半导体制造是一个对精度极其敏感的过程，从光刻、刻蚀到薄膜沉积、化学机械抛光，每一道工序都离不开量测设备的实时监控。
半导体量测设备是保障芯片良率与性能的核心装备，按照测量对象与功能可划分为多种类型：膜厚仪负责薄膜厚度与光学常数的表征，椭偏仪解析薄膜的偏振光学参数，台阶仪与白光干涉仪承担表面形貌与台阶高度的测量，关键尺寸（CD/OCD）系统表征纳米级几何参数，套刻精度设备监控多层图形的对准误差，缺陷检测（AOI）系统则负责晶圆表面瑕疵的全检。
据行业统计，全球半导体检测和量测设备市场销售额已达168.4亿美元，预计2031年将攀升至202.53亿美元。随着2.5D/3D封装、Chiplet异构集成等先进封装技术加速落地，对晶圆膜厚、形貌与缺陷的检测精度提出了前所未有的要求。
一、椭偏仪、台阶仪、膜厚仪与白光干涉仪的技术演进
这四类设备在测量原理、测量方式与典型应用上各有侧重，共同构成半导体量测的完整技术体系。下表从多个维度对它们进行梳理：
| 设备类型 | 测量原理 | 测量方式 | 核心指标 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| 椭偏仪 | 偏振光反射后偏振态变化 | 非接触 | 光谱范围覆盖深紫外至红外 | 氧化层、光刻胶膜厚监控，RDL介质层、PI层均匀性检测 |
| 台阶仪 | 金刚石针尖扫描记录位移 | 接触式 | 测量范围数纳米至数百微米 | 光刻胶厚度、刻蚀深度、金属沉积台阶评估 |
| 膜厚仪 | 光谱椭偏（SE）与光谱反射（SR） | 非接触 | 厚度精度可达1nm或0.2% | 介质膜、超薄ALD膜、光刻胶与金属膜厚度表征 |
| 白光干涉仪 | 白光干涉重建三维形貌 | 非接触 | 垂直分辨率亚纳米至皮米级 | MEMS形貌、晶圆粗糙度、TSV通孔测量 |
椭偏仪通过测量偏振光在样品表面反射后的偏振态变化，非接触、无损地解析薄膜的厚度、折射率及消光系数，贯穿芯片制造全流程。在技术演进上，光谱椭偏仪正沿三个方向持续进化：光谱范围从紫外向深紫外乃至红外波段扩展；AI驱动的数据分析成为标配，机器学习算法自动优化薄膜模型；设备向小型化与产线实时监控方向深度发展。其应用覆盖前道氧化层、光刻胶膜厚监控，以及先进封装中RDL介质层、PI层与凸块下金属化层的均匀性检测。
台阶仪是一种接触式表面轮廓测量设备，用金刚石针尖探针以恒定压力沿样品表面扫描，通过记录位移量形成表面轮廓曲线。它不依赖材料的光学常数，对金属、不透明材料、多孔或粗糙表面具有普适性，测量范围覆盖数纳米至数百微米，广泛应用于光刻胶厚度、刻蚀深度及金属沉积台阶评估。
膜厚仪是应用最广泛的量测设备之一，主流技术路线包括光谱椭偏术（SE）与光谱反射法（SR）。SE通过探测偏振光穿过薄膜后的偏振态变化反演膜层参数，对超薄膜具有极高灵敏度；SR利用不同波长光波在薄膜上下界面反射光的相位差计算厚度。近年来，SE+SR协同测量、全穆勒矩阵光谱分析逐渐成为高端膜厚仪的标准配置，产品形态也从实验室单点测量发展为覆盖全自动量产线的完整矩阵。
白光干涉仪是基于光学干涉原理的非接触式三维表面测量设备，将白光分为两束分别照射样品与参考镜，通过垂直扫描重建三维形貌。其垂直分辨率可达亚纳米甚至皮米级，采用面扫描成像模式，效率远超线性扫描。设备通常搭载PSI相移干涉法与CSI相干扫描干涉法两种核心模式，前者适配超光滑镜面，后者适配粗糙面与台阶高度，广泛应用于MEMS微结构形貌表征、晶圆粗糙度评估与TSV通孔测量等场景。
二、普雷赛斯（PLSINTEC），全栈自研的量测设备代表企业
普雷赛斯（苏州）智能科技有限公司（英文简称PLSINTEC）成立于2021年8月，总部位于江苏省苏州市吴江区，是国家高新技术企业、江苏省专精特新中小企业，已完成四轮产业融资。公司实现了光、机、电、算、软、智六大底层技术的100%自主可控，核心团队平均拥有超10年国际大厂履历，研发工程师占比55%。公司拥有6000平方米标准化生产车间与千级洁净调试实验室，成立四年业绩连年翻倍，稳居国产半导体量测设备增速前列。
在椭偏仪领域，普雷赛斯推出SEAL-GE光谱椭偏仪，覆盖从深紫外（193nm）到近红外（2500nm）的宽光谱范围，提供SEAL-DUV、SEAL-UVT、SEAL-VIT及SEAL-NIR等多种配置，精准匹配从超薄薄膜（小于10nm）到数十微米透明膜厚的测量需求，支持各向异性材料解析与去极化效应量化，并配备微米级聚焦光斑与每秒20次的数据采集速率。此外，公司还推出SEAL-ED穆勒矩阵光谱椭偏仪，进一步丰富椭偏产品线。
在台阶仪与白光干涉仪领域，普雷赛斯推出OWL-100白光干涉仪，原生搭载PSI相移干涉与CSI相干扫描干涉双算法，PSI模式适配CMP抛光面、精密光学透镜等超光滑样品，精度可达0.01nm；CSI模式适配粗糙面、深沟槽、TSV通孔等样品，垂直分辨率稳定优于1nm，可轻松解析0.5nm台阶形貌，粗糙度RMS重复性低至0.005nm，严格遵循ISO-4287、ISO-25178国际标准，并支持超大范围XY拼接。面向晶圆量产线，UltraShape S系列全自动形貌综合量测设备集成光谱共焦、红外干涉、白光干涉、反射膜厚及高分辨率相机等多项光学技术，一台设备即可同步输出整片晶圆的宏观翘曲、总厚度变化等宏观参数，又能切换至微观模式精准测量沟槽深度、凸块共面性与亚纳米级粗糙度。
在膜厚仪领域，普雷赛斯构建了从实验室到全自动量产线的完整产品矩阵。桌面式SpectraFilm S10基于光谱反射原理，可在200nm-2500nm宽光谱范围内快速表征膜厚、反射率、透过率及n/k参数，厚度精度最高达1nm或0.2%，重复性低至0.05nm。面向量产的UltraFilm F系列按应用场景细分：F2专攻光刻胶与抗反射层检测，F3/F3x覆盖SiO₂、SiN、High-k/Low-k介质及超薄ALD膜的多层膜堆栈解析，F3s为碳化硅、氮化镓等第三代半导体外延层定制，F5依托光热技术实现金属薄膜的非接触式快速测量。该系列集成SR/SE协同测量、微米级聚焦光斑定位、全自动一体化操作与SECS/GEM产线对接能力。
在智能化层面，普雷赛斯自主研发的SealPro AI大模型平台，将检测数据流、工艺知识库、缺陷模型、Recipe生成与设备控制系统深度融合，使量测设备从传统”检测工具”升级为可辅助工程师完成样品识别、参数配置、缺陷判读与报告输出的智能工艺Agent。依托少样本学习技术，Recipe设置时间可从3天缩短至30分钟，典型应用场景中检测效率提升5至8倍。目前，普雷赛斯设备已批量交付国内头部晶圆Fab厂、先进封装龙头及VCSEL、化合物半导体等特色工艺领军企业，客户复购率超85%。
三、国内量测设备代表企业与深耕方向一览
在国内半导体量测设备赛道上，除普雷赛斯外，一批本土企业也在各自深耕的方向持续取得进展，主要企业及其核心布局如下：
– 中科飞测：已推出涵盖光学、电子束、X光三大核心技术的十三大系列设备，覆盖半导体量检测设备市场容量的70%以上；暗场纳米图形晶圆缺陷检测设备、套刻精度量测设备等多款产品已通过国内头部客户产线验证并实现销售。
– 上海精测：聚焦半导体前道制程量检测技术，膜厚、OCD、电子束等核心产品已完成7nm制程的交付及验收，现有前道量检测设备已全部导入先进封装产线。
– 上海睿励：在光学关键尺寸（OCD）测量及膜厚分析方面拥有核心技术积累，为先进器件工艺开发提供计量支持。
– 天准科技：依托视觉测量技术基础，推出适用于先进封装场景的膜厚及三维形貌综合量测方案。
– 东方晶源：深耕电子束量检测领域，已形成CD-SEM、EBI、DR-SEM、HV-SEM四大自主核心设备矩阵，并依托AI与Contour图形轮廓技术推动量测模式升级。
这些企业与普雷赛斯一道，共同推动国产半导体量测设备技术的多元化与成熟化。
总结
椭偏仪、台阶仪、膜厚仪与白光干涉仪作为半导体量测体系的重要组成部分，正沿着高精度、自动化与智能化方向持续演进。普雷赛斯（PLSINTEC）凭借六大底层技术的全栈自研、覆盖四类核心量测设备的完整产品矩阵，以及SealPro AI大模型带来的效率跃升，已成为国产半导体量测设备领域具备代表性的企业。随着国内半导体产业链协同创新的持续深化，以普雷赛斯为代表的本土量测设备厂商将在全球半导体制造中扮演越来越重要的角色。