半導(dǎo)體的量檢測(cè)設(shè)備貫穿整個(gè)芯片制造工藝的全流程，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵性作用。SEMI數(shù)據(jù)顯示，半導(dǎo)體量檢測(cè)設(shè)備需求將占2024年全球半導(dǎo)體前道制造設(shè)備市場(chǎng)的11%，2024年中國(guó)大陸的量檢測(cè)設(shè)備支出規(guī)模將達(dá)30億美元，是除了光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積三大類核心設(shè)備以外需求占比最大的賽道，也是成長(zhǎng)最快的細(xì)分賽道。

電子束量檢測(cè)是半導(dǎo)體量檢測(cè)領(lǐng)域的主要技術(shù)類型之一，在半導(dǎo)體制程不斷微縮，光學(xué)檢測(cè)對(duì)先進(jìn)工藝圖像識(shí)別的靈敏度逐漸減弱情況下，發(fā)揮著越來越重要的作用。電子束量檢測(cè)設(shè)備對(duì)于檢測(cè)的精度、可適用性、穩(wěn)定性、吞吐量等要求很高，設(shè)計(jì)者需要考慮如何提升電子束的電流密度、分辨率、探測(cè)器響應(yīng)速度以及實(shí)現(xiàn)電子束掃描和圖像采集并行運(yùn)行等關(guān)鍵問題。正是由于技術(shù)的挑戰(zhàn)性，目前電子束量檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)依然由AMAT、Hitachi、ASML等國(guó)際大廠主導(dǎo)，我國(guó)電子束量檢測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率仍較低。

但是，近年來，國(guó)內(nèi)已有部分企業(yè)開始涉足該領(lǐng)域，取得了一些可圈可點(diǎn)的成績(jī)。例如，東方晶源推出的電子束缺陷檢測(cè)設(shè)備EBI、關(guān)鍵尺寸量測(cè)設(shè)備CD-SEM率先填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，作為布局該領(lǐng)域最早的國(guó)內(nèi)企業(yè)之一，其產(chǎn)品多樣化和產(chǎn)品成熟度走在前列。精測(cè)電子等檢測(cè)公司也紛紛布局電子束檢測(cè)市場(chǎng)，部分產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)交付。鑒于電子束量檢測(cè)設(shè)備的重要性和極高的技術(shù)壁壘，其國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程對(duì)集成電路制造自主可控具有重要意義。

需求拉動(dòng)，電子束量檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大

檢測(cè)和量測(cè)環(huán)節(jié)是集成電路制造工藝中不可缺少的組成部分。檢測(cè)指在晶圓表面上或電路結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)其是否出現(xiàn)異質(zhì)情況，如顆粒污染、表面劃傷、圖案缺陷、開短路等對(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描述，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)。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%，因此每一道工序的良品率都要保持在非常高的水平才能保證最終的良品率。在具體生產(chǎn)流程中，量測(cè)設(shè)備會(huì)在涂膠、光刻、顯影去膠、刻蝕等步驟后對(duì)晶圓進(jìn)行檢測(cè)，以篩除不合格率過高的晶圓，從而保證工藝質(zhì)量。

按照技術(shù)的物理原理區(qū)分，檢測(cè)和量測(cè)主要包括光學(xué)量檢測(cè)技術(shù)、電子束量檢測(cè)技術(shù)和X光量測(cè)技術(shù)。傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)以光學(xué)檢測(cè)為主，通過光學(xué)成像原理對(duì)比晶圓上相鄰die的光學(xué)信號(hào)差異，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大范圍檢測(cè)。但隨著半導(dǎo)體制程的不斷進(jìn)步，關(guān)鍵尺寸不斷變小，甚至朝向3D立體結(jié)構(gòu)發(fā)展，光學(xué)檢測(cè)在先進(jìn)工藝的圖像識(shí)別的靈敏度逐漸減弱，因此電子束檢測(cè)技術(shù)開始在先進(jìn)工藝中被較多使用。

電子束的量測(cè)、檢測(cè)原理為利用電子束掃描待測(cè)晶圓，得到高分辨率的電子束圖像，再搭配檢測(cè)、量測(cè)等不同的算法來解析晶圓上的缺陷和關(guān)鍵尺寸等信息。由于電子束分辨率高，電子束檢測(cè)設(shè)備可以檢測(cè)很小的表面缺陷，比光學(xué)檢測(cè)具有更高的靈敏度，如柵極刻蝕殘留物等。并且電子束還可以檢測(cè)集成電路的通斷，即所謂的電性缺陷（Voltage Contrast Defect，簡(jiǎn)稱VC Defect）；電子束關(guān)鍵尺寸量測(cè)設(shè)備可對(duì)高分辨率圖像進(jìn)行直接量測(cè)，為芯片制造復(fù)雜工藝流程提供ground truth，這也是光學(xué)技術(shù)從物理原理上無法實(shí)現(xiàn)的能力。相較于光學(xué)量檢測(cè)技術(shù)，電子束量檢測(cè)技術(shù)盡管靈敏度較高，但量檢測(cè)速度較慢，因此在針對(duì)先進(jìn)制程芯片的生產(chǎn)流程時(shí)，會(huì)同時(shí)使用光學(xué)量檢測(cè)與電子束量檢兩種技術(shù)互相輔助，進(jìn)而快速實(shí)現(xiàn)晶圓生產(chǎn)的關(guān)鍵尺寸和缺陷的控制和改善。

圖注：全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)格局：刻蝕、沉積、光刻、量測(cè)設(shè)備居前

目前，我國(guó)半導(dǎo)體晶圓廠建設(shè)進(jìn)程正在加速。近幾年里，中芯國(guó)際先后公告投資76億美元于北京亦莊建設(shè)每月約10萬片的12英寸晶圓產(chǎn)能、投資23.5億美元于深圳建設(shè)每月約4萬片的12英寸晶圓產(chǎn)能、投資88.7億美元于上海臨港建設(shè)每月約10萬片的12英寸晶圓產(chǎn)能。再加上長(zhǎng)江存儲(chǔ)、合肥長(zhǎng)鑫、華虹華力、士蘭微、積塔半導(dǎo)體、格科微等規(guī)劃擴(kuò)建或新建的晶圓廠，其中既有成熟工藝，也有28nm及以下的先進(jìn)工藝。這為國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商提供了廣闊的市場(chǎng)空間。

AMAT、Hitachi、ASML等國(guó)際大廠雖然占據(jù)這一市場(chǎng)主導(dǎo)地位，但是國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商近年來的成長(zhǎng)速度也很快。比如東方晶源，其EBI設(shè)備2021年6月已經(jīng)通過28nm以上制程logic驗(yàn)證，進(jìn)入全自動(dòng)量產(chǎn)，成為國(guó)內(nèi)完成該項(xiàng)驗(yàn)證的首臺(tái)套設(shè)備；CD-SEM方面，12英寸CD-SEM于2021年6月推出，8英寸CD-SEM于2022年3月推出，6&8英寸兼容CD-SEM于2023年4月推出，并已銷售數(shù)十臺(tái)設(shè)備。值得一提的是，東方晶源推出的EBI、CD-SEM設(shè)備均為國(guó)內(nèi)首臺(tái)。其在數(shù)年中快速迭代，在保證產(chǎn)品性能的情況下，完成了幾個(gè)主要細(xì)分領(lǐng)域的布局，不僅填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，還解決了客戶可能面臨的卡脖子問題。此外，國(guó)內(nèi)廠商精測(cè)電子也在積極開發(fā)EBI設(shè)備，預(yù)計(jì)2024年推出樣機(jī)，其8英寸CD-SEM已進(jìn)入產(chǎn)線驗(yàn)證；矽視科技有望在今年推出EBI 的DEMO，其8/12英寸CD-SEM則已通過DEMO驗(yàn)證；惠然微電子的CD-SEM產(chǎn)品在經(jīng)過研發(fā)后，目前進(jìn)入出機(jī)階段。

從EBI到DR-SEM，精準(zhǔn)度量引領(lǐng)進(jìn)步

（1）EBI：歷時(shí)三代煥新，檢測(cè)速度提升3倍-5倍。EBI（電子束缺陷檢測(cè)設(shè)備）是集成電路制造中不可或缺的良率監(jiān)控設(shè)備。其基本原理是結(jié)合掃描電鏡成像技術(shù)，高精度運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，高速圖像數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)檢測(cè)分類算法等，在集成電路制造關(guān)鍵環(huán)節(jié)對(duì)晶圓及集成電路的物理缺陷和電性缺陷進(jìn)行檢測(cè)，避免缺陷累積到后續(xù)工藝中。

東方晶源早在2019年就成功研發(fā)并推出的SEpA-i505是國(guó)內(nèi)首臺(tái)電子束缺陷檢測(cè)設(shè)備，可提供完整的納米級(jí)缺陷檢測(cè)和分析解決方案，在2021年便進(jìn)入28nm產(chǎn)線全自動(dòng)量產(chǎn)。經(jīng)過數(shù)年研發(fā)迭代，新一代機(jī)型SEpA-i525在檢測(cè)能力和應(yīng)用場(chǎng)景方面得到進(jìn)一步拓展。在檢測(cè)速率方面，新款EBI產(chǎn)品可兼容步進(jìn)式和連續(xù)式掃描，連續(xù)掃描模式適用于Memory Fab，結(jié)合自研探測(cè)器的性能優(yōu)化，較上一代機(jī)型能帶來3倍-5倍的速度提升；新開發(fā)的電子光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可支持negative mode檢測(cè)方式和40nA以上的檢測(cè)束流；同時(shí)引入多種wafer荷電控制方案，降低荷電效應(yīng)對(duì)圖像的影響。在應(yīng)用場(chǎng)景方面，東方晶源的EBI設(shè)備也從邏輯Fab領(lǐng)域延伸至Memory Fab，可以為客戶解決更多的制程缺陷問題。

此外，東方晶源EBI設(shè)備基于DNA缺陷檢測(cè)引擎，采用圖前臺(tái)與運(yùn)算后臺(tái)低耦合，支持同步online/offline inspection。集成多種先進(jìn)缺陷檢測(cè)算法（D2D、C2C等），可以滿足用戶不同應(yīng)用需求，有效提高Capture Rate，降低Nuisance Rate。采用的自動(dòng)缺陷分類（ADC）引擎，其中的Model-Based ADC模塊基于深度學(xué)習(xí)、自動(dòng)特征選取、融合置信度的聚類算法，可以有效提升自動(dòng)缺陷分類的Purity和Accuracy；Rule-Based ADC模塊則保留了人工經(jīng)驗(yàn)的靈活性，在小樣本的場(chǎng)景下可以快速創(chuàng)建。

（2）CD-SEM：面向6、8、12英寸產(chǎn)線全面布局。CD-SEM(關(guān)鍵尺寸量測(cè)設(shè)備)主要是通過對(duì)于關(guān)鍵尺寸的采樣測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)IC制造過程中，光刻工藝后所形成圖形尺寸進(jìn)行監(jiān)控，以確保良率。東方晶源的CD-SEM分為12英寸和6&8英寸兼容兩個(gè)產(chǎn)品系列，均已進(jìn)入用戶產(chǎn)線，可支持Line/Space、Hole/Elliptic、LER/LWR等多種量測(cè)場(chǎng)景，滿足多種成像需求。

12英寸CD-SEM新一代機(jī)型SEpA-c430經(jīng)過2年的迭代，在量測(cè)性能和速度上實(shí)現(xiàn)全面提升，目前也在多個(gè)客戶現(xiàn)場(chǎng)完成驗(yàn)證。該產(chǎn)品的量測(cè)重復(fù)精度達(dá)到0.25nm，滿足28nm產(chǎn)線需求；通過提升電子束掃描和信號(hào)檢測(cè)，產(chǎn)能提高30%；新推出的晶圓表面電荷補(bǔ)償功能，可以提高光刻膠量測(cè)的能力。新機(jī)型還增加了自動(dòng)校準(zhǔn)功能，可確保較高的量測(cè)一致性，為產(chǎn)品的大規(guī)模量產(chǎn)做好了準(zhǔn)備。

除12英寸產(chǎn)品外，東方晶源6&8英寸產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)更大。國(guó)際大廠新設(shè)備的交期長(zhǎng)、價(jià)格高，東方晶源具有更高的性價(jià)優(yōu)勢(shì)。日前，東方晶源還針對(duì)第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)推出SEpA-c310s，不僅實(shí)現(xiàn)了6&8 英寸兼容，同時(shí)還可兼容不同材質(zhì)的晶圓（例如GaN/SiC/GaAs），兼容不同厚度的晶圓（例如350um，1100um）。該產(chǎn)品已在多個(gè)頭部客戶實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)驗(yàn)證。

值得一提的是，2022年底東方晶源ODAS LAMP產(chǎn)品已正式發(fā)布。ODAS LAMP全稱為Offline Data Analysis System, Large Scale Automatic Measurement Purpose產(chǎn)品，中文名稱為大規(guī)模CD量測(cè)離線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

ODAS LAMP作為CD-SEM量測(cè)設(shè)備的配套工具，目的在于方便CD-SEM用戶利用設(shè)計(jì)版圖離線創(chuàng)建和修改CD-SEM recipe。并且提供對(duì)CD-SEM量測(cè)結(jié)果的review功能，也可以在CD-SEM圖像上進(jìn)行離線再量測(cè)，提升機(jī)臺(tái)利用率。

（3）DR-SEM：瞄準(zhǔn)新需求，開拓新領(lǐng)域。DR-SEM（電子束缺陷復(fù)檢設(shè)備）是東方晶源最新涉足的細(xì)分領(lǐng)域。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2024年12英寸產(chǎn)線DR-SEM需求量約為50臺(tái)。未來3-4年，12英寸產(chǎn)線DR-SEM設(shè)備總需求量約為150臺(tái)。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2024年DR-SEM需求金額約為1.491億美元，未來3-4年DR-SEM設(shè)備需求約為4.47億美元。2023年?yáng)|方晶源推出首款SEpA-r600TM系統(tǒng)，目前已經(jīng)出機(jī)到幾個(gè)頭部客戶進(jìn)行產(chǎn)線驗(yàn)證。在設(shè)備開發(fā)過程中，得益于公司前期的技術(shù)積累，比如借鑒已趨于成熟的EBI技術(shù)，開發(fā)進(jìn)程得以顯著縮短，圖像質(zhì)量達(dá)到客戶的需求，CR>95%，接近成熟機(jī)臺(tái)水平。

在輔助光學(xué)系統(tǒng)復(fù)檢OM的研發(fā)方案選擇中，東方晶源繞開國(guó)外供應(yīng)鏈的限制，獨(dú)立開發(fā)出一套全新光學(xué)窗口成像系統(tǒng)。借助于這套系統(tǒng)，目前已完成對(duì)unpatterned wafer的光學(xué)復(fù)檢功能的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了auto bare wafer review的功能，滿足客戶對(duì)70nm左右defect的復(fù)檢需求。也就是說，東方晶源的DR-SEM設(shè)備不僅能夠進(jìn)行pattern wafer auto review ，也能夠進(jìn)行unpattern wafer review功能，并附帶缺陷元素分析。

另外，DR-SEM的高電壓電子槍能夠滿足客戶對(duì)淺層缺陷的分析，同時(shí)對(duì)較深的孔底部也能夠有明顯的信號(hào)。根據(jù)針對(duì)客戶需求深度拆解，這款DR-SEM設(shè)備還引入了全彩OM，能實(shí)現(xiàn)色差調(diào)整，以滿足不同film內(nèi)部color defect的檢測(cè)，為客戶提供更多的表征手段。據(jù)悉，東方晶源結(jié)合下一代自研EOS，搭配深紫外DUV輔助光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，還將推出新一代DR-SEM設(shè)備，可滿足更先進(jìn)制程全流程的defect復(fù)檢需求。

軟硬件結(jié)合守護(hù)芯片良率，國(guó)產(chǎn)替代逐步加速

東方晶源還推出良率管理系統(tǒng)軟件YieldBook。這是一套貫穿芯片整個(gè)生命周期的數(shù)據(jù)整合及分析工業(yè)軟件。YieldBook集合設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試的全種類數(shù)據(jù)，建立起統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，基于此平臺(tái)，可以進(jìn)行單獨(dú)工藝質(zhì)量監(jiān)控，整體缺陷率統(tǒng)計(jì)，良率損失溯源分析，將制造難點(diǎn)向上游設(shè)計(jì)反饋等，全面監(jiān)控影響良率的因素并輔助良率提升。如果將量測(cè)檢測(cè)設(shè)備比做“點(diǎn)”的話，那么良率管理系統(tǒng)就是一條“線”，把許多的點(diǎn)連接起來，系統(tǒng)化管理。據(jù)悉，YieldBook是業(yè)界率先實(shí)現(xiàn)量測(cè)數(shù)據(jù)（MMS）、缺陷數(shù)據(jù)（DMS）、良率數(shù)據(jù)(YMS)全面統(tǒng)一的良率管理系統(tǒng)，打破由國(guó)際廠商壟斷的局面，并且借助自身量測(cè)檢測(cè)機(jī)臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)Fab數(shù)據(jù)的可視化管理。東方晶源相關(guān)負(fù)責(zé)人表示：未來將繼續(xù)深耕，在確保功能更加齊全的同時(shí)，提供更有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，更有效地幫助客戶實(shí)現(xiàn)快速機(jī)臺(tái)跨機(jī)，工藝優(yōu)化。此外，YieldBook還將對(duì)先進(jìn)節(jié)點(diǎn)芯片制造的良率管理提供有利支持，降本增效的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)良率快速爬坡、穩(wěn)定量產(chǎn)。

圖注：良率管理軟件YidldBook

除上述產(chǎn)品之外，東方晶源還有計(jì)算光刻軟件OPC產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)唯一一家集OPC和檢測(cè)量測(cè)設(shè)備于一體的公司。OPC軟件可以和電子束檢測(cè)量測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)無縫連接，不僅能快速實(shí)時(shí)優(yōu)化OPC model, 也能準(zhǔn)確并快速地量測(cè)關(guān)鍵圖像的尺寸，識(shí)別關(guān)鍵區(qū)域是否有缺陷。東方晶源充分利用這個(gè)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)軟件硬件協(xié)同，提供HPOTM良率最大化技術(shù)路線和產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，使得芯片設(shè)計(jì)信息可以在芯片制造過程中起到關(guān)鍵作用。芯片制造環(huán)節(jié)中的經(jīng)驗(yàn)與良率數(shù)據(jù)可以及時(shí)反饋到芯片設(shè)計(jì)端，讓設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)和快速迭代，加快國(guó)產(chǎn)芯片技術(shù)的全鏈條升級(jí)。軟硬件結(jié)合給客戶提供全流程工藝解決方案，這是其他企業(yè)所沒有的優(yōu)勢(shì)。

國(guó)內(nèi)目前正在大力推進(jìn)芯片制造產(chǎn)能的進(jìn)一步擴(kuò)張，極力提升芯片國(guó)產(chǎn)化率，鑒于量測(cè)/檢測(cè)設(shè)備對(duì)于提升良率的重要意義，整體晶圓廠產(chǎn)線的國(guó)產(chǎn)化會(huì)大幅提升國(guó)內(nèi)對(duì)于量測(cè)/檢測(cè)設(shè)備的需求。早在十年前創(chuàng)辦之初，東方晶源就聚焦集成電路良率管理，開始布局電子束量檢測(cè)領(lǐng)域，積累了深厚的研發(fā)基礎(chǔ)和能力。面對(duì)當(dāng)前國(guó)際局勢(shì)，東方晶源致力于提升半導(dǎo)體量檢測(cè)中的設(shè)備性能和效率，解決國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體發(fā)展中的卡脖子問題。同時(shí)，基于其在計(jì)算光刻領(lǐng)域的領(lǐng)先性，開創(chuàng)性提出的軟硬件相結(jié)合的DTCO解決方案，也將為國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)帶來更多有益探索，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步。