半導體量測設備是芯片制造過程中的“眼睛”，貫穿光刻、刻蝕、沉積等全部核心工藝環節，直接決定晶圓良率水平與制程疊代速度。在量檢測設備體系中，電子束關鍵尺寸量測設備(CD-SEM)又是先進制程晶圓良率控制的核心裝備之一，也是目前國産化率第二低的半導體設備品類，僅次于光刻機，在業内有“小光刻機”之稱，是我國半導體産業鍊自主可控進程中亟待突破的關鍵短闆。
惠然微電子技術有限公司是國内專注于半導體量檢測設備領域的創新企業，也是目前國内以攻克電子束核心技術為主營業務的公司，産品線全面覆蓋關鍵尺寸量測設備CD-SEM、電子束缺陷檢測設備EBI、科研用掃描電鏡SEM、聚焦離子束FIB-SEM等，形成12英寸與6/8英寸多應用場景的軟硬件産品矩陣，并率先将AI技術引入微觀量測分析系統。近日，集微網專訪了惠然微電子董事長王志剛博士，圍繞電子束量測設備的産業痛點、國産化突破路徑、AI技術落地、産品矩陣布局與産業協同等話題展開深入探讨。
惠然微電子董事長王志剛博士
CD-SEM國産化面臨三重壁壘
在半導體制造的全流程中，量檢測設備承擔着“看得見、量得準”的重責。采訪中王志剛用一個形象的比喻闡釋了其中的關鍵性：“制造出來的圖案、最終的器件性能，必須能夠看得到、量得準，才能做到工藝管控。”否則一切無從談起。
從技術實現方式上，量檢測設備又可分為光學和電子束兩條路線：光學量測的速度快，電子束量測的精度高，兩者各有所長。但随着半導體制程持續微縮，量測精度需求也呈指數級上升，光學路線的物理極限正在逐漸顯現。“當線寬從1000納米縮小到100納米時，原本可以允許10納米的量測誤差，就無法被容許了。這時量測精度往往會被提升到1納米甚至亞納米級别。”
在先進制程持續疊代演進的同時，3D NAND、3D DRAM、GAA環繞栅極架構、背面供電以及先進封裝等新技術也在加速落地，而器件向高縱橫比三維堆疊結構方向的發展，更對傳統量檢測手段提出全新挑戰。這些因素的共同作用，就使得以CD-SEM 為代表的電子束量檢測技術，在先進工藝管控中的戰略價值持續提升。
然而，CD-SEM恰恰是國産化率極低的關鍵設備品類。如果說光刻機是目前國産化率最低的半導體設備，那麼第二低的就是量檢測設備。量檢測設備中難度最高的又是電子束技術方向。
王志剛将實現CD-SEM國産化的核心壁壘總結為三個層面：一是跨學科的技術集成。電子束量檢測設備涉及電子光學、真空系統、精密機械、電氣控制、軟件算法、圖像處理、材料科學等多個學科，是一個高度複雜的精密工業體系。二是經驗與know-how的積累。“給你圖紙你可能也造不出來”，這是一句挺紮心的話，但在一定程度上是事實。國際廠商在CD-SEM領域已經積累了超過40年的經驗，從系統設計、工藝适配到調試技巧，形成了深厚的技術護城河，不是國産設備廠短短幾年就能追平的。三是供應鍊壁壘。國産配套供應商在關鍵部件的性能、可靠性和壽命等方面仍需持續疊代打磨。
具體到産品層面，用戶對CD-SEM的各項核心指标也有着極高的要求：分辨率要更高(看得更小)，量測重複性要量得更準(量測重複性指标)，産能要跑得更快(Throughput)。而且這三者之間又是相互制約的——量得更準往往需要更多時間，看得更細就可能需要犧牲生産效率，如何在三者之間找到最優平衡，是考核CD-SEM設備廠的核心競争力所在。
惠然微的雙線産品布局與商業落地
作為國内為數不多專注于電子束量檢測的創新企業，惠然微已經在CD-SEM、EBI等量檢測設備賽道深耕多年，并基于公司核心的電子束共性技術平台，形成了“半導體+泛半導體/科儀”的雙線布局。
惠然半導體量檢測産品矩陣
惠然科學儀器産品矩陣
在半導體主線上，惠然微CD-SEM“賦”系列覆蓋12英寸與6/8英寸兩大産品線：12英寸産品面向先進邏輯與存儲制程;6/8英寸産品主打功率半導體、光電子及第三代半導體場景，兼容6英寸與8英寸晶圓。
根據王志剛的介紹，在産品策略上公司将同時推進晶圓CD-SEM和光掩模版CD-SEM兩條産品路線：晶圓CD-SEM覆蓋8英寸和12英寸兩大應用場景，并持續向2x/1x先進工藝節點疊代;而光掩模版CD-SEM是惠然微實現産品差異化的亮點之一，該設備和晶圓設備的協同工作可實現光掩模版圖形與晶圓圖形的同點同算法的關鍵尺寸量測，實現掩模量測數據與晶圓量測數據的聯動分析，以此完成光刻工藝性能評估，進而為晶圓廠光刻工藝管控提供行之有效的解決方案，助力攻克半導體國産化進程中的最關鍵“卡脖子”難題。
據記者了解，惠然微将在即将舉辦的第十四屆半導體設備材料及核心部件展(CSEAC 2026)上發布多款重磅新品，其中就包括14納米研發級和22納米量産級12英寸晶圓CD-SEM eMILO-FW300、光掩模版關鍵尺寸量測設備Mask CD-SEM eMILO-FR7.以及AI-電子束量測技術平台RMS等。這些産品均已達到國内領先水平，可與國際同類産品對标，甚至部分産品屬于國内首創。下一步，惠然微将力争實現國内首台光掩模版關鍵尺寸量測設備的産品化落地。
惠然賦系列CD-SEM eMILO-FW300
而在電子束缺陷檢測設備(EBI)領域，公司還推出了“比”系列産品，其中涵蓋eIB 3001(高分辨檢測)與eIB 3101(高速檢測)兩款高精密機型。該系列設備可通過智能算法，快速檢測晶圓刻蝕圖形的電性缺陷與物理缺陷。公司還延伸布局聚焦離子束(FIB)設備，實現“量測+加工”一體化——FIB切割後可直接通過電子束完成量測驗證，未來可實現全流程自動化。在泛半導體/科學儀器線，公司推出S6000-SEMI産業型熱場發射掃描電鏡，具備高性能、便攜式、可移動特點，可覆蓋器件量測、缺陷檢測與電子束光刻等場景。
更重要的是，惠然微在CD-SEM等量檢測設備的商業化進程中，已經邁出堅實的步伐。商業化落地一向是考核半導體設備技術成果轉化成效與産業化價值的最關鍵指标，以CD-SEM為例，作為晶圓廠量産線的“上線設備”，無論是光刻工藝還是刻蝕工藝，都要在完成相應節點的工藝後進行量測流程，以檢測工藝效果，确保産品的最終良率。因此，晶圓廠對于CD-SEM的上線測試乃至規模應用都會特别審慎。國産設備要想進入量産線，首先就要與産線上存量的國際巨頭設備實現量測數據匹配(“标尺對齊”)，此外還要保障長期運行的穩定性與數據的一緻性，這對國産設備是極高的要求。
據了解，惠然微推出的多款量檢測設備包括CD-SEM和芯片量測數據人工智能技術平台，已經在國内成熟制程工藝客戶中實現量産線的導入并穩定運行;在先進制程工藝客戶中也處于深度技術對接階段。
AI 輔助釋放電子束量測差異化優勢
AI無疑是當前社會上的最大熱點。惠然微率先探索AI與半導體設備的融合，實現AI對半導體工藝的優化，打造出公司的一大差異化優勢。
根據王志剛的介紹，AI技術在量測設備中主要有三個方向的落地場景：一是研發輔助。在電子束設備的仿真設計環節，AI不僅可以輔助優化設計方案，顯著提升研發效率，還能通過機器學習模型對電子光學系統進行參數優化，縮短從概念到原型的開發周期。二是工藝優化。 用戶在産線上的工藝配方涉及龐大的參數群，傳統調參方式效率有限。惠然微利用AI技術對這些參數進行智能處理，可以為客戶提供更優的參數組合方案，提升工藝穩定性。
第三，也是AI在CD-SEM中最具價值的落地點，為圖像增強。傳統工況中，客戶使用CD-SEM往往要在高分辨率和産能之間做取舍。掃描64幀圖像的畫質自然遠遠優于掃描1幀圖像，但耗時也會高出很多倍，拖慢工藝流程。惠然微通過AI深度學習技術，基于1幀的掃描結果就可以生成接近64幀圖像的畫質水平，這無疑會大幅提高量測效率。根據估算，通過惠然微的AI輔助增強技術，有望将該工藝段的生産效率提升10倍以上。
除硬件産品外，惠然微還配套推出智能量測軟件平台，并将AI技術與之相結合。新平台能夠整合多台設備的數據，實現統一的良率管理，幫助客戶挖掘存量設備的數據價值——即使産線上已經部署了其他廠商的機台，也能通過這一平台實現跨設備的數據打通與智能分析，為客戶提供全棧式CD-SEM解決方案。
惠然AI-電子束量測技術平台
“四層”協同戰略聚力破局設備國産化
實現高端半導體設備國産化是一項系統性工程，絕非單打獨鬥便可達成。企業在苦練内功，推進核心産品技術攻關、依托人工智能等前沿技術開展差異化創新探索的同時，更需打通産業鍊各環節，彙聚産業合力，進行整體的協同突圍。在這方面，王志剛也有很深的思考，并将之融入公司的實際戰略之中。
在王志剛看來，當前的半導體産業正在從“單點技術競争”邁向“産業生态競争”。對于身處追趕進程中的中國半導體産業而言，充分發揮産業鍊協同效應，尤為關鍵。
采訪中，王志剛提出了在“四個層次”上進行産業協同的發展思路：第一層是實現與終端用戶的産業協同。國産設備企業應以客戶的價值需求為牽引，聯合不同廠商共同推動整體解決方案的落地。第二層是與科研機構及高校的協同。圍繞AI等前沿技術開展産學研合作，取得成果後又可将相應的成果轉到企業的實際生産中進行驗證和應用。第三層是與行業夥伴的協同。通過共同推動行業标準建立和人才培養，促進行業整體水平的提升。第四層是與上遊供應鍊的協同。與國内供應商進行聯合開發，以終端産線的真實應用場景定義部件指标，可以确保國産替代方案的切實可用。
隻有通過這四個層次的共同協同發展，才能打通産業鍊上的各個堵點，讓整個産業高效發展起來，企業也能在其中真正做大做強。
在上述四個層次中，供應鍊協同是落地難度最大，也最具戰略意義的一環。在供應鍊國産化方面，惠然微的實踐頗具代表性。面對客觀存在的海外供應限制，惠然微并非簡單提出替代需求，而是向國内供應商輸出基于真實應用場景的技術指标，聯合開展定向開發。開發完成後，先在自有設備上進行内部驗證，再導入客戶端進行應用驗證，設備全部合格後，方可進入量産階段。整個流程确保了産業協同的務實推進，讓國産替代不是停留在概念與紙面上。值得關注的是，惠然微的技術能力并未止步于部件層面，還進一步向材料縱深延伸——從原材料選型到表面處理工藝，均已形成自主掌控能力，力求在底層技術上實現真正自主可控。
而這種以産業協同為抓手、共同推進半導體設備國産化的實踐，将在即将舉辦的第十四屆半導體設備材料及核心部件展（CSEAC 2026）上得到集中展現。惠然微将借本次展會平台，集中展出多款自研先進量檢測設備創新成果，彰顯全鍊條自主攻關實力。展會期間，惠然微還将與戰略客戶簽約，進一步深化公司的産業生态布局，加速産品的商業化落地進程。上述舉措，充分印證了“四層”産業協同發展思路的實踐價值，也為國産半導體量檢測裝備産業化發展提供了有力參考。
結語
客觀而言，國産CD-SEM與國際龍頭之間仍然存在一定技術差距，行業整體尚處于追趕階段。但正如王志剛所判斷的，未來3-5年将是國内電子束量測領域的加速追趕期。惠然微将持續深耕核心技術自主研發，深度賦能科技自立自強，堅持非對稱突破和差異化創新并舉，力争在重點細分場景與關鍵技術方向形成自身核心競争優勢。惠然微電子的戰略願景十分清晰：緻力于成為國内電子束量測領域的領軍企業，推動國産半導體量測裝備的自主可控;同時以設備需求帶動上遊供應鍊、基礎加工産業向高端升級，實現産業上的整體突破。
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