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

　　半導體產業(yè)鏈中的“全科醫(yī)院”的測試廠，面臨著怎樣的機遇。

　　01

　　國內“地大物博”

　　2019年我國半導體檢測設備市場規(guī)模約為147億元，2020年我國半導體檢測設備市場規(guī)模已經達到了176億元，隨著我國半導體產業(yè)的不斷發(fā)展，我國半導體檢測設備市場規(guī)模有望接近400億元。

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

　　全球范圍內來看，KLA在半導體量/檢測設備領域一家獨大，2020年在全球市場份額高達51%，尤其是在晶圓形貌檢測、無圖形晶圓檢測、有圖形晶圓檢測領域，KLA全球市場份額更是分別高達85%、78%、72%。中科飛測、上海精測、睿勵科學、東方晶源等本土廠商雖已經實現(xiàn)一定突破，但量/檢測設備仍是前道國產化率最低的環(huán)節(jié)之一。若以批量公開招標的華虹無錫和積塔半導體為統(tǒng)計標本，2022年1-10月份2家晶圓廠量/檢測設備國產化率僅為8%，遠低于去膠機、刻蝕設備、薄膜沉積設備等環(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)務開展受阻，本土晶圓廠加速國產設備導入，量/檢測設備有望迎來國產替代最佳窗口期。

　　美國對中國半導體產業(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內存芯片、14nm以下邏輯芯片相關設備進一步管控?？紤]到本土28nm以下邏輯芯片擴產需求較少，市場擔憂主要聚焦在2024年后存儲擴產預期。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，包括美國設備的售后服務人員，引發(fā)市場對于本土半導體設備企業(yè)美籍高管&技術人員擔憂。

　　02

　　高度壟斷的市場

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

　　全球半導體量測設備KLA一家獨大，市場份額50.8%。KLA在全球5大半導體設備企業(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廠商借鑒的?？评诋a品線貫穿前道工藝過程控制全流程。從產品線來看，公司下游應用于晶圓、光罩制造、半導體、封裝、PCB 和 LED 等工業(yè)技術領域，產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，并在缺陷檢測領域市占率較高。

　　首先KLA的技術創(chuàng)新，50年來公司持續(xù)領跑各種復雜尖端的量測技術，研發(fā)投入占比高達15%，21年達到9億美元。其次是全面的產品組合，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體系和供應鏈管理：KLA全球裝機量近6萬臺，平均使用壽命12年，服務收入占比1/4左右。深厚的供應商關系確保了供應的連續(xù)性和高質量，與KLA設計和制造業(yè)務密切協(xié)調，確保無縫的客戶體驗。KLA基于強大的持續(xù)改進文化的指標管理，用嚴格的組織和獨特的系統(tǒng)來管理復雜的全球供應鏈。

　　03

　　國內廠商布局

　　市場規(guī)模增長的同時，半導體測試設備的復雜度也在提升。半導體測試設備大致經歷了3個階段。

　　1990年至2000年期間，半導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據接口。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)不斷增加測試設備的功能性，以滿足日趨復雜的SoC芯片需求。到了2000—2015年，半導體工藝一路從0.13μm、90nm、65nm、28nm進展到14nm，工越來越先進，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。測試設備板卡上面集成的通道數越來越多，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。

　　進入2020年之后，半導體工藝沿著5nm、2/3nm繼續(xù)演進，芯片復雜度也在不斷增加。隨著5G、大數據、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，產品迭代速度越來越快，甚至很多像AI和AP這樣高復雜度芯片也要求進行逐年迭代。這意味著芯片測試的復雜度大幅遞增。測試設備進一步分化，需要針對不同領域、不同要求進行調整。

　　國內廠商也在奮起追趕。

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

　　中科飛測的經營狀況卻遠不如市場預期那般紅火。一方面是，中科飛測從事本行業(yè)時間太短，大量技術細節(jié)需要自行摸索，導致研發(fā)成本極高。另外一方面則是關鍵設備，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廠商面臨的問題。從收入結構來看，中科飛測 7 成左右收入，來自晶圓檢測設備。該設備主要用于芯片生產線中，檢測晶圓表面或電路結構中是否出現(xiàn)異質情況，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構缺陷。以及出廠、入廠晶圓質量控制。然而，該領域內，中科飛測面臨極高的競爭風險。首先，該設備長期被外國廠商所壟斷。其中科磊半導體、應用材料、日立三家國際廠商在中國合計占有率超過 70%。2020 年，國內該類型設備國產率不足 2%。

　　技術自主創(chuàng)新是推動高端測試設備產業(yè)向前邁進的必要條件。為了真正解決當前的技術卡脖子問題，需要制定更具體和有效的政策和舉措，以推動相關產業(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。另外高端測試設備行業(yè)的創(chuàng)新能力取決于開發(fā)人員的內部素質水平。鼓勵相關領域高水平人才的引進和培養(yǎng)，以及加強人才培訓，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。