电子行业专题报告:半导体设备系列—量测检测—国产化短板,替代潜力巨大.pdf

过程控制:半导体晶圆制造过程中不同工艺之后,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。过程控制设备主要包括测量类设备(Metrology)和缺陷(含颗粒)检查类设备(Inspection)。量测包括套刻对准的偏差测量、薄膜材料的厚度测量、晶圆在光刻胶曝光显影后、刻蚀后和CMP工艺后的关键尺寸(CD)测量、其他如晶圆厚度,弯曲翘曲(Bow/Warp),1D/2D应力stress,晶圆形貌等。检测主要包括无图形缺陷检测、有图像缺陷检测、掩模版缺陷检测、缺陷复检。量测检测主要作用就是生产出符合关键物理参数的芯片以及优化工艺,提升良率。

过程控制全球半导体设备总市场占比约10.5%,持续有升级需求。2021年全球过程控制设备市场空间约104亿美元,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28亿美元、膜厚测量需求约17亿美元、缺陷检测需求约58亿美元。过程控制市场中在全球半导体设备总市场(包括晶圆制造和封装测试设备)占比约10.5%,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。过程控制市场特点在于设备品类多,分产品市场较为分散。目前全球过程控制主要赛道由海外厂商主导并垄断,KLA通过多年来外延内生,产品系列超过14大类,在多个细分领域具有明显优势,公司2023财年营收104.96亿美金,同比增长13.9%,综合毛利率60%,在中国大陆量测检测市占率超过50%,此外AMAT、ASML、Nova、Hitachi亦占据市场重要地位,2021年全球CR585.8%。

精测电子全面布局膜厚及OCD检测、SEM检测等技术方向。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EFILM300SS/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。公司核心产品已覆盖2xnm及以上制程,先进制程的膜厚产品、OCD设备以及电子束缺陷复查设备已取得头部客户订单。截至2023年中报披露日,精测电子半导体领域在手订单约13.65亿元。

中科飞测量测检测营收体量国内领先,产品线持续丰富。公司目前产品主要包括无图形晶圆缺陷检测设备系列、图形晶圆缺陷检测设备系列、三维形貌量测设备系列。检测设备代表客户包括中芯国际、士兰集科、长电科技、华天科技等,量测设备主要客户有长江存储、长电科技、华天科技、蓝思科技等。2022年公司检测设备共销售82台,量测设备销售56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。2021年4月,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。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。

风险提示:国产替代进展不及预期、全球贸易纷争影响、行业竞争加剧。

1过程控制:量测、检测是半导体制造良率的重要保障

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。

过程控制设备包括应用于工艺过程中的测量类设备(Metrology)和缺陷(含颗粒)检查类设备(Inspection)。芯片生产过程中,在线工艺检测设备要对经过不同工艺后的晶圆进行无损的定量测量和检查,从而保证工艺的关键物理参数(如薄膜厚度、线宽、沟/孔深度、侧壁角等)满足要求,同时发现可能出现的缺陷并对其进行分类,剔除不合格的晶圆,避免后续工艺浪费。工艺检测设备的另一个作用是协助工艺开发和试生产时优化设备运行参数和光掩模的设计,优化整个工艺流程,缩短开发时间,提升成品率并实现量产。

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