投资研究——固态激光器在半导体量测领域的投资价值

目前中美之争的关键就在半导体领域，你这边限制技术出口，我这边限制材料出口，双方打的有来有往，从整体技术上看，中国目前处于弱势，毕竟发展的晚，积累的少，但是站在现在这个节点来看，中国半导体技术也在飞速追赶中——在各个层面上。

 

今天我们就只说一下半导体的量测阶段，因为我刚好最近看了一个创业项目，做的就是这个阶段。用一句话可以概括，质量控制贯穿晶圆制造全过程，量/检测设备是芯片良率的关键保障。

量/检测是半导体制造重要的质量检查工艺，涉及膜厚、折射率、膜应力等参数测量，以及各类表面缺陷检测等，对硅片厂/晶圆厂保障产品良率、产品一致性、降低成本等至关重要。它是半导体前道检测的一部分，有前道检测，也就有后道检测。顾名思义，前道检测是制造前，后道检测是制造后，都是保证半导体良率。

根据不同工序，半导体检测分为前道量检测、后道检测及实验室检测，其中，前道量检测主要应用于晶圆加工环节，目前以厂内产线在线监控为主；后道检测主要应用于晶圆加工后的芯片电性测试及功能性测试，目前主要分为第三方测试和厂内产线在线监控；实验室检测主要针对失效样品进行缺陷定位和故障分析，目前主要分为第三方实验室检测和厂内自建实验室。

检测和量测环节贯穿制造全过程，是保证芯片生产良品率的关键环节

随着半导体先进制程的发展，工艺环节不断增加，对工艺控制水平提出了更高的要求。检测和量测环节贯穿制造全过程，是保证芯片生产良品率的关键环节。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。 

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。假设当工序超过 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”。 

集成电路工艺设备门槛较高，市场集中度高，而量测设备需要与不同的工艺设备配套，对于线上良率提升来说更加明显，行业集中度更高，KLA公司市占率超过了 50%。晶圆制造厂工艺设备集中度相对较高，CR5为65.5%；而半导体量测设备格局更加集中，科磊半导体（KLA）一家厂商市占率超过50%，CR5为82.4%。目前在这个领域，主要是美系制造设备占比较高，而KLA在光学检测和软件建模等方面具备较大的技术优势；而另外一方面，量测设备需要与不同的工艺设备配套，对于线上良率提升来说重要性更加明显，导致了行业集中度更高。 

半导体量测设备的know-how需要与半导体制造工艺相匹配，国产量测设备的发展需要国产半导体制造设备突破作为前提，由于国内半导体制造设备国产化率较低，因此目前半导体量测设备行业发展仍然处于初步阶段。我国本土晶圆厂设备中，去胶设备国产化率最高，能够达到 90% 以上，其他设备如清洗设备、刻蚀设备、热处理设备的国产化率均在 20% 左右，PVD 设备和 CMP 设备国产化率仅有 10% 左右。国产量测设备的发展需要国产半导体制造设备突破作为前提，因此国内半导体量测设备行业发展处于初步阶段。

光学检测技术目前处于绝对优势

前道量检测对每一步工艺过程的质量进行测量或者检查，以保证工艺符合预设的指标，防止出现偏差和缺陷的不合格晶圆进入下一道工艺流程。前道量检测按照技术原理划分，量/检测设备可分为光学、电子束、X 光三大类，其中光学占比高达75%。

1）光学：对晶圆破坏性小，同时具备批量、快速检测的优点，广泛应用于晶圆表面杂质颗粒、图案缺陷等检测，以及膜厚、关键尺寸、套刻精度、表面形貌等测量；

2）电子束：精度高于光学技术，但是速度较慢，适用于部分核心工艺的抽检；

3）X 光：穿透力强、无损探测，适用于超薄薄膜测量、特定金属成分检测等少数特殊场景。

技术名称	主要内容	先进制程工艺应用情况	优势	劣势	未来发展方向	市场份额
光学检测技术	基于光学原理，通过对光信号进行计算分析以获得检测结果，具有速度快、精度高、无损伤的特点	应用于 28nm 及以下的全部先进制程。光学检测技术因其特点，目前广泛应用于晶圆制造环节	精度高，速度快，能够满足全部先进制程的检测需求，符合规模化生产的速度要求，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	与电子束检测技术相比，精度存在一定劣势	通过提高光学分辨率，并结合图像信号处理算法，进一步提高检测精度	81.4%
电子束检测技术	通过聚焦电子束扫描样片表面产生样品图像以获得检测结果，具有精度高、速度较慢的特点，通常用于部分线下抽样测量部分关键区域	应用于 28nm 及以下的全部先进制程。电子束检测技术因其具有精度高但速度慢特点，所以基于电子束检测技术的设备一部分应用于研发环节，一部分应用在部分关键区域抽检或尺寸量测等生产环节，例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	精度比光学检测技术更高	速度相对较慢，适用于部分晶圆的部分区域的抽检应用，在满足规模化生产存在一定的劣势	提升检测速度，提高吞吐量，由单一电子束向多通道电子束技术发展	14.2%
X 光量测技术	基于 X 光的穿透力强及无损伤特性进行特定场景的测量	应用于 28nm 及以下的全部先进制程，但鉴于 X 光具有穿透性强、无损伤特性，所以主要应用于特定的场景，如检测特定金属成分	具有穿透性强，无损伤的特点，在特定应用场景的检测具有优势，如检测超薄膜厚度，可以检测特定金属成分等	速度相对较慢，应用场景较少，只限于特定应用需求	基于 X 光的穿透性特性，扩大应用的场景范围	2.3%

 固态激光器在光学检测中的应用前景

在前道量测设备（如缺陷检测、关键尺寸量测）中，固态激光器的高精度、高稳定性直接提升量测设备的性能，助力国产半导体量测设备突破技术壁垒（如国内厂商在28nm及以上制程的初步覆盖），并为未来28nm以下制程的量测提供技术支撑。

🔍 测量精度高

固态激光器具有高单色性、良好的相干性和方向性，这使其在测量过程中能够提供稳定、聚焦、精准的光源，有利于：

· 亚微米甚至纳米级的精密尺寸测量

· 薄膜厚度、光学常数等参数的高分辨率检测

· 例如：激光干涉仪、椭圆偏振仪、共聚焦显微镜等测量设备常采用固态激光器

🏭 可靠性高，适合工业环境

相比于气体激光器或光纤激光器：

· 固态激光器结构紧凑、抗震动能力强

· 寿命长、功耗低，适合半导体产线的连续、高强度使用

· 激光器易于集成到自动化测量系统中

🧪 适应多种量测需求

固态激光器波长范围广（常见如532 nm、1064 nm等），可根据材料与工艺选择适合波长进行量测：

· 短波长适合高分辨率检测

· 长波长适合穿透性测量（如硅片厚度、背面结构）

🧠 支持非接触式、高速量测

· 固态激光器常用于激光共聚焦、高速扫描系统中

· 在芯片制造过程中可用于：

o  晶圆翘曲/应力分析

o  图案对准检测（alignment）

o  缺陷检测

o  深孔或沟槽形貌量测

🧩 典型应用示例

应用设备	使用方式	所用波长/特性
激光干涉仪	晶圆位移测量、精密定位	稳定性高、波长精确
共聚焦显微镜	表面形貌成像、缺陷分析	短波长、高聚焦性
椭圆偏振仪	薄膜厚度、折射率分析	单色性强、线偏振
激光散射仪	微粒检测、表面粗糙度分析	相干性好

固态激光器为半导体量测设备提供了：

· 高分辨率、高精度、高可靠性

· 对多种材料与工艺的适配能力

· 适合工业化、自动化应用的特性

它是现代半导体制造中实现良率提升、缺陷控制与过程优化的关键光源技术之一。目前，固态激光器已被广泛应用于全球主要的半导体量测设备厂商中，尤其用于关键尺寸（CD）测量、薄膜测量、缺陷检测和表面形貌分析等领域。

除了固态激光器，当然还有其他路线，我用DeepSeek总结了一下，大家可以参考。

​激光器类型​	​典型波长/范围​	​核心优势​	​主要劣势​	​适用场景​	​代表型号/技术​
​深紫外激光器 (DUV)​​	266nm	✅ 高分辨率（突破光学衍射极限） ✅ 材料对比度高（如铜布线检测） ✅ 稳定性强（低像差，适配高精度物镜）	❌ 成本极高 ❌ 维护复杂（需特殊光学系统）	前道晶圆缺陷检测（7nm以下工艺）	KLA 3935/3955系统
​多通道半导体激光器​	375–1550nm（多波长集成）	✅ 波长灵活（支持4通道集成） ✅ 调制速度快（模拟调制3MHz） ✅ 体积紧凑（适合集成化设备）	❌ 单波长功率受限（通常≤500mW） ❌ 温漂敏感（需额外温控）	共聚焦显微镜多色光源 光谱分析校准	BrixXLAB、LaserNest
​氦氖气体激光器 (He-Ne)​​	543nm/633nm	✅ 波长稳定性极佳（漂移≤0.07nm/℃） ✅ 窄线宽（<0.02nm） ✅ 寿命长（3万小时）	❌ 电光效率低（1%-3%） ❌ 启动慢（需30分钟预热） ❌ 体积大（需水冷）	激光干涉仪基准光源 傅里叶光谱仪	雷尼绍干涉仪光源
​固态激光器​	532nm（Nd:YAG） 355nm（紫外）	✅ 高功率输出（可达2500mW） ✅ 特殊波段覆盖（如紫外355nm） ✅ 光束质量高（M²≤6）	❌ 散热要求高（需水冷） ❌ 维护频繁（灯泵寿命仅1000小时）	材料加工检测 流式细胞仪光源	Greenphoton FKLA、LightHUB合束器
​光纤激光器​	1064nm	✅ 电光效率高（25%-30%） ✅ 寿命长（10万小时） ✅ 免维护（无光路调整需求）	❌ 波长选择受限（主要近红外） ❌ 成本较高（工业级）	高速打标/雕刻 部分形貌量测	工业级光纤激光模块

        在半导体领域里，半导体设备主要包含晶圆制造设备、（封测环节）检测设备和封装设备三类。量/检测设备是半导体制造重要的质量检查工艺设备，价值量占比较高，在半导体设备中占比达到 11%，仅次于薄膜沉积、光刻和刻蚀设备，远高于清洗、涂胶显影、CMP 等环节。

目前，国际国内市场中检测设备被国外高度垄断，目前绝大部分半导体设备依然高度依赖进口，提升“核芯技术”自主化率已迫在眉睫。

量检测设备行业具有极高的技术、资金壁垒，对业内公司研发能力有很强要求。海外巨头KLA为首，AMAT、Hitachi等合计占比超90%，问题是对方已经对中国禁运。尽管国内设备厂商由于起步晚基础薄，但始终在努力追赶，并且国产设备仍有很大的突破空间。我目前关注的这个项目就是在这个领域发力，已经获得了大客户的认可。有时候想，如果没有美国的禁运，中国的创业公司真的不可能发展这么快。