在測試設(shè)備中，測試機(jī)用于檢測芯片功能和性能，技術(shù)壁壘高，尤其是客戶對于集成電路測試在測試功能模塊、測試精度、響應(yīng)速度、應(yīng)用程序定制化、平臺可延展性以及測試數(shù)據(jù)的存儲、采集和分析等方面提出愈來愈高的要求。

　　半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的“全科醫(yī)院”的測試廠，面臨著怎樣的機(jī)遇。

　　01

　　國內(nèi)“地大物博”

　　2019年我國半導(dǎo)體檢測設(shè)備市場規(guī)模約為147億元，2020年我國半導(dǎo)體檢測設(shè)備市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了176億元，隨著我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國半導(dǎo)體檢測設(shè)備市場規(guī)模有望接近400億元。

　　量/檢測設(shè)備是半導(dǎo)體制造重要的質(zhì)量檢查工藝設(shè)備，價值量占比較高，2019年銷售額在半導(dǎo)體設(shè)備中占比達(dá)到11%，僅次于薄膜沉積、光刻和刻蝕設(shè)備，遠(yuǎn)高于清洗、涂膠顯影、CMP等環(huán)節(jié)。預(yù)計2023年中國大陸量/檢測設(shè)備市場規(guī)模將達(dá)到326億元，市場需求較為廣闊。

　　全球范圍內(nèi)來看，KLA在半導(dǎo)體量/檢測設(shè)備領(lǐng)域一家獨大，2020年在全球市場份額高達(dá)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(lǐng)域，KLA全球市場份額更是分別高達(dá)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(xiàn)一定突破，但量/檢測設(shè)備仍是前道國產(chǎn)化率最低的環(huán)節(jié)之一。若以批量公開招標(biāo)的華虹無錫和積塔半導(dǎo)體為統(tǒng)計標(biāo)本，2022年1-10月份2家晶圓廠量/檢測設(shè)備國產(chǎn)化率僅為8%，遠(yuǎn)低于去膠機(jī)、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備等環(huán)節(jié)。展望未來，在美國制裁升級背景下，KLA在中國大陸市場的業(yè)務(wù)開展受阻，本土晶圓廠加速國產(chǎn)設(shè)備導(dǎo)入，量/檢測設(shè)備有望迎來國產(chǎn)替代最佳窗口期。

　　美國對中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制裁升級，引發(fā)市場恐慌，核心體現(xiàn)在：1)對128層及以上3DNAND芯片、18nm半間距及以下DRAM內(nèi)存芯片、14nm以下邏輯芯片相關(guān)設(shè)備進(jìn)一步管控?？紤]到本土28nm以下邏輯芯片擴(kuò)產(chǎn)需求較少，市場擔(dān)憂主要聚焦在2024年后存儲擴(kuò)產(chǎn)預(yù)期。2)在沒有獲得美國政府許可情況下，美國國籍公民禁止在中國從事芯片開發(fā)或制造工作，包括美國設(shè)備的售后服務(wù)人員，引發(fā)市場對于本土半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)美籍高管&技術(shù)人員擔(dān)憂。

　　02

　　高度壟斷的市場

　　檢測設(shè)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。如果量檢測設(shè)備不取得突破，我國半導(dǎo)體設(shè)備仍有被卡脖子之虞。美國KLA(科磊)在量檢測領(lǐng)域市占率高達(dá) 52%，是國產(chǎn)替代道路上的最大阻力之一。

　　全球半導(dǎo)體量測設(shè)備KLA一家獨大，市場份額50.8%。KLA在全球5大半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)(AMAT、LAM、ASML、TEL)中，表現(xiàn)出了相對更穩(wěn)定的成長性和更高的盈利能力。它的核心競爭力是值得國內(nèi)廠商借鑒的?？评诋a(chǎn)品線貫穿前道工藝過程控制全流程。從產(chǎn)品線來看，公司下游應(yīng)用于晶圓、光罩制造、半導(dǎo)體、封裝、PCB 和 LED 等工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)品貫穿前道工藝過程控制全流程，包括Surfscan 無圖案晶圓缺陷檢測系統(tǒng)、eDR7xxx 電子束晶圓缺陷檢測系統(tǒng)、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(tǒng)、29xx 寬光譜等離子圖案晶圓缺陷檢測系統(tǒng)、Puma 激光掃描圖案晶圓缺陷檢測系統(tǒng)、Teron 光罩缺陷檢測系統(tǒng)、Archer套刻量測系統(tǒng)等，并在缺陷檢測領(lǐng)域市占率較高。

　　首先KLA的技術(shù)創(chuàng)新，50年來公司持續(xù)領(lǐng)跑各種復(fù)雜尖端的量測技術(shù)，研發(fā)投入占比高達(dá)15%，21年達(dá)到9億美元。其次是全面的產(chǎn)品組合，滿足客戶對精確度和吞吐量的雙重要求;另外還有強大的服務(wù)體系和供應(yīng)鏈管理：KLA全球裝機(jī)量近6萬臺，平均使用壽命12年，服務(wù)收入占比1/4左右。深厚的供應(yīng)商關(guān)系確保了供應(yīng)的連續(xù)性和高質(zhì)量，與KLA設(shè)計和制造業(yè)務(wù)密切協(xié)調(diào)，確保無縫的客戶體驗。KLA基于強大的持續(xù)改進(jìn)文化的指標(biāo)管理，用嚴(yán)格的組織和獨特的系統(tǒng)來管理復(fù)雜的全球供應(yīng)鏈。

　　03

　　國內(nèi)廠商布局

　　市場規(guī)模增長的同時，半導(dǎo)體測試設(shè)備的復(fù)雜度也在提升。半導(dǎo)體測試設(shè)備大致經(jīng)歷了3個階段。

　　1990年至2000年期間，半導(dǎo)體主流工藝基本處于0.8μm至0.13μm之間。這一階段CMOS工藝蓬勃發(fā)展，SoC芯片功能越來越強。人們不斷在芯片上集成模擬功能與數(shù)據(jù)接口。傳統(tǒng)測試平臺越來越難以覆蓋新增加的高速模擬接口的測試需求。因此，這個時期對測試設(shè)備業(yè)來說，或可稱為功能時代，主要體現(xiàn)為企業(yè)不斷增加測試設(shè)備的功能性，以滿足日趨復(fù)雜的SoC芯片需求。到了2000—2015年，半導(dǎo)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，晶體管的集成度也越來越高。芯片規(guī)模變大帶來的直接挑戰(zhàn)就是測試時間的延長，測試成本占比提高。如果說功能時代都是單工位測試，即同一時間只能測一顆芯片，那么進(jìn)入這個時期人們對并行測試的要求就在不斷提高了。測試設(shè)備板卡上面集成的通道數(shù)越來越多，能夠同時做2工位、4工位、8工位的測試。這個時代也是資本最有效的時代，或可稱為資本效率時代。

　　進(jìn)入2020年之后，半導(dǎo)體工藝沿著5nm、2/3nm繼續(xù)演進(jìn)，芯片復(fù)雜度也在不斷增加。隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動駕駛等新興市場的崛起，一顆芯片上承載的功能越來越多，產(chǎn)品迭代速度越來越快，甚至很多像AI和AP這樣高復(fù)雜度芯片也要求進(jìn)行逐年迭代。這意味著芯片測試的復(fù)雜度大幅遞增。測試設(shè)備進(jìn)一步分化，需要針對不同領(lǐng)域、不同要求進(jìn)行調(diào)整。

　　國內(nèi)廠商也在奮起追趕。

　　日前，中科飛測通過注冊，準(zhǔn)備在科創(chuàng)板上市，計劃募資 10 億元。根據(jù) IPO 顯示，中科飛測主要產(chǎn)品為，質(zhì)量控制設(shè)備。分為檢測設(shè)備和量測設(shè)備兩大類。檢測設(shè)備的主要功能系檢測晶圓表面或電路結(jié)構(gòu)中是否出現(xiàn)異質(zhì)情況。量測設(shè)備的主要功能系對被觀測的晶圓電路上的結(jié)構(gòu)尺寸和材料特性做出量化描述。值得注意的是，兩種設(shè)備其主要應(yīng)用場景，為 28nm 及以上制程或精密加工，而 28nm 及以下的制程設(shè)備，目前只是在研發(fā)試驗階段。

　　中科飛測的經(jīng)營狀況卻遠(yuǎn)不如市場預(yù)期那般紅火。一方面是，中科飛測從事本行業(yè)時間太短，大量技術(shù)細(xì)節(jié)需要自行摸索，導(dǎo)致研發(fā)成本極高。另外一方面則是關(guān)鍵設(shè)備，需要對外采購且占比極大，如果中科飛測不能再未來幾年內(nèi)解決上述問題，必將給公司后續(xù)發(fā)展，埋下大量隱患。

　　其實中科飛測的困境也是很多國內(nèi)廠商面臨的問題。從收入結(jié)構(gòu)來看，中科飛測 7 成左右收入，來自晶圓檢測設(shè)備。該設(shè)備主要用于芯片生產(chǎn)線中，檢測晶圓表面或電路結(jié)構(gòu)中是否出現(xiàn)異質(zhì)情況，如顆粒污染、表面劃傷、開短路等對芯片工藝性能具有不良影響的特征性結(jié)構(gòu)缺陷。以及出廠、入廠晶圓質(zhì)量控制。然而，該領(lǐng)域內(nèi)，中科飛測面臨極高的競爭風(fēng)險。首先，該設(shè)備長期被外國廠商所壟斷。其中科磊半導(dǎo)體、應(yīng)用材料、日立三家國際廠商在中國合計占有率超過 70%。2020 年，國內(nèi)該類型設(shè)備國產(chǎn)率不足 2%。

　　技術(shù)自主創(chuàng)新是推動高端測試設(shè)備產(chǎn)業(yè)向前邁進(jìn)的必要條件。為了真正解決當(dāng)前的技術(shù)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(guān)產(chǎn)業(yè)和科技創(chuàng)新水平的提高，努力為卡脖子問題尋找解決方案。另外高端測試設(shè)備行業(yè)的創(chuàng)新能力取決于開發(fā)人員的內(nèi)部素質(zhì)水平。鼓勵相關(guān)領(lǐng)域高水平人才的引進(jìn)和培養(yǎng)，以及加強人才培訓(xùn)，不僅有助于提高中國的研發(fā)水平，還有助于加強自主創(chuàng)新。