【深度·天風電子】半導體檢測設備：從前道到後道，全程保駕護航
發布時間：2025-04-30
摘要
在半導體設計、制造、封裝中的各個環節都要進行反複多次的檢測、測試以確保中文产品質量，從而研發出适合系統要求的器件。缺陷相關的故障成本影響高昂，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。因此，檢測設備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。
檢測設備作爲能夠優化制程控制良率、提高功效與降低成本的關鍵，未來在半導體産業中的地位將會日益凸顯。預計未來我國半導體檢測設備市場廣闊，其要紧原因爲當前複雜的地緣政治帶來國産替代的迫切需求；國家政策大力支持集成電路産業，産業發展敏捷；半導體産業重心由國際向國內轉移帶來機遇；中國市場已成爲全球最大的設備市場；新應用領域不斷湧現，新器件性能叠代加速，帶來設計公司發展新機遇；芯片集成度的不斷提高，迎來了檢測設備的更大需求。2020年我國半導體檢測設備市場爲176億元，預計未來五年預計複合增長率爲14%，增速高于全球。
廣義上的檢測設備分爲前道量檢測和後道測試設備。量檢測的對象是工藝過程中的晶圓，測試的對象是工藝完成後的芯片。前道量檢測對每一步工藝過程的質量進行測量或者檢查，以保證工藝适合預設的指標，预防出現偏差和缺陷的不符格晶圓進入下一道工藝流程。前道量檢測設備2020年全球市場爲69億美元，我國約15億美元。前道量檢測比照測試目的分爲量測和檢測。比照應用要紧分爲關鍵尺寸量測、薄膜的厚度量測、套刻對准量測、光罩/掩膜檢測、無圖形晶圓檢測、圖形化晶圓檢測和缺陷複查。比照技术要紧分爲光學檢測設備、電子束檢測設備。國際市場頭部企業爲美國KLA、美國AMAT、日本Hitachi和美國Onto，這四大設備商中文产品類型豐富，壟斷了全球市場，全方位高築壁壘。中國半導體企業精測電子（設立子公司上海精測）、賽騰股份（收購Optima）和中微公司（入股上海睿勵），積極加大批檢測領域的研發投入，基于已有技術基礎通過投資並購占據中國廣大批檢測市場先機，建議關注。
後道測試設備關注的是在所有晶圓工藝完成後芯片的各種電性功能。後道測試設備2020年全球市場爲62億美元，我國約14億美元。测试设备分爲测试机、探针台和分选机。測試機占比約63%，国际市场中爱德万和泰瑞达占据寡头垄断地位，同时先进封装领航者ASM PACIFIC近年来在光电测试土地主动布局。我国市场中精测电子（设立子公司武汉精鸿）、华峰测控和长川科技有望依靠中国市场的发展在相关细分赛道中迎来机遇。探針台占比約15%，國際市場中東京精密和東京電子市占率過半，我國市場中長川科技在積極研發中。分選機占比約17%，由于該細分領域壁壘相對多樣化，其競爭優勢側重有所不用，更易于市場化突破。
我們建議重點關注隨著未來人工智能、物聯網、新能源汽車等新應用領域所帶來的檢測行業發展機遇。同時隨著芯片集成度越來越高，工藝步驟越來越複雜，晶圓在生産過程中需要量檢測和測試的頻次也越來越高，驅動檢測設備市場需求不斷提升。基于以上，精測電子的檢測設備有望憑借其自身技術內生發展和外部投資並購布局量價齊升。
投資建議：精测电子（推荐）、ASM PACIFIC（与海外团队联合笼罩）、长川科技（意见注目）、华峰测控（意见注目）
風險提示：半導體行業周期性、産業配套環境有待進一步改善、高端技術人才相對缺少、國內企業規模較小造成品牌影響力不足
1. 检测设备：保驾护航、侦测并监控半导体关键良率偏移
在半導體設計、制造、封裝中的各個環節都要進行反複多次的檢驗、測試以確保中文产品質量，從而研制開發出适合系統要求的器件。缺陷相關故障的影響成本從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。因此，檢測設備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。檢測設備可以幫助工程師發現、偵測並監控關鍵的良率偏移，從而加快良率提升並達到更高的中文产品良率。
1.1. 分类：前道量檢測、后道测试，提升良率保障性能
檢測設備比照其功能和對應的産業鏈位置不同，可以分爲前道量檢測、后道测试两大类，分别应用于半导体産業鏈的上游设计验证、中游制程工艺的晶体管结构检测、下游封测芯片的成品终测。无论是前道检测依接着道测试，基本上提升芯片良率及质量的关键设备。
1） 前道量檢測设备：
前道量檢測對象是工藝過程中的晶圓，它是一種物理性、功能性的測試，用以檢測每一步工藝後中文产品的加工參數是否達到了設計的要求，並且查看晶圓外表上是否存在影響良率的缺陷，確保將加工産線的良率控制在規定的水平之上。
前道量檢測包含膜厚量测设备、OCD关键尺寸量测、CD-SEM关键尺寸量测、光刻校准量测、图形缺陷检测设备等多种前道量檢測设备。由于晶圆制造工艺环节庞大，所需要的检测设备种类较多，因此也是所有半導體檢測賽道中壁壘最高的環節，单机设备的价格比后道测试设备还高，且不同功能设备价格差异也较大。前道量檢測设备供应商目前有美国的科磊、应用材料；日本的日立；国内的精测电子、中科飞测、上海睿励等。下游客户为集成电路制造商，包含台积电、中芯国际、长江存储等。
2） 后道测试设备：
應用于上遊設計、下遊封測環節中，目的是檢查芯片的性能是否适合要求，是一種電性、功能性的檢測，用于檢查芯片是否達到性能要求。
一、上遊設計商需要對流片完的晶圓與芯片樣品進行有效性驗證，要紧設備爲測試機、探針台、分選機，因爲作爲樣品測試因此通常並不會大批采購，但是會與下遊封測深度聯動，因此綁定集成電路設計商也成爲後道測試設備商的壁壘之一。要紧下遊客戶爲集成電路設計商，例如：高通、聯發科、海思、卓勝微、韋爾等。
二、封测环节要紧可以分爲：晶圆测试（CP），针对加工完的晶圆，进行电性测试，识别出能够正常工作的芯片，要紧设备为测试机和探针台。部分客户为集成电路制造商还有部份第三方的晶圆测试商；成品测试（FT），最后晶圆切割成了英雄芯片后，针对芯片的性能进行最后测试，要紧设备为测试机和分选机；下游客户为集成电路封装测试商，包含日月光、通富、长电等。由于半导体终端应用持续攀升，催生出全自动及高性能的后道测试设备，加上集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小，封装测试技术达成国际领先水平，后道测试设备迎来重要国产化机遇。后道测试设备供应商目前有美国的泰瑞达、爱德万；国内的精测电子、华峰测控、长川科技等。
下圖爲本報告對全球檢測設備市場、分類及廠商的分析總結：
1.2. 市场趋向：新应用涌现驱动市场潜力、工艺步骤倍增拓宽市场空间
超越摩爾領域：
模拟/混合信号、RF、MEMS、图像传感、电源等技术可与 CMOS 在各种平面乃至2.5D、 3D 架构中集成。这些集成和其他关键技术使人工智能、物联网和汽车雷达等一系列应用快速增长。
Yole Developpement 数据预计，到 2023 年，超越摩尔市场年增长速度因此晶圆尺寸共计约 7400 万片硅片，复合年增长率约为3%。但仅考虑最流行的晶圆尺寸（12"、8"和6"晶圆），到2023年，预测将变为6000万片，复合年均增长率约为5%。关于半导体制造商来说，超越摩尔市场已成为半导体需求的重要来源，但這同時意味著需要新的量檢測和測試方法，以適應各種也许影響這些多技術設備産生的故障。
例如，汽车行业的一家要紧半导体供应商恩智浦半导体说到："缺陷相关故障的妨碍成本从IC级别的数十美元，到模块级别的数百美元，到汽车应用端级别的数千美元“。IC 在现今的汽车中被广泛使用，且未来使用会更多。汽车零部件故障也许导致严重损害甚至死亡，因此汽车行业服务的零部件制造商使用以每万亿（ppt）的零件损失为测量标准，可见检测设备的需求更甚。
如下圖可見，在汽車領域，由于缺陷導致故障而無法使用的中文产品損失極大，在1ppm情況下，大衆集團的損失可以達到每年2.19億美元。
摩爾定律領域：
新應用需求驅動了制程微縮和三維結構的升級，使得工藝步驟大幅提升，成熟制程（以45nm爲例）工藝步驟數大約需要430道到了先進制程（以5nm爲例）將會提升至1250道，工藝步驟將近提升了3倍；結構上來看包括GAAFET、MRAM等新一代的半導體工藝基本上越來越複雜，在數千道制程中，每一道制程的檢測皆不能有差錯，否則會顯著影響芯片的成敗。
中國半導體檢測設備未來市場空間廣闊具體原因如下：
1.國家政策大力支持集成電路産業，檢測作爲關鍵一環尤爲重要
集成電路産業是國民經濟中基礎性、關鍵性和戰略性的産業，作爲現代信息産業的基礎和核心産業之一，在保障國家安全等方面發揮著重要的作用，是衡量一個國家或地區現代化程度以及綜合國力的重要標志。國家爲扶持集成電路行業發展，制定了多項引導政策及目標規劃。第一，國家爲規範集成電路行業的競爭秩序，加強對集成電路相關知識産權的保護力度，相繼出台了《集成電路設計企業及中文产品認定暫行管理辦法》、《集成電路布圖設計保護條例》、《集成電路布圖設計保護條例實施細則》等法律法規，爲集成電路行業的健康發展提供了政策保障。
第二，國家出台了若幹優惠政策，從投融資、稅收、出口等各個方面鼓勵支撐電路行業的發展，具體政策包括《財政部、稅務總局、國家發展改造委、工業和信息化部關于集成電路生産企業有關企業所得稅政策問題的通知》、《國務院關于印發進一步鼓勵軟件産業和集成電路産業發展若幹政策的通知》等，爲集成電路企業的發展創造了有利的市場環境。
第三，國家指定了《集成電路産業研究與開發專項資金管理暫行辦法》、《國務院關于印發“十三五”國家科技創新規劃的通知》等目標規劃，將集成電路裝備列爲國家科技重大專項，積極推進各項政策的實施。國家政策的落地實施爲産業發展破解融資瓶頸提供了保障，有力促進集成電路專用設備行業的可持續良性發展。
2.半導體産業重心由國際向國內轉移帶來機遇
中国集成电路行业增长敏捷，半导体行业重心持续由国际向国内转移。中国半导体产业发展较晚，但凭借着市场容量，中国已成为全球最大的半导体消费国。依据 CSIA 数据，2018 年国内集成电路市场规模为 985 亿美元，同比增长 18.53%，2010 年至 2018 年国内集成电路市场复合增长率达成 21.10%，高于全球市场同期年复合增长率，中国差不多超过美国、欧洲和日本，成为全球最大的集成电路市场。随着半导体制造技术和成本的变化，半导体产业正在经历第三次产能转移，行业需求中心和产能中心逐步向中国大陆转移。随着产业结构的加快调整，中国集成电路的需求将持续增长。
3.集成電路産業發展敏捷，增速高于GDP增長，中文产品更新換代加速，新型應用領域不斷湧現，爲技術超車創造機遇
如上图IC Insights的调查数据可见，2020年集成电路增长率为8%，远超GDP增长，同样，2021年预计集成电路增长率为超过10%，是GDP增长率的两倍以上。
作为全球最大的集成电路市场，中国集成电路产业随着 5G、电动汽车等的快速发展持续增长，为半导体测试需求带来增量空间。在国家重大科技专项的支持下，“十二五”期间中国集成电路产业各个环节的整体水平都有了明显提升，国产软硬件在航天、电力、办公应用和移动智能终端等土地实现规模应用，为保障国家书息安全提供了重要支撑。相伴技术革新和产业升级换代的波浪式递进，市场机会窗口不断涌现，每一次的技术升级都为集成电路及其专用设备制造企业带来了发展机会。
今天，以互联网、智专家机为代表的信息产业的第二次浪潮已步入成熟，增速放缓，而以物联网为代表的信息感知及处置正在推动信息产业进入第三次浪潮，物联网革命差不多悄然结束。在物联网智能时代，由于交互模式的转变，智能化产品的多样性必定会更加丰富，对各类信息的采集形成了快速膨胀的数据处置需求，对海量数据的有效处置将成为真正推动集成电路行业发展的核心驱动力。物联网、大数据、人工智能、5G 通信、汽车电子等新型应用市场带来巨量芯片增量需求，为半导体自动化测试系统企业提供更大的市场空间；同时，第三代半导体 GaN 等半导体新技术的出现为国内半导体自动化测试系统企业带来超车国际巨头的新机遇。
4. 大陆芯片设计公司迎来大发展时代，检测需求将跟随发展
近年来，集成电路测试行业发展敏捷，依据中國半導體行業協會 IC 设计分会的统计，截至 2019 年 11 月，中国大陆 IC 设计公司达成 1,780 家，比 2018 年的 1,698 家多了 82 家，中国大陆的芯片设计公司迎来高速成长。IC 设计行业 2019年的销售额为 3,063.5 亿元，相比 2018 年增长了 21.60%。芯片设计公司的快速增长，使得芯片检测设备的市场需求随之增长。随着国内集成电路产业的快速发展和国产化加速，晶圆制造、芯片设计公司的测试服务需求越来越多，检测设备相关企业将迎来新的发展机遇。
5.芯片複雜度提高，驗證測試要求越發嚴格
对芯片最显著的改进不偏偏在设计流程中产生，同时在芯片调试和验证流程中重复进行，特别是在高性能芯片的研制过程中。随着芯片庞大度的提高，对验证测试的要求更加严格，与设计流程的交互更加频繁。随着芯片速度与功能的不断提高，超大规模集成电路特别是集成多核的芯片系统（SOC）的出现使得芯片敏捷投入量产过程难度增加，由此验证测试变得更加需要。目前，开发低成本高功效的全面验证测试策略成为芯片制造商的注目点。能够在早期（如初次样片测试时期） 全面猎取芯片品质鉴定的信息变得至关重要。
6.檢測自己已從工序到獨立行業，貫穿所有流程，未在檢測流程發現缺陷則損失慘重
早期的检测只是作为IC 生产中的一个工序存在，被合并在制造业或封装业中。随着集成电路产业分工日益明晰和人们对集成电路品质的重视，再加上技术、成本和知识产权保护等诸多因素，检测目前正成为集成电路产业中一个不可或缺的、专业化的独立行业，作为设计、制造和封装的有力技术支撑，推动了集成电路产业的敏捷发展。
在集成電路研制、生産、應用等各個階段都要進行反複多次的檢驗、測試來確保中文产品質量和研制開發出适合系統要求的電路。半導體檢測從設計驗證到最終測試都不可或缺，貫穿整個半導體制造過程。半導體檢測包括設計驗證、工藝控制檢測、晶圓測試(CP測試)以及成品測試(FT測試)。
比照電子系統故障檢測中的“十倍法則”，如果一個芯片中的故障沒有在芯片測試時發現，則在電路板(PCB)級別發現故障的成本爲芯片級別的十倍。因此，檢測在半導體産業中饰演著重要角色，且其地位日益凸顯。
1.3. 市场规模：重要地位日益凸显，中国增速高于全球
全球半導體檢測設備市場概況：
根據智研咨詢和Gartner,SEMI數據整理，2020年檢測設備全球市場規模約131億美元，如下圖可見。
我國半導體檢測設備市場概況：
據前瞻産業研究院統計，2020年我國半導體檢測設備市場規模176億元。
我國半導體檢測設備市場概況：
據前瞻産業研究院統計，2020年我國半導體檢測設備市場規模176億元。
随着我国半导体产业的不断发展，检测设备作为能够提高制程控制良率、提高功效与降低成本的重要检测仪器，未来在半导体产业的地位将会日益凸显。前瞻产业研究预计2026年我国半导体检测设备市场有望到达400亿元。2020-2026 CAGR为14.7%，增速高于全球。
1.4. 竞争布置：海外高度垄断，国产替代需求迫切有望提速
目前，國際國內市場中檢測設備被國外高度壟斷，目前絕大部分半導體設備依然高度依賴進口，提升“核芯技術”自主化率已迫在眉睫。
量檢測設備領域：
量檢測設備行業具有極高的技術、資金壁壘，對業內公司研發能力有很強要求。海外巨頭KLA爲首，AMAT、Hitachi等合計占比超90%。國內設備廠商由于起步晚基礎薄，始終在努力追趕，國産設備仍有很大的突破空間。前道設備種類複雜，細分市場較多；其中，膜厚量測技術門檻較低，集中度相對疏散，爲國內廠商進入檢測設備的突破口。
測試設備領域：
測試種類万端，客戶需求多樣化，因此測試設備往往存在非標定制化的特點。根據性能要求的不同，類別也是五花八門，包括外觀尺寸測試、視覺測試等。雖然相比于光刻機、刻蝕機等前道設備，測試設備的制造相對容易一些，但是也存在較高的推廣難度。目前全球設備市場份額要紧被美、日等發達國家的先進廠商所占據，半導體測試設備行業已經形成了泰瑞達、愛德萬兩家壟斷的局面。國內半導體設備廠商想要提高市場份額依然面臨極大挑戰。
進口替代需求迫切，測試設備的國産替代進程將加速：
受中美貿易摩擦影響，供應鏈的安全日益受到重視，國産測試設備將获得更多的試用機會，在中低端模擬測試機和分選機領域，國産替代明顯提速。目前絕大部分半導體設備依然高度依賴進口，提升“核芯技術”自主化率已迫在眉睫，飞腾至國家戰略，進口替代是國內半導體設備公司面臨的重大機遇。2018年以來，國産半導體測試設備向中國大陸市場拓展，國産替代進程明顯提速。
2. 前道量檢測设备：物理、功能性检查，提升良率，市场壁垒高筑
前道量檢測运用于晶圆的加工制造过程，它是物理性、功能性的，用以檢測每一步工藝後中文产品的加工參數是否達到了設計的要求，並且查看晶圓外表上是否存在影響良率的缺陷，確保將加工産線的良率控制在規定的水平之上。
前道量檢測包含膜厚量测设备、OCD关键尺寸量测、CD-SEM关键尺寸量测、光刻校准量测、图形缺陷检测设备等多种前道量檢測设备。由于晶圆制造工艺环节庞大，所需要的检测设备种类较多，因此也是所有半導體檢測賽道中壁壘最高的環節，单机设备的价格比后道测试设备还高，且不同功能设备价格差异也较大。前道量檢測设备供应商目前有美国的科磊、应用材料；日本的日立；国内的精测电子、中科飞测、上海睿励等。下游客户为集成电路制造商，包含台积电、中芯国际、长江存储等。
2.1. 三种分类标准：檢測目的、應用範疇、技術原理
比照不同的分類方法，集成電路可以被分成不同的類型。
1）比照檢測目的可以分爲量测（Metrology）和缺陷检测（Defect Inspection）
2) 比照應用範疇要紧可以分爲关键尺寸测量（Optical Critical Dimension OCD）、薄膜的厚度测量(Film Metrology)、套刻对准测量(Overlay Metrology)、光罩/掩膜检测(Reticle Inspection)、无图形晶圆检测（Non-patterned Wafer Inspection）、图形化晶圆检测(Patterned Wafer Inspection）、缺陷复查(Review SEM)
3） 按技術原理可以分爲光学检测设备（Optical Inspection Equipment），電子束檢測設備（E-beam Inspection Equipment）和其他检测设备
2.2. 檢測目的分类：量测和检测，价值量随工艺技术同步提升
量測（Metrology）和檢測（Inspection）：
前道量檢測依据檢測目的可以细分爲量测（Metrology）和检测（Inspection）。量測主假如對薄膜厚度、關鍵尺寸、套准精度等制成尺寸和膜應力、摻雜濃度等材料性質進行測量，以確保其适合參數設計要求；而缺陷檢測要紧用于識別並定位中文产品外表存在的雜質顆粒沾汙、機械劃傷、晶圓圖案缺陷等問題。
量测和缺陷检测关于半导体制造过程非常重要。半导体晶圆的整体制造过程有400至01个步骤，需要一到两个月内完成。如果流程早期出现任何缺陷，则后续耗时步骤中履行的所有工作都将被白费。因此，在半导体制造过程的物理量测和缺陷检测是其中的关键步骤，用于确保良率和产量。新應用需求驅動了制程微縮和三維結構的升級，使得工藝步驟大幅提升，成熟制程（以45nm爲例）工藝步驟數大約需要430道到了先進制程（以5nm爲例）將會提升至1250道，工藝步驟將近提升了3倍；結構上來看包括GAAFET、MRAM等新一代的半導體工藝基本上越來越複雜；雖然相較于制造設備，量測設備的技術門檻較低，但是在數千道制程中，每一道制程的檢測皆不能有差錯，否則會顯著影響芯片的成敗。
量測（Metrology）：
量測（Metrology）不僅指測量行爲自己，同时指通過考慮誤差和准確性而進行的測量，以及測量設備的性能和機制。如果測量結果不在給定的規格範圍內，則制造設備無法按設計繼續運行。
檢測（Inspection）查找缺陷的位置坐標：
檢測可以檢測缺陷並指定其位置涉。要紧用于使用檢查設備來檢查是否出現異質量情況，如檢測晶圓中存在灰塵或者顆粒汙染等缺陷的過程。具體來說，它旨在查找缺陷的位置坐標（X，Y）。
2.3. 應用範疇分类：关键尺寸、膜厚、套刻对准，光罩/掩膜、图形、缺陷复查等
比照應用范畴分类，量检测可以要紧分爲七大类：关键尺寸量测、薄膜厚度量测、套刻对准量测、光罩/掩膜检测、无图形晶圆检测、图形化晶圆检测、缺陷复查检测等。
2.3.1. 关键尺寸量测：监控线宽和孔径，实现精确误差测量
量测按应用可以要紧分爲关键尺寸量测，薄膜的厚度量测及套刻对准量测
1）关键尺寸量测（OCD-Optical Critical Dimension Metrology）：
關鍵尺寸量測-半導體制程中最小線寬一般稱之爲關鍵尺寸，其變化是半導體制造工藝中的關鍵。隨著關鍵尺寸越來越小，容錯率也越小，因此必須要盡也许的量測所有中文产品的線寬，可見關鍵尺寸的量測重要性越發關鍵。
视频案例：在半導體晶圓的指定位置測量電路圖案的線寬和孔徑
2.3.2. 薄膜厚度量测：厚度、反照率、密度量测，鉴定和监控不同薄膜层
薄膜厚度量测（Film Metrology）：
在整個制造工藝中矽片外表有多種不同類型的薄膜，包含金屬、絕緣體、多晶矽、氮化矽等材質。晶圓廠爲生産可靠性較高的芯片時薄膜的質量成爲提高成品率的關鍵，其中薄膜的厚度、反照率、密度等都須要進行精准的量測。
视频案例：測量半導體晶圓外表薄膜的厚度
2.3.3. 套刻对准量测：高阶矫正光刻机、掩模和硅片位置误差，提高笼罩精度
套刻对准测量(Overlay Metrology)：
套刻對准測量應用在光刻工藝後，主假如用于量測光刻機、掩模版和矽片的對准能力。量測系統檢查覆蓋物的准確性（疊加工具）測量用于檢查傳輸到晶圓上的第一層和第二層圖案的射覆蓋精度。
關鍵尺寸測量，薄膜的厚度測量及套刻對准測量設備视频案例：
2.3.4. 光罩/掩模检测：捕捉光罩缺陷和图案位置毛病，降低缺陷引发风险
光罩/掩模检测（Reticle Inspection）:
可以說，光罩/掩膜檢測遠比其他應用，例如無圖案或圖案晶圓檢測重要。這是因爲，雖然裸晶圓或圖案晶圓上的單個缺陷有也许損壞一個器件，但掩模版上的單個缺陷也许會摧毀上千個器件。
在半導體器件生産中，零缺陷光罩（也稱爲光掩模或掩模）是實現芯片制造高良率的關鍵因素之一，因爲光罩上的缺陷或圖案位置錯誤會被複制到中文产品晶圓上面的許多芯片中。光罩的制造采用光罩基板，即鍍了吸收薄膜的石英基板。優秀的光罩檢測、量測和數據分析系統中文产品能夠協助光罩基板、光罩和IC制造商識別光罩缺陷和圖案位置錯誤，以降低良率風險。
通常，掩模在使用過程中很容易吸附粉塵顆粒，而較大粉塵顆粒很也许會直接影響掩模圖案的轉印質量，如果不進行處理會進一步引起良率下降。因此，在使用掩模曝光後，通常會使用集成掩模探測系統對掩模版進行檢測，如果發現掩模版上存在超越規格的粉塵顆粒，則處于光刻制程中的晶圓將會全部被返工。掩模檢測系統工作原理可見下圖：
Fab中对掩模缺陷的检测分爲在线和离线两种。在线检测是指每次曝光之前和之后对掩模板外表检测。这通常是依靠光刻机中内置的检测单元来完成的。最常见的是集成在ASML系列光刻机上的掩模检测系统。IRISTM对即将被使用的掩模或刚使用结束后的掩模的正反两面分别扫描，发现吸附在掩模上的颗粒，并报警。光刻工程师看到报警信号后做相应处置。图16是IRISTM工作的原理图。在做颗粒扫描时，掩模沿Y方向运动由机械手控制，X方向的扫描由激光束的移动来实现。完成一次IRISTM扫描的时间大约等价于2到39个晶圆曝光的时间。通常对一批晶圆可以只做一次IRISTM扫描，如此可以减少占用生产的时间，提高光刻机的产能。
離線檢測是指时限地把掩模從系統中調出來做缺陷檢測。檢測的時間間隔可以在掩模版管理系統中設定，也可以按使用的次數來決定是否做檢測。半導體設備供應商提供專用設備來做這種檢測。離線檢測的優點是辨别率高，有点檢測設備還能對檢測出來的缺陷做簡單處理。
光罩/掩模檢測設備视频案例：
1）光罩/掩陷檢測系統：
2）光罩/掩模檢測系統：
EUV光罩/掩模檢測：波長更短，檢測靈敏度更高
傳統的檢查EUV光掩膜的方法主假如將深紫外光（DUV）應用于光源中，而極紫外（EUV）的波長較DUV更短，中文产品缺陷檢測靈敏度更高。
EUV掩模版的檢測原理爲：電磁波輻射到細小缺陷顆粒上被散射形成暗場，這樣可以實現缺陷的檢測，系統采用364nm的工作波長，對于基地大小爲88nm的缺陷，檢測可行度爲97%。
EUV光罩/掩膜檢測市場，Lasertec高度壟斷
除了僅由ASML提供的EUV（極紫外光）光刻系統之外，三星電子和台積電之間在爭奪超微加工工藝所需設備的安全方面的競爭也越來越猛烈。APMI（光化圖案掩膜檢查）系統和制造掩膜的寫入器就是最好的例子。這個設備是芯片制造的關鍵工具，當芯片制程小于5納米時，它們將決定生産率和質量。
EUV掩模的高科技檢查系統能夠檢查基于複雜結構的EUV掩模，比目前使用ArF光源的檢查系統更精確，更緊密。這個新的檢查系統在將掩模引入生産線之前和之後進行檢查。業界將此系統稱爲APMI系統。
EUV光罩（半导体线路的光掩模版、掩膜版）检验设备最近几年需求增长特别振作，在那个土地，日本的Lasertec Corp.是全球唯一的测试机制造商，Lasertec公司持有全球市场100%的份额。2017年，Lasertec解决了EUV难题的关键部分，当初该公司创建了一款可以检查空白EUV掩模内部缺陷的机器。2019年9月，它又推出了可以对差不多印有芯片设计的模板进行雷同处置的设备，从而又创建了另一个里程碑。
傳統的檢查EUV光掩膜的方法主假如將深紫外光（DUV）應用于光源中，而EUV的波長較DUV更短，中文产品缺陷檢測靈敏度更高。DUV光雖然也可以應用于當下最先進的工藝5納米中，但是Lasertec公司的經營企劃室室長三澤祐太朗指出，“隨著微縮化的發展，在步入2納米制程時，DUV的感光度也许會不夠充分”即，采用EUV光源的檢測設備的需求有望進一步增長。
根據彭博社的報道，Lasertec股價自2019年初到2020年下旬，已增長了550%。在其公布的2025-04-29月三個月的財報顯示，這三個月Lasertec的銷售額達到了131.65億日元，而2019年同期的銷售額則僅爲55.42億日元，增長了超過兩倍。隨著之後5nm制程的不斷推進，Lasertec未來的盈利增長空間廣闊。
2.3.5. 无图形晶圆检测：检出裸晶圆颗粒及缺陷，奠定图形化检测基础
无图形晶圆检测（Non-patterned Wafer Inspection）：
圖形化定義：圖形化使用光刻法和光學掩膜工藝來刻印圖形，在器件制造工藝的特定工序，引導完成晶圓外表的材料沈積或清除。對于器件的每一層，在掩膜未覆蓋的區域沈積或清除材料，然後使用新的掩膜來處理下一層。比照這種方法來重複處理晶圓，由此生成多層電路。
無圖形化檢測指在開始生産之前，裸晶圓在晶圓制造商處獲得認證，半導體晶圓廠收到後再次認證的檢測的檢測過程。
無圖形晶圓檢測系統用于晶圓制造商中的晶圓運輸檢驗、晶圓進貨檢驗以及使用虛擬裸晶圓監控設備清潔度的設備狀況檢查。设备状态检查也由设备制造商在装运检查时和进货检查时履行。设备制造商使用光学检测系统检查晶圆和掩模板有无颗粒和其他类型的缺陷，并确定这些缺陷在晶圆上的 X-Y 网格中的位置。
基本原理：
用于無圖形晶圓缺陷檢測的基本原理相對簡單。激光束在旋轉的晶圓外表進行徑向掃描，以確保光束投射到所有晶圓外表。激光從晶圓外表反照，就像從鏡子反照一樣，如上圖所示。這種類型的反照稱爲鏡面反照。當激光束在晶圓外表碰到粒子或其他缺陷時，缺陷會散射激光的一部分。可直接檢測散射光（暗場照明）或反照光束（亮場照明）中強度的損失。
由于沒有圖案，因此無需圖像比較即可直接檢測缺陷。當激光束投射到旋轉晶圓的粒子/缺陷上時，光線將被探測器散射和探測。因此，檢測到粒子/缺陷。從晶圓旋轉角度和激光束的半徑位置，計算和記錄了粒子/缺陷的位置坐標。鏡面晶圓上的缺陷還包括晶體缺陷，如COP以及顆粒。
晶圆的旋转位置和光束的径向位置决定了缺陷在晶圆外表的位置。在晶圆检测工具中，使用 PMT 或 CCD方法记载光强度，并生成晶圆外表的散射或反照强度图。此图提供有关缺陷大小和位置的信息，以及由于颗粒污染等问题而导致的晶圆外表状态的信息。
無圖形晶圓檢測設備视频案例：
2.3.6. 图形化晶圆检测：比较图像生成缺陷图，识别物理和高纵横比缺陷
图形化晶圆检测(Patterned Wafer Inspection）：
應用材料公司表明，隨著圖形化和幾何結構線寬的縮小，在早期技術節點不構成問題的瑕疵，現在已成爲“致命”的缺陷，或影響成品率的要紧因素。
图形化晶圆的光学检测可采用明场照明、暗场照明，或两者的组合进行缺陷检测。另外，电子束 （EB） 成像也用于缺陷检测，特别是在光学成像结果较低的较小几何外形中。然而，它非常缓慢，只在研发时期使用。模纹晶圆检测系统将晶圆上的测试芯片图像与相邻芯片（或已知无缺陷的"金"模片）的图像进行比较。缺陷的位置会生成缺陷图，类似于为无图案晶圆生成的图。与无图案晶圆的检查一样，图形化晶圆检测需要精确且可重复的运动控制，测试系统的晶圆级和光学元件同时移动。
圖形化晶圓檢測設備视频案例：
2.3.7. 缺陷复查检测：膨胀缺陷图像进行甄别，提供依据优化制程工艺
缺陷复查检测 (Review SEM)：
隨著半導體集成電路工藝節點的推進，作爲晶圓廠制程控制主力設備的光學缺陷檢測設備的解析度已無法滿足大規模生産和先進制程開發需求，必須依靠更高辨别率的電子束複檢設備的進一步複查才能對缺陷進行清晰地圖像成像和類型的甄別，從而爲半導體制程工藝工程師優化制程工藝提供依據。
缺陷复查是一种使用扫描电子显微镜 （SEM）检查晶圆上的缺陷。使用缺陷复查将半导体晶圆缺陷检测系统检测到的缺陷膨胀为高膨胀倍率图像，以便对该图像进行检阅和分类。缺陷复查设备要紧与电子设备和其他半导体生产线的检测系同一起使用。
在缺陷檢測系統中，將缺陷圖像與相鄰的模子圖像（參考圖像）進行比較，由于圖像差異（差值圖像處理）而檢測缺陷。與缺陷檢測系統類似的缺陷複查設備通過與相鄰模具的電路模式進行比較來檢測缺陷，並獲得缺陷的正確位置。然後將缺陷移動到視場的中心，並拍攝膨胀的照片。
缺陷複查設備通常工作流程：
1.使用檢測系統檢測出晶圓缺陷。檢測系統列出缺陷的位置坐標，並輸出到文件中。
2.檢查出晶圓和檢驗結果的文件加載到缺陷複查設備中。
3.拍攝列表中缺陷的圖像：
根據缺陷列表中的位置信息確定缺陷位置。缺陷的圖像由缺陷複查設備決定是否複查缺陷。
有時，使用缺陷數據文件中的位置信息無法發現晶圓上的缺陷。由于各種錯誤，僅使用位置信息拒绝易發現缺陷。
2.4. 技術原理分类：光学、电子束检测，应用互补，多方位检测
光學暗場檢測系統。一般來說，光學明場檢測系統用于詳細檢查模式缺陷。光學暗場檢測系統可以高速檢測，用于大批晶圓的缺陷檢測。激光從晶圓外表反照，就像從鏡子反照一樣。當激光束在晶圓外表碰到粒子或其他缺陷時，缺陷會散射激光的一部分。暗場直接檢測散射光，明場照明反照光束中強度的損失。電子束檢測可提供材料對比度，其動態辨别率範圍比光學檢測系統大得多。
光學檢測、電子束檢測兩者在制程工藝的檢測中應用互補。光學的特點在于快速與完整，通常可以全天候進行檢測，在需要實時檢測以及離工藝機台較近甚至直接與工藝機台集成的應用場景下就會使用光學檢測，通過光的反照、衍射光譜進行測量，具備檢測速度快、成本低、範圍廣的優點；但是傳統光學的波長是奈米等級，無法做非常精細的檢測，因此會再使用電子束做更精細的檢測。電子束波長是皮米等級，可以高辨别率的采集圖像進行分類與分析。對于工藝的將測必須要精確評估，如果未檢測到制程偏移和潛在良率問題，會使得生産的中文产品無法使用，因此需要多項檢測設備進行多方位的檢測。
應用情況：
無圖形晶圓檢測：通常，暗場檢測是無圖形晶圓檢測的首選，因爲可以達到高柵格速度，可實現高晶圓吞吐量。圖形化晶圓檢測是一個慢得多的過程。它使用明場和/或暗場成像，具體取決于應用。
电子束 （EB） 成像也用于缺陷检测，特别是在光学成像结果较低的较小几何外形中。電子束檢測可提供材料對比度，其動態辨别率範圍比光學檢測系統大得多。然而，电子束应用受测量速度缓慢限制，因此要紧在研发环境和工艺开发中对新技术进行鉴定。新的电子束工具可用于 10 nm 及更低节点的缺陷检测应用，同时正在开发具有最多 100 列或测量通道的多电子束工具。在电子束检测系统中，电子束被照射到晶圆外表，并检测出开枪的二次电子和背散射电子。另外，电子束检测系统依据器件内部布线的电导率，将二次电子的量作为图像对比度（电压对比度）进行检测。如果检测到高纵横比接触孔底部的电导率，可以检测到超薄厚度的 SiO2 残留物。
光學（明場，暗場），電子束檢測都有其自身的功能，不過基本檢測原理是类似的：
基本原理：隨機缺陷通常由顆粒（如灰塵）引起，並且發生在隨機位置，正如名稱所暗示的那樣，隨機缺陷在特定位置反複發生的也许性極低。因此，晶圓檢測系統可以通過比較相鄰芯片（也稱爲DIE）的圖案圖像獲取差異來檢測缺陷。
如下圖：晶片上的圖案被電子束或光沿管芯陣列矕|@。通過比較下圖中的圖像（1）圖像（2）來檢測缺陷。如果沒有缺陷，則通過數字處理從圖像（1）中減去圖像（2）的获得爲零的結果。相反，如果裸片圖像（2）的中存在缺陷，則該缺陷將保留（如圖像（3）），這個缺陷會被記錄其位置坐標。
光學及電子束檢測設備视频案例：
電子束檢測設備
光學暗場檢測設備：
2.5. 全球市场及要紧厂商：海外高度垄断，膜厚量测打开细分赛道突破口
全球前道量檢測设备市场，分类占比：
2020年前道量檢測设备全球市场规模约69亿美元。细项设备拆分来看，排在前列的设备为图形化检测占32%、掩模版量测占15%、膜厚检测占12%、关键尺寸量测占10%。
細分賽道市場可見下圖，其中，膜厚量測技術門檻相對較低，集中度相對疏散，KLA占比35%、Nanometrics占比23%、Nova占比16%，爲國內廠商進入檢測設備的第一突破口。
全球前道量檢測设备要紧厂商：
在量检测市场中，KLA占比超过70%，第二名Hitachi High Tech占比14%左右，Onto紧随其后。(注：Nano和 Rudolph 2019公布合并)
前道量檢測设备厂商
1）科磊（KLA）
KLA Corporation的前身是KLA-Tencor Corporation，世界知名的半导体（芯片）设备供应商，总部位于美国硅谷。自1976年成立以来，KLA致力于“制程控制”技术的研发与创新，该专业土地可分爲检测、量测、数据分析三大基础部分，三部分相互配合，为芯片制造工业提供全方位的在线检测、量测、数据源分析，将实时信息反应给每一道关键制程，帮助做到制程的即时优化与改进。KLA作为制程控制技术的领导者，禀承为全球客户提供定制化优质服务的理念，承诺按需求即时优化制程控制方案，实现对先进制程技术量产，现有制程高质量、高产能等工业技术的要求。
研發投入：去年KLA在研發方面投入了6億多美元，履行對解決最嚴峻技術挑戰的承諾。從1975年突破性的光罩檢測設備爲半導體工藝控制帶來的曙光，到今天的寬帶等離子技術能夠快速發現缺陷，KLA總喜歡保全領先。
最新中文产品：2020年 12月10日KLA公布推出两款全新产品：PWG5 晶圆几何系统 与 Surfscan SP7XP晶圆缺陷检测系统。新系统专表明决先进的存储器与逻辑集成电路制造中碰到的极其困难的问题。PWG5 量测系统具备亘古未有的辨别率，能测量出晶圆几何形貌的微小变形，从源头识别并修正图案化晶圆的变形。同时，这些关键的晶圆几何外形测量现在能够配合在线生产的速度，并在较大的翘曲范围内完成。新的 Surfscan SP7XP 无图案晶圆缺陷检测系统具有灵敏度和生产能力方面的前进，并引入了基于机器学习的缺陷分类方法，可以应对更广泛的薄膜和基材类型，捕捉和识别更大范围的缺陷类型。
2）应用材料Applied Materials(AMAT)
應用材料公司是材料工程解決方案的領導者，全球幾乎每一個新生産的芯片和先進顯示器的背後都有應用材料公司的身影。
AMAT檢測設備中文产品包括：
1） SEMVISION G7 缺陷分析系统：具备对晶圆斜边和侧边的特殊成像能力
2） Aera4 掩膜检测系统是采用 193nm 工作波长的第四代检测工具，它以特殊的方法，将真实空间成像技术与前沿的高辨别率成像技术相结合。
3） PROVISION EBEAM INSPECTION电子束检测系统：业界第一款能够达成 1nm 辨别率的電子束檢測設備，能够检测到以往 EBI（电子束检查）技术无法识别的缺陷
4） VERITYSEM 5I 测量系统：具备独一无二的内嵌三维功能，可对 1x 纳米及以下节点的邏輯和存儲器件進行量産規模的測量以及諸如柵極和鳍高度的FinFET測量的超越傳統測量方法
3） 日立HITACHI
日立作爲社會創新事業的全球領軍者，開展的業務涉及電力、能源、産業、流通、水、城市建設、公共、醫療健康等領域，通過與客戶的協創提供優質解決方案。現在，日立正憑借創業之初即擁有的運用控制技術優勢，以及長達半世紀之久的IT技術，並调和大數據分析、AI等數字技術，在全球加速開展社會創新事業，致力解決各種社會課題，成爲"IoT時代的創新合作夥伴"，努力實現在全球市場的進一步發展。
要紧檢測設備：
1）半導體蝕刻系統9000系列：統一接口並且能夠搭載高精度模塊化的各種腔室，從而實現了對應最尖端器件的擴展性和柔軟性的工藝
2）高解析度FEB测量装置CG6300（HITACHI CD-SEM）：通过电子光学系统的全新设计提高了解析度，并进一步提高了测量可重复性和图像画质
3）高速缺陷观测设备CR6300(Defect Review SEM)：运用ADR和高精度ADC来为提高良率做贡献的Inline缺陷观测SEM
4）耐诺公司Onto Innovation (ONTO)
Onto Innovation由Nanometrics和Rudolph Technologies合并而成，通过整合两家半导体行业专供不同土地的领导者，新公司的半导体产品供应链特别是检测系统的笼罩面更广。Onto Innovation是美国第四大晶圆生产设备供应商，也是全球前十五大公司之一。是为数不多的端到端供应商之一，产品和应用范围笼罩半导体産業鏈，从无图案化晶圆质量、前道工艺量测和宏观缺陷检测，再到先进封装光刻和后段检测，以及企业级软件解决方案。
5） ASM PACIFIC（ASMPT）
ASMPT于1975年在香港成立，集团是全球首个为半导体封装及电子产品生产的所有工艺步骤提供技术讲和决方案的设备制造商，包括从半导体封装材料和后段（芯片集成、焊接、封装）到SMT 工艺。全球並無其他設備供應商擁有類似的全面中文产品組合及對裝嵌及SMT顺序的廣泛知識及經驗。
半导体解决方案分部生产及提供半导体装嵌及封装设备，应用于微电子，半导体，光电子，及光电市场。其提供多元化产品如固晶系统，焊线系统，滴胶系统，切筋及成型系统及全方位生产线设备。SMT 解决方案业务担负为 SMT、半导体和太阳能市场开发和分销一流的 DEK 印刷机，以及一流的 SIPLACE SMT 贴装解决方案。ASMPT总部位于新加坡，自1989年起在香港联交所上市。
ASMPT前道量檢測设备应用于MEMS图像传感器封测流程中，下图为ASMPT图像传感器的封测应用流程，其中包括了光学检测设备：
ASMPT光學檢測具體設備包括：
1）CM-Inspector全自动化光学检视机 （CMOS 装嵌）
2）TwinSpector全自動光學檢測設備
2.6. 中国要紧厂商：紧握细分市场机遇，产品陆续中标，拉动增长曲线
膜厚量測技術門檻相對較低，集中度相對疏散，爲中國公司打開細分賽道突破口。要紧中國廠商見下：
1）上海精測（精測電子300567.SZ爲母公司）
2020年1 月上海精测中标长江存储3台膜厚量测设备
上海精測成立于2018年，核心技術團隊來自國內外豐富産業經曆人才，通過自主研發及吸收引進先進技術，實現半導體測試設備的技術突破及産業化，快速做大做強。公司聚焦半導體前道檢測設備領域，以橢圓偏振技術爲核心開發了適用于半導體工業級應用的膜厚量測以及光學關鍵尺寸量測系統，在中文产品推向市場後，先後于2020年1月中標長江存儲3台集成式膜厚光學關鍵尺寸量測儀，並于2020年8月再次中標3台，其他客戶的拓展工作也已取得了較好的成績，電子顯微鏡等相關設備的研發适合預期，預計近期將完成首台套的交付，中文产品受到國內重點客戶認可。
公司成功开发高性能集成电路制造前道量檢測进口替代设备，未来公司会持续增加研发，投入光学检测设备研发，包含纳米薄膜椭偏测量、光学关键尺寸（OCD）测量、硅片应力测量等设备；以及电子光学检测设备研发，包含CD-SEM扫描电子显微镜关键尺寸测量、Review-SEM全自动晶圆缺陷复查、FIB-SEM双束等的行辈。公司将会持续突破集成电路高端检测设备被海外厂家垄断的局面，填补国内空白，实现进口替代，为之后研发暗场颗粒检测、精密套刻测量、多束电镜、透射电镜等前沿技术和设备提供坚固基础。
先進檢測設備：國內首台擁有完全自主知識産權的半導體前道檢測設備
不仅是2021年1月中标的量测设备，上海精测在缺陷检测设备中也有突破。2020年12月上海精测半导体推出eView全自动晶圆缺陷复查设备并正式交付，该设备是基于扫描电子显微镜技术的复查和分类的设备，应用于集成电路制造过程，可对光学缺陷检测设备的结果进行高辨别率复查、分析和分类，满足10x nm集成电路工艺制程的需求。
2）中科飛測
深圳中科飛測科技有限公司（以下稱“公司”）是以海外留學歸國的研發和管理團隊爲核心、與中科院微電子研究所深入合作、自主研發和生産工業智能檢測裝備的高科技創新企業，檢測技術在行業處于國際前沿地位，檢測設備在市場實現設備的國産化。2016年公司被認定爲深圳市高新技術企業，並成爲中國集成電路測試儀器與裝備産業技術創新聯盟理事單位。
目前，深圳中科飛測科技有限公司是國內唯一一家自主研發集成電路和先進封裝檢測設備和光學三維规格量測模塊及整體設備的企業。公司以市場、研發和服務爲戰略核心，以對智能制造細分市場需求的深度了解和卓越的自主研發創新技術爲核心競爭力，是引領行業的先進封裝檢測設備和光學量測設備的供應商。
公司中文产品擁有完整的自主知識産權，具代表的中文产品和服務有：三維形貌量測系統CYPRESS系列，外表缺陷檢測系統SPRUCE系列，三維坐標规格量測系統PINE系列，智能視覺檢測系統BIRCH系列。公司中文产品已經獲得國內多家集成電路和先進封裝廠商的中文产品驗收及批量訂單，填補了國內集成電路和先進封裝檢測設備和精密制造檢測設備在市場的空白，實現設備國産化。
中科飛測擬首次公開發行股票並在境內證券交易所上市，現已同意國泰君安證券股份有限公司的輔導，並于2021年1月19日在深圳證監局進行了輔導備案。隨著此次中科飛測沖刺A股IPO，業內人士表达，在強大資本注入以及國産化需求下，這家业地IC設備廠將跨上更高一台階。
同時，華爲旗下公司哈勃科技投資有限公司2020年入股深圳中科飛測科技有限公司。2020年5月，中科飛測首批設備進場，橢偏膜厚量測儀正式搬入廈門士蘭集科。
3）上海睿勵（中微公司688012.SH持股20%+）
睿勵科學儀器（上海）有限公司是于2005年創建的合資公司，致力于研發、生産和銷售具有自主知識産權的集成電路生産制造工藝裝備産業中的工藝檢測設備。
公司的产品填补国家重大産業鏈中的重要空白，自列入了2005年上海市科教兴市重大产业科技攻关项目起，获得了政府和业界的大力支持和高度注目。
公司將通過不斷吸收和培養人才，建立和發展業界一流的具有自主創新能力的企業和團隊，達到並持續保全在國際及國內相應産業和市場的領先地位。
上海睿勵是國內技術領先的集成電路工藝檢測設備供應商，其目前擁有的要紧中文产品包括光學檢測設備、矽片厚度及翹曲測量設備及子公司宏觀缺陷檢測設備等。上海睿勵自主研發的12英寸光學測量設備TFX3000系列中文产品，已應用在28納米芯片生産線並在進行14納米工藝驗證，在3D存儲芯片上達到64層的檢測能力。产品目前已 成功进入世界领先芯片客户3D闪存芯片生产线，并取得7台次重复订单，是截至2019年進入該國際領先芯片生産企業唯一的國産集成電路設備中文产品。
4)Optima（赛腾股份SSE: 603283为母公司）：
Optima Incorporated Co.，Ltd.
成立時間2015年2月3日，業務爲開發，制造和銷售半導體晶圓檢查設備和測量設備
Optima設備一覽：
賽騰收購日本Optima，加碼半導體檢測設備領域
2019年赛腾股份公报，公司拟以现金方法购买Kemet Japan株式会社持有的日本Optima株式会社20,258股股份，占标的公司股权比例为67.53%，股权收购价款270,105.99万日元（约合人民币16,395万元）。并对Optima株式会社进行增资,增资金额120,000万日元（约合人民币7,284万元）,总计投资金额390,105.99万日元（折合人民币约23,679万元）。
3. 后道测试设备：电性测试，新产线持续投入带动市场高速增长
半導體後道測試設備主假如用在晶圓加工之後、封裝測試環節內，目的是檢查芯片的性能是否适合要求，屬于電性能的檢測。如下圖可見晶圓檢測和成品測試爲晶圓制造和封裝測試的最終步驟：
晶圓檢測環節：晶圆检测是指在晶圆完成落伍行封装前，通过探针台和测试机的配合使用，对晶圆上的裸芯片进行功能和电参数测试。探针台将晶圆逐片自动传送至测试位置，芯片的 Pad 点通过探针、专用连接线与测试机的功能模块进行连接，测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号，推断芯片功能和性能在不同工作条件下是否达成设计规范要求。测试结果通过通信接口传送给探针台，探针台据此对芯片进行收买标记，形成晶圆的 Map 图。该环节的目的是确保在芯片封装前，尽也许地把无效芯片筛选出来以节约封装花费。
成品測試環節：成品測試是指芯片完成封裝後，通過分選機和測試機的配合使用，對封裝完成後的芯片進行功能和電參數測試。分選機將被測芯片逐個自動傳送至測試工位，被測芯片的引腳通過測試工位上的基座、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接，測試機對芯片施加輸入信號並采集輸出信號，判斷芯片功能和性能在不同工作條件下是否達到設計規範要求。測試結果通過通信接口傳送給分選機，分選機據此對被測芯片進行標記、分選、收料或編帶。該環節的目的是保證出廠的每顆集成電路的功能和性能指標能夠達到設計規範要求。
随着 2018-2020 年中国大陆多家晶圆厂陆续投建及量产，国内封测厂陆续投入新产线以实现产能的配套扩张，将持续带动国内半导体测试设备市场高速增长。
3.1. 分类：测试机、探针台、分选机，保障性能助力良率提升
要紧測試設備观看簡介：測試機（ATE）、探針台(Prober)、分選機（Handler）
半導體測試處于晶圓制造、封裝測試這兩個工序裏，核心設備涵蓋了測試機、分選機、探針台3種，基本上通過計算機控制進行測試檢驗的自動化設備。其中，測試機負責檢測性能，後兩者要紧檢測連接性；探針台與測試機配合于晶圓制造工序，分選機與測試機配合在封裝測試工序。
3.2. 全球市场：测试机市场份额过半
測試機（ATE）是檢測芯片功能和性能的專用設備，分選機和探針台是將芯片的引腳與測試機的功能模塊連接起來的專用設備，與測試機协同實現批量自動化測試。
2020年後道測試設備市場規模約62億美元。根據Gartner數據，2016年至2018年全球半導體後道測試設備市場規模爲37億、47億、56億美元，年複合增長率爲23%，2019年根據SEMI發布全球半導體設備中後道設備占9%計算，要紧受到全球半導體設備景氣的影響下降至54億美元。後道量測設備中測試機在CP、FT兩個環節皆有應用，因此占比最大達到63.1%，其他設備分選機占17.4%、探針台占15.2%。測試機占比大的原因：在設計驗證和成品測試環節，測試機需要和分選機配合使用；在晶圓檢測環節，測試機需要和探針台配合使用。
3.3. 测试机：测试器件电路功能及电性能参数，保驾护航贯穿始终
測試機（ATE）：
半導體測試機又稱半導體自動化測試機，与半导体自动化测试系统同义。两者由于翻译的原因，以往将 Tester 翻译为测试机，诸多行业报告沿用那个说法，但现在越来越多的企业将该等产品称之为 ATE system，测试系统的说法结束流行，整体上无论是被称为 Tester 依然 ATE system，皆为软硬件一体。半导体测试机测试半导体器件的电路功能、电性能参数，的确涵盖直流参数（电压、电流）、交流参数（时间、占空比、总谐波失真、频率等）、功能测试等。集成电路测试贯穿了集成电路设计、生产过程的核心环节，的确如下：
第一、集成電路的設計流程需要芯片驗證，即對晶圓樣品和集成電路封裝樣品進行有效性驗證；
第二、生産流程包括晶圓制造和封裝測試，在這兩個環節中也许由于設計不完善、制造工藝偏差、晶圓質量、環境汙染等因素，造成集成電路功能失效、性能降低等缺陷，因此，分别需要完成晶圆检测（CP, Circuit Probing）和成品测试（FT, Final Test），通過分析測試數據，能夠確定具體失效原因，並改進設計及生産、封測工藝，以提高良率及中文产品質量。無論哪個環節，要測試芯片的各項功能指標均須完成兩個步驟：一是將芯片的引腳與測試機的功能模塊連接起來，二是通過測試機對芯片施加輸入信號，並檢測輸出信號，判斷芯片功能和性能是否達到設計要求。
3.3.1. 全球市场及要紧厂商：爱德万、泰瑞达寡头垄断，进口替代需求迫切
后道测试设备三大寡头垄断，日本Advantest、美国Teradyne和Cohu共计占比超 90%。其中，Advantest在应用占比最大的SOC土地具备较大的优势；Teradyne则是在应用占比第二大的存储土地具备优势。目前模拟、功率土地国产化替代初显，但在SOC与存储这两个土地是技术难度最高，也是国内后道测试设备厂商急需突破的土地。
1）泰瑞達（Teradyne）
泰瑞达目前是全球最大的半导体测试设备公司，总部位于美国马萨诸塞州，于 1960 年成立，目前员工人数超过 4,900 人。泰瑞达差不多在行业内深耕半个多世纪，要紧产品包含半导体测试系统、国家部委/航空存储测试系统、无线测试系统以及协作机器人业务，其中半导体测试系统涵盖逻辑、射频、模拟、电源管理、混合信号和存储设备等多个方向。作为半导体测试设备的龙头企业，自上世纪 80 年代起，泰瑞达先后收购了Zehnetel、Magatest 等多家公司，快速地扩展了自己的半导体测试设备业务，成为 SoC 类测试、数字\模拟信号类和电路板测试设备等细分土地的市场领导者。
2008 年，泰瑞达收购了服务于闪存测试市场的 Nextest 和模拟测试市场的领跑者Eagle Test System （ETS）。至此，泰瑞达成为能够提供模拟、混合信号、存储器及超大规模集成电路测试设备的厂商，下游客户遍布整个半导体産業鏈。2018 年度，泰瑞达营业收入为 21.01 亿美元（约合人民币 144.18 亿元），净利润为 4.52 亿美元（约合人民币 31.01 亿元）。
2）愛德萬（Advantest）
爱德万是存储器测试龙头企业，总部位于日本東京，于 1946 年创立，1972年进入半导体测试系统行业，目前员工人数超过 4,500 人。业务涵盖 SoC 测试系统、存储器测试系统、分选机等土地以及其他新兴业务与服务土地。
20 世纪 70 年代初，爱德万应日本机械振兴协会的要求，研发日本第一台10MHz IC 测试系统，正式进军半导体测试设备土地。80 年代，凭借对全球半导体产业需求变化敏锐的嗅觉，爱德万于 1976 年推出了全球首台 DRAM 测试机T310/31，并在存储器测试机土地长期占据优势地位。2011 年，爱德万成功收购 惠瑞杰（Verigy）结束进军 SoC 测试市场。在 SoC 测试设备市场，其市场占有 率仅次于泰瑞达，位居全球第二。六十多年来，爱德万测试已成为全球最大的集 成电路自动测试设备供应商之一。2019 财年（截至 2019 年 3 月 31 日），爱德万营业收入为 2,824.56 亿日元（约 合人民币 171.08 亿元），净利润为 569.93 亿日元（约合人民币 34.52 亿元）。
3）科休半導體（Cohu）
科休半导体是全球测试分选机、半导体测试系统领先企业，总部位于美国特拉华州，于 1947 年成立，目前员工人数超过 3,500 人，要紧业务包括半导体分选机、裸板 PCB 测试系统及接口产品、备件和套件等辅助设备。2018 年 10 月，科休半导体收购了国际知名的半导体测试设备厂商 Xcerra，成功进入半导体测试系统土地。
4) ASM PACIFIC (ASMPT)
ASMPT于1975年在香港成立，集团是全球首个为半导体封装及电子产品生产的所有工艺步骤提供技术讲和决方案的设备制造商，包括从半导体封装材料和后段（芯片集成、焊接、封装）到SMT 工艺。全球並無其他設備供應商擁有類似的全面中文产品組合及對裝嵌及SMT顺序的廣泛知識及經驗。
半导体解决方案分部生产及提供半导体装嵌及封装设备，应用于微电子，半导体，光电子，及光电市场。其提供多元化产品如固晶系统，焊线系统，滴胶系统，切筋及成型系统及全方位生产线设备。SMT 解决方案业务担负为 SMT、半导体和太阳能市场开发和分销一流的 DEK 印刷机，以及一流的 SIPLACE SMT 贴装解决方案。ASMPT总部位于新加坡，自1989年起在香港联交所上市。
在ASMPT LED /光电产品应用解决方案以及先进封装解决方案中包含了晶圆测试，一站式测试及分类等测试设备。
ASMPT要紧測試設備：
全球測試機要紧細分領域占比：
細分領域中SOC測試機，泰瑞達占比51%，愛德萬占比35.5%，科休占比4.7%。存儲器測試機愛德萬占比60%，泰瑞達占比25%。
全球半导体测试机市场出现高集中度的特点，2017 年市场占有率最高的前两家企业共计市场份额达近九成。在国内市场，以华峰测控为代表的少数国产测试设备厂商已进入国内外封测龙头企业的供应商体系，正通过不断的技术创新逐步实现进口替代。
国内外测试设备制造商在确定其技术路线和产品结构时均有所侧重，如泰瑞达（Teradyne）要紧产品为测试机，爱德万（Advantest）要紧产品为测试机和分选机，科利登（Xcerra）要紧产品为测试机，東京电子（Tokyo Electron）要紧产品为探针台，北京华峰要紧产品为测试机，上海中艺要紧产品为分选机。
3.3.2. 中国要紧厂商：主动布局追赶，夯实国内，开拓海外
我國少數國産測試設備廠商已進入國內外封測龍頭企業的供應商體系，正通過不斷的技術創新逐漸實現進口替代
從測試機的中文产品結構來看，2018年中國集成電路測試機中存儲器測試機和SoC測試機所占份額位居前兩位，分別爲43.8%和23.5%；數字測試機、模擬測試機、分立器件測試機緊隨其後，分別爲12.7%、12.0%以及6.8%，RF測試機爲0.9%。
由上圖可見存儲器測試機需求量最大
國內測試設備要紧公司：
1)武漢精鴻（母公司精測電子300567.SZ）
由上图可见目前存储器测试设备要紧分爲CP Tester、B/I Tester、FT Tester和SLT Tester，其中CP Tester占57.69%。
存儲器測試設備是制約我國存儲器制造業快速發展的“卡颈项”難題。存儲器測試設備的加速升級是亟需解決的重點。武漢精鴻正是在此背景下新成立，專注于存儲器芯片測試設備的廠商。目前武漢精鴻已經在存儲測試設備領域的各個方面展開布局。武漢精鴻在BI測試、CP/FT測試已經基本實現小批量産，短期內可實現規模量産。
武漢精鴻在Burn-in這個領域已經較靠前，相關中文产品已經實現量産，目前已交付長江存儲，取得了很好的反饋。在其他相關技術所取的成就方面，武漢精鴻目前在並測數方面已經取得一定成果，譬如最新開發的CP測試設備，相關指標已經超過對標中文产品，要紧原因是單板設計方面做了很大的改良。在整機散熱方面，通過實驗室的仿真改良，也有機會在該領域有所斬獲。而在信號互連方面，目前也在加大研發，爭取在該領域有所突破。
2)長川科技（300604.SZ）
长川科技成立于 2008 年，总部位于中国杭州市，要紧从事集成电路专用设备的研发、生产和销售，是一家致力于提升我国集成电路专用测试技术水平、主动推动集成电路装备业升级的国家高新技术企业和软件企业，在职员工数量共计452 人（截至 2018 年末）。长川科技的要紧产品包括测试机、分选机及自动化生产线。
2018 年 5 月，长川科技公报计划收购新加坡集成电路封装测试设备制造公司 STI，系长新投资持有的核心资产。截至 2019 年 7 月 31 日，长川科技差不多取得长新投资 100%股权，相关工商变更登记手续差不多办理结束。
要紧設備：
3)華峰測控（688200.SH）
北京華峰測控公司主營業務爲半導體自動化測試系統的研發、生産和銷售，中文产品要紧用于模擬及混合信號類集成電路的測試，中文产品銷售區域覆蓋中國大陸、中國台灣、美國、歐洲、日本、韓國等全球半導體産業發達的國家和地區。自成立以來，公司始終專注于半導體自動化測試系統領域，以其自主研發的中文产品實現了模擬及混合信號類集成電路自動化測試系統的進口替代。目前，公司已成長爲國內最大的半導體測試系統当地供應商，也是爲數不多進入國際封測市場供應商體系的中國半導體設備廠商。
華峰測控，長川科技關鍵測試設備技術指標對比，國內公司有望達到國際一流水平，下圖中達到或超過世界一流公司的已打星表达
3.4. 探针台：担负晶圆输送与探针定位，提升测试功效
探針台(Prober)：
3.4.1. 全球市场及要紧厂商：東京精密、東京电子寡头垄断，中国增速加快
由下圖可見我國探針台市場規模2019年約爲10.25億元，2022年將增長到15.69億元。可見2020年起國內（黃色線）半導體探針台市場增速有望大于全球（灰色線）。
半導體探針台廠商的競爭布置：東京精密，東京電子較高壟斷市場
半導體設備的技術壁壘高。隨著半導體行業的敏捷發展，半導體中文产品的加工面積成倍縮小，複雜程度與日俱增，生産半導體中文产品所需的制造設備需要綜合運用光學、物理、化學等科學技術，具有技術壁壘高、制造難度大及研發投入高等特點。
國際企業占主導，國內企業在突破。從全球市場看，半導體探針台設備行業集中度較高，目前要紧由國外廠商主導，行業呈現較高壟斷的競爭布置。東京精密(Accretech)、東京电子(Tokyo Electron)两家公司占据全球约七成的市场份额。其次为中国台湾企业，如台湾惠特、台湾旺矽等也占有较大的市场份额，特别是在LED探针台土地具有优势。
3.4.2. 中国要紧厂商：抓住市场机遇，技术积累，蓄势待发
从国内市场看，東京精密(Accretech)市场占比最高；第二梯队为東京电子(Tokyo Electron)；而台湾惠特和深圳矽电相差不大，占比在13%-15%。而中国当地企业中，深圳矽电是国内规模最大的探针台生产企业，进展较快，近三年营业收入保全年均20%以上的增速，同时在大陆市场的基础上，结束拓展中国台湾地区市场。
另外，國內長川科技、中國電子科技集團45所、西700廠等廠商值得關注。長川科技的要紧中文产品爲測試機和分選機，探針台處于研發階段，尚未形成收入。中國電子科技集團45所的探針台在改造開放前曾一度是國內市場的主流機型，市場占有率高達67%，近年來依靠原有技術積澱發展較快，探針台中文产品包括手動探針測試台和自動探針測試台；西700廠要紧側重于研制4探針模式的手動探針台。
探針台市場趨勢：長期看好
長期來看，國內的半導體整體産業及半導體制造業增長穩定，帶動封測需求。隨著聯網設備的大規模成長，以及對數據處理、運算能力和數據存儲的需求激升，驅動了物聯網、人工智能與高效能運算等技術的逐漸成熟，人工智能及物聯網等終端中文产品的應用，包括5G通訊、工業用智能制造、車用電子與聪明家居等需求即將量增。終端應用持續攀升將導致對半導體的需求日漸增長，刺激半導體封測技術、需求明顯提升，催生IC封裝從低階封裝技術，朝向高階和先進封裝技術等領域發展。對于仰仗半導體封測業的探針台産業而言，終端應用衍生的高階封裝需求猛增，封測需求持續成長，加上半導體産業導入新材料所衍生的各種機會，都有望刺激探針卡市場需求持續增長。
技術趨勢：向高、精、尖和自動化發展
晶圓尺寸持續增大，從6”到8”再到目前的12"，而對應的探針台也從手動向半自動和全自動發展。在此過程中，涉及到晶圓尺寸、精度、辨别率以及測試原理等變化，未來的探針台將沿著以下幾個方向改進。
(1)測試品種多。早期的探針台要紧針對一些分立器件進行測試，測試精度要求不是很高，但是隨著信息化的發展、晶圓片尺寸增加、封裝尺寸的減小以及納米工藝技術的成熟，對測試功效和穩定性提出很高的要求。其中文产品測試已經擴展到SOC、霍爾元件等領域，因此，大直徑晶圓片測試、全自動晶圓測試以及高性能晶圓片測試是未來的發展方向。
(2)微变形接触技术。Mirco Touch微接触技术，它减少了测试易碎器件或者pad处于活动电测区域下的接触破坏，实现了关于铅直升降系统的精准的控制，大大降低了探针接触晶圆的冲锋力，同时也提高了测试过程中探针的精准度，保证了良品率。因此，未来的探针台将会在微变形接触等技术上投入更大的成本。
(3)非接触测量技术。随着电磁波理论和RFID (射频识别)技术的成熟，接触式测试将会因为更高的良率、更短的测试时间以及更低的产品成本等潜在优势越来越受到青睐。这种测试方法中，每个裸片内含集成天线，TESTER通过电磁波与其通信，可以排除在标准测试过程中无意偶尔产生的测试盘被损时间，减低缺陷率。
目前，我國的半導體行業的國産化率仍然比較低，設備領域特别明顯，探針台市場領域，國産設備的在國內市場的份額不超過20%，亟需發展和提高。隨著以深圳矽電、長川科技、中電科45所爲代表的國內産設備企業飛速發展，預計未來國産探針台在國內市場的占比將越來越高。國內半導體産業的逐步崛起，將給上遊設備龍頭公司帶來較大的成長空間。
3.5. 分选机：高精度高兼容，担负产品的测试接触、拣选和传送
分選機（Handler）：
封裝測試環節的核心設備爲測試機和分選機。分選機要紧承擔機械方面的任務，包括中文产品的測試接觸、揀選和傳送等。分選機把待測芯片逐個自動傳送至測試工位，芯片引腳通過測試工位上的金手指、專用連接線與測試機的功能模塊進行連接，測試機對芯片施加輸入信號並采集輸出信號，完成封裝測試。測試結果通過通信接口傳送給分選機，分選機據此對被測試集成電路進行標記、分選、收料或編帶。集成電路中文产品的封裝類別多樣化，使得分選機設備生産商需要持續改進機械結構和精度，並提高其兼容性，以滿足對不同封裝尺寸和外形的需求。
3.5.1. 全球市场及要紧厂商：壁垒多重，布置未定，中国有望取得话语权
上圖可見，分選機市場中Advantest和Cohu占了一半的市場份額，其余的一般有其他廠商疏散占據，可以說布置相對疏散，國內有望加速取得市場話語權。
國內要紧公司：
1）長川科技（300604.SZ）
長川科技生産的集成電路測試機和分選機中文产品已獲得長電科技、通富微電、士蘭微、華潤微電子、日月光等多個一流集成電路企業的使用和認可。
2）上海中藝
上海中艺成立于 2001 年，要紧从事集成电路自动化设备的研发、制造、销售，要紧产品包括集成电路分选机、编带机等。
4. 風險提示
半導體行業周期性
半導體行業與宏觀經濟形勢紧密相關，具有周期性特征。如果全球及中國宏觀經濟增長大幅放緩，或行業景氣度下滑，半導體廠商的資本性支出也许延緩或減少，對半導體測試系統的需求亦也许延緩或減少，將給測試公司的短期業績帶來一定的壓力。
産業配套環境有待進一步改善
半導體測試系統橫跨高精密的自動化裝備和新一代信息技術，研發和生産均需使用高精度元器件，行業整體水平的提升既需要廠商自身具備較強的研發及制造能力，也需要相關基礎配套行業提供有力支撐。我國與此相關的産業較國外而言相對落後，可供選擇的高精度國産元器件較少，與部分國外競爭對手相比，國産系統生産商無法享受到同等成熟程度的産業配套，也许會制約集成電路專用設備制造業的發展。
高端技術人才相對缺少
近年來，國家對半導體測試系統行業給予鼓勵和支持，但該行業屬于技術麋集型産業，經驗積累和技術創新至關重要，人才的培養需要一定時間和相應的環境，對比發達國家和地區，我國半導體行業發展曆程相對較短，現有半導體産業及其專用設備制造業的人才和技術水平難以滿足行業內日益增長的人才需求，這是造成半導體研發及設備制造技術基礎相對薄弱的要紧原因之一，盡管近年來我國人員培訓力度逐步加大，專業人員的供給量也在逐年飞腾，教育部多次出台政策加大人才培養支持，擴大半導體相關學科專業人才培養規模，但高端人才相對匮乏的情況依然存在。
國內企業規模較小、品牌影響力不足
目前我國集成電路測試行業整體發展的期限較短，和國外大型測試企業相比，國內的測試企業在規模上還有一定的差距。另外，由于國際知名集成電路測試公司在國內設立測試基地占據了一定的市場份額，與國際知名集成電路測試公司相比，國內測試企業的品牌影響力和知名度仍有一定差距。如何進一步提高品牌影響力，是國內集成電路測試企業能否擴大市場占有率的關鍵。
注：文中看法节选自天风证券研究所已公开发布研究报告，的确报告内容及相关風險提示等详见完整版报告。
證券研究報告《半導體檢測設備：從前道到後道，全程保駕護航》
对外发布时间 2021年3月16日
报知道布机构 天风证券股份有限公司
本報告分析師
潘暕 SAC执业证书编号：S1110517070005
陈俊杰 SAC执业证书编号：S1110517070009
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