中國(guó)半導體檢測設備，機遇正當時

半導體測試可以按生産流程可以分爲三類：驗證測試、晶圓測試測試、封裝檢測。由于晶圓生産附加值極高，因此半導體檢測設備在半導體産業中的地位日益凸顯。

在測試設備中，測試機用于檢測芯片功能(néng)和性能(néng)，技術壁壘高，尤其是客戶對(duì)于集成(chéng)電路測試在測試功能(néng)模塊、測試精度、響應速度、應用程序定制化、平台可延展性以及測試數據的存儲、采集和分析等方面(miàn)提出愈來愈高的要求。

半導體産業鏈中的“全科醫院”的測試廠，面(miàn)臨著(zhe)怎樣(yàng)的機遇。

01 國(guó)内“地大物博”

2019年我國(guó)半導體檢測設備市場規模約爲147億元，2020年我國(guó)半導體檢測設備市場規模已經(jīng)達到了176億元，随著(zhe)我國(guó)半導體産業的不斷發(fā)展，我國(guó)半導體檢測設備市場規模有望接近400億元。

量/檢測設備是半導體制造重要的質量檢查工藝設備，價值量占比較高，2019年銷售額在半導體設備中占比達到11%，僅次于薄膜沉積、光刻和刻蝕設備，遠高于清洗、塗膠顯影、CMP等環節。預計2023年中國(guó)大陸量/檢測設備市場規模將(jiāng)達到326億元，市場需求較爲廣闊。

全球範圍内來看，KLA在半導體量/檢測設備領域一家獨大，2020年在全球市場份額高達51%，尤其是在晶圓形貌檢測、無圖形晶圓檢測、有圖形晶圓檢測領域，KLA全球市場份額更是分别高達85%、78%、72%。中科飛測、上海精測、睿勵科學(xué)、東方晶源等本土廠商雖已經(jīng)實現一定突破，但量/檢測設備仍是前道(dào)國(guó)産化率最低的環節之一。若以批量公開(kāi)招标的華虹無錫和積塔半導體爲統計标本，2022年1-10月份2家晶圓廠量/檢測設備國(guó)産化率僅爲8%，遠低于去膠機、刻蝕設備、薄膜沉積設備等環節。展望未來，在美國(guó)制裁升級背景下，KLA在中國(guó)大陸市場的業務開(kāi)展受阻，本土晶圓廠加速國(guó)産設備導入，量/檢測設備有望迎來國(guó)産替代最佳窗口期。

美國(guó)對(duì)中國(guó)半導體産業制裁升級，引發(fā)市場恐慌，核心體現在：1）對(duì)128層及以上3DNAND芯片、18nm半間距及以下DRAM内存芯片、14nm以下邏輯芯片相關設備進(jìn)一步管控。考慮到本土28nm以下邏輯芯片擴産需求較少，市場擔憂主要聚焦在2024年後(hòu)存儲擴産預期。2）在沒(méi)有獲得美國(guó)政府許可情況下，美國(guó)國(guó)籍公民禁止在中國(guó)從事(shì)芯片開(kāi)發(fā)或制造工作，包括美國(guó)設備的售後(hòu)服務人員，引發(fā)市場對(duì)于本土半導體設備企業美籍高管&技術人員擔憂。

02 高度壟斷的市場

檢測設備貫穿每一步驟的過(guò)程工藝控制，全球市場空間超百億美元。如果量檢測設備不取得突破，我國(guó)半導體設備仍有被(bèi)卡脖子之虞。美國(guó)KLA（科磊）在量檢測領域市占率高達 52%，是國(guó)産替代道(dào)路上的最大阻力之一。

全球半導體量測設備KLA一家獨大，市場份額50.8％。KLA在全球5大半導體設備企業（AMAT、LAM、ASML、TEL）中，表現出了相對(duì)更穩定的成(chéng)長(cháng)性和更高的盈利能(néng)力。它的核心競争力是值得國(guó)内廠商借鑒的。科磊産品線貫穿前道(dào)工藝過(guò)程控制全流程。從産品線來看，公司下遊應用于晶圓、光罩制造、半導體、封裝、PCB 和 LED 等工業技術領域，産品貫穿前道(dào)工藝過(guò)程控制全流程，包括Surfscan 無圖案晶圓缺陷檢測系統、eDR7xxx 電子束晶圓缺陷檢測系統、eSL10 圖案晶圓檢測、39xx 系列超分辨率寬光譜等離子圖案晶圓缺陷檢測系統、29xx 寬光譜等離子圖案晶圓缺陷檢測系統、Puma 激光掃描圖案晶圓缺陷檢測系統、Teron 光罩缺陷檢測系統、Archer套刻量測系統等，并在缺陷檢測領域市占率較高。

首先KLA的技術創新，50年來公司持續領跑各種(zhǒng)複雜尖端的量測技術，研發(fā)投入占比高達15％，21年達到9億美元。其次是全面(miàn)的産品組合，滿足客戶對(duì)精确度和吞吐量的雙重要求；另外還(hái)有強大的服務體系和供應鏈管理：KLA全球裝機量近6萬台，平均使用壽命12年，服務收入占比1/4左右。深厚的供應商關系确保了供應的連續性和高質量，與KLA設計和制造業務密切協調，确保無縫的客戶體驗。KLA基于強大的持續改進(jìn)文化的指标管理，用嚴格的組織和獨特的系統來管理複雜的全球供應鏈。

03 國(guó)内廠商布局

市場規模增長(cháng)的同時，半導體測試設備的複雜度也在提升。半導體測試設備大緻經(jīng)曆了3個階段。

1990年至2000年期間，半導體主流工藝基本處于0.8μm至0.13μm之間。這(zhè)一階段CMOS工藝蓬勃發(fā)展，SoC芯片功能(néng)越來越強。人們不斷在芯片上集成(chéng)模拟功能(néng)與數據接口。傳統測試平台越來越難以覆蓋新增加的高速模拟接口的測試需求。因此，這(zhè)個時期對(duì)測試設備業來說，或可稱爲功能(néng)時代，主要體現爲企業不斷增加測試設備的功能(néng)性，以滿足日趨複雜的SoC芯片需求。到了2000—2015年，半導體工藝一路從0.13μm、90nm、65nm、28nm進(jìn)展到14nm，工越來越先進(jìn)，芯片尺寸也越來越小，晶體管的集成(chéng)度也越來越高。芯片規模變大帶來的直接挑戰就是測試時間的延長(cháng)，測試成(chéng)本占比提高。如果說功能(néng)時代都(dōu)是單工位測試，即同一時間隻能(néng)測一顆芯片，那麼(me)進(jìn)入這(zhè)個時期人們對(duì)并行測試的要求就在不斷提高了。測試設備闆卡上面(miàn)集成(chéng)的通道(dào)數越來越多，能(néng)夠同時做2工位、4工位、8工位的測試。這(zhè)個時代也是資本最有效的時代，或可稱爲資本效率時代。

進(jìn)入2020年之後(hòu)，半導體工藝沿著(zhe)5nm、2/3nm繼續演進(jìn)，芯片複雜度也在不斷增加。随著(zhe)5G、大數據、人工智能(néng)、自動駕駛等新興市場的崛起(qǐ)，一顆芯片上承載的功能(néng)越來越多，産品叠代速度越來越快，甚至很多像AI和AP這(zhè)樣(yàng)高複雜度芯片也要求進(jìn)行逐年叠代。這(zhè)意味著(zhe)芯片測試的複雜度大幅遞增。測試設備進(jìn)一步分化，需要針對(duì)不同領域、不同要求進(jìn)行調整。

國(guó)内廠商也在奮起(qǐ)追趕。 

日前，中科飛測通過(guò)注冊，準備在科創闆上市，計劃募資 10 億元。根據 IPO 顯示，中科飛測主要産品爲，質量控制設備。分爲檢測設備和量測設備兩(liǎng)大類。檢測設備的主要功能(néng)系檢測晶圓表面(miàn)或電路結構中是否出現異質情況。量測設備的主要功能(néng)系對(duì)被(bèi)觀測的晶圓電路上的結構尺寸和材料特性做出量化描述。值得注意的是，兩(liǎng)種(zhǒng)設備其主要應用場景，爲 28nm 及以上制程或精密加工，而 28nm 及以下的制程設備，目前隻是在研發(fā)試驗階段。

中科飛測的經(jīng)營狀況卻遠不如市場預期那般紅火。一方面(miàn)是，中科飛測從事(shì)本行業時間太短，大量技術細節需要自行摸索，導緻研發(fā)成(chéng)本極高。另外一方面(miàn)則是關鍵設備，需要對(duì)外采購且占比極大，如果中科飛測不能(néng)再未來幾年内解決上述問題，必將(jiāng)給公司後(hòu)續發(fā)展，埋下大量隐患。

其實中科飛測的困境也是很多國(guó)内廠商面(miàn)臨的問題。從收入結構來看，中科飛測 7 成(chéng)左右收入，來自晶圓檢測設備。該設備主要用于芯片生産線中，檢測晶圓表面(miàn)或電路結構中是否出現異質情況，如顆粒污染、表面(miàn)劃傷、開(kāi)短路等對(duì)芯片工藝性能(néng)具有不良影響的特征性結構缺陷。以及出廠、入廠晶圓質量控制。然而，該領域内，中科飛測面(miàn)臨極高的競争風險。首先，該設備長(cháng)期被(bèi)外國(guó)廠商所壟斷。其中科磊半導體、應用材料、日立三家國(guó)際廠商在中國(guó)合計占有率超過(guò) 70%。2020 年，國(guó)内該類型設備國(guó)産率不足 2%。

技術自主創新是推動高端測試設備産業向(xiàng)前邁進(jìn)的必要條件。爲了真正解決當前的技術卡脖子問題，需要制定更具體和有效的政策和舉措，以推動相關産業和科技創新水平的提高，努力爲卡脖子問題尋找解決方案。另外高端測試設備行業的創新能(néng)力取決于開(kāi)發(fā)人員的内部素質水平。鼓勵相關領域高水平人才的引進(jìn)和培養，以及加強人才培訓，不僅有助于提高中國(guó)的研發(fā)水平，還(hái)有助于加強自主創新。