在深圳龍華,中科飛測的總部大樓里,科技與自然悄然交融。展廳里每一臺精密的半導(dǎo)體量測與檢測設(shè)備,都被賦予了一棵樹的名字——云杉、楓香樹、龍血樹……它們身旁,是一個個與之對應(yīng)的卡通潮玩形象,既有童趣又飽含深意。
創(chuàng)始人兼董事長陳魯在這里種下一個“文化寓言”:讓中科飛測的一棵棵“樹”扎根中國芯片產(chǎn)業(yè)的每一寸土壤,終有一日,長成一片片茂密森林。
“這個行業(yè)里,KLA(科磊)一騎絕塵,2024年占據(jù)國內(nèi)超過六成市場?!敝锌骑w測市場銷售副總裁榮楠坦言,“我們正在挑戰(zhàn)他們的長期壟斷地位,不僅在晶圓制造光學(xué)檢測領(lǐng)域的產(chǎn)品種類上實現(xiàn)全面對標(biāo),還切入軟件與服務(wù)等全鏈條環(huán)節(jié),現(xiàn)在已初見成效。”
一個廣泛的共識是,在芯片制造流程中,光刻設(shè)備的技術(shù)門檻最高、制造成本最昂貴。但相對鮮有人知的是,緊隨光刻之后的“量測與檢測”環(huán)節(jié),如同制造流程中的“標(biāo)尺”,同樣具備極高的技術(shù)復(fù)雜度與成本壁壘——量測是用于對晶圓上薄膜厚度、表面形貌等尺寸與特性進行量化描述;檢測則用于識別晶圓表面或電路結(jié)構(gòu)中的異常,例如污染、劃傷、開短路等缺陷。
在這一領(lǐng)域,成立于1975年的美國KLA長期占據(jù)壟斷地位,全球市場份額穩(wěn)定在50%以上。如果將應(yīng)用材料、日立等檢測設(shè)備企業(yè)計入,全球前五大公司合計占據(jù)超過80%的市場份額,牢牢掌控著全球芯片制造的“良率命門”。
量測與檢測設(shè)備不僅技術(shù)路線復(fù)雜、單價高昂,更特殊的是其種類繁多,不同設(shè)備之間的技術(shù)遷移度很低。對于先進制程節(jié)點而言,量測與檢測已成為精密產(chǎn)線中的“咽喉要道”,亦是目前國內(nèi)先進制程半導(dǎo)體制造中“卡脖子”環(huán)節(jié)。
國內(nèi)市場以往被海外設(shè)備企業(yè)長期壟斷的原因主要有二:一是海外龍頭企業(yè)在各系列量檢測設(shè)備不同細分應(yīng)用領(lǐng)域均處于國際領(lǐng)先地位,尤其在先進制程方面幾乎無可匹敵;二是通過設(shè)備捆綁銷售策略形成閉環(huán)。
正是在這種競爭格局極度嚴峻、替代空間極度廣闊的背景下,一批兼具創(chuàng)新精神與工匠匠心的中國科技人才選擇“逆流而上”,力圖打破技術(shù)封鎖,實現(xiàn)國產(chǎn)高端設(shè)備的自主可控。
陳魯就是其中的典型代表。1977年,他出生于天津一個書香世家,父親是制漿造紙工程領(lǐng)域的權(quán)威專家,2003年榮膺中國工程院院士。在良好的家庭環(huán)境熏陶與個人勤勉努力下,陳魯成為老師和同學(xué)們眼中的“天才少年”,15歲就考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班,攻讀物理專業(yè)。2003年,陳魯獲得美國布朗大學(xué)光學(xué)物理博士學(xué)位,隨后加入知名光學(xué)檢測設(shè)備制造商Rudolph Technologies(現(xiàn)Onto Innovation),擔(dān)任系統(tǒng)科學(xué)家。2005年至2010年,擔(dān)任KLA資深科學(xué)家,積累了大量一線研發(fā)與工程經(jīng)驗。2010年,陳魯回國進入中科院微電子所,立志推動中國芯片產(chǎn)業(yè)自主發(fā)展。
2014年的最后一天,陳魯創(chuàng)立中科飛測。初創(chuàng)階段,公司的凈化間實驗室就在微電子所里面,辦公場地僅是一間就近租用的住宅。從最初的幾人,到幾十人,擴展至如今的1300余人,中科飛測的團隊逐步壯大,吸納了來自光學(xué)、機械、軟件算法等多領(lǐng)域的專業(yè)人才,打造出多個兼具技術(shù)深度與工程落地能力的高水平研發(fā)團隊。
成立以來,中科飛測選擇在產(chǎn)品體系上與KLA全面對標(biāo),正面迎戰(zhàn)全球量測與檢測設(shè)備的長期壟斷格局,不斷拓展設(shè)備品類,追趕代際差距,逐漸成為這一高壁壘賽道中最具實力的中國挑戰(zhàn)者。
中科飛測的成長軌跡是清晰而扎實的,在中國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展年輪上,一圈圈地鐫刻下自己的印記。
2016年,在公司成立不到兩年時間內(nèi),首臺無圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備進入中芯國際深圳廠,并吸引中芯國際旗下投資機構(gòu)中芯聚源參與A輪融資。2017年,該設(shè)備通過中芯國際產(chǎn)線驗證,首次叩開國內(nèi)頭部晶圓廠的大門。同年,國投創(chuàng)業(yè)完成對公司投資,并于2019年追加注資,兩輪投資合計超億元,助力公司推進產(chǎn)品研發(fā)、客戶驗證和市場拓展。
如同多數(shù)半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)的必經(jīng)之路,中科飛測亦經(jīng)歷了長達三年的產(chǎn)品驗證周期。2019年,早期播下的種子陸續(xù)通過主流客戶的產(chǎn)線測試,開始進入小批量出貨階段。也正是在這一階段,深創(chuàng)投集團與深圳市引導(dǎo)基金連續(xù)兩年合計注資超1億元,龍華區(qū)政府提供相匹配的產(chǎn)業(yè)園區(qū),為公司實現(xiàn)從研發(fā)突破到批量銷售的關(guān)鍵躍升提供了重要支撐。自此,中科飛測步入發(fā)展快車道:2019年營收為5598萬元,2020年躍升至2.38億元,達到科創(chuàng)板上市標(biāo)準(zhǔn),2023年5月成功登陸科創(chuàng)板,邁上全新臺階。
2024年,在中科飛測成立十周年之際,公司已形成九大系列設(shè)備和三大系列軟件的產(chǎn)品組合。九大系列設(shè)備覆蓋接近70%的半導(dǎo)體檢測設(shè)備市場容量。其中七大系列設(shè)備已經(jīng)量產(chǎn)并在國內(nèi)頭部客戶產(chǎn)線應(yīng)用,技術(shù)指標(biāo)全面滿足國內(nèi)主流客戶工藝需求;另外明場納米圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備、暗場納米圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備完成樣機研發(fā),并已批量出貨至多家國內(nèi)頭部客戶開展產(chǎn)線工藝驗證和應(yīng)用開發(fā)。三大系列智能軟件則已全部應(yīng)用在國內(nèi)頭部客戶,并不斷提高在不同應(yīng)用領(lǐng)域的覆蓋度,有效地提升半導(dǎo)體制造良率和產(chǎn)品性能。
此外,公司緊跟先進制程以及HBM應(yīng)用需求,各系列設(shè)備在前沿技術(shù)領(lǐng)域也實現(xiàn)了重大突破。其中,無圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備、薄膜膜厚量測設(shè)備已經(jīng)通過國內(nèi)最先進制程客戶產(chǎn)線的驗證并實現(xiàn)銷售;應(yīng)用在HBM先進封裝新興領(lǐng)域的圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備、三維形貌量測設(shè)備都已經(jīng)通過多家國內(nèi)頭部客戶的驗證;最新一代套刻精度量測設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)多臺出貨,并全面覆蓋國內(nèi)的頭部客戶,預(yù)計很快能夠?qū)崿F(xiàn)銷售。
截至2024年末,公司已累計出貨集成電路量檢測設(shè)備超過1000臺,覆蓋前道制程、先進封裝、化合物半導(dǎo)體、大硅片及制程設(shè)備領(lǐng)域接近300家客戶產(chǎn)線,其中包括國內(nèi)頭部的前道制造和先進封裝客戶,市場占有率穩(wěn)步提升。
目前,中科飛測已經(jīng)成為國內(nèi)半導(dǎo)體質(zhì)量控制設(shè)備的龍頭企業(yè),在經(jīng)營規(guī)模、技術(shù)先進性、產(chǎn)品種類、客戶覆蓋度等方面處于國內(nèi)領(lǐng)先地位?!斑^去,全球所有的12英寸晶圓廠中,沒有一家不使用KLA的設(shè)備。而目前公司多款設(shè)備已經(jīng)在國內(nèi)頭部客戶的產(chǎn)線上實現(xiàn)無差別替代。”榮楠介紹道。
這背后,是多個研發(fā)隊伍引領(lǐng)著公司以及國內(nèi)多項半導(dǎo)體質(zhì)量控制設(shè)備核心技術(shù)持續(xù)突破海外壟斷。例如,首席科學(xué)家黃有為帶領(lǐng)的“SPRUCE”(云杉)團隊聚焦無圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備研發(fā)。自2016年加入公司以來,黃有為帶領(lǐng)團隊實現(xiàn)了從90nm、65nm到14nm、7nm的技術(shù)跨越,尤其是僅用不到三年時間便完成從90nm直達14nm的“跳代式追趕”,推動該領(lǐng)域國產(chǎn)設(shè)備從無到有、從跟隨到部分領(lǐng)先。目前,中科飛測已經(jīng)具備深紫外成像掃描、高精度多模式干涉量測、參考區(qū)域?qū)Ρ热毕葑R別等11項關(guān)鍵核心技術(shù),引領(lǐng)著國內(nèi)半導(dǎo)體質(zhì)量控制設(shè)備實現(xiàn)從追趕到并跑。
2024年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額增長10%,達到1171.4億美元。中國大陸市場銷售額同比激增35%,達到495.5億美元,連續(xù)五年蟬聯(lián)全球最大半導(dǎo)體設(shè)備市場。其中,半導(dǎo)體檢測與量測設(shè)備占據(jù)重要市場份額,在半導(dǎo)體制造設(shè)備的價值量占比高達13%。然而,目前該設(shè)備領(lǐng)域的國產(chǎn)化率仍不足10%,尚存很大的國產(chǎn)替代空間。
中科飛測長期以來將自主研發(fā)創(chuàng)新放在首位,重視國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè),保持高強度的研發(fā)投入,近五年公司研發(fā)支出占營業(yè)收入的平均比例超過30%。目前公司核心產(chǎn)品線覆蓋了約70%的市場產(chǎn)品種類,走出了用十年追趕國外企業(yè)數(shù)十年積累的成長曲線,成為國產(chǎn)設(shè)備體系中最具系統(tǒng)化實力的代表之一,已在產(chǎn)品種類、客戶覆蓋、技術(shù)水平、營收規(guī)模與研發(fā)強度等多個維度國內(nèi)領(lǐng)先,大力推動國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)在檢測和量測設(shè)備環(huán)節(jié)的自主可控。
未來,中科飛測仍將堅持自主研發(fā)創(chuàng)新,聯(lián)合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作伙伴合作攻堅,進一步提高現(xiàn)有70%產(chǎn)品種類的市占率,持續(xù)增強客戶黏性,并完成代際差距的追逐和趕超。同時,加快對尚未覆蓋的30%高端領(lǐng)域的技術(shù)突破,重點攻克電子束檢測等前沿設(shè)備,拓寬產(chǎn)業(yè)邊界,力求實現(xiàn)從“對標(biāo)國際”的挑戰(zhàn)者,邁向“重塑格局”的行業(yè)引領(lǐng)者。
中科飛測正加速“播種”,不斷拓展全國布局。為更高效地響應(yīng)客戶需求,目前產(chǎn)業(yè)布局已遍布京津冀、長三角、珠三角等重點區(qū)域,輻射國內(nèi)主流客戶產(chǎn)線;2025年5月,公司啟動了上海張江研發(fā)中心及生產(chǎn)基地建設(shè)項目,以進一步增強與國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈伙伴的緊密聯(lián)系,以此進一步加快前沿工藝產(chǎn)品驗證和產(chǎn)業(yè)化進程,構(gòu)建“以產(chǎn)帶研、以需促產(chǎn)”的協(xié)同生態(tài)。
中科飛測不僅是國產(chǎn)量測和檢測設(shè)備的技術(shù)替代者,更肩負著成為中國集成電路制造行業(yè)“標(biāo)尺”的國家使命。每一款產(chǎn)品都是一棵新苗,扎根于全國芯片產(chǎn)業(yè)的沃土,正茁壯成長為參天大樹,匯聚成茂密的國產(chǎn)創(chuàng)新“森林”。