身体给半导体反省体魄的设施，以及光刻机一律难造？

接待星标 果壳硬科技

光刻机、刻蚀机对于造芯片的凯丽环球主要性已没有言而喻，但若没有质量掌握设施，异样没法造芯。就像疗养范畴的美商凯丽CT、彩超、生化分解仪等协助检测体魄环境的设施一律，半导体质量掌握设施也是凯丽钻石团队给芯片“体检”的器械，统称半导体检测设施。

本年5月19日，中科飞测科创板上市，其主要生意就是国产化率只要2%的半导体检测以及量测设施[1]，上市首日较发行价涨189.62%的成就，预见着半导体质量掌握设施将没有再是隐形赛道。

本文是“果壳硬科技”筹划的“国产代替”系列第二十三篇文章，存眷半导体质量掌握设施国产代替。正在本文中，你将领会到：半导体质量掌握设施概念全部指代甚么，半导体质量掌握设施海内外大伙繁华状况，国产设施商的前程。

付斌丨作家

李拓丨编写

果壳硬科技丨筹划

易于混合的概念

半导体检测算作半导体质量掌握比较狭义的表达办法，业内指称比较杂乱。矜重意思上，半导体质量掌握分为检测、量测、测试三种工艺，所指代的本领也有所分歧：

检测（Inspection）：指对于晶圆皮相或电路的性格性组织弊端施行检测，避让作用芯片制品的工艺机能，例如颗粒污染、皮相划伤、开短路等；

量测（Metrology）：指对于晶圆电路的组织尺寸以及质料个性做出量化形容，如薄膜厚度、枢纽尺寸、刻蚀深度、皮相描写等；

测试（Test）：指对于已建造告竣的半导体元件施行机能确认，是一种电性、功能性的检测。[2]

对于应上述三种工艺的设施，不同称为半导体检测设施、半导体量测设施、半导体测试设施。其它，除工艺制程的检测设施外，妄图验证阶段也生存第三方检测公司施行芯片作废分解，有时也会略称为检测，轻易混合。[3]

质量掌握设施正在半导体家产链中的位置[2]

质量掌握确定着芯片损耗的良率，集成电路损耗工艺繁复，仅前道制程就生存数百道工序，量变引发量变，每道工序的弊端都会随时光推移而被夸大到数倍以至数十倍，因而只要保险每道工序都没有生存弊端，才华保险最终制品的机能。

换句话说，损耗每走一步，就要用半导体质量掌握设施检察一次损耗状况。根据损耗关节分歧，半导体质量掌握分为前道检测、中道检测以及后道测试。

前道检测：又称为历程工艺检测，面向晶圆建造，反省光刻、刻蚀、薄膜沉积、荡涤、CMP等晶圆建造关节后产物加工参数是否到达妄图要求或生存作用良率弊端，袒护物理性检测；

中道检测：一种新兴概念，面向先辈封装，以光学等非战斗式目的针对于重布线组织、凸点与硅通孔等晶圆建造关节的质量掌握；

后道测试：面向晶圆检测（CP，Circuit Probing，又称中测）以及制品测试（FT，Final Test，又称终测），反省芯片机能是否契合要求，袒护电机能检测。[4]

前道检测、中道检测、后道测试正在家产链中的位置，制图丨果壳硬科技

两种截然分歧的现状

从寰球半导机制造设施墟市来看，15%~20%的钱都花正在了质量掌握设施上。细分墟市方面，检测设施、量测设施、测试设施不同占寰球质量掌握设施墟市的48%、6%、46%，同时变成了截然分歧的前道检测以及后道测试墟市。[5]

前道检测以及后道测试触及全部设施及墟市占比（基于可溯源最新数据），制图丨果壳硬科技

参照材料丨中科飞测招股书[2]，他日半导体[6]

难造的检测以及量测设施

多少纳米的缺点、尺寸改变、颗粒或图像正确，都会导致芯片没法一般处事，若是前道工艺每道工艺良率亏空0.1%，最终良率就会升高到36.8%[7]。检测以及量测设施算作前道检测两大设施，恐怕无效掌握建造历程，进步产量。

量测设施：用于测量透明/没有透明薄膜厚度、膜应力、掺杂浓度、枢纽尺寸、光刻套准精度等目标，对于应设施分为椭偏仪、四探针、原子力显微镜、CD-SEM、OCD-SEM、薄膜量测等；

检测设施：用于检测晶圆皮相弊端（席卷异物弊端、气鼓鼓泡弊端、颗粒弊端等），分为明/暗场光学图形图片弊端检测设施、无图形皮相检测设施、宏不雅弊端检测设施等。[2]

前道测试设施分类及主要厂商状况[8]

检测以及量测设施有三个根底重点：一是扫描必需揭开整体晶圆，同时保险弊端密度正在数百个工艺方法后趋近于零；二是扫描速率必需渊博快，不然难和时反应建造历程的可靠状况，集体为多少分钟到一小时之内，要正在多少分钟内反省整体晶圆，须要大于1010像素每秒的数据速率，现今普遍先辈系统常选择并行读取数百像素的办法保险传输速率；三是检测以及量测系统必需全面主动化，且24小时没有拆开运行，而小心性维护至多每三个月施行一次。[9]

本领门路上，检测以及量测分为光学检测、电子束检测、X光量测三种，三种本领正在锐敏度、吞吐量等参数上各有长处，完结的利用场景有所差异，同时三种本领都可利用于28nm及以下（幼稚制程以及先辈制程分界限）的全数先辈制程。

检测以及量测三种本领门路，制表丨果壳硬科技

参照丨中科飞测招股书[2]

随着半导体行业繁华渐深，检测以及量测设施也逐渐跟上措施，行业繁华可分为两个阶段。第一阶段是对于锐敏度以及可反复性要求不停选拔，随之而来的，是监控晶圆老本的升高；第二阶段是对于切实性以及易用性上提出须要，与此同时，芯片建造商对付性价比的寻求，压力不停回传至建造商。预测他日，两种设施拥有以下繁华趋势：

量测设施：薄膜测量已节俭单的单层厚度测量繁华到多层厚度以及反射率测量，同时薄膜质量以及化学计量已变得以及薄膜厚度掌握一律主要，随着晶圆尺寸推广，行业对于其经济效益、精度以及系统对于系统匹配上提出更多要求，他日趋势是监测加工腔内加工参数，而没有是薄膜个性，其余，因区分率高、速率低、点扫描等个性，而只可活泼正在争论范畴的电子显微镜，也已结束正在一定弊端反省中利用，如测量光刻胶中线空间阵列的临界尺寸；[9]

检测设施：从300mm晶圆，再到越来越迫近限度的制程节点，对于检测系统锐敏度、吞吐量、可反复性以及主动化等目标要求早已分歧以前，陪同临界尺寸逐渐削减，锐敏度要求只会越来越高，与之相对于的是，高锐敏度检测老本极高，这是行业没有得没有面对于的实际[10]。他日，新器件组织（GAAFET）、凯丽环球新质料（石墨烯、碳纳米管、二硫化钼等）、新芯片样式（神经拟态算计）等都会为检测设施带来更多难题，而呆板练习、深度练习、亚波长成像本领是潜伏的颠覆性本领。[11]

半导体检测以及量测设施研起事度高，参预大，但墟市空间没有如中卑劣集成电路或芯片那般大，且增速比较稳固。数据再现，寰球半导体量测设施将从2021年的73亿美元选拔至2031年的133亿美元，年复合增添率6.2%，同时这一范畴寰球分散度极高，科磊半导体（KLA）、利用质料（Applied Materials）、日立（Hitachi）三家寰球墟市占比不同为50.8%、11.5%、8.9%。[12]

2020年寰球半导体检测以及量测设施墟市款式[2]

我国半导体检测与量测设施国产化率极低，2020年我国半导体检测以及量测设施国产化率约为2%，科磊半导体、利用质料、日立三家公司不同侵夺我国检测以及量测设施墟市的54.8%、9.0%、7.1%。而我国大伙墟市占寰球墟市约27.4%，根据推算，2023年我国检测以及量测设施墟市领域恐怕到达326亿元。[13][14]

专利角度来看，中国很是器重半导体检测本领，并已进展墟市合作。才干芽数据再现，以半导体检测为枢纽词搜寻，正在170个国家/地带中，共3210条专利，总价值109,148,100美元。

半导体检测专利趋势，图源丨才干芽

本领生命周期方面，自1957年结束，半导体检测本领结束被存眷。1957年~1975年相干专利申请书不断为个位数，本领存眷度并没有高。1976年~2001年时代，申请量以及申请人逐年升高，可视作本领抽芽期。2002年~2022年，每年相干专利申请数目维持正在100~132个，墟市存眷度维持牢靠，分析各类因素瞻望，他日两年专利申请数将微量增添。

本领起因国/地带方面，日本、中国、美国、韩国、德国位列半导体检测范畴前五，不同占比39.43%、15.26%、15.22%、8.7%、6.84%。

半导体检测本领起因国/地带排名，图源丨才干芽

纵不雅五局流向图，日本与美国的半导检测本领相干专利出海状况比较优秀，而中国则分散正在海内，空洞出海专利。

半导体检测五局流向图，图源丨才干芽

从半导体检测范畴专利申请人性况来看，科磊、日立专利储存大幅跨越墟市另外玩家，东芝、松下、三菱、滨松光子、三星电子、通用电气鼓鼓、住友重机器、瑞萨、日本电气鼓鼓、横河机电等企业正在半导体检测专利范畴也极为活泼。

没有过，专利分散度自2017年后逐年下降。往昔二十年内，2006年、2010年、2013年、2017年半导体检测分散度逾越了50%，不同到达57.5%、51.85%、65.81%、65.38%，而到2022年，分散度已下降至27.97%。

半导体检测申请人排名分解，图源丨才干芽

海内方面，开尔文测控、中科飞测、长鑫保存、翼云电子、联讯仪器等海内晚进入者正在近多少年比较活泼，后续展现值得存眷。

半导体检测晚进入者分解，图源丨才干芽

半导体量测专利范畴没有如检测范畴那样吵闹，才干芽数据再现，正在170个国家/地带中，共27条专利，总价值2,487,600 (美元)，个中中国承办了47.62%的相干专利，其次是美国（33.33%）、韩国（9.52%）。主要企业席卷科磊、上海精测半导体、汎铨科技、长鑫保存、思达科技、真芯半导体、中科院微电子所等。

半导体量测申请人排名分解，图源丨才干芽

空洞高真个测试设施

熟行业中，封装以及测试多被划入一个范畴，即封测 (Semiconductor assembly and test manufacturing，ATM) ，工艺过程席卷划片、装片、 键合、塑封、去飞边、电镀、打印、切筋以及成型、外表反省、制品测试、包装出货等。[15]

相对付交叉正在每道工序间的检测以及量测设施，测试设施交叉正在封装工艺的一前（晶圆检测）以及一后（制品测试）。

简捷来讲，便是正在一颗颗芯片从刻好电路的晶圆上切割下来前，测试一遍各类参数，经过测试后，再像装喷鼻肠一律，封装成芯片，之后再测试一遍芯片的机能。

测试设施席卷测试机（Tester）、探针台（Prober）、分选机（Test Handler）三种，不管是晶圆检测依然制品测试，测试芯片均需先将芯片引脚与测试机功能模块相接（探针台以及分选机的影响），再经过测试机向芯片输入记号，并检测输出记号。[16]

三种测试设施中，测试机墟市更大，本领壁垒也更高，没有止如许，客户还对于测试精度、反映速率、保存才略、收罗分解才略、利用法式定制化、平台耽误性等方面提出越来越高的要求。[17]

集成电路损耗及测试全部过程[17]

半导体测试设施可分为3个繁华阶段：1990年~2000年，是功能时期，制程工艺分散正在0.8μm~0.13μm，芯片搭载功能越来越多，传统测试平台逐渐被减少；2000年~2015年，是效用时期，随着工艺从0.13μm繁华到14nm，并行测试须要扩张，4工位、8工位测试成为标配；2015年至今，是新兴时期，制程工艺步入3nm，此时单纯的芯片测试仅仅根底性功能，trim（微调）等更多繁复性功能成为标配，这些功能也许无效削减妄图时光、进步产物良率。[7]

半导体封测是我国最早转型的建造关节，迄今为止，它已成为我国集成电路家产链中相对于幼稚的关节。早正在2010年，我国就已正在封装测试关节完结632亿元的出售额，其产值一度侵夺我国集成电路家产总产值的70%以上[15]。而正在2020年，我国半导体测试设施墟市领域到达91.4亿元，并且陆续多年成为寰球最泰半导体出售墟市。[18]

虽然看似一片隆盛，但理论当中的测试机国产市占率较低。经过检察2015年到而今海内封测厂商长电科技秘密招标信息，测试机主要以海内头部厂商为主。

2019年，美国泰瑞达（Teradyne)、日本爱德万（Advantest）两大龙头寰球总计市占率到达90%，侵夺海内测试设施墟市快要91.2%的墟市份额，其余，美国科休（Cohu）、美国安捷伦（Agilent)、美国科利登（Xcerra）等厂商也永恒占据位居前多少。反不雅海内外乡墟市，华峰测控占比海内墟市份额仅6.1%，长川科技为2.4%。[19]

比拟来讲，爱德万、泰瑞达早正在20世纪60~70年代投入半导体测试范畴，我国则起步较晚，因而产物线简单，着重于摹拟/混杂测试机，海内厂商则正在SoC测试机、保存测试机、摹拟/混杂测试机三大品种均有观赏。

探针台方面，Tokyo Electron以及Accretech侵夺寰球73%份额，惠特科技（Fittech）、旺矽科技（MPI）两家中国台湾企业侵夺残余墟市份额大全体空间。[19]

海内外设施厂商ATE测试机对于比[19]

专利角度来看，日本建立的专利墙极高，海内也正在攻破这道墙。才干芽数据再现，以半导体测试为枢纽词搜寻，正在170个国家/地带中，共7057条专利，总价值127,781,900美元。

半导体测试专利趋势，图源丨才干芽

本领生命周期方面，自1955年结束，半导体测试本领结束受到存眷。1955年~1981年相干专利申请书不断为个位数。1982年~1993年，短短十多少年，专利申请量就已破百。1994年~2007年，专利申请数以及申请人逐年升高，墟市投入抽芽期，同时2007年成为史乘上半导体测试专利申请至多的一年，而以来申请专利结束放缓，直到而今墟市结束显露升高趋势。2008至今，墟市仍然维持特定量的专利申请数目，墟市投入牢靠期，且他日两年呈增添趋势。

本领起因国/地带方面，日本、中国、美国、韩国、中国台湾位列半导体测试范畴前五，不同占比49.72%、18.18%、15.31%、13.29%、2.32%。

半导体测试本领起因国/地带排凯丽钻石团队名，图源丨才干芽

五局流向图方面，与半导体检测范畴一致，日本与美国的半导检测本领相干专利出海状况比较优秀，而中国则多少乎没有出海的专利。

半导体测试五局流向图，图源丨才干芽

从半导体测试范畴专利申请人性况来看，爱德万专利储存大幅跨越墟市另外玩家，横河机电、三菱、三星、日立、东芝、瑞萨、泰瑞达、富士通、台积电、日本电气鼓鼓、中芯国际等企业正在半导体测试专利范畴也极为活泼。其余，2004年~2017年，半导体测试专利分散度终年维持正在50%以上，而正在2018年后至今，专利分散度逐渐至30%上下。

半导体测试申请人排名分解，图源丨才干芽

海内方面，胜达克、长川科技、华峰测控、精测电子、泽丰半导体、加快科技、木王智能、英铂迷信仪器等海内晚进入者正在近多少年比较活泼，后续展现值得存眷。

半导体测试晚进入者分解，图源丨才干芽

设施商需更多存眷

海内正在前道检测以及后道测试范畴均有分歧水准繁华，相对于来讲，后道测试的大伙繁华比前道检测更快一些，但不管是哪一方面，海内均空洞高端设施。对付现阶段繁华，应留神以下多少点：

业界比较一致的概念是，国产半导体设施自给率低主因正在于系统、终端、建造以及封测厂商风气性洽购海外大厂产物, 形成外乡设施难以自证自身理论损耗建造才略，这种状况下，产学研与家产链沟通是枢纽；[20]

现阶段家产链繁华没有平定已成真相，摆正在国产厂商当前的路并没有仅仅寻求最低的老本，也须要不停改善设施的牢靠性、切实性、统一性，为了扩张利用，应不停驱策家产链左右游单干联动；[7]

我国半导体行业起步晚，空洞高能力高改革人材，且人材黏度没有足、人材组织没有正当，现有人材水平难以撑持行业繁华须要，海内建造业繁华大境况在逐渐改善，但仍需进一步优化人力资源组织；[19]

芯片的制程工艺照旧遵守着摩尔定律所筹备的门路上前繁华，也许说，晶体管密度越大，对于相干检测、量测、测试设施的锐敏度、速率等参数要求就越高，谁能更快且非损坏性地找出弊端住址，谁就恐怕失去墟市青睐，而这种本领的改变也会是国产化的机遇，国产并非没有机缘，此时，海内厂商应发扬出自身高性价比以及优质办事的劣势，延续降本增效；

中道检测是陪同先辈封装所提出，个中也席卷了行业大热的Chiplet（芯粒），当芯片越来迫近1nm限度，行业正藉由优化其余工艺选拔芯片大伙机能，这些全新工艺也对于检测、测试设施提出新要求，海内应该抓住这样的繁华机缘。[7]

虽说容易重重，但理论上状况也没有设想中那样差，正在地缘政治争持加剧之下，更多存眷度、资金、本领也结束流向半导体设施厂商，同时正在各项战术激发以及基金加持下，这些厂商也将拥有越来越多的试错机缘。

References：

[1] 科创之道：国产化率只要2%的半导体量测设施.2023.5.10.https://mp.weixin.qq.com/s/ZYi1StaVfZcveIv_ZvZz6Q

[2] 深圳中科飞测科技股分有限公司：首次秘密发行股票并正在科创板上市招股梦想书.2023.4.27.http://static.sse.com.cn/disclosure/listedinfo/announcement/c/new/2023-04-27/688361_20230427_YWP4.pdf

[3] 华西证券：谁有机缘成为中国的科磊？.2020.2.24.https://stock.tianyancha.com/qmp/report/2/fbf158110231d6124162b67ecf6bfccb.pdf

[4] 武汉精测电子团体股分有限公司：2020年年度讲述.2021.4.http://static.cninfo.com.cn/finalpage/2021-04-27/1209811175.PDF美商凯丽

[5] 广发证券：半导体 ATE：国产装置向中高端进阶，细分范畴多点开花.2020.5.21.https://data.eastmoney.com/report/zw_industry.jshtml?infocode=AP202005211380072612

[6] 他日半导体：测试设施之争 | 美日测试机权威引领改革，国产设施须要辽阔.2023.5.6.https://mp.weixin.qq.com/s/4wDOPCVqfELpM62RDjjvWw

[7] 陈炳欣.寰球将新建多座晶圆厂 半导体测试墟市迎来黄金时期[N].中国电子报,2022-02-15(008)

[8] 安信证券：半导体测试设施：百亿美元国产代替空间，细分范畴在加快攻破.2021.6.27.https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202106281500490854_1.pdf

[9] Fielden J. Semiconductor inspection and metrology challenges[C]//2018 31st International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC). IEEE, 2018: 1-2.

[10] Seshan K. Handbook of thin film deposition techniques principles, methods, equipment and applications, second editon[M]. CRC Press, 2002.P245~250

[11] Orji, N G et al. “Metrology for the next generation of semiconductor devices.” Nature electronics vol. 1 (2018): 10.1038/s41928-018-0150-9. doi:10.1038/s41928-018-0150-9

[12] Allied Market Research：https://www.alliedmarketresearch.com/semiconductor-metrology-and-inspection-market-A31718

[13] 冷静证券：半导编制统讲述（二）半导体设施篇.2021.5.28.https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202105281494477002_1.pdf?1622217308000.pdf

[14] 东吴证券：半导体量/检测设施专题讲述：前道设施弹性最大关节之一，迎国产代替最好机遇.2022.12.6.https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202212081580922462_1.pdf?1670505704000.pdf

[15] 姚丽丽, 史海波, 刘昶. 半导体封装测试损耗线排产争论[J]. 主动化学报, 2014, 40(5): 892-900.

[16] 周万成.半导体测试设施选型争论[D].姑苏大学,2012.

[17] 北京华峰测控本领股分有限公司：首次秘密发行股票并正在科创板上市招股阐明书.2019.8.7.http://static.sse.com.cn/stock/information/c/201908/ace0ef4d6d9640ffbe1e2bb3947b26b0.pdf

[18] 中商谍报局：2022年中国半导体测试设施产物组织及繁华趋势预计分解（图）.2022.11.10.https://www.askci.com/news/chanye/20221110/1144512017286.shtml

[19] 彭荣超.晶圆检测设施家产的现状、寻衅与繁华趋势争论[J].中国设施工程,2023,(07):174-176.

[20] 张倩.对于我国集成电路装置国产化课题的争论[J].电子测量本领,2019,42(02):28-32.

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