半导体量检测装备，迎来新势力

作者：立言

在AI、智能汽车、机器人等前沿科技蓬勃发展的浪潮中，半导体产业正迎来前所未有的机遇与挑战。半导体全球产业链在发生着巨大变化的同时，中国半导体产业喜忧参半，一方面是旺盛的需求，另一方面在半导体高端制造装备的获取上却受到了诸多限制，中国的半导体企业负重前行、攻坚克难，也有很多新势力加入进来共同推动行业发展。

2021年之前，半导体工艺和量检测装备基本都以国外为主，尤其是量检测装备国产化率不足3%，成为制约国内半导体发展的关键瓶颈。

今天，新凯来宣布，已完成13类关键量检测产品开发，并在国内逻辑、存储和化合物的主要半导体制造企业开始量产应用。半导体产业纵横对话了新凯来量检测装备产品线总裁郦舟剑，想要进一步了解这家低调的半导体装备公司的核心产品与未来布局。

01量检测装备有多重要？

半导体量检测装备可细分为检测（Inspection）和量测（Metrology）两大类：检测是找出晶圆在不同工艺之后的各种类型缺陷，如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷；量测指对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出的量化表征，如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数的量测。量检测是芯片研发和量产中的眼睛，对研发环节的工艺改进、量产爬坡中的良率提升和控制都至关重要。

在整个前道装备中，量检测装备是国产化率最低的装备类别之一。由于国内半导体制造企业早期主要依赖于国外厂商提供高端量检测装备，在半导体装备的可获得性上陆续受限后，不仅装备本身，连运维都成为了关键瓶颈。

量检测装备技术难度极高，售价也非常高昂，一台高端明场缺陷检测产品售价高达数百万至上千万美金，价值可见一斑。2021年之前，国内在量检测高端装备领域几乎是空白的，包括装备和对应的零部件、材料及工艺基础等都很薄弱。VLSI Research 携手 QY Research 的联合研究数据显示，该行业的 CR5 指数（代表行业内前五大企业市场份额总和的市场集中度指数）高达 82%。整个市场，排名靠前的五大装备供应商无一例外，皆来自欧美及日本。有两座大山牢牢压在国内量检测装备领域。一座是“零”经验，国内半导体量检测装备开发缺少需求驱动，没有应用经验，没有技术积累，领域专业人才也几乎为零。另一座是核心零部件，国内工程基础能力与核心技术储备不足，关键零部件被国外厂商长期垄断。就是在这样的情况下，包括新凯来等在内的国内半导体装备企业开始发力。

02在沉默中前行

新凯来自成立之初就瞄准国内半导体制造企业的高端装备需求。2022年开始快速构建研发团队、组织行业资源，从客户需求到系统设计，从零部件开发到整机集成，3年潜心研发，硕果累累。

3月26日，新凯来即将发布的13类产品涵盖了光学检测、光学量测、PX 量测、功率检测等领域。

产品可分为两大类：一类是技术难度较高的光学量检测产品，比如：明场缺陷检测BFI、暗场缺陷检测DFI等。另一类是当时国内空白但产线必需的PX（物理和X射线）及功率检测产品，比如：X射线类XPS、XRD等。

光学量检测产品，包括：明场缺陷检测BFI、暗场缺陷检测DFI、表面缺陷检测 PC、空白掩模缺陷检测MBI、套刻量测DBO和IBO，都基本完成客户侧验证，2025年进入量产状态。PX量测产品，包括：原子力显微镜量测AFM，X射线类量测XPS、XRD、XRF，均已经进入量产交付。

据了解，新凯来PX量测产品在量测精度、重复性、产率等关键性能指标上均达到了行业先进水平。当前在国内逻辑、存储和化合物的主要半导体制造企业，都得到了量产应用。功率检测产品，包括：CP (Chip Probing) 、KGD (Known Good Die) 和FT (Final Test) 测试机，也已经完成开发，进入规模应用。

新凯来半导体量检测装备具备三点优势：第一，产品起点高，通过正向设计，检测精度、灵敏度及产率等性能指标对标行业先进水平。第二，掌握底层关键技术，核心零部件全部实现突破，确保供应安全和性能领先。第三，产品组合高低搭配，可覆盖不同制程节点需求。从客户反馈和实际运行表现来看，新凯来量检测产品能有效解决客户面临的痛点，满足产线需求。以第一台量测产品XPS为例，该产品在客户端已稳定运行近两万小时，关键性能指标均达成先进工艺客户的应用需求。

03步步难行，步步行

量检测装备之所以国产化进程缓慢、国产化率低，主要是由于技术难度大以及产线试错成本高。根据Yole的统计，工艺节点每缩减一代，工艺中产生的致命缺陷数量会增加50%，而最终芯片良率是累乘的结果。以先进工艺为例，只有保证每一道工序的良品率都超过99.98%，最终的良品率才可达到70%~80%。因此，作为产线良率担当的量检测装备，对其性能要求更是极高。

量检测装备要求精度高、速度快，绝大部分核心技术的突破都是对物理极限的挑战。系统的设计仿真，零部件的性能，都对产品最终性能至关重要；尤其是核心零部件，是量检测装备国产化的关键瓶颈。买不到，自己造。核心零部件获取困难，如高规格明场灯泡、相机等零部件根本无法获取；即使获得一些性能有限的部件，最终也无法满足系统的需求。

新凯来开始就确定了正向设计和关键零部件自研策略，提出了“源、路、探、算、台”系统架构概念，围绕五个关键子系统和零部件开展技术攻关，通过与国内供应商协同，从部件规格定义、材料选型、加工工艺、装调技术等方面开展联合研发。

以新凯来明场缺陷检测产品BFI的LSP光源为例。LSP光源是基于等离子体理论开发的特种光源，亮度远超太阳，给BFI产品提供足够的光能以提升整机检出率和产率。为了实现高亮度，需要将几千瓦的泵浦激光聚焦到一个极小的点，并稳定地激发和维持等离子体。不但要进行非常精密的光学设计、热设计、灯泡内外流场设计等正向设计，同时需要突破精密加工与装配工艺，最终达成光源的功能与性能指标，实现批量生产。如今，新凯来量检测装备在核心零部件上均实现了国产化，每一个突破，在2021年之前也被视作难以逾越的高山。