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在半導體晶圓制造過程中，除非前道工藝設備之外，還有非常重要的一個細分領(lǐng)域，前道量檢測設備。
前道量檢測設備的作用就是在晶圓制造過程中，提供各種檢測手段，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，對于芯片良率控制和提高有巨大的作用。
而且很多量測設備技術(shù)難度非常大，比如高端的光學量測（OCD），有“小Scanner”之稱，是一種媲美光刻機技術(shù)難度的設備，其單價也非常昂貴，基本相當于3-4臺刻蝕或者CVD的價格，貴的幾千萬美金一臺。
因此量檢測設備是半導體設備中非常關(guān)鍵的一種設備，只可惜在這個領(lǐng)域中國起步較晚，積累補足，與國外一流水平有著巨大的差距。
今天長文探討中國的量測行業(yè)該何去何從。
絕對王者KLA
說起前道量測設備，那么在這個領(lǐng)域有一家絕對霸主級地位的公司是無法繞開的，它就是——KLA。
KLA的全名應該是KLA-tencor，中文一般翻譯為科磊。
很顯然名字上一眼就能看出，KLA這家公司是由兩家公司合并過來的。
目前KLA的主要業(yè)務部門包括：
1、半導體過程控制
為晶圓制造過程提供全面的檢測，量測，數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品以及相關(guān)服務；
2、專業(yè)半導體工藝部門
開發(fā)，銷售先進的真空沉積設備以及刻蝕工藝設備，這個業(yè)務部門以前是沒有的，是收購SPTS之后才有的。
SPTS，曾經(jīng)是在化合物半導體行業(yè)小而美的公司，主打化合物半導體的沉積與刻蝕，2019年KLA收購Orbotech（奧寶），從而獲得了SPTS相關(guān)業(yè)務。
3、PCB，面板的檢測設備部門
為PCB，面板現(xiàn)實，提供相關(guān)專業(yè)量檢測設備和服務；
KLA成立于1976年，創(chuàng)始人為成立之處，剛好遇到集成電路火熱的年代，
最初的芯片工藝簡單，普通的光學設備人工檢測即可完成，但是隨著晶體管數(shù)量越來越多，工藝越來越復雜，人工早已無法勝任這些工作。
加上工藝約多，出錯概率越大，所以芯片良率普遍較低，多次刻蝕和沉積薄膜后良率進一步下降，在這種情況下，對于每道工藝之后的缺陷檢測工作顯的尤為重要。
KLA當年第一款產(chǎn)品就是掩膜檢測設備，隨后公司深耕晶圓檢測設備，在主業(yè)扎實之后，瘋狂開始進行外延式收購，最著名的就是于1997年和Tencor合并。
當時Tencor，擅長薄膜量測，與KLA一樣都是工藝上的關(guān)鍵量測點，雙方業(yè)務的互補形式非常明顯。
在兩家公司合并之后，開啟了一系列的收購舉動。
1998年：2月收購德國的Nanopro GmbH，其擁有先進的干涉測量技術(shù)用于芯片測量；4月收購AmRay, Inc.，為半導體制造等提供掃描電子顯微鏡系統(tǒng)；6月收購Vars，其為圖像歸檔和檢索系統(tǒng)開發(fā)商；11月收購Keithley Instruments的Quantox產(chǎn)品線；12月收購Uniphase Corporation的Ultra Pointe子公司.
1999年：12月收購中國臺灣的Acme Systems，為領(lǐng)先的良率分析軟件供應商；
2000年：2月收購Finle Technologies, Inc.，為光刻建模和分析軟件開發(fā)商；3月收購Fab Solutions，為先進過程控制軟件開發(fā)商；
2001年：收購Phase Metrics, Inc.，為良率管理和過程控制公司；
2004年：收購Candela Instruments, Inc.及Inspex, Inc.的晶圓檢測系統(tǒng)業(yè)務；
2006年：收購Ade Corporation，為硅片計量及相關(guān)設備供應商；
2007年：收購On Wafer Technologies、Sensarray Corporation和Therma-Wave Corporation；
2008年：收購Icos Vision Systems Corporation NV及Vistec Semiconductor Systems, Inc.的MIE業(yè)務部門；
2010年：收購Ambios Technology, Inc..
2014年：收購Luminescent Technologies, Inc..
2017年：收購Zeta Technologies Co. Ltd..
2018年：收購Keysight Technologies的Nanoindenter產(chǎn)品線、Nanomechanics Inc.、Microvision以及Orbotech，Orbotech旗下還擁有SPTS Technologies Ltd.，為KLA進軍平板顯示器等領(lǐng)域提供了契機.
2019年：3月6日，F(xiàn)ilmetrics加入KLA儀器集團，成為Filmetrics, a KLA Company；同年完成對Orbotech的收購，并于7月正式將公司名稱更改為KLA Corporation；
到現(xiàn)在為止KLA的業(yè)務是一個集PCB，F(xiàn)PD，汽車電子，以及晶圓前道制造多個板塊多個領(lǐng)域綜合平臺型半導體設備公司。
這里借用關(guān)老師的一張圖，幫助大家更好看清公司的發(fā)展歷程。
大家可以看到KLA這家公司也和AMAT，LAM等其他半導體設備同行一樣，一路并購走來，再次提醒我們，國內(nèi)要是打造一個強而有力的半導體設備公司，一方面是自己主業(yè)要穩(wěn)固，其次就是需要有資本并購思維，兩條腿走路，才能做大做強。
所以從筆者的角度來看，中國在量檢測賽道同行實在太多了，根據(jù)半導體綜研的關(guān)老師統(tǒng)計約56家，而全世界才112家，中國快占了一半了。
而且大部分還停留在低端AOI上，真正意義上的納米級，無論是有圖形的還是無圖形的，門檻標準是明場小于250nm，暗場小于100nm。
顯然很多公司是不具備這樣的水準和實力，實際上產(chǎn)業(yè)真的不需要這么多公司，這樣的小而散的行業(yè)競爭格局，不利于行業(yè)長期健康發(fā)展。
中國半導體行業(yè)只需要1-2家大而強的公司，才能和KLA，以及AMAT，ASML等公司去競爭，所以啟哥不再建議對這行的進行重復的，低水平的投資，這是毫無意義。
光學與電子束
在芯片制造過程中，有大量的量測工作要做，看關(guān)鍵工藝是否符合指標，包括晶圓缺陷檢測，關(guān)鍵尺寸，套刻精度，膜厚等等，于是各種各樣的量測方案和設備就出現(xiàn)了。
技術(shù)路線主要是兩條，一條是光學，一條是電子束。
從當時中科飛測的IPO材料來看，其中光學占大部分大約70%，電子束占30%，還有少量的X光。
從ASML這樣的光刻圖形化工藝解決方案商到晶圓工廠用的各種各樣的量測方案基本都基于這兩種技術(shù)路線。
相比之下，光學檢測方案具有速度快，無接觸，兼容性好，容易集成等優(yōu)點，電子束也具備高分辨率和靈敏度，深度探測能力，不受表面物理性質(zhì)影響，可進行多種分析，可進行在線實時檢測的優(yōu)點。
在實際應用中光學多于電子束路線，因此光學型量測設備也多于電子束型設備。
目前行業(yè)標桿為KLA都2139（明場），PUMA 93系列/95系列暗場，無圖形的KLA?Surfacan為基準，國內(nèi)常見就是SP3，SP5這種，幾千萬人民幣一套。
基于光學的路線，又分明場和暗場兩個系統(tǒng)。
明場（BF）和暗場（DF）的區(qū)別在于一個是透射束成像，一個是衍射束成像。二者在照明方法、成像原理等方面存在較大差異，技術(shù)難度上也有一定差別，整體而言明場系統(tǒng)對照明光束物理特征、成像系統(tǒng)、信噪比等方面的要求更加嚴格。一般來說，無圖形晶圓的缺陷檢測多用暗場系統(tǒng)，有圖形晶圓的缺陷檢測使用明場系統(tǒng)或是二者的結(jié)合。
兩者都是芯片檢測手段的一種，根據(jù)實際情況，通常會使用組合方案，盡可能的實現(xiàn)檢測準確性。
電子束檢測是一種利用聚焦電子束作為檢測源的先進檢測技術(shù)。
原理是基于電子束與被檢測物體的相互作用。當電子束照射到樣品表面時，電子與樣品中的原子發(fā)生碰撞，會產(chǎn)生多種信號，如二次電子、背散射電子、吸收電子、俄歇電子和特征 X 射線等。通過對這些信號的收集、分析和處理，可以獲取樣品的形貌、結(jié)構(gòu)、成分等信息。
所以說電子束檢測更精確，靈敏度更高，在高階制程下用得更多一些。
整個前道量測設備的市場規(guī)模并不小，一般在整個半導體設備中占10%-12%，2022年大約是100-120億美金左右的市場規(guī)模。是在高階制程的fab廠里，高端量測檢測的設備投資占比可能更大，畢竟28nm以下高階制程的工藝步數(shù)突然增加，達到甚至突破2000個steps！在如此多的工藝步驟下，顯然檢測環(huán)節(jié)變得更加重要，它是幫助晶圓廠控制良率的關(guān)鍵，因此檢測環(huán)節(jié)大增，對應的檢測設備用量也比普通成熟制程的要大。
相比之下，這些年國產(chǎn)設備在前道工藝設備上取得了長足的進步，在刻蝕，薄膜沉積，清洗，涂膠顯影，CMP，離子注入，熱處理，電鍍等環(huán)節(jié)均實現(xiàn)國產(chǎn)突破，甚至部分領(lǐng)域已經(jīng)能與國外巨頭有一爭高下的實力。
但是在高端量測領(lǐng)域差距還是很大，在光學方面KLA，AMAT，日立加一塊占了84%，而電子束方面AMAT，日立，ASML，KLA則占了99%。
所以整個量測行業(yè)，KLA，ASML，日立，AMAT等幾大巨頭占據(jù)超過95%以上的市場份額。特別是KLA，一家就占了一大半，不愧是世界級半導體公司，其地位難以撼動，而國產(chǎn)檢測設備公司，堪堪邁過0到1的階段。
國產(chǎn)量測設備到現(xiàn)在才算有所突破，在整個前道設備中，前道量測設備除光刻機之外，國產(chǎn)化率最低的設備。
主要是量測設備的技術(shù)含量非常高，有著“小光刻機之稱”，其部分技術(shù)特點和難度，真的能媲美光刻機，而且售價也非常高昂，一臺高端的明場缺陷檢測售價高達數(shù)百萬至上千萬美金，高于刻蝕和沉膜一個檔次，價值可見一斑！
行業(yè)公司
國內(nèi)目前處于群雄競爭格局。
包括中科飛測，精測，睿勵，東方晶源，御微，優(yōu)睿譜，中導光電，匠嶺科技，中安，昂坤視覺，澈芯，清軟，昕微，天準，等一二級市場耳熟能詳?shù)墓?，甚至還有剛剛殺入這個賽道的中微。
在此之前國內(nèi)刻蝕設備巨頭中微宣布進軍電子束量測設備了。
通過關(guān)老師資料，啟哥大致整理了一下。
中科飛測：有宏觀光學，有圖形的明場，暗場，無圖形的暗場為主，目前屬于國內(nèi)頭部；
精測電子的上海精測：有圖形的明場，暗場，無圖形的暗場等，以及少量的電子束掃描復檢；
睿勵科學儀器：宏觀光學，掩膜板方面的光學檢測；
東方晶源：主要是無圖形的暗場電子束，電子束掃描復檢等；
御微：套刻類為主；
優(yōu)睿譜：有圖形的明場，暗場；
中安：有圖形暗場；
中導光電：宏觀光學，有圖形明場，暗場；
昂坤視覺：宏觀光學，有圖形明場，暗場等；
目前上市公司主要就是中科飛測和精測，啟哥就兩家公司目前現(xiàn)有公開資料做對比。
中科飛測公開信息整理：
1）無圖形晶圓檢測設備：量產(chǎn)型號已覆蓋2Xnm及以上工藝節(jié)點，即將進入1Xnm節(jié)點設備；
2）圖形缺陷檢測設備：具備三維檢測功能的設備已在客戶端進行工藝驗證，即將進入2Xnm節(jié)點明場納米圖形晶圓缺陷檢測設備、暗場納米圖形晶圓缺陷檢測設備；
3）三維形貌量測設備：支持2Xnm及以上制程；
4）薄膜膜厚量測設備：已覆蓋國內(nèi)先進工藝和成熟工藝的主要集成電路客戶；
5）套刻精度量測設備：90nm及以上工藝節(jié)點的設備已實現(xiàn)批量銷售，2Xnm設備已通過國內(nèi)頭部客戶產(chǎn)線驗證，獲得國內(nèi)領(lǐng)先客戶訂單。
6）關(guān)鍵尺寸量測設備：2Xnm產(chǎn)品研發(fā)進展順利。
精測電子：核心產(chǎn)品已覆蓋先進制程，膜厚產(chǎn)品、OCD設備以及電子束缺陷復查設備已取得先進制程重復性訂單，先進制程工藝節(jié)點的明場缺陷檢測設備已完成交付；
根據(jù)董秘在互動易上的回復：
公司表示已經(jīng)有7nm先進制程的設備完成交付和驗收，甚至更加先進制程的產(chǎn)品正在驗證中。
顯然中科飛測的產(chǎn)品線更加齊全，但是精測強在有更強的7nm的設備。
當然了，兩家公司都在各自領(lǐng)域努力。
結(jié)語
啟哥就KLA的發(fā)展歷程，國外巨頭的實力，以及量測設備行業(yè)特點做一下總結(jié)：
1、KLA在這個行業(yè)是絕對王者，ASML，AMAT，日立也有自己長處，幾個行業(yè)巨頭占了95%以上的份額，屬于絕對壟斷地位；
2、前道量測設備是除了光刻機之外，國產(chǎn)化率最低的領(lǐng)域之一，也是技術(shù)難度最大的領(lǐng)域，有著小“Scanner”之稱，因此這個領(lǐng)域也是國產(chǎn)商們最具成長潛力，最具看點的領(lǐng)域，希望國產(chǎn)設備能早日突破；
3、雖然行業(yè)公司眾多，但是大部分都是偏低端的，呈現(xiàn)小而散的行業(yè)競爭格局，大家在低端賽道上廝殺毫無意義，行業(yè)急需整合出幾個大公司，才能和國外公司做抗衡，否則無利于行業(yè)發(fā)展，當然整合并購需要一定的條件和機遇；
4、作為主要兩家公司標的，中科飛測產(chǎn)品線更加齊全，精測勝在已經(jīng)有7nm級別產(chǎn)品研發(fā)成功。其他公司也有機會，希望大家繼續(xù)努力。
這是啟哥對于量測行業(yè)的一個總結(jié)，下面是廣告時間。
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