图形晶圆缺陷检测设备产业可行性研究.docx

图形晶圆缺陷检测设备产业可行性研究从国内看，我国已转向高质量发展阶段，制度优势显著，治理效能提升，经济长期向好，物质基础雄厚，人力资源丰富，市场空间广阔，发展韧性强劲，社会大局稳定，继续发展具有多方面优势和条件加快数字化发展，坚持技术创新和制度创新双轮驱动，以数字经济引领现代产业体系建设，有利于推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革加快数字化发展，推进国家治理体系和治理能力现代化，打造共建共治共享社会治理格局，有利于满足人民群众美好生活新期待加快数字化发展，提升产业基础高级化、产业链现代化水平，有助于补齐产业基础能力短板，激发市场主体活力坚持合作共赢，推动信息化对外开放水平向更大范围、更宽领域、更深层次拓展，有利于支撑构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局同时，我国信息化发展还存在一些突出短板，主要是：信息化发展不平衡不充分的问题较为明显，城乡信息化发展水平差距依然较大；制约数字化生产力进一步释放的体制机制障碍依然存在；关键核心技术短板突出，产业生态国际竞争能力不足；数字经济与实体经济深度融合不够，引领高质量发展的作用有待进一步发挥；社会治理信息化建设存在薄弱环节，基层治理能力有待提升；国家数据资源体系建设滞后，数据要素价值潜力尚未有效激活；社会公共服务数字化供给能力不足，尚不能满足群众的个性化和普惠化需求；数字领域国际合作中国方案尚待完善；数字化发展治理体系亟待健全。

一、 进入半导体行业的主要壁垒（一）半导体行业技术壁垒半导体设备行业属于技术密集型行业，半导体设备的复杂性和专业性决定了进入本行业具有高度的技术壁垒对于行业新进入者而言，短期内无法突破核心技术，故形成了技术壁垒二）半导体行业人才壁垒半导体设备行业属于技术密集型行业，拥有高端专业的人才是半导体设备企业保持市场竞争的关键半导体设备企业需要拥有大量的多学科、多领域的专业人才，而高端人才的聘用成本较高，且集中于行业领先企业，使得行业新进入者短期内无法组建一支全面的、优秀的人才团队，形成了人才壁垒三）半导体行业资金和规模壁垒半导体设备行业需要持续的研发投入，才能保持核心竞争力随着先进工艺制程的不断提高，需要长期的研发投入以实现技术突破前期大额的研发投入及后期生产规模均需要企业大量的资金投入若没有足够的资金支持，新进入者无法与已经取得市场份额的优势企业进行竞争，从而形成资金和规模壁垒四）半导体行业市场壁垒半导体设备行业的下游客户对于上游供应商有严格的客户认证要求，客户认证是进入半导体设备市场的主要壁垒之一半导体设备的先进性直接影响下游客户的产品质量和生产效率，因此在规模化量产前需经过严格的测试以及客户验证，设备的市场壁垒高。

二、 信息惠民便民水平大幅提升设立全球首家互联网法院，国家互联网+监管系统初步建成网络扶贫成效显著，数字化技术在新冠肺炎疫情防控中发挥重要作用全国电子社保卡签发达3．6亿张，远程医疗协作网覆盖全国所有地市2．4万余家医疗机构和所有国家级贫困县县级医院，全国中小学（含教学点）互联网接入率达100%数字领域国际合作取得明显成效数字经济伙伴关系网络不断拓展，发布《携手构建网络空间命运共同体行动倡议》，提出《全球数据安全倡议》，发起《二十国集团数字经济发展与合作倡议》《一带一路数字经济国际合作倡议》，与16个国家签署数字丝绸之路合作谅解备忘录，与22个国家建立丝路电商双边合作机制网信企业全球化发展，网络互通深入推进，信息通信技术、产品和服务国际市场竞争力大幅提升网络空间命运共同体理念广泛传播三、 数字经济实现跨越式发展我国数字经济总量跃居世界第二，2020年数字经济核心产业增加值占GDP比重达到7．8%，数字产业化基础更加坚实，数据赋能赋智作用日益凸显农业数字化加快发展，精准作业、数字化管理等大面积推广制造业数字化转型加快推进，降本提质增效明显服务业数字化进程加快，新业态新模式蓬勃发展2020年电子商务交易额达到37．21万亿元，成为居民消费的重要渠道。

四、 强化队伍建设优化人才培养机制，着力培育信息化领域高水平研究型人才和具有工匠精神的高技能人才推动科研人才广泛交流，深化新工科建设，打造信息化领域多层次复合人才大力推动学网、懂网、用网，不断提高对信息化发展的驾驭能力五、 光学检测行业技术发展情况从技术路线原理上看，检测和量测包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术等光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术的差异主要体现在检测精度、检测速度及应用场景上光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术在应用上各有所长半导体质量控制设备的主要性能指标涉及灵敏度、吞吐量等，不同技术路线在实现前述指标存在差异与电子束检测技术相比，光学检测技术在精度相同的条件下，检测速度更具有优势光学检测技术是指基于光学原理，通过对光信号进行计算分析以获得晶圆表面的检测结果；电子束检测技术是指通过聚焦电子束至某一探测点，逐点扫描晶圆表面产生图像以获得检测结果光与电子束的主要区别在于波长的长短，电子束的波长远短于光的波长，而波长越短，精度越高在相同条件下，光学技术的检测速度比电子束检测技术快，速度可以较电子束检测技术快1，000倍以上因此，电子束检测技术的相对低速度导致其应用场景主要在对吞吐量要求较低的环节，如纳米量级尺度缺陷的复查，部分关键区域的表面尺度量测以及部分关键区域的抽检等。

与X光量测技术相比，光学检测技术的适用范围更广，而X光量测技术主要应用于特定金属成分测量和超薄膜测量等特定的领域，适用场景相对较窄半导体质量控制设备是集成电路生产过程中核心设备之一，涉及对集成电路制造的生产过程进行全面质量控制和工艺检测，对设备的灵敏度、速度均有较高的要求结合三类技术路线的特点，应用光学检测技术的设备可以相对较好实现有高精度和高速度的均衡，并且能够满足其他技术所不能实现的功能，如三维形貌测量、光刻套刻测量和多层膜厚测量等应用，进而使得采用光学检测技术设备占多数根据VLSIResearch和QYResearch的报告，2020年全球半导体检测和量测设备市场中，应用光学检测技术、电子束检测技术及X光量测技术的设备市场份额占比分别为75．2%、18．7%及2．2%，应用光学检测技术的设备占比具有领先优势，电子束检测技术亦具有一定的市场份额随着技术的不断发展，光学检测技术与电子束检测技术存在一定的潜在竞争可能，但光学检测技术面临技术迭代的风险较小，主要理由有以下方面：①光学检测技术与电子束技术之间存在优势互补的情况受限于检测速度，电子束无法满足规模化生产的速度要求，导致其应用场景主要在对吞吐量要求较低的环节。

同时，光学检测技术可以满足规模化生产的速度要求，但是比电子束检测在检测精度上存在一定劣势因此，在实际应用场景中，往往会同时考虑光学检测技术与电子束检测技术特性，即当光学技术检测到缺陷后，用电子束重访已检测到的缺陷，对部分关键区域表面尺度量测的抽检和复查，确保设备检测的精度和速度两种技术之间存在优势互补的情况②当前半导体质量控制主要依赖光学检测技术鉴于电子束检测通常接收的是入射电子激发的二次电子，无法区分具有三维特征的深度信息，因而部分测量无法用电子束技术进行检测，主要通过光学检测技术实现，如三维形貌测量、光刻套刻测量和多层膜厚测量等应用以国际巨头科磊半导体为例，其在1998年通过收购AmrayInc获得电子束检测技术，开始开发电子束缺陷检测设备和电子束缺陷复查设备截至目前，科磊半导体官网显示的电子束相关设备依然为电子束缺陷检测设备和电子束缺陷复查设备，未进一步拓展基于电子束技术的其他检测及量测设备同时，电子束检测技术在检测速度上存在制约科磊半导体的总裁RickWallace（任职2008年至今）曾直接提及光学技术的检测速度可以较电子束检测技术快1，000倍以上，电子的物理特性使得电子束技术难以在检测速度方面取得重大突破。

相比而言，光学检测是最经济、最快的选择此外，根据VLSIResearch，2016年度至2020年度期间所有电子束检测设备在全球半导体检测和量测设备市场中的占比分别为19．3%、20．4%、21．0%、17．4%和18．7%，其中，电子束缺陷检测设备和电子束缺陷复查设备两种设备占比分别为9．3%、10．8%、11．5%、9．2%和10．6%，电子束检测设备及部分细分产品市场占有率总体保持平稳，未见大幅增长的原因主要系受集成电路制程中的大部分质量控制环节无法通过电子束检测技术实现或设备无法达到检测速度要求③光学检测技术仍然为国家重点支持的领域根据《国家自然科学基金十三五发展规划》等政策，超高分辨、高灵敏光学检测方法与技术为国家自然科学基金委信息科学部十三五优先发展领域，其主要研究方向为突破衍射极限的光学远场成像方法与技术；多参数光学表征和跨层次信息整合以及单分子成像与动态检测；亚纳米级精度光学表面检测，包括三维空间信息精确获取与精密检测、高灵敏度精细光谱实时检测技术国家自然科学基金致力于通过超前部署，全面推进基础研究繁荣发展，为创新驱动发展提供持久动力，信息科学部优先发展光学检测技术一定程度反映了光学检测技术的重要性。

综上所述，光学检测技术和电子束检测技术未来均有不断发展的空间，光学检测技术可以通过持续提高光学分辨率，并结合图像信号处理算法等实现技术创新与突破，进一步提升并增强技术优势，带来设备应用比例的增加，从而进一步带动设备市场份额的提升一）光学检测技术的分类及发展光学检测技术是晶圆制造中使用的关键检测技术在检测环节，光学检测技术可进一步分为无图形晶圆激光扫描检测技术、图形晶圆成像检测技术和光刻掩膜板成像检测技术在量测环节，光学检测技术基于光的波动性和相干性实现测量远小于波长的光学尺度，集成电路制造和先进封装环节中的量测主要包括三维形貌量测、薄膜膜厚量测、套刻精度量测、关键尺寸量测等总体上，集成电路检测和量测技术的发展呈现出以下趋势：随着集成电路器件物理尺度的缩小，需要检测的缺陷尺度和测量的物理尺度也在不断缩小；随着集成电路器件逐渐向三维结构发展，对于缺陷检测和尺度测量的要求也从二维平面中的检测逐渐拓展到三维空间的检测为满足检测和量测技术向高速度、高灵敏度、高准确度、高重复性、高性价比的发展趋势和要求，行业内进行了许多技术改进，例如增强照明的光强、光谱范围延展至DUV波段、提高光学系统的数值孔径、增加照明和采集的光学模式、扩大光学算法和光学仿真在检测和量测领域的应用等，未来随着集成电路制造技术的不断提升，相应的检测和量测技术水平也将持续提高。

二）光学检测技术未来发展趋势随着全球半导体产业产能的持续扩张，半导体设备的需求快速增长，从而推动市场对检测和量测设备需求的增加中国大陆作为全球最大集成电路生产和消费市场，中国大陆的集成电路产业规模不断扩大，作为全球第一大半导体设备市场，对检测和量测设备的需求将持续快速增长主流半导体制程正从28nm、14nm向10nm、7nm发展，部分先进半导体制造厂商已实现5nm工艺的量产并开始3nm工艺的研发，三维FinFET晶体管、3DD等新技术亦逐渐成为目前行业内主流技术随着工艺不断进步，产品制程步骤越来越多，微观结构逐渐复杂，生产成本呈指数级提升为了获取尽量高的晶圆良品率，必须严格控制晶圆之间、同一晶圆上的工艺一致性，因此对集成电路生产过程中的质量控制需求将越来越大未来检测和量测设备需在灵敏度、准确性、稳定性、吞吐量等指标上进一步提升，保证每道工艺均落在容许的工艺窗口内，保证整条生产线平稳连续的运行随着DUV、EUV光刻技术的不断发展，集成电路工艺节点不断升级，对检测技术的空间分辨精度也提出了更高要求目前最先进的检测和量测设备所使用的光源波长已包含DUV波段，能够稳定地检测到小于14nm的晶圆缺陷，并且能够实现0．003nm的膜厚测量重复性。