半导体检测行业深度(一）：半导体检测行业概况

半导体检测是控制芯片制造良率的关键环节，整个设备市场规模约占半导体设备市场的13%，仅次于刻蚀机、光刻机、薄膜沉积设备。

目前中国检测设备的国产化率仍较低，市场主要由几家垄断全球市场的国外企业占据主导地位。根据VLSI Research，KLA、应用材料、日立在中国市场的占比分别为54.8%、9.0%和7.1%。国产厂商中科飞测、上海精测、上海睿励等企业正在加速布局，逐步改变KLA的长期垄断格局。
下文我们就详细聚焦半导体检测相关问题，当前半导体检测市场整体情况怎样？有哪些不同的种类？在我国市场，其驱动行业发展的因素有哪些？相关产业链情况如何？企业发展现状如何？放眼市场，呈现怎样的市场格局？国产替代当前有哪些进展？针对这些问题，以下我们为大家逐一梳理论述，希望对大家了解我国半导体市场产业现状有所启发。
1、半导体检测可分为前道、后道和实验室检测半导体检测分析是指运用专业技术手段，通过对半导体产品的检测以区别缺陷、失效原因、验证产品是否符合设计目标或分离好品与坏品的过程，是半导体设计、生产、封装、测试全产业链流程中的重要环节。根据对应工序的不同，可分为前道量检测、后道检测和实验室检测。 前道量检测（又称半导体量测）主要应用于晶圆加工制造环节，检测对象是制造过程中的晶圆，通过对制造过程中每一晶圆的测量薄膜厚度、关键尺寸、检查晶圆图案缺陷等方面的质量进行量测或检查，确保工艺符合预设的指标，防止出现偏差和缺陷的不合格晶圆进入下一道工艺流程。
后道检测（又称半导体测试）主要应用于晶圆制造工艺完成后的芯片的电性测试及功能性测试，晶圆测试主要针对加工后的晶圆进行电性测试，在划片封装前将不合格的裸片剔除，减少芯片封装成本；成品测试主要针对封装后的芯片进行功能测试，保证产品出厂的合格率。该类型检测同样可应用芯片设计阶段流片后产品的有效性验证。 2、半导体检测贯穿半导体制造流程，在半导体产业中占据重要地位
检测分析是半导体产业链中的重要环节，有助于加速半导体新品的研发进程、提升产品性能和产成品良品率、提高经营效率与节约成本费用。由于芯片的设计、晶圆代工、封装测试、原材料制备和生产设备制造等各个环节均有可能对半导体产品的质量产生影响，因而，检测服务伴生于各个环节。
检测设备作为能够优化制程控制良率、提高效率与降低成本的关键，在半导体产业中占据重要地位。随着技术发展，半导体芯片晶体管密度越来越高，相关产品复杂度及集成度呈现指数级增长，这对于芯片设计及开发而言是前所未有的挑战。新应用需求驱动了制程微缩和三维结构的升级，使得工艺步骤大幅提升，成熟制程（以45nm为例）工艺步骤数大约需要430道，到了先进制程（以5nm为例）将会提升至1250道，工艺步骤将近提升了3倍；结构上来看包括GAAFET、MRAM等新一代的半导体工艺都是越来越复杂，在数千道制程中，每一道制程的检测皆不能有差错，否则会显著影响芯片的成败。作为重要的专用设备，集成电路测试设备不仅可判断被测芯片或器件的合格性，还可提供关于设计、制造过程的薄弱环节信息，有助于提高芯片制造水平。
3、光学检测技术凭借精度高、速度快的优势市占率超75%
从技术路线原理上看，检测和量测主要包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术，其中光学检测技术空间占比较大。三种技术的差异主要体现在检测精度、检测速度及应用场景上。结合三类技术路线的特点，应用光学检测技术的设备可以相对较好实现高精度和高速度的均衡，并且能够满足其他技术所不能实现的功能，如三维形貌测量、光刻套刻测量和多层膜厚测量等应用。根据VLSI Research和QY Research的报告，2020年全球半导体检测和量测设备市场中，应用光学检测技术、电子束检测技术及X光量测技术的设备市场份额占比分别为75.2%、18.7%及2.2%，可以看出应用光学检测技术的设备在占比方面具有领先优势。 未来检测和量测设备的技术提升主要体现在三个方面：提高光学检测技术分辨率、加强大数据检测算法和软件的自主研发、提升设备检测速度和吞吐量。
分辨率：随着DUV、EUV光刻技术的不断发展，集成电路工艺节点的不断升级，市场对检测技术的空间分辨精度也提出了更高的要求。未来设备制造厂商必须使用更短波长的光源以及更大数值孔径的光学系统，才能进一步提高光学分辨率。
软件与算法：在达到或接近光学系统极限分辨率的情况下，光学检测技术在依靠解析晶圆的图像来捕捉其缺陷的基础之上，还需要结合深度的图像信号处理软件和算法，在有限的信噪比图像中寻找微弱的异常信号。然而目前市场上并没有可以直接使用的软件，因此业内企业均需在自己的检测和量测设备上自行研制开发算法和软件。
吞吐量：半导体质量控制设备是晶圆厂的主要投资支出之一，因此设备的性价比是其选购时的重要考虑因素。质量控制设备检测速度和吞吐量的提升将有效降低晶圆检测成本，从而实现降本增效。
4、量/检测设备是国产化率最低环节之一，本土企业正在快速突破
量/检测设备是前道国产化率最低的环节之一，2022年国产化率仍不足 3%。中科飞测、上海精测、上海睿励三家企业 2022年销售收入合计约为7.46亿元，对应中国大陆市场份额不足3%。若以批量公开招标的华虹无锡为统计样本，据不完全统计，2022年华虹无锡完成量/检测设备招标47台，其中国产设备中标 1 台，国产化率仅2%，远低于去胶机、刻蚀设备、薄膜沉积设备等环节。 本土半导体设备企业正在量/检测领域积极布局，已经基本覆盖主流量/检测设备类型。中科飞测：涵盖无（有）图形晶圆缺陷检测、三维形貌量测、薄膜膜厚量备（介质）和套刻精度量测等系列设备，并积极研发纳米图形晶圆缺陷检测、金属薄膜量测等设备。上海精测：覆盖薄膜测量、光学关键尺寸量测、电子束缺陷检测等设备类别。睿励科学：包括光学薄膜测量和缺陷检测设备两大类，可对多类半导体薄膜实现精准的厚度、折射率、成分比率和应力测量，以及图形&无图形外观缺陷检测。东方晶源：拳头产品包括电子束缺陷检测 EBI、关键尺寸量测设备 CD-SEM。赛腾股份：收购日本 Optima，对硅片、晶圆的边缘、正背面外观缺陷检测具备全球竞争力。
自主可控&技术协同进步驱动下，本土企业快速推进。中科飞测多 款产品通过 28nm 产线验收，2Xnm 产线设备正在验证，1Xnm 产线设备正在研发。此外，上海精测电子束检测设备已经进入1Xnm 验证，上海睿励自主研发的光学薄膜量测设备也已进入14nm产线验证。