国产半导体设备突破：套刻测量设备（Overlay）的挑战与机遇

近年来，国际地缘政治的变化对中国半导体产业产生了深远影响，特别是在半导体设备领域。尽管国内企业在追赶先进制程方面取得了显著进步，但先进制程半导体设备的国产化率依然较低。随着AI算力芯片产能扩建的加速，先进制程设备的国产化迫在眉睫，否则AI算力基础建设的国产化将是无米之炊。

半导体制造过程中的关键流程包括氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化、清洗和量检测等。制造一块芯片通常需要上百台设备紧密配合，历经400-500道工序。其中，光刻机和刻蚀机是广泛讨论的设备。而套刻（Overlay）测量设备，作为前道量测设备的重中之重，更是备受关注。

Overlay设备主要用于判断各层平面形状对准的精度是否符合要求，是半导体制造工艺中无法省略的检测步骤。晶圆制造是一个复杂的多层结构构建过程，任何不当的偏移都可能导致晶体管形状不当、金属互联层错位乃至器件失效。Overlay设备的任务就是测量并修正这种层与层之间的“套刻误差”。

套刻误差的主要来源包括光刻机本身和其他工艺环节。为了控制套刻误差，光刻工艺通常采用光刻机内置的对准系统、套刻测量设备和对准修正软件共同协作。每台光刻机通常配1.5-3台套刻测量设备，尤其在先进制程中比例会更大。

套刻误差的允许范围与关键尺寸（CD）紧密相关。例如，28nm逻辑电路的关键层套刻误差要求在6nm以内，而更先进的制程则要求控制在2.5nm和2nm以内。按照技术路径划分，套刻测量设备可以分为基于图像的测量（IBO）和基于衍射的测量（DBO）。

基于图像的测量（IBO）

IBO技术通过高分辨率的光学显微镜直接获取参考层和当前层的套刻标识图案，并通过图像识别和特定的测量算法计算出套刻误差信息。

基于衍射的测量（DBO）

DBO技术采用两层周期性的套刻标识，通过光线照射并获取反射光衍射条纹的光谱信息，进而计算出两层的套刻误差。

近年来，随着制程节点的演进，芯片制造工艺流程变得愈发复杂。在中国大陆，由于EUV光刻机的供应受限，多重曝光技术在先进制程被广泛应用，进一步提升了晶圆产能对套刻设备的需求密度。

市场与竞争

当前Overlay市场由美国KLA公司和荷兰ASML公司双寡头主导，二者合计占据约90%以上的市场份额。KLA以IBO路径为主，ASML则以DBO路径为主。

尽管KLA和ASML在市场上的地位难以撼动，但国产设备在逐步崛起。无锡埃瑞微半导体设备作为国内唯一自主掌握原始核心技术的团队，正在努力实现Overlay设备的国产化。

阿里云服务器性价比服务器免费服务器