雷火竞技半导体设备中国半导体检测设备机遇正当时

　　半导体测试可以按生产流程可以分为三类：验证测试、晶圆测试测试、封装检测。由于晶圆生产附加值极高，因此半导体检测设备在半导体产业中的地位日益凸显。

　　在测试设备中，测试机用于检测芯片功能和性能，技术壁垒高，尤其是客户对于集成电路测试在测试功能模块、测试精度、响应速度、应用程序定制化、平台可延展性以及测试数据的存储、采集和分析等方面提出愈来愈高的要求。

　　2019 年我国半导体检测设备市场规模约为 147 亿元，2020 年我国半导体检测设备市场规模已经达到了 176 亿元，随着我国半导体产业的不断发展，我国半导体检测设备市场规模有望接近 400 亿元。

　　量/检测设备是半导体制造重要的质量检查工艺设备，价值量占比较高，2019 年销售额在半导体设备中占比达到 11%，仅次于薄膜沉积、光刻和刻蚀设备，远高于清洗、涂胶显影、CMP 等环节。预计 2023 年中国大陆量/检测设备市场规模将达到 326 亿元，市场需求较为广阔。

　　全球范围内来看，KLA 在半导体量/检测设备领域一家独大，2020 年在全球市场份额高达 51%，尤其是在晶圆形貌检测、无图形晶圆检测、有图形晶圆检测领域，KLA 全球市场份额更是分别高达 85%、78%、72%。中科飞测、上海精测、睿励科学、东方晶源等本土厂商虽已经实现一定突破，但量/检测设备仍是前道国产化率最低的环节之一。若以批量公开招标的华虹无锡和积塔半导体为统计标本，2022 年 1-10 月份 2 家晶圆厂量/检测设备国产化率仅为 8%，远低于去胶机、刻蚀设备、薄膜沉积设备等环节。展望未来，在美国制裁升级背景下，KLA 在中国大陆市场的业务开展受阻，本土晶圆厂加速国产设备导入，量/检测设备有望迎来国产替代最佳窗口期。

　　美国对中国半导体产业制裁升级，引发市场恐慌，核心体现在：1）对 128 层及以上 3DNAND 芯片、18nm 半间距及以下 DRAM 内存芯片、14nm 以下逻辑芯片相关设备进一步管控。考虑到本土 28nm 以下逻辑芯片扩产需求较少，市场担忧主要聚焦在 2024 年后存储扩产预期。2）在没有获得美国政府许可情况下，美国国籍公民禁止在中国从事芯片开发或制造工作，包括美国设备的售后服务人员，引发市场对于本土半导体设备企业美籍高管&技术人员担忧。

　　检测设备贯穿每一步骤的过程工艺控制，全球市场空间超百亿美元。如果量检测设备不取得突破，我国半导体设备仍有被卡脖子之虞。美国 KLA（科磊）在量检测领域市占率高达 52%，是国产替代道路上的最大阻力之一。

　　全球半导体量测设备 KLA 一家独大，市场份额 50.8％。KLA 在全球 5 大半导体设备企业（AMAT、LAM、ASML、TEL）中，表现出了相对更稳定的成长性和更高的盈利能力。它的核心竞争力是值得国内厂商借鉴的。科磊产品线贯穿前道工艺过程控制全流程。从产品线来看，公司下游应用于晶圆、光罩制造、半导体、封装、PCB 和 LED 等工业技术领域，产品贯穿前道工艺过程控制全流程，包括 Surfscan 无图案晶圆缺陷检测系统、eDR7xxx 电子束晶圆缺陷检测系统、eSL10 图案晶圆检测、39xx 系列超分辨率宽光谱等离子图案晶圆缺陷检测系统、29xx 宽光谱等离子图案晶圆缺陷检测系统、Puma 激光扫描图案晶圆缺陷检测系统、Teron 光罩缺陷检测系统、Archer套刻量测系统等，并在缺陷检测领域市占率较高。

　　首先 KLA 的技术创新雷火竞技，50 年来公司持续领跑各种复杂尖端的量测技术，研发投入占比高达 15％，21 年达到 9 亿美元。其次是全面的产品组合，满足客户对精确度和吞吐量的双重要求；另外还有强大的服务体系和供应链管理：KLA 全球装机量近 6 万台，平均使用寿命 12 年，服务收入占比 1/4 左右。深厚的供应商关系确保了供应的连续性和高质量，与 KLA 设计和制造业务密切协调，确保无缝的客户体验。KLA 基于强大的持续改进文化的指标管理，用严格的组织和独特的系统来管理复杂的全球供应链。

　　市场规模增长的同时，半导体测试设备的复杂度也在提升。半导体测试设备大致经历了 3 个阶段。

　　1990 年至 2000 年期间，半导体主流工艺基本处于 0.8μm 至 0.13μm 之间。这一阶段 CMOS 工艺蓬勃发展，SoC 芯片功能越来越强。人们不断在芯片上集成模拟功能与数据接口。传统测试平台越来越难以覆盖新增加的高速模拟接口的测试需求。因此，这个时期对测试设备业来说，或可称为功能时代，主要体现为企业不断增加测试设备的功能性，以满足日趋复杂的 SoC 芯片需求。到了 2000—2015 年，半导体工艺一路从 0.13μm、90nm、65nm、28nm 进展到 14nm，工越来越先进，芯片尺寸也越来越小，晶体管的集成度也越来越高。芯片规模变大带来的直接挑战就是测试时间的延长，测试成本占比提高。如果说功能时代都是单工位测试，即同一时间只能测一颗芯片，那么进入这个时期人们对并行测试的要求就在不断提高了。测试设备板卡上面集成的通道数越来越多，能够同时做 2 工位、4 工位、8 工位的测试。这个时代也是资本最有效的时代，或可称为资本效率时代。

　　进入 2020 年之后，半导体工艺沿着 5nm、2/3nm 继续演进，芯片复杂度也在不断增加。随着 5G雷火竞技、大数据、人工智能、自动驾驶等新兴市场的崛起，一颗芯片上承载的功能越来越多，产品迭代速度越来越快，甚至很多像 AI 和 AP 这样高复杂度芯片也要求进行逐年迭代。这意味着芯片测试的复杂度大幅递增。测试设备进一步分化，需要针对不同领域、不同要求进行调整。

　　日前，中科飞测通过注册，准备在科创板上市，计划募资 10 亿元。根据 IPO 显示，中科飞测主要产品为，质量控制设备。分为检测设备和量测设备两大类。检测设备的主要功能系检测晶圆表面或电路结构中是否出现异质情况。量测设备的主要功能系对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出量化描述。值得注意的是，两种设备其主要应用场景，为 28nm 及以上制程或精密加工，而 28nm 及以下的制程设备，目前只是在研发试验阶段。

　　中科飞测的经营状况却远不如市场预期那般红火。一方面是，中科飞测从事本行业时间太短，大量技术细节需要自行摸索，导致研发成本极高。另外一方面则是关键设备半导体设备，需要对外采购且占比极大，如果中科飞测不能再未来几年内解决上述问题，必将给公司后续发展，埋下大量隐患。

　　其实中科飞测的困境也是很多国内厂商面临的问题。从收入结构来看，中科飞测 7 成左右收入，来自晶圆检测设备。该设备主要用于芯片生产线中，检测晶圆表面或电路结构中是否出现异质情况，如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷。以及出厂、入厂晶圆质量控制。然而，该领域内，中科飞测面临极高的竞争风险。首先，该设备长期被外国厂商所垄断。其中科磊半导体、应用材料、日立三家国际厂商在中国合计占有率超过 70%。2020 年，国内该类型设备国产率不足 2%。

　　技术自主创新是推动高端测试设备产业向前迈进的必要条件。为了真正解决当前的技术卡脖子问题，需要制定更具体和有效的政策和举措，以推动相关产业和科技创新水平的提高，努力为卡脖子问题寻找解决方案。另外高端测试设备行业的创新能力取决于开发人员的内部素质水平。鼓励相关领域高水平人才的引进和培养，以及加强人才培训，不仅有助于提高中国的研发水平，还有助于加强自主创新。

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