生的致命缺陷數(shù)量會(huì)增加50%，而最終芯片良率是累乘的結(jié)果。以先進(jìn)工藝為例，只有保證每一道工序的良品率都超過(guò)99.98%，最終的良品率才可達(dá)到70%~80%。因此，作為產(chǎn)線良率擔(dān)當(dāng)?shù)牧繖z測(cè)裝備，對(duì)其性能要求更是極高。

量檢測(cè)裝備要求精度高、速度快，絕大部分核心技術(shù)的突破都是對(duì)物理極限的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真，零部件的性能，都對(duì)產(chǎn)品最終性能至關(guān)重要；尤其是核心零部件，是量檢測(cè)裝備國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵瓶頸。買(mǎi)不到，自己造。核心零部件獲取困難，如高規(guī)格明場(chǎng)燈泡、相機(jī)等零部件根本無(wú)法獲??；即使獲得一些性能有限的部件，最終也無(wú)法滿足系統(tǒng)的需求。

新凱來(lái)開(kāi)始就確定了正向設(shè)計(jì)和關(guān)鍵零部件自研策略，提出了“源、路、探、算、臺(tái)”系統(tǒng)架構(gòu)概念，圍繞五個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)和零部件開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)與國(guó)內(nèi)供應(yīng)商協(xié)同，從部件規(guī)格定義、材料選型、加工工藝、裝調(diào)技術(shù)等方面開(kāi)展聯(lián)合研發(fā)。

以新凱來(lái)明場(chǎng)缺陷檢測(cè)產(chǎn)品BFI的LSP光源為例。LSP光源是基于等離子體理論開(kāi)發(fā)的特種光源，亮度遠(yuǎn)超太陽(yáng)，給BFI產(chǎn)品提供足夠的光能以提升整機(jī)檢出率和產(chǎn)率。為了實(shí)現(xiàn)高亮度，需要將幾千瓦的泵浦激光聚焦到一個(gè)極小的點(diǎn)，并穩(wěn)定地激發(fā)和維持等離子體。不但要進(jìn)行非常精密的光學(xué)設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、燈泡內(nèi)外流場(chǎng)設(shè)計(jì)等正向設(shè)計(jì)，同時(shí)需要突破精密加工與裝配工藝，最終達(dá)成光源的功能與性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。如今，新凱來(lái)量檢測(cè)裝備在核心零部件上均實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，每一個(gè)突破，在2021年之前也被視作難以逾越的高山。

?04道阻且長(zhǎng)，行則將至

狄更斯于《雙城記》所言 “這是最好的時(shí)代，也是最壞的時(shí)代”，當(dāng)下半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的宏大敘事中，我們反過(guò)來(lái)看這句話更為合適：“這是最壞的時(shí)代，也是最好的時(shí)代?！边@恰如其分地勾勒出新凱來(lái)所處的復(fù)雜格局。

不利的地方在于，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)起步較晚，和國(guó)外的半導(dǎo)體仍存在一定的差距；好的地方在于，半導(dǎo)體裝備市場(chǎng)越來(lái)越蓬勃，在當(dāng)前的國(guó)際形勢(shì)下，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大有可為。

三年時(shí)間，新凱來(lái)完成了全系列裝備開(kāi)發(fā)，初步滿足邏輯、存儲(chǔ)等半導(dǎo)體制造企業(yè)的需求。截至2024年底，大部分裝備已經(jīng)取得突破，開(kāi)始驗(yàn)證和應(yīng)用。這為中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展帶來(lái)新的改變。

談到未來(lái)，酈總表示：“當(dāng)前首要解決先進(jìn)制程問(wèn)題，國(guó)外工藝節(jié)點(diǎn)已經(jīng)走的更領(lǐng)先，我們也會(huì)朝這個(gè)方向持續(xù)地努力，這需要時(shí)間，但我們有信心?！?/p>

他微笑著繼續(xù)說(shuō)道：“方向是清晰的，道路是坎坷的?！?/p>