量測(cè)與檢測(cè)設(shè)備，是保證集成電路芯片生產(chǎn)線快速進(jìn)入量產(chǎn)階段并獲取穩(wěn)定的高成品率和高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵性設(shè)備。但國(guó)產(chǎn)率卻低到不可想象，市場(chǎng)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(cè)、精測(cè)電子、上海睿勵(lì)等一批優(yōu)秀國(guó)產(chǎn)企業(yè)，正前行在半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化道路上。

　　1 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的保駕護(hù)航者

　　近年來(lái)，隨著國(guó)家和市場(chǎng)對(duì)國(guó)產(chǎn)EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)行業(yè)的重視程度不斷增加，上下游協(xié)同顯著增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)在各方面利好影響下逐漸興起。2020年中國(guó)EDA市場(chǎng)規(guī)模約93.1億元，同比增長(zhǎng)27.7%，占全球市場(chǎng)份額的9.4%(圖1)。

　　電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件，來(lái)完成超大規(guī)模集成電路(VLSI)芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)等流程的設(shè)計(jì)方式。

　　圖1 2017-2021年中國(guó)EDA市場(chǎng)規(guī)模(億元)

　　與EDA行業(yè)發(fā)展密切相關(guān)的是集成電路技術(shù)，而半導(dǎo)體設(shè)備作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基石之一，則是推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新的引擎。2021年，中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)連續(xù)增長(zhǎng)，銷售額為1993.35億元，同比增長(zhǎng)58.1%，連續(xù)兩年成為全球第一大半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)(圖2)。

　　圖2 2017-2021年中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模(億元)

　　在半導(dǎo)體設(shè)備的細(xì)分市場(chǎng)中，檢測(cè)設(shè)備是僅次于刻蝕、沉積和光刻設(shè)備的第四大核心設(shè)備(圖3)。

　　圖3 2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)格局

　　半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備在從設(shè)計(jì)驗(yàn)證到整個(gè)半導(dǎo)體制造過(guò)程都具有無(wú)法替代的重要地位，在各個(gè)環(huán)節(jié)都要進(jìn)行反復(fù)多次的檢測(cè)、測(cè)試以確保產(chǎn)品質(zhì)量，從而研發(fā)出符合系統(tǒng)要求的器件。而集成電路相關(guān)器件的故障成本則十分高昂，從 IC 級(jí)別的數(shù)十美元，到模塊級(jí)別的數(shù)百美元，乃至應(yīng)用端級(jí)別的數(shù)千美元。

　　圖4 芯片測(cè)試流程圖

　　由此可見(jiàn)，隨著EDA    行業(yè)中半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，檢測(cè)設(shè)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(cè)儀器，未來(lái)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的重要地位將會(huì)保持穩(wěn)定。

　　圖5 全球半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模(億美元)

　　圖6 中國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)和量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模(億美元)

　　從設(shè)備分類來(lái)看，整個(gè)半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)鏈中涉及的檢測(cè)設(shè)備可以分為質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備和電學(xué)測(cè)試設(shè)備兩類。

　　圖7 2020年全球半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備細(xì)分設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模

　　按照生產(chǎn)流程，半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備分別作用于驗(yàn)證測(cè)試、晶圓測(cè)試和封裝測(cè)試(圖7、8)。由于晶圓生產(chǎn)的高附加值，也更加驗(yàn)證了半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備的重要性。

　　圖8 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中涉及到的檢測(cè)設(shè)備的分類

　　從技術(shù)原理上看，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的檢測(cè)設(shè)備技術(shù)包括光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、電子束檢測(cè)技術(shù)和 X 光量測(cè)技術(shù)等(表1)。而技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)方面：隨著集成電路器件物理尺度的縮小并逐漸向三維結(jié)構(gòu)發(fā)展，需要檢測(cè)的缺陷尺度和測(cè)量的物理尺度也在不斷縮小，與此同時(shí)，三維空間的檢測(cè)業(yè)也在持續(xù)滲透。

　　表1 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的檢測(cè)設(shè)備技術(shù)分類

　　2 壟斷與管制之下，國(guó)內(nèi)廠商砥礪前行

　　上文提及，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的檢測(cè)設(shè)備貫穿每一步驟的過(guò)程工藝控制，全球市場(chǎng)空間超百億美元。如果檢測(cè)設(shè)備不取得突破，我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備仍有被卡脖子之虞。美國(guó)KLA(科磊)在半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備的市場(chǎng)占有率高達(dá)50.8%，是中國(guó)國(guó)產(chǎn)替代道路上的強(qiáng)勁阻力之一(圖9)。

　　圖9 半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備各企業(yè)市場(chǎng)占有率

　　除此之外，美國(guó)應(yīng)用材料和日本日立也是中國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化道路上的勁敵。

　　中國(guó)作為全球最大的集成電路生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)市場(chǎng)，集成電路的產(chǎn)業(yè)規(guī)模正不斷擴(kuò)大。但是，目前中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)整體國(guó)產(chǎn)化率的提升還處于起步階段，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商所使用的半導(dǎo)體設(shè)備仍主要依賴進(jìn)口。根據(jù)海關(guān)總署的統(tǒng)計(jì)，2022 年半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)口額為 347.2 億美元，同比下降15.3%(圖10)，半導(dǎo)體設(shè)備仍有較大國(guó)產(chǎn)替代空間。

　　圖10 中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)出口情況(億美元)

　　除了技術(shù)壁壘是中國(guó)企業(yè)需要克服的難題之外，貿(mào)易摩擦也是值得關(guān)注的問(wèn)題。2022年，中美貿(mào)易摩擦愈演愈烈，美國(guó)再次收緊對(duì)華芯片設(shè)備出口限制，為遵循這一規(guī)定，美國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備公司科磊(KLA)已停止向中國(guó)客戶提供先進(jìn)芯片的供應(yīng)和服務(wù)，包括停止向中國(guó)的晶圓廠提供部分領(lǐng)域的銷售和服務(wù)，其中包括128層以上的NAND芯片、18nm及以下的DRAM芯片以及先進(jìn)的邏輯芯片。

　　日本方面，2023年5月，日本政府正式出口管制規(guī)定，限制23種高性能半導(dǎo)體制造設(shè)備出口，新規(guī)將在7月23日施行。包括光刻、刻蝕、熱處理、清洗、檢測(cè)等6大類23種半導(dǎo)體制造設(shè)備(或物項(xiàng))，主要針對(duì)高端半導(dǎo)體制造設(shè)備，在清單內(nèi)的受管制物品在向中國(guó)大陸、俄羅斯等地區(qū)出口時(shí)，需要獲得日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的許可證。

　　除此之外，荷蘭政府在2023年3月8日表示，計(jì)劃對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)出口實(shí)施新的管制。荷蘭半導(dǎo)體企業(yè)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(cè)重于先進(jìn)的芯片制造技術(shù)，管制措施將涉及最先進(jìn)的深紫外(DUV)光刻設(shè)備。

　　半導(dǎo)體設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程迫在眉睫(表2)。

　　表2 主要半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率情況

　　雖然處于壟斷與管制之下，但國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備廠已逐步實(shí)現(xiàn)出貨，初露鋒芒，在部分細(xì)分領(lǐng)域吹響國(guó)產(chǎn)替代的號(hào)角。

　　3 如何打造中國(guó)KLA

　　半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備技術(shù)壁壘高，技術(shù)自主創(chuàng)新是推動(dòng)高端測(cè)試設(shè)備產(chǎn)業(yè)向前邁進(jìn)的必要條件，高研發(fā)投入才能更好地造就較強(qiáng)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，議價(jià)權(quán)也能有所提升。目前中國(guó)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備主要參與的公司有上海精測(cè)、上海睿勵(lì)、中科飛測(cè)、東方晶圓等，這些廠商正在積極推出其產(chǎn)品線，豐富產(chǎn)品布局并持續(xù)完善，以應(yīng)對(duì)多個(gè)下游應(yīng)用領(lǐng)域的需求，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備發(fā)展。

　　中科飛測(cè)是中國(guó)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域的領(lǐng)跑企業(yè)，公司產(chǎn)品布局涵蓋無(wú)圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備系列、圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備系列、三維形貌量測(cè)設(shè)備系列、薄膜膜厚量測(cè)設(shè)備系列等設(shè)備，且營(yíng)收規(guī)模大于其他國(guó)內(nèi)廠商。同時(shí)，公司正在積極研發(fā)納米圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備、晶圓金屬薄膜量測(cè)設(shè)備等其他型號(hào)的設(shè)備，相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)成功后將進(jìn)一步提高公司產(chǎn)品線覆蓋的廣度，填補(bǔ)國(guó)產(chǎn)空白。

　　半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備行業(yè)對(duì)客戶的粘性較高，應(yīng)以客戶為中心，構(gòu)建需求驅(qū)動(dòng)和服務(wù)至上的市場(chǎng)體系。可為大客戶建立專屬的服務(wù)團(tuán)隊(duì)以提供及時(shí)的駐廠服務(wù)技術(shù)支持、快速響應(yīng)客戶的需求，同時(shí)也能縮短新產(chǎn)品導(dǎo)入的工藝磨合時(shí)間，以保持客戶資源穩(wěn)定，服務(wù)收入也將成為穩(wěn)定的收入來(lái)源之一。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　國(guó)產(chǎn)替代的號(hào)角已響起，目前中國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備基本已實(shí)現(xiàn)從0到1的階段，有望步入快車道。風(fēng)浪越大魚越貴，國(guó)外勢(shì)力的封鎖和打壓，中國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備企業(yè)迎來(lái)了戰(zhàn)略機(jī)遇期。而中國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇與危機(jī)，映射出的，是整個(gè)集成電路行業(yè)的安全與穩(wěn)定。集成電路產(chǎn)業(yè)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都不容被忽視。