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　　量測與檢測設備，是保證集成電路芯片生產線快速進入量產階段并獲取穩定的高成品率和高經濟效益的關鍵性設備。但國產率卻低到不可想象，市場基本被KLA、日立等日美廠商壟斷。但星星之火終將燎原，中科飛測、精測電子、上海睿勵等一批優秀國產企業，正前行在半導體檢測設備的國產化道路上。

　　1 半導體產業鏈的保駕護航者

　　近年來，隨著國家和市場對國產EDA(電子設計自動化)行業的重視程度不斷增加，上下游協同顯著增強，國內企業在各方面利好影響下逐漸興起。2020年中國EDA市場規模約93.1億元，同比增長27.7%，占全球市場份額的9.4%(圖1)。

　　電子設計自動化是指利用計算機輔助設計(CAD)軟件，來完成超大規模集成電路(VLSI)芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計等流程的設計方式。

　　圖1 2017-2021年中國EDA市場規模(億元)

　　與EDA行業發展密切相關的是集成電路技術，而半導體設備作為半導體產業鏈的基石之一，則是推動技術創新的引擎。2021年，中國半導體設備市場連續增長，銷售額為1993.35億元，同比增長58.1%，連續兩年成為全球第一大半導體設備市場(圖2)。

　　圖2 2017-2021年中國半導體設備市場規模(億元)

　　在半導體設備的細分市場中，檢測設備是僅次于刻蝕、沉積和光刻設備的第四大核心設備(圖3)。

　　圖3 2021年全球半導體設備市場格局

　　半導體檢測設備在從設計驗證到整個半導體制造過程都具有無法替代的重要地位，在各個環節都要進行反復多次的檢測、測試以確保產品質量，從而研發出符合系統要求的器件。而集成電路相關器件的故障成本則十分高昂，從 IC 級別的數十美元，到模塊級別的數百美元，乃至應用端級別的數千美元。

　　圖4 芯片測試流程圖

　　由此可見，隨著EDA    行業中半導體產業的不斷發展，檢測設備作為能夠提高制程控制良率、提高效率與降低成本的重要檢測儀器，未來在半導體產業中的重要地位將會保持穩定。

　　圖5 全球半導體檢測設備市場規模(億美元)

　　圖6 中國半導體檢測和量測設備市場規模(億美元)

　　從設備分類來看，整個半導體制造產業鏈中涉及的檢測設備可以分為質量檢測設備和電學測試設備兩類。

　　圖7 2020年全球半導體檢測設備細分設備市場規模

　　按照生產流程，半導體檢測設備分別作用于驗證測試、晶圓測試和封裝測試(圖7、8)。由于晶圓生產的高附加值，也更加驗證了半導體檢測設備的重要性。

　　圖8 半導體產業鏈中涉及到的檢測設備的分類

　　從技術原理上看，半導體產業鏈中的檢測設備技術包括光學檢測技術、電子束檢測技術和 X 光量測技術等(表1)。而技術發展趨勢方面：隨著集成電路器件物理尺度的縮小并逐漸向三維結構發展，需要檢測的缺陷尺度和測量的物理尺度也在不斷縮小，與此同時，三維空間的檢測業也在持續滲透。

　　表1 半導體產業鏈中的檢測設備技術分類

　　2 壟斷與管制之下，國內廠商砥礪前行

　　上文提及，半導體產業鏈中的檢測設備貫穿每一步驟的過程工藝控制，全球市場空間超百億美元。如果檢測設備不取得突破，我國半導體設備仍有被卡脖子之虞。美國KLA(科磊)在半導體檢測設備的市場占有率高達50.8%，是中國國產替代道路上的強勁阻力之一(圖9)。

　　圖9 半導體檢測設備各企業市場占有率

　　除此之外，美國應用材料和日本日立也是中國半導體檢測設備國產化道路上的勁敵。

　　中國作為全球最大的集成電路生產國和消費市場，集成電路的產業規模正不斷擴大。但是，目前中國半導體設備行業整體國產化率的提升還處于起步階段，國內半導體生產廠商所使用的半導體設備仍主要依賴進口。根據海關總署的統計，2022 年半導體設備進口額為 347.2 億美元，同比下降15.3%(圖10)，半導體設備仍有較大國產替代空間。

　　圖10 中國大陸半導體設備進出口情況(億美元)

　　除了技術壁壘是中國企業需要克服的難題之外，貿易摩擦也是值得關注的問題。2022年，中美貿易摩擦愈演愈烈，美國再次收緊對華芯片設備出口限制，為遵循這一規定，美國半導體設備公司科磊(KLA)已停止向中國客戶提供先進芯片的供應和服務，包括停止向中國的晶圓廠提供部分領域的銷售和服務，其中包括128層以上的NAND芯片、18nm及以下的DRAM芯片以及先進的邏輯芯片。

　　日本方面，2023年5月，日本政府正式出口管制規定，限制23種高性能半導體制造設備出口，新規將在7月23日施行。包括光刻、刻蝕、熱處理、清洗、檢測等6大類23種半導體制造設備(或物項)，主要針對高端半導體制造設備，在清單內的受管制物品在向中國大陸、俄羅斯等地區出口時，需要獲得日本經濟產業省的許可證。

　　除此之外，荷蘭政府在2023年3月8日表示，計劃對半導體技術出口實施新的管制。荷蘭半導體企業ASML 在 3 月 8 日的最新聲明中指出，這些新的出口管制措施側重于先進的芯片制造技術，管制措施將涉及最先進的深紫外(DUV)光刻設備。

　　半導體設備的國產化進程迫在眉睫(表2)。

　　表2 主要半導體設備國產化率情況

　　雖然處于壟斷與管制之下，但國內半導體檢測設備廠已逐步實現出貨，初露鋒芒，在部分細分領域吹響國產替代的號角。

　　3 如何打造中國KLA

　　半導體檢測設備技術壁壘高，技術自主創新是推動高端測試設備產業向前邁進的必要條件，高研發投入才能更好地造就較強的產品競爭力，議價權也能有所提升。目前中國國內半導體檢測設備主要參與的公司有上海精測、上海睿勵、中科飛測、東方晶圓等，這些廠商正在積極推出其產品線，豐富產品布局并持續完善，以應對多個下游應用領域的需求，推動國產半導體檢測設備發展。

　　中科飛測是中國國內半導體檢測設備領域的領跑企業，公司產品布局涵蓋無圖形晶圓缺陷檢測設備系列、圖形晶圓缺陷檢測設備系列、三維形貌量測設備系列、薄膜膜厚量測設備系列等設備，且營收規模大于其他國內廠商。同時，公司正在積極研發納米圖形晶圓缺陷檢測設備、晶圓金屬薄膜量測設備等其他型號的設備，相關產品研發成功后將進一步提高公司產品線覆蓋的廣度，填補國產空白。

　　半導體檢測設備行業對客戶的粘性較高，應以客戶為中心，構建需求驅動和服務至上的市場體系?？蔀榇罂蛻艚俚姆請F隊以提供及時的駐廠服務技術支持、快速響應客戶的需求，同時也能縮短新產品導入的工藝磨合時間，以保持客戶資源穩定，服務收入也將成為穩定的收入來源之一。

　　4 結語

　　國產替代的號角已響起，目前中國半導體檢測設備基本已實現從0到1的階段，有望步入快車道。風浪越大魚越貴，國外勢力的封鎖和打壓，中國半導體檢測設備企業迎來了戰略機遇期。而中國半導體檢測設備產業的機遇與危機，映射出的，是整個集成電路行業的安全與穩定。集成電路產業的任何一個環節，都不容被忽視。