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引言

半导体设备种类繁多，国产攻坚的任务繁重，但它们面临的难题有其共性。本文以小见大，仅以芯片量检测设备来讨论半导体设备国产化攻坚的问题。

芯片量检测设备可细分为检测（Inspection）和量测（Metrology）两大环节。检测指在晶圆表面上或电路结构中，检测其是否出现异质情况，如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷；量测指对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数的量测。与芯片封装产线的测试设备不同，量检测设备贯穿芯片制造的工艺过程，以实现对重要环节的良率监控。

量检测设备占芯片产线总投资额的比例为12%左右，全球市场几乎被国外头部公司垄断，其中美国公司KLA一家占据50%左右的份额。在国内，其国产化率仅为3%。

一、供应卡脖子

量检测设备在中国芯片制造产业扩产及工艺升级的过程中，扮演着必不可少的角色，但在供应层面困难重重。

一、我国芯片产线所需设备大部分是设备原厂即将停产或者已经停产的设备，扩产、工艺升级面临设备短缺的风险；

以KLA为例，其客户主要为先进产线，在大陆的客户多为三星、海力士等外资芯片产线。根据KLA业绩说明会披露信息，“成熟制程并不是业务的重要组成部分，KLA约80%的收入来自先进制程客户”。

根据KLA官网介绍，当前明星产品主要应用于先进制程，举例如下：

大陆的内资芯片产线中，只有极少数工艺制程相对先进，大多数为成熟制程产线，所需设备大部分是设备原厂即将停产或者已经停产的设备，扩产和工艺升级面临设备短缺的风险。

二、国内制程相对先进的芯片产线严重依赖于国外原厂，所需的零部件及技术服务无法得到保障。

2022年10月7日，美国商务部工业与安全局（BIS）公布了对于中国出口管制新规（1007新规），针对高算力芯片、超级计算、先进芯片制造、半导体设备领域对中国大陆的制裁再次升级。本次限制途径包括“物项”、“实体”、“用途”、“人员”四类。除非获得许可证，否则“美国人”不得参与对于先进制程（16/14nm以下逻辑、28层及以上NAND、18nm及以下DRAM）相关的物项（设备、材料、软件、技术）向中国的转移行为以及相关协助和服务。

政策出台后，美国厂商立即停止了对相关大陆产线的设备、零配件支持，严重影响了国内先进制程产线及部分成熟制程产线的运营。因此，及时提供核心的零部件及服务、保障国内芯片产线正常运营迫在眉睫。

三、国产化难题

量检测设备之所以国产化进程缓慢、国产化率低，主要是由于技术难度大以及产线试错成本高，因此全面实现国产替代是一个长期且艰巨的过程。

一、技术难度大。

前道量检测设备为高精密设备，需完成纳米级别的测量、检测工作，主要由传输单元、光路处理单元、信号单元、量检测单元等系统组成，包含成千上万个具体模块，涉及高真空腔传输技术、光谱检测技术、快速运算技术、高精度信号检测技术等，技术壁垒极高。

另外，下游客户多为量产产线，其对于设备的精密度、稳定性等技术要求远远高于实验室。

二、芯片产线具有重资产属性，设备试错的成本巨大。

随着技术的进步发展，集成电路前道制程的步骤越来越多，工艺也更加复杂。28nm 工艺节点的工艺步骤有数百道工序，由于采用多层套刻技术，14nm 及以下节点工艺步骤增加至近千道工序。

根据YOLE的统计，工艺节点每缩减一代，工艺中产生的致命缺陷数量会增加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证最终的良品率。当工序超过500 道时，只有保证每一道工序的良品率都超过99.99%，最终的良品率方可超过95%；当单道工序的良品率下降至 99.98%时，最终的总良品率会下降至约90%，因此，制造过程中对工艺窗口的挑战要求几乎“零缺陷”。

设备公司在良率管理及工艺管控方面提供综合的设备、零部件及服务的技术支持，如果产线使用未经验证的设备，良率会大幅下降，产线运营可能由于无法量产陷于停滞。根据公开信息，对于尖端的逻辑晶圆厂而言，1%的良率提升意味着1.5亿美元的净利润。

因此，一味盲目的追求设备国产化，会让具有重资产属性的芯片产线面临巨大的运营风险，反而舍本逐末，不利于芯片制造环节的发展。

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