半导体设备及材料行业深度研究报告国产加速（上）[未来智库]仅作为参考！盈亏自负！！（下）

光刻机发展历史，两次技术分水岭奠定格局变化。2003~2004 年为第一个分水岭ASML 选择浸润式，Nikon 选择 157nm。2010 年为第二个分水岭EUV 量产，差距拉大。

2020 年，全球光刻机市场约 135 亿美元，占全球半导体制造设备市场 21%。光刻机 市场一直以来在全球设备市场中的比重都较高，具有较高技术难度，并且单台设备价值 量也较高，属于半导体制造设备的“皇冠”。光刻机单机价值量高，每年出货数量约 300~400 台。根据 ASML、Nikon、Canon 三 家光刻机财报数据统计，近两年全球光刻机每年出货量大约在 300~400 台之间，整体 均价约 0.3 亿美元。其中主要产品是 KrF 约 90~100台，ArFi 约 90~100 台。近几年 EUV 出货量在逐步增长，全球仅有 ASML 具备供应能力，每年出货 30~50 台，均价超过 1 亿 美元。

光刻机的供给有限，前三大晶圆制造领先厂商占据大部分需求。ASML 在 2020 年一共 销售 34 台 EUV 光刻机，2021 年 EUV 光刻机的产能将增长到 45~50 台。从历史需求端 来看，全球 90%以上的 EUV 光刻机由 TSMC、Samsung、Intel 三家采购，其他诸如代 工厂 GobalFoundries、存储厂海力士、美光每年最多采购 1 台光刻机。

SML 主导全球光刻机市场。从光刻机格局来看，2020 年 ASML 占据全球光刻机市场 84%的市场空间，Nikon 约 7%，Canon 约 5%。ASML 具有高度的垄断地位，并且由于 EUV 跨越式的升级进步，ASML 在技术上的领先性更加明显。

国内上海微布局前道光刻机设备。上海微电子装备（集团）股份有限公司主要致力于半 导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的开发、设计、制造、销售及技术服务。公司 于 2002 年成立，2006 年公司光刻机产品注册商标获得国家工商局批准。2008 年十五 光刻机重大科技专项通过了国家科技部组织的验收。2009 年交付首台先进封装光刻机 产品。2013 年公司国产首台用于 2.5 代 AM-OLED TFT 电路制造的光刻机成功交付用户。2016 年，公司首台暨国内首台前道扫描光刻机交付用户。2018 年，公司 90nm 光刻机 项目通过正式验收。公司建立了产品开发过程的技术创新以及知识产权保护的制度程序与管理组织体系，并 于 2015 年通过 GB/T29490-2013 国家知识产权管理体系审核认证，体系涵盖了产品的 预研、设计、制造以及市场投放等全过程。

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三、刻蚀设备等离子刻蚀复杂程度高，且步骤逐渐增加

刻蚀是用化学、物理、化学物理结合的方法有选择的去除（光刻胶）开口下方的材料。被刻蚀的材料包括硅、介质材料、金属材料、光刻胶。刻蚀是与光刻相联系的图形化处 理工艺。刻蚀就是利用光刻胶等材料作为掩蔽层，通过物理、化学方法将下层材料中没 有被上层遮蔽层材料遮蔽的地方去掉，从而在下层材料上获得与掩膜板图形对应的图形。

湿法刻蚀用液体化学剂去除衬底表面的材料。早期普遍使用，在 3um 以后由于线宽 控制、刻蚀方向性的局限，主要用干法刻蚀。目前，湿法刻蚀仍用于特殊材料层的去除 和残留物的清洗。干法刻蚀常用等离子体刻蚀，也称等离子体刻蚀，即把衬底暴露于气态中产生的等 离子，与暴露的表面材料发生物理反应、化学反应。刻蚀主要参数刻蚀速率、均匀性、选择比（对不同材料的刻蚀速率比）、刻蚀坡面 （各向异性、各向同性）。

应用最广泛的刻蚀设备是 ICP 与 CCP，技术发展方向是原子层刻蚀（ALE）。电容性等离子体刻蚀 CCP能量高、精度低，主要用于介质材料刻蚀（形成上层线路） ——诸如逻辑芯片的栅侧墙、硬掩膜刻蚀、中段的接触孔刻蚀、后端的镶嵌式和铝垫刻 蚀等，以及 3D 闪存芯片工艺（氮化硅/氧化硅）的深槽、深孔和连线接触孔的刻蚀等。电感性等离子体刻蚀 ICP能量低、精度高，主要用于硅刻蚀和金属刻蚀（形成底层器 件）——硅浅槽隔离（STI）、锗（Ge）、多晶硅栅结构、金属栅结构、应变硅 （Strained-Si）、金属导线、金属焊垫（Pad）、镶嵌式刻蚀金属硬掩模和多重成像技术 中的多道刻蚀工艺。ALE技术发展方向，能精确刻蚀到原子层（约 0.4nm），具有超高刻蚀选择率。应用 广泛。

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光刻技术中许多先进制程涉及多重图形技术。即使是 EUV，波长为 13.5nm，要实现 7nm的精度，仍需要依靠多重图形技术，即多次刻蚀。因此制程升级，精度越高，需要 的刻蚀复杂度、步骤数量也在提升。所以刻蚀设备和化学薄膜设备成为更关键的设备。

产业发展趋势（1）0.13um 工艺的铜互连技术出现时（300mm 时代），金属刻蚀比例下降，介质刻蚀 的比例大幅上升；（2）30nm 之后，多重图像技术、软刻蚀应用的提升，硅刻蚀（ICP）的占比快速提升。（3）数十层的金属互联层（后道工艺，BEOL），精度一般在 20nm 以上的以 CCP 为主；CMOS 核心器件（前道工艺，FEOL）线宽比较小，往往使用 20nm 以下的 ICP。（4）EUV 在 foundry/DRAM 的采用，使得刻蚀步骤减少；3D Nand 采用，使得刻蚀步 骤增多，高深宽比刻蚀需求增多。刻蚀设备市场超过 130 亿美元，是晶圆设备占比最高的市场。2011 年以来，刻蚀在晶 圆设备的占比从 11%逐渐提升到 20%以上，2017 年起成为全球晶圆设备中占比最高的 装备类别，重要性不断提升。刻蚀设备市场基本是干法刻蚀设备，2020 年全球干法刻 蚀设备市场约 137 亿美元，其中介质刻蚀（Dielectric Etch）60 亿美元，导体刻蚀 （Conductor Etch）76 亿美元。

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刻蚀由海外龙头主导，国内公司保持快速增长。根据 Gartner，全球刻蚀企业前三大分 别是 Lam Research、TEL、AMAT，全球市占率合计 91%。国内刻蚀业务前三大企业分 别为中微公司、北方华创、屹唐半导体。2021 年国内的刻蚀龙头企业中微公司、北方 华创的刻蚀业务都取得较高收入增长，并在规模体量逐步接近全球前五大厂商。

从导体刻蚀市场结构看，Lam 一家独大，长期全球市占率超过 50%；其次 AMAT 占据 约 30%市场份额。剩下的厂商如日立高新、TEL、KLA、北方华创、SEMES、中微公司 等公司合计，在导体刻蚀合计市占率不超过 20%。近两年，国内设备龙头厂商北方华 创、中微公司该产品线放量加速，逐步提高半导体设备刻蚀供应链份额。

从介质刻蚀市场结构看，TEL 一家独大，长期全球市占率超过 50%；其次 Lam 占据接 近 40%的市场份额，两家厂商主导整个市场，寡占程度较强。全球介质刻蚀设备供应 商还有 SEMES、中微公司、AMAT、Ulvac、屹唐半导体等。中微公司开发了系列介质刻 蚀装备，并承担多项重大科研项目，是国内领先的介质刻蚀设备厂商。

北方华创是国内领先的半导体高端装备及一体化解决方案供应商。公司深耕于芯片制 造刻蚀领域、薄膜沉积领域近 20 年，现已成为国内领先的半导体高端工艺装备及一站 式解决方案的供应商。公司立足半导体装备、真空装备、新能源锂电装备及精密元器件 构成公司四大核心事业集群，半导体设备品类国内最为完备，客户覆盖中芯国际、华虹、 三安光电、京东方等各产业链龙头，营销服务辐射欧、美、亚等全球主要国家和地区。北方华创 ICP刻蚀机领域国内领先，金属刻蚀 8英寸打破国外垄断，12英寸突破 28nm 以下制程。北方华创 2005 年第一台 8 英寸 ICP 刻蚀机在客户端商显，12 英寸刻蚀机在 客户端 28nm 实现国产替代，2020 年 12 月，北方华创 ICP 刻蚀机交付突破 1000 腔， 标志着国产刻蚀机得到客户广泛认可。2017 年公司 8 英寸铝金属刻蚀机进入国内主流代工厂生产线，独特的腔室结构和温度 控制设计，可大幅提升了设备的稳定性、重复性和生产工艺水平，打破了国际厂商长期 垄断 8 英寸刻蚀机的局面；同时公司推出 12 英寸 TiN 硬掩膜刻蚀机，可应用于 28- 14nm 逻辑制程中。2016 年自主研发的国内首台应用于 14nm 制程的 ICP 刻蚀机 NMC612D 进入上海集成电路研发中心，正式迈入 14nm 刻蚀工艺。

中微公司刻蚀产品线逐步成熟，从 CCP 向 ICP 快速开拓。中微公司 CCP 刻蚀设备应用 于国际一线客户从 65nm 到 5nm、64 层及 128 层 3D NAND 晶圆产线及先进封装生产 线，中微公司 ICP 刻蚀设备已经趋于成熟，在 10 家客户生产线进行验证，并逐步取得 客户的重复订单。中微公司 CCP 刻蚀设备包括双反应台 Primo AD-RIE 和单反应台的 HD-RIE，覆盖了 65 纳米、45 纳米、32 纳米、28 纳米、22 纳米、14 纳米、7 纳米到 5 纳米关键尺寸的众多刻蚀应用；中微公司的 ICP 设备 Nanova 已经累计交付超过 100 台反应腔，在领先的逻辑芯片、DRAM 和 Nand 厂商产线实现大规模量产。

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屹唐股份拥有干法刻蚀设备 paradigmE 系列，采用专有的法拉第屏蔽电感耦合等离子 (ICP) 源与蚀刻偏置控制相结合，设备采取双晶圆反应腔、双反应腔产品平台设计，主 要可用于 65 纳米到 5 纳米逻辑芯片、10 纳米系列 DRAM 芯片以及 32 层到 128 层 3 闪 存芯片制造中若干关键步骤的大规模量产。（报告来源未来智库）

四、薄膜设备用于沉积物质，在设备市场占比较高

薄膜生长采用物理或化学方法使物质附着于衬底材料表面的过程，常见生长物质包 括金属、氧化物、氮化物等不同薄膜。根据工作原理不同，薄膜沉积生长设备可分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积（CVD）和外延等类别。PVD 和 CVD 是主要的薄膜设备，ALD 是产业技术发展趋势。在半导体领域，薄膜主要 分给绝缘薄膜、金属薄膜。大部分绝缘薄膜使用 CVD，金属薄膜常用 PVD（主要是溅 射）。其他常用的镀膜方式包括 ECD、SOD、MOCVD、Epitaxy 等。在薄膜设备整体中， CVD 的使用越来越广泛，基于 CVD 发展的 ALD 更是行业升级的技术方向。

CVD用于沉积介质绝缘层、半导体材料、金属薄膜。典型的 CVD 流程包括气体输入、 气体对流、气象扩散、表面吸附、表面反应、表面脱附及薄膜成核生长。（1）微米时代，化学气相沉积多采用常压化学气相沉积（APCVD）设备，结构简单。（2）亚微米时代，低压化学气相沉积（LPCVD）成为主流，提升薄膜均匀性、沟槽覆 盖填充能力。（3）90nm 以后，等离子增强化学气相沉积（PECVD）扮演重要角色，等离子体作用 下，降低反应温度，提升薄膜纯度，加强薄膜密度。（4）45nm 以后，高介电材料（High k）和金属栅（Metal Gate），引入原子层沉积 （ALD）设备，膜层达到纳米级别。——（a）高介电材料（High k）替代 SiO2，用于 制备 MOS 器件的栅介质层，需要引入 ALD。（b）多晶硅同步地被替代为金属栅（Matal Gate）电极，也用 ALD 设备制备。

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物理气相沉积（PVD）利用蒸发或溅射，实现原子从源物质到沉底材料表面的物质转 移，沉积形成薄膜。物理气相沉积是一种物理气相反应生长法，沉积过程是在真空或低 压气体放电条件下，涂层物质源是固态物质，经过“蒸发或溅射”后，在零件表面生成 与基材性能完全不同的新的固态物质涂层。PVD 具有成膜速率高、镀膜厚度及均匀性可 控好、薄膜致密性好、粘结力强及纯净度高等优点。PVD 可以分为真空蒸镀（Vacuum Evaporator）和溅射（Sputtering）。PVD 发展初 期以真空蒸镀镀膜为主，特点是工艺简单、操作容易、纯度较高，缺点是难以蒸发某些 金属和氧化物。由于溅射设备制备的薄膜更加均匀、致密，对衬底附着性强，纯度更高， 溅射设备取代了蒸镀设备。

2020 年全球薄膜设备市场达到 138 亿美元，占 IC 制造设备 21%；其中主要是 CVD 和 PVD，合计占 IC 制造设备 18%。其中，CVD 市场规模高度 89 亿美元，主流是设 备包括 PECVD、Tube CVD、LPCVD 和 ALD 等。整个薄膜市场市占率最高的是 AMAT。高端领域如 ALD 受 ASM、TEL 和 Lam 等海外龙头主导。国内布局 IC 制造领域薄膜设备 的主要国产厂商包括北方华创和沈阳拓荆。

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CVD 市场主要由海外龙头主导，国内北方华创、沈阳拓荆积极布局。根据 Gartner 数 据，全球 CVD 市场前五大供应商包括 AMAT（28%）、Lam Research（25%）、TEL （17%）、Kokusai（原日立高新，8%）、ASM（11%）。国内半导体设备龙头北方华创、 沈阳拓荆在该领域也有布局。

从 PVD 市场格局来看，AMAT 一家独大，长期占据约 80%的市占率。PVD 市场主要 供应商包括 AMAT、ULVAC、Evatec、KLA、TEL、北方华创等。根据 Gartner，2020 年 北方华创的半导体 PVD 设备全球市占率为 3%，属于国内领先地位。随着国产替代加速， 北方华创 PVD 业务有望加速成长。

北方华创在集成电路领域可提供刻蚀机、PVD 设备、单片退火设备、ALD 设备、氧化/ 扩散炉、LPCVD、单片清洗机以及槽式清洗机等产品，覆盖刻蚀、薄膜、扩散、清洗 四大工艺模块，为集成电路领域提供先进的工艺解决方案。由北方华创自主研发的面 向先进制程的等离子硅刻蚀机、金属刻蚀机、TiN hardmask PVD、Al Pad PVD、ALD、 单片退火系统以及 SiNx LPCVD 等已逐步进入集成电路主流代工厂供应链体系。引领国产高端集成电路 PVD 薄膜工艺，公司多项产品进入国际供应链体系。公司 PVD 产品布局广泛，近几年陆续推出了 TiN PVD、AIN PVD、Al Pad、ALD 等 13 款自主研 发的 PVD 产品并成功产业化，可应用于集成电路、先进封装、LED 等领域。公司自主 设计和生产的 exiTin H630 TiN 金属硬掩膜 PVD 系统是国内首台专门针对 55-28nm 制 程 12 寸金属硬掩膜设备。2016 年，公司 28nm/12 英寸晶圆生产的 TiN Hardmask PVD 进入国际供应链体系。2017 年公司紧随市场需求，更新设备工艺，推出适用于 28- 14nm 制程的大马士革工艺的 exiTin H430 TiN Hardmask PVD 系统。

公司产品技术上不断突破，下游导入持续取得新进展

硬掩板（Had Mask） PVD 应用较为广泛。硬掩膜为金属互连线提供精准控制和 区域处理硬掩膜工艺就是采用选定的图像、图形或物体对待处理图像(全部或局 部)进行遮挡，来控制图像处理的区域或处理过程，广泛应用于 IC 制备流程的前段 (FEOL)和后段工艺(BEOL)。2015 年，北方华创 TiN PVD 沉积系统获得海外主流 IC 厂订单，并正式进入国际先进IC大厂。由北方华创微电子自主设计和生产的exiTin H630 TiN金属硬掩膜物理气相沉积(Metal hardmask PVD)系统是专门针对 55-28nm 制程 12 寸金属硬掩膜设备。

铝衬垫（Al Pad）PVD 60-28nm 导入客户，更先进制程支持加速验证。芯片器 件用使用 Al Pad PVD 用于其后道金属互联，提供电子号、微链接等作用。Al Pad 物理气相沉积系统作为集成电路工艺中的一道重要工序，主要应用于 Bond pad 和 Al interconnect 工艺。公司于 2015 年推出 eVictor A830 Al Pad 物理气相沉积系统 （配置 8 个工艺模块，可据客户需求多样化配置）。该设备目前已进入等国内、国 外一线厂商，被应用于 90~28nm 制程产线，更先进制程正加速验证。2018 年北方 华创 Al Pad PVD 成功进驻上海集成电路研发中心。

铜互联（CuBS） PVD 已在客户获得放量订单。金属铜可以降低互连线电阻率， 因此铜互联技术被广泛使用。北方华创是 02 转向“14-7nm CuBS 多工艺腔室集成 装备研发及产业化”项目执行单位。根据招投标统计，公司铜互联 PVD 已经实现 突破，打破 AMAT 在该领域的垄断，极大打开公司在 PVD 领域的目标市场。

12 英寸氮化硅沉积设备导入下游龙头企业。2020 年 4 月 7 日，北方华创 THEORIS SN302D 型 12 英寸氮化硅沉积设备 Move in 国内集成电路制造龙头企业。该设备的 交付，意味着国产立式 LPCVD 设备在先进集成电路制造领域的应用拓展上实现重 大进展。

12 英寸 ALD 已实现商用。北方华创自 2014 年开始布局 ALD 设备，2017 年推出 量产型单片 ALD 设备并首次交付。公司 Promi 系列 ALD 设备是用加热的方式，通 过在工艺循环周期内分步向真空腔内添加前驱体、实现对膜层厚度的精确控制，可 用于沉积 Al2O3、HfO2、ZrO2、TiO2、TiN、TaN 和 ALN 等多种薄膜。

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拓荆科技拥有三个完整系列 CVD 产品线，累计出货量超过 150 台套。拓荆科技成 立于 2010 年 4 月，多次承担国家专项，公司拥有 12 英寸 PECVD（等离子体化学 气相沉积设备）、ALD（原子层薄膜沉积设备）、SACVD（次常压化学气相沉积设备） 三个完整系列产品。沈阳拓荆 2012 年推出 12 英寸多反应腔 PF-300T；2014 年获 得中芯国际首台量产机台 PF-300T 订单；2016 年首台 ALD 出厂到客户端；2017 年 首台 3D Nand PECVD 出厂到客户端；2018 年 12 英寸 ALD 获得客户端 14nm 工艺 验证；截至 2021 年 9 月，公司研发的 PECVD、ALD 及 SACVD 设备系列产品已累 计发货超 150 台，公司技术人员共 318 人，占比达 74.13%。

公司半导体薄膜沉积设备技术指标已达到国际厂商设备水准。公司具体产品包括 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备、原子层沉积（ALD）设备和次常压化 学气相沉积（SACVD）设备三个系列。在 PECVD 设备领域，公司产品可以适配 180-14nm 逻辑芯片、19/17nmDRAM 等工艺需求，能够兼容 SiO2、SiN 等多种反 应材料；在 ALD 设备领域，公司的 PE-ALD 目前已适配 55-14nm 逻辑芯片制造工 艺需求，可以沉积 SiO2 和 SiN 材料薄膜；在 SACVD 设备领域，公司产品可以沉积 BPSG、SAF 材料薄膜，适配 12 英寸 40/28nm 及 8 英寸 90nm 以上的逻辑芯片工艺 需求。

中微公司研发布局薄膜市场。中微公司持有拓荆科技 8.4%股权，是其第三大股东。根据公司定增公告，中微公司 CVD 研发项目包括 HPCVD、导体薄膜 LPCVD、ALD、 EPI 等设备的开发及工艺应用开发。项目由公司副总裁级主管人员牵头主持，其拥 有 25 年以上的半导体从业经验，在主机平台和 MOCVD 设备上有着丰富的经验。

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五、清洗设备去除晶圆片表面杂质，各制程前后均需使用

清洗机是将晶圆表面上产生的颗粒、有机物、自然氧化层、金属杂质等污染物去除， 以获得所需洁净表面的工艺设备。从工艺应用上来说，清洗机目前已广泛应用于集成电 路制造工艺中的成膜前/成膜后清洗、等离子刻蚀后清洗、离子注入后清洗、化学机械 抛光后的清洗和金属沉积后清洗等各个环节。升级方向高效且无损。在过去的 25 年中，随着制程升级，晶圆湿法清洗变得越来越 复杂和高效。清洗需要强力有效，还要减少对晶圆表面的损伤。清洁步骤占半导体工艺所有处理步骤 1/3，最多已经达到 200 次。几乎所有制程的前 后都需要清洗环节。

根据 Gartner，2018 年全球清洗设备市场规模为 34.17 亿美元，2019 年受全球半导体 行业景气度下行的影响，下降为 30.49 亿美元。预计 2021 年全球半导体行业复苏，半 导体清洗设备行业将呈现增长趋势，市场规模预计在 2024 年达到 31.9 亿美元。市场份 额来看，日本迪恩士一家份额达到 45%，迪恩士、东京电子、SEMES 三家合计份额超 过 85%。

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盛美上海——国内半导体清洗设备龙头。2005 年，美国 ACMR 在上海投资设立公司的 前身盛美有限，并将其前期研发形成的半导体专用设备相关技术使用权投入盛美有限。此后公司在半导体专用设备领域深耕多年，已在半导体专用设备多个细分领域实现突破， 公司的兆声波单片清洗设备、单片槽式组合清洗设备及铜互连电镀工艺设备领域的技术 水平达到国际先进水平，主要产品也得到以海力士、中芯国际、长江存储、长电科技等 为代表的国内外主流半导体厂商的认可。

持续研发投入和技术积累，产品线逐步丰富。公司经过多年持续的研发投入和技术积 累，先后开发出了单片清洗、槽式清洗以及单片槽式组合清洗等清洗设备，用于芯片制 造的前道铜互连电镀设备、后道先进封装电镀设备，以及用于先进封装的湿法刻蚀设备、 涂胶设备、显影设备、去胶设备、无应力抛光设备及立式炉设备等。至纯科技——深耕高纯工艺系统二十余年，国内高纯工艺系统的解决方案供应商。至 纯科技成立于 2000 年，通过 20 多年在行业内的深耕，公司在高纯工艺系统领域已经形 成了较强竞争优势，主要服务于一线集成电路用户，竞争对手也均为国际厂商。在湿法 装备领域，公司近年投入高强度资源进行自主研发，已经具备了湿法工艺全系列的设备。公司主营业务包括高纯工艺系统、半导体湿法清洗设备研发、光传感应用及相关光学元 器件的研发、生产和销售。公司产品包括高纯工艺系统、半导体湿法清洗设备、光纤传感器及光电子元器件、晶 圆再生业务。高纯工艺系统提供精密制造所需的各类高纯介质，系统的前端连接高纯介 质储存装置，系统的终端连接客户自购的工艺生产设备。半导体湿法设备包含湿法槽式 清洗设备及湿法单片式清洗设备，随着制程的升级，晶圆清洗步骤也更加复杂，清洗设 备及工艺也在不断迭代。光纤传感器及光电子元器件方面，是由子公司波汇科技研发、 生产及销售。晶圆再生领域，公司合肥晶圆再生项目基地基础建设完成，晶圆再生和腔 体部件清洗及表面处理项目也已经基本通线待试生产。

半导体设备业务发力，湿法设备持续放量。至纯科技 2021 年湿法设备订单达到 11.2 亿 元，yoy+111.3%。公司自 2015 年开始布局湿法设备，2018 年首次拿到亿元级别订单， 2020 年订单超过 5 亿，2021 年超过 11 亿元，订单的高速增长凸显公司技术实力。公 司在 28nm 节点已获得全部工艺设备订单，在 14nm 以下制程也获得 4 台湿法设备订单。2021 年公司单片湿法设备和槽式湿法设备全年出货超过 97 台。12 英寸湿法设备新增订单金额超过 6 亿元，其中单片式湿法设备新增订单金额超过 3.8 亿元。（报告来源未来智库）

六、过程控制制造过程的准确性检

测 过程控制半导体晶圆制造过程中不同工艺之后，往往需要进行尺寸测量、缺陷检测等， 用于工艺控制、良率管理，要求快速、准确。尺寸测量、缺陷检测等应用于每道制程工 艺之后。IC 量测设备用于工艺控制、良率管理，检测要求快速、准确、非破坏。IC 量 测在发展过程中，在尺寸微缩、复杂 3D、新型材料方面面临各类技术难点，面对诸如 存储、CIS、化合物半导体等不同半导体检测等多种需求不断升级。IC 量测设备的技术 类别包括探针显微镜、扫描/透射电镜、光学显微镜、椭偏/散射仪等，技术发展方向包 括延续现有的非破坏测量技术，电镜方面推进并行电子束技术，散射仪向 EUV、X 射线 延伸以缩小波长，并联合多种测量手段和机器学习实现混合测量等。

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尺寸测量测量关键尺寸（CD critical dimension）、膜厚度（thickness）、应力 （stress）、折射率（refractive index ）、阶梯覆盖（step coverage）、接触角度 （contact-angle）… 无图形缺陷检测颗粒（particle）、残留物（residue）、刮伤（scratch）、警惕原生凹 坑（COP）等等。有图形缺陷检测短线（break）、线边缺陷（bite）、桥接（bridge）、线形变化 （Deformation）等等。

过程控制在 IC 制造设备占比约 11~13%，持续有升级需求。2020 年全球过程控制设 备市场空间约 73 亿美元，其中光刻相关（套刻误差量测、掩膜板测量及检测等）相关 需求约 20 亿美元、缺陷检测需求约 39 亿美元、膜厚测量需求约 11 亿美元。过程控制 市场中在全球市场比例基本维持在 11~13%之间，相对稳定，随着制程微缩、3D 堆叠 推进，晶圆制造对于量测、检测需求不断增加，精度要求也不断提高，过程控制设备持 续有升级需求。

全球过程控制市场主要由海外龙头 KLA 主导。根据 SEMI，全球过程控制主要赛道由海 外厂商主导并垄断，KLA 在大多细分领域具有明显优势，此外 AMAT、ASML、Nova、 Hitachi 也有所布局。国内公司上海精测、睿励科学、中科飞测、赛腾股份等主要布局。

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上海精测增资加速布局，聚焦半导体前道测试设备。上海精测成立于 2018年 7 月， 主要布局半导体前道测试，以椭圆偏振技术为核心开发了适用于半导体工业级应用的 膜厚测量以及光学关键尺寸测量系统。上海精测半导体技术有限公司常务副总经理马 骏，原任天马微电子助理总经理。在 2019 年 9 月增资 5.5 亿的公告计划中，马骏认 缴出资额 2500 万元，与上海精测高度绑定。2020 年 12 月底，公司定增再次增资 上海精测，增资完成后，上海精测注册资本将由 7.5 亿元增加至 13.7 亿元。

上海精测全面布局膜厚及 OCD 检测、SEM 检测等技术方向。公司产品规划路径清晰， 技术覆盖面齐全。在膜厚方面，上海精测已经推出了膜厚检测设备、OCD 检测设备等 多款半导体测量设备。技术演进路径从膜厚检测的 EFILM 200UF 到 EFILM 300IM，再 到 EFILM 300SS/DS，再到 OCD 测量的 EPROFILE 300FD，功能更加丰富，精密度逐渐 提高。在电子光学 SEM 检测方向，公司已于 2020 年底交付首台电子束检测设备、2021 年交付首台 OCD 设备。

首款半导体电子束检测设备 2020 年底正式交付。随集成电路工艺节点推进，光学缺陷 检测设备已无法满足大规模生产和先进制程开发需求。上海精测从自主研发的电子束检 测设备 eViewTM 全自动晶圆缺陷复查设备，采用了扫描电子显微镜技术，具有超高分辨 率，可用于 10x nm 及以下集成电路制程的工艺缺陷自动检测。此外，设备搭载可自主 开发的基于深度神经网络的 AI 算法，提升缺陷分类准确度；运用全新超低压 EDSX射线 探测技术，实现轻量元素高分辨率解析。这一设备也是国内首台拥有完全自主知识产权 的半导体前道检测设备。

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2021 年，公司出货国内首台 OCD 设备。2021 年 7 月 13 日，公司首台 12 寸独立式光 学线宽测量设备（OCD）与国内唯一 12 寸全自动电子束晶圆缺陷复查设备（Review SEM）顺利出机。12 寸独立式光学线宽测量机台(OCD)是该类型的国内首台机台，主要 用于 45nm 以下、特别是 28nm 平面 CMOS 工艺的量测，并可以延伸支持上述先进工艺 节点的快速线宽测量。EPROFILE 300FD 测量系统拥有完全自主知识产权，包括宽谱全 穆勒椭偏测头、对焦对位系统、系统软件等核心零部件均为自主研发，是真正意义上的 高端国产化机台。

睿励科学成立于 2005 年，专注于半导体量测检测设备。睿励的主营产品为光学膜厚测 量设备和光学缺陷检测设备，以及硅片厚度及翘曲测量设备等。睿励自主研发的 12 英 寸光学测量设备 TFX3000系列产品，已应用在 65/55/40/28纳米芯片生产线并在进行了 14 纳米工艺验证，在 3D 存储芯片产线支持 64 层 3DNAND 芯片的生产，并正在验证 96 层 3DNAND 芯片的测量性能。2021 年 3 月，睿励获得中微公司 1 亿元投资，其他股 东包括浦东科创、张江科投、国家大基金、上海创投、上海国盛等一众知名产业投资 机构。

2021 年 4 月 18 日，睿励首台自主研发的高精度光学缺陷检测设备（WSD200）装箱出 货，交付国内知名客户，这是睿励研发的光学缺陷检测设备进入集成电路晶圆缺陷检测 市场的重大突破。2021 年 6 月，公司自主研发的第三代光学膜厚测量设备 TFX4000i 交付设备。相对于早 已实现批量生产的 TFX3000P，TFX4000i 延续使用了与 TFX3000P 相同的主框架及软件 架构，最大程度保持了二代产品的优良测量性能和可靠性，同时 TFX4000i 新增加了反 射测量模块和深紫外测量模块，具有更宽的光谱范围，涵盖了更广泛的工艺段应用，可 以满足更先进的工艺要求。

中科飞测总部位于深圳龙华区，自主研发针对生产质量控制的世界领先的光学检测技 术，以工业智能检测设备为核心产品。公司最具代表的产品和服务有三维形貌量测系 统 SKYVERSE-900 系列，表面缺陷检测系统 SPRUCE 系列，智能视觉缺陷检测系统 BIRCH 系列，3C 电子行业精密加工玻璃手机外壳检测系统 TOTARA 系列，公司产品已 经获得国内多家顶尖先进封装厂商的设备验收及批量订单，填补了国内集成电路先进封 装检测设备在高端市场的空白。

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