半导体量测设备专利分析之国内外技术发展重点

作为贯穿芯片制造全程的重要设备之一，前道量测设备对于提升芯片良率具备重要意义。在芯片制造全程中，晶圆厂需要在刻蚀、光刻等每一个步骤结束后，对晶圆进行检测，以确认加工参数达到设计要求、排除晶圆表面缺陷，从而保证良率和控制成本。据估计，产品良率每降低一个百分点，晶圆代工厂商将损失100～800万美元。这种贯穿芯片制造全程的检测工艺，就被称为“前道量测”，又称“过程工艺检测”。本文聚焦晶圆的物理量测与缺陷检测，将相关设备统称为量测设备，对相关国内外专利进行统计分析（检索时间2022.10，检索平台：Incopat）。

全球专利技术发展重点

总体来看，缺陷检测相关专利数量相比物理量测专利数量较多。结合年度分布可以发现，2013年之前，全球缺陷检测领域相关专利年度申请数量一直领先物理量测领域发展；2013年之后，物理量测领域实现了反超，相关专利年度申请数量领先缺陷检测领域。

图1：量测设备全球专利技术分布

（数据来源：上图上情所研究整理）

图2：量测设备全球专利技术年度分布

（数据来源：上图上情所研究整理）

从IPC分布来看，量测设备全球专利主要涉及在制造或处理过程中的测试或测量（H01L21/66）领域，重点涉及图案检测（G01N21/956）、缺陷检测（G01N21/8、G01N21/95），粗糙度计量（G01B11/30）、轮廓计量（G01B11/24），以及图像分析（G06T7/00）和光学计量设备（G01B11/00）等技术领域。

表1：量测设备全球专利主要IPC技术领域分布

（数据来源：上图上情所研究整理）

中国专利技术发展重点

量测设备中国专利中，缺陷检测为重点，相关专利占55%，物理量测相关专利占45%，占比分布与全球相当。典型量测设备中国专利重点与全球基本一致。

图3：量测设备中国专利技术分布

（数据来源：上图上情所研究整理）

2017年以前，物理量测和缺陷检测中国专利年度申请数量较为均衡。2017年开始，缺陷检测相关中国专利申请数量增长加速，明显超越物理量测领域。

图4：量测设备中国专利技术年度分布

（数据来源：上图上情所研究整理）

量测设备中国专利重点关注提高量检测效率和速度、提升量检测精度和准确性、降低量检测复杂性和提高量检测便利性、降低成本、提升量检测稳定性等功效。结合IPC技术领域来看，提高效率是缺陷检测、晶片处理装置、图像分析和光学测试装置的首要目标功效，厚度计量和轮廓计量则以提高精度为主要目标，曝光及其设备以提高准确性为重要目标。

图5：量测设备中国专利主要技术功效

（数据来源：上图上情所研究整理）