獨家獲悉:東方晶源電子束量檢測設備出機突破60臺里程碑,這意味著,東方晶源設備在該領域的技術性能已經穩定,并獲得用戶認可,能夠滿足半導體制造企業的生產需求,相關市場有望迎來突破性增長。據行業首發信息披露,東方晶源作為深耕集成電路良率管理領域的頭部企業,其電子束設備累計交付達60臺。這標志著國產高端量檢測設備在技術成熟度、產線適配性方面取得實質性進展。這一數據背后,折射出國內半導體產業鏈的戰略轉向。近年來國際地緣政治波動持續催化設備國產替代進程,晶圓廠為規避斷供風險加速導入本土解決方案,東方晶源肩負國產替代重任,深度參與關鍵領域的自主創新。企業十余載積累的電子光學系統研發功底與量產經驗,使其成為破解半導體設備“卡脖子”難題的核心力量。
盡管美國政府不斷升級對華出口管制,企圖延緩我國先進制程的發展,但這并不能阻止中國半導體產業的發展與進步。東方晶源的技術突破不僅重塑了國產設備在良率管理環節的市場格局,更為中國半導體產業構筑技術護城河提供了關鍵拼圖。在提升中國半導體產業自主可控能力方面,東方晶源還將繼續做出重要貢獻。
設備穩定出機60臺,有效優化產業格局
“60臺設備落地不是終點,而是自主化量檢測體系升級的起點。”東方晶源資深產品總監賈錫文在接受集微網專訪時強調。他透露,通過優化EOS(電子光學系統)結構提高信號采集和收集的效率,并且在智能算法的加持下,設備在保持納米級檢測精度的同時,將單位晶圓檢測效率提升40%,這一突破直接回應了28nm及以下先進制程的量產需求。
在全球半導體產業競爭格局下,核心設備與關鍵材料的自主可控成為國家戰略。其中,量檢測設備的重要性不斷提升。測試是貫穿芯片設計、生產過程的核心環節,對提高芯片良率、降低成本至關重要。量檢測設備有“工廠的眼睛”之稱,用于在半導體制造過程中檢測芯片性能與缺陷,確保產品質量的可控性,對保證產品質量起著關鍵性的作用。特別是隨著半導體制程不斷縮減,光學檢測在先進制程技術的圖像識別的靈敏度逐漸減弱,電子束檢測技術的應用場景變得越來越多。
近年來,我國半導體晶圓廠建設正在加速。據集微咨詢統計,目前中國大陸已有47座晶圓廠,其中,12英寸晶圓廠22座,8英寸廠25座。此外,還有正在建設的晶圓廠25座。中國大陸連續兩年成為全球最大半導體設備需求市場,中國大陸的晶圓制造設備支出從2018年的110億美元增長到2023年的近300億美元。相對應地,我國對電子束量檢測設備的需求量也在翻番。
盡管在電子束量檢測設備方面,AMAT、Hitachi、ASML等國際大廠依然占據市場主導地位,但是國產設備廠商也在迅速成長。東方晶源作為國內領先的電子束量檢測設備供應商之一,得益于國內半導體產業的快速崛起,對半導體設備需求量逐步提升,已開發出多個系列的電子束設備,填補國內空白。
根據賈錫文的介紹,已出機的用戶群中既包含了邏輯廠商、存儲廠商,也包含先進封裝以及第三代半導體廠商,累計wafer move量超過56萬片。12英寸設備已在28nm產線上服役,6英寸和8英寸設備在第三代半導體領域則作為BSL機臺在運行。“值得一提的是,在部分用戶當中,我們已經開始斬獲重復訂單。這是市場對我們的認可,公司也會持續地投入研發,做出更多的創新。”他表示。
對于國產半導體設備公司來說,實現產品的量產出貨,且出貨量達到數十臺無疑是一項較為突出的成績。半導體制造對設備的精度、穩定性和可靠性要求極高,相關產品必須經過長期測試,反復打磨,才能進入大生產線。實現批量出貨意味著相關設備的技術性能已經穩定,獲得了用戶的認可,能夠滿足半導體制造企業的生產需求。這是十分難得的。
同時,這也表明國內企業在電子光學系統、圖像處理算法、精確定位和控制等關鍵技術上取得了重大突破,意味著技術性能達到或接近國際水平。
當然,AMAT、Hitachi等國際廠商仍然在檢測精度、穩定性和效率等方面占據著優勢,它們的產品系列更豐富,覆蓋的流程場景更全面。但是,國產設備廠商同樣具有性價比更高、服務響應快、定制化能力強等優勢。在獲得用戶認可,實現穩定供應之后,將逐步提升國產設備的市場份額,優化產業格局,增強國產企業在行業內的話語權,降低因國外技術封鎖或供應中斷帶來的風險,同時也能帶動相關零部件供應商的發展,促進供應鏈的本地化,提升中國半導體產業的整體競爭力。
創新技術加持,設備實現高精度、高穩定
據了解,電子束量檢測設備的主要產品包括電子束缺陷檢測(EBI)、電子束缺陷復檢(DRSEM)、關鍵尺寸量測(CDSEM)三種類型,涉及檢測、量測、復檢等用戶不同需求。東方晶源對此已經實現了全面覆蓋。
“半導體量檢測技術的發展與光刻技術的發展是息息相關的,因此也遵循相類似的科學邏輯,即追求分辨率極致化。而電子束量檢測技術的核心優勢就在于擁有超高的分辨率和檢測精度,對電性能缺陷極為敏感,可以檢測很小的表面缺陷,如柵極刻蝕殘留物等,并且電子束量檢測設備具有更強的三維結構成像能力和抗前層信號干擾能力,這使其在先進工藝中被較多使用,已經成為生產線中不可或缺的設備之一。”賈錫文表示。
電子束缺陷檢測設備是東方晶源較為成熟的產品線,其不僅能夠檢測電性能缺陷,也能檢測物理缺陷。經過數年研發迭代,主力機型在檢測能力和應用場景方面都得到了進一步的拓展。分辨率是EBI核心指標之一。東方晶源研發團隊通過系統性改進和優化有效提升了EBI設備的分辨率水平:采用高壓低像差電子光學系統設計方案,實現更高成像分辨率;對EE模組性能及連接方式進行優化,有效抑制噪聲;開發振動動態補償技術,抑制機械振動對成像的影響。
檢測速度是用戶考量 EBI 的另一項重要指標。經過這些年的努力,東方晶源也在三個方面對其進行改善:一是開發連續掃描模式代替步進掃描,二是開發更高速的信號采集波形發射器和更快的信號探測器以及優化算法來提升收集信號的效率;同時也在進行多束同時掃描方案的研發。通過這三個方面的努力來提升EBI 的檢測速度。
靈敏度同樣關系到設備對信號的采集能力。東方晶源采用高穩定性熱場發射體,通過精確控制加熱溫度和電場強度,降低了電子能量分散,提升電子束的相干性和亮度;同時研發了新型的探測器,開發大電流及新的charging方式提高VC信號,讓以前非常弱的信號強化來提升靈敏度。
在電子束缺陷復檢設備方面,日前東方晶源推出最新一代DR-SEM r655。它是東方晶源于2023年所推出DR-SEM r600的下一代產品。根據賈錫文的介紹,該款新品搭載了全新的高性能電子槍和光學檢測模組,以及升級版傳片系統和算法系統,可以滿足國內先進制程產線的應用需求。
在電子束檢測成像方面,DR-SEM r655采用了5通道探測器,可以覆蓋更廣泛的檢測需求全方位缺陷表征:4個側向探測器支持全角度形貌掃描,顯著提升缺陷立體成像效果,助力工程師精準判定缺陷類型與成因,尤其對淺刮傷等微小缺陷的復檢成功率提升明顯;材料襯度解析優化:頂端探測器增強背散射電子信號接收能力,精準捕捉材料襯度差異,滿足先進制程對多種應用場景的需求;高深寬比工藝兼容:配合高加速電場設計,適配高深寬比結構檢測,性能對標國際成熟機型。
這些功能的實現又都得益于東方晶源開發的新型電子光學系統的賦能。通過對它們的開發與使用,進一步拉近了與國際大廠之間的距離,為公司接下來的新突破奠定基礎。
在關鍵尺寸量測設備方面,東方晶源目前主推的是c430機型。該款機型在客戶端的裝機總量超過10臺。在量測精度上,該機型已經達到國際主流機臺水平。之所以具備這樣的性能,一方面得益于東方晶源全新開發的波形發生器,可以支持更快的點掃描速度和掃描方式組合。在傳統掃描方式中,電子束需在每個測量點停留較長時間以確保信號強度,而新波形發生器采用高頻信號調制技術,使電子束在保持測量精度的同時,可以更快的速度完成信號采集。其次是采用晶圓表面電荷補償技術,弱化了charging對成像的影響,提升了量測的穩定性。第三是采用高精度的Auto Focus,實現量測系統的實時自校準,可確保長期運行下的數據一致性,提高量測的準確性。第四是全新開發的疊幀和量測算法提高了圖像質量和量測的穩定性。
在量測穩定性上,c430是唯一在客戶端通過self-matching的國產CDSEM設備,CD matching小于0.35nm(或0.5%CD)。這得益于c430新開發的Auto Calibration方案和Auto Daily PM 方案。Auto Calibration方案包括Image、System和量測三大模塊,Image模塊可進行圖像質量的實時優化,System模塊實現了系統狀態的全局監控,量測模塊實現精度校準閉環。而Auto Daily PM 方案可以讓設備可以利用idle時間進行SEM image的校準和維護。這些更新不僅解決了傳統CD-SEM設備校準依賴人工、效率低下的問題,也在量測的穩定性上取得了突破。
向三代半、先進封裝擴展,滿足用戶多元化需求
除先進制程以外,碳化硅和氮化鎵等第三代半導體市場,以及先進封裝市場的需求也在不斷壯大,這些領域對電子束量檢測設備有著與邏輯制程、存儲制程很大的不同。東方晶源也在積極研發,滿足這一領域用戶的需求。
相對而言,第三代半導體用戶對芯片傳統工藝量檢測上的要求相對簡單,但對多元兼容上的要求卻比較復雜。以襯底為例,第三代半導體就包括藍寶石基、硅基、碳化硅基、氮化鎵基等多種類型。這些襯底的完整度各不相同,厚度也不一樣,這就非常考驗檢測設備的兼容能力。如何讓設備自動化地兼容這么多的不同襯底就是一個挑戰。
東方晶源針對第三代半導體市場推出了SEpA-c310s,不僅實現了6/8 英寸兼容,同時還實現了不同材質、不同厚度的兼容。該產品目前已經進入用戶企業的生產線。東方晶源也在投入開發下一代的三代半產品。
在先進封裝方面,其對檢測設備的線寬要求也不是很復雜,但卻對高深寬比等方面具有特殊的要求。當前的先進封裝工藝越來越走向2.5D/3D化,這就對TSV、高深孔等有更多的需求,也就會對一些底部信號的量測有著較為旺盛的需求。東方晶源也在高能/高電壓/高束流的檢測技術上投入更多資源,以期能夠滿足用戶這方面的需求。
持續跟蹤技術發展方向,為用戶提供全面良率解決方案
未來,半導體制程將進一步走向微縮,對電子束量檢測設備的技術要求將更加嚴苛。賈錫文表示,挑戰主要來自兩個方面:一是low dose & high resolution 成像能力;二是電子束吞吐量瓶頸。
首先,隨著半導體制程的微縮,晶圓表面的材料對電子束變得更加敏感,過高的電子束劑量可能會對這些敏感介質造成損傷,從而影響芯片的性能和良率。這就需要在檢測過程中使用較低的電子束劑量,并在低劑量下,仍然能夠保持高分辨率的成像能力,以便準確檢測出晶圓表面的微小缺陷和關鍵尺寸。還需要考慮如何減少對immersion和EUV等敏感介質的損傷等。這些技術在半導體制程中都起著關鍵作用,但它們的材料對電子束非常敏感。
此外,與光學檢測方法相比,電子束檢測的速度要慢得多。在半導體制程不斷微縮的背景下,晶圓表面的缺陷和關鍵尺寸變得越來越小,需要更高的檢測精度和更快的檢測速度來滿足生產需求。然而,電子束逐點掃描的方式限制了其吞吐量的提升,成為制約電子束檢測設備性能的一個重要瓶頸。
面對上述挑戰,賈錫文表示,東方晶源正在開發low dose電子束成像技術和高頻探測器,應對來自這兩方面的挑戰。同時,東方晶源也致力于電子束設備的智能化(AI)和全流程優化(HPO)以提高電子束量檢測設備的效率。通過引入人工智能,進行AI加速缺陷分類:應用深度學習算法(如卷積神經網絡)快速識別缺陷類型,減少人工分析時間;通過自適應檢測路徑規劃:根據歷史數據動態優化掃描區域,聚焦高風險位置(如芯片邊緣)。
同時,賈錫文還強調,東方晶源從創立之初便提出HPO良率最大化技術路線和產品設計理念。針對來自制程微縮與測試速度方面的挑戰,東方晶源致力于全面打通EDA、量測/檢測和Yield(良率)之間的壁壘,希望建立起有效的良率與管理的模型,從點到線然后再到面,為用戶提供一個全面的良率管理解決方案。
基于 HPO 技術路線,東方晶源現已成功推出了多款重量級產品,包括電子束量測和檢測設備、計算光刻軟件OPC、良率管理軟件 YieldBook等,形成多元化的芯片制造良率管理產品矩陣,并被國內外眾多制造頭部企業認可。
受益于強有力的國家戰略支持,中國在半導體設備領域近年來取得了快速增長,但對海外設備巨頭的依賴程度仍然很高,國產設備在中高端及核心設備上仍有較大提升空間。當第60臺電子束設備順利交付客戶產線時,東方晶源用數字宣告了國產高端量測與檢測設備的突破時刻。但這絕非終點,而是中國半導體設備自主化進程中的戰略轉折點——這家深耕電子束檢測領域十余載的頭部企業,正以技術排頭兵的姿態,撬動整個產業鏈的結構性升級。
在先進制程量檢測領域,東方晶源的技術突圍戰已全面開啟:量測方面,通過低劑量電子束成像技術攻克摩爾定律演進中的精度難題,以適應先進制程發展需求;檢測方面,致力于高電壓、大電流、高分辨,以突破3D芯片結構的檢測壁壘,解決先進制程3D結構對電子束發展技術的需求。同時,利用計算光刻軟件工具鏈并創新性引入AI深度學習與GPU異構計算的獨特優勢,對于采集到的納米級電子束圖像進行AI賦能的超維分析,有望實現更好的關鍵尺寸均勻性(Critical Dimension Uniformity)的優化。
當前,東方晶源正致力于下一代設備的開發,發展目標很明確——解決電子束量檢測設備“卡脖子”問題,在中國半導體產業自主可控方面要做出重要貢獻,做好排頭兵,不僅要在技術上自主可控,在供應鏈上也要做好自主可控。不光要在點上100%對標國際巨頭,同時,在線和面上也要全面擁抱創新,擁抱AI,實現超越。
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