晶片保護神：檢測裝置地圖！國產替代衝破寡頭壟斷 | 智東西內參
在半導體設計、製造、封裝中的各個環節都要進行反覆多次的檢測、測試以確保產品質量，從而研發出符合系統要求的器件。 缺陷相關的故障成本影響高昂，從 IC 級別的數十美元，到模組級別的數百美元，乃至應用端級別的數千美元。因此，檢測裝置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。2020 年我國半導體檢測裝置市場為 176 億元，預計未來五年預計複合增長率為 14% ， 增速高於全球。
廣義上的檢測裝置分為 前道量檢測和後道測試 裝置。量檢測的物件是工藝過程中的晶圓，測試的物件是工藝完成後的晶片。前道量檢測裝置 2020 年全球市場為 69 億美元，我國約 15 億美元。後道測試裝置關注的是在所有晶圓工藝完成後晶片的各種電性功能。 後道測試裝置 2020 年全球市場為 62 億美元，我國約 14 億美元。
本期的智慧內參，我們推薦天風證券的報告《半導體檢測裝置：從前道到後道》，從前道、後道兩大檢測板塊還原半導體檢測行業。
本期內參來源：天風證券
《半導體檢測裝置：從前道到後道》
作者：潘暕 陳俊傑
一、檢測裝置：半導體良率關鍵在半導體設計、製造、封裝中的各個環節都要進行反覆多次的檢驗、測試以確保產品質量，從而研製開發出符合系統要求的器件。從缺陷相關故障的影響成本從 IC 級別的數十美元，到模組級別的數百美元，乃至應用端級別的數千美元。因此，檢測裝置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。檢測裝置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產品良率。
1、分類：前道量檢測、後道測試檢測裝置按照其功能和對應的 產業鏈位置不同， 可以分為前道量檢測、後道測試兩大類，分別應用於半導體產業鏈的上游設計驗證、中游製程工藝的電晶體結構檢測、下游封測晶片的成品終測。無論是前道檢測還是後道測試，都是提升晶片良率及質量的關鍵裝置。
前道量檢測裝置：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產品的加工引數是否達到了設計的要求，並且檢視晶圓表面上是否存在影響良率的缺陷，確保將加工產線的良率控制在規定的水平之上。
前道量檢測包含膜厚量測裝置、OCD 關鍵尺寸量測、CD-SEM 關鍵尺寸量測、光刻校準量測、圖形缺陷檢測裝置等多種前道量檢測裝置。由於晶圓製造工藝環節複雜，所需要的檢測裝置種類較多， 因此也是所有半導體檢測賽道中壁壘最高的環節，單機裝置的價格比後道測試裝置還高，且不同功能裝置價格差異也較大。前道量檢測裝置供應商目前有美國的科磊、應用材料；日本的日立；國內的精測電子、中科飛測、上海睿勵等。下游客戶為積體電路製造商，包含臺積電、中芯國際、長江儲存等。
後道測試裝置：應用於上游設計、下游封測環節中，目的是檢查晶片的效能是否符合要求，是一種電性、功能性的檢測，用於 檢查晶片是否達 到效能要求。
一、上游設計商需要對流片完的晶圓與晶片樣品進行有效性驗證， 主要裝置為測試機、探針臺、分選機，因為作為樣品測試所以通常並不會大量採購，但是會與下游封測深度聯動，因此繫結積體電路設計商也成為後道測試裝置商的壁壘之一。主要下游客戶為積體電路設計商，例如：高通、聯發科、海思、卓勝微、韋爾等。
二、封測環節主要可以分為：晶圓測試（CP），針對加工完的晶圓，進行電性測試，識別出能夠正常工作的晶片，主要裝置為測試機和探針臺。部分客戶為積體電路製造商還有部份第三方的晶圓測試商；成品測試（FT），最後晶圓切割變成晶片後，針對晶片的效能進行最終測試，主要裝置為測試機和分選機；下游客戶為積體電路封裝測試商，包含日月光、通富、長電等。由於半導體終端應用持續攀升，催生出全自動及高效能的後道測試裝置，加上積體電路產業與國際先進水平的差距逐步縮小，封裝測試技術達到國際領先水平，後道測試裝置迎來重要國產化機遇。後道測試裝置供應商目前有美國的泰瑞達、愛德萬；國內的精測電子、華峰測控、長川科技等。
全球檢測裝置市場、分類及廠商
廣義上的半導體檢測裝置分類
2、市場趨勢超越摩爾領域：模擬/混合訊號、RF、MEMS、影象感測、電源等技術可與 CMOS 在各種平面乃至 2.5D、3D 架構中整合。這些整合和其他關鍵技術使人工智慧、物聯網和汽車雷達等一系列應用快速增長。
Yole Developpement 資料預計，到 2023 年，超越摩爾市場年增長速度所以晶圓尺寸合計約 7400 萬片矽片，複合年增長率約為 3%。但僅考慮最流行的晶圓尺寸（12″、8″和 6″晶圓），到 2023 年，預測將變為 6000 萬片，複合年均增長率約為 5%。對於半導體制造商來說，超越摩爾市場已成為半導體需求的重要來源，但這同時意味著 需要新的量檢測和測試方法，以適應各種可能影響這些多技術裝置產生的故障。
例如，汽車行業的一家主要半導體供應商恩智浦半導體說到：”缺陷相關故障的影響成本從IC 級別的數十美元，到模組級別的數百美元，到汽車應用端級別的數千美元。IC 在當今的汽車中被廣泛使用，且未來使用會更多。汽車零部件故障可能導致嚴重傷害甚至死亡，所以汽車行業服務的零部件製造商使用以每萬億（ppt）的零件損失為測量標準，可見檢測裝置的需求更甚。
半導體在汽車中的應用
如下圖可見，在汽車領域，由於缺陷導致故障而無法使用的產品損失極大，在 1ppm 情況下，大眾集團的損失可以達到每年 2.19 億美元。
汽車領域缺陷導致產生的產品損失 （百萬美元）
摩爾定律領域：
新應用需求驅動了製程微縮和三維結構的升級，使得工藝步驟大幅提升， 成熟製程（以45nm 為例）工藝步驟數大約需要 430 道到了先進製程（以 5nm 為例）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都是越來越複雜，在數千道製程中，每一道製程的檢測皆不能有差錯，否則會顯著影響晶片的成敗。
中國半導體檢測裝置未來市場空間廣闊具體原因如下：
1. 國家政策大力支援積體電路產業，檢測作為關鍵一環尤為重要
積體電路產業是國民經濟中基礎性、關鍵性和戰略性的產業，作為現代資訊產業的基礎和核心產業之一，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誌。國家為扶持積體電路行業發展，制定了多項引導政策及目標規劃。第一，國家為規範積體電路行業的競爭秩序，加強對積體電路相關智慧財產權的保護力度，相繼出臺了《積體電路設計企業及產品認定暫行管理辦法》、《積體電路布圖設計保護條例》、《積體電路布圖設計保護條例實施細則》等法律法規，為積體電路行業的健康發展提供了政策保障。
第二，國家出臺了若干優惠政策，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、國家發展改革委、工業和資訊化部關於積體電路生產企業有關企業所得稅政策問題的通知》、《國務院關於印發進一步鼓勵軟體產業和積體電路產業發展若干政策的通知》等，為積體電路企業的發展創造了有利的市場環境。
第三，國家指定了《積體電路產業研究與開發專項資金管理暫行辦法》、《國務院關於印發“十三五”國家科技創新規劃的通知》等目標規劃，將積體電路裝備列為國家科技重大專項，積極推進各項政策的實施。國家政策的落地實施為產業發展破解融資瓶頸提供了保障，有力促進積體電路專用裝置行業的可持續良性發展。
2. 半導體產業重心 由國際向國內 轉移帶來機遇
中國積體電路行業增長迅速，半導體行業重心持續由國際向國內轉移。中國半導體產業發展較晚，但憑藉著市場容量，中國已成為全球最大的半導體消費國。根據 CSIA 資料，2018年國內積體電路市場規模為 985 億美元，同比增長 18.53%，2010 年至 2018 年國內積體電路市場複合增長率達到 21.10%，高於全球市場同期年複合增長率，中國已經超過美國、歐洲和日本，成為全球最大的積體電路市場。隨著半導體制造技術和成本的變化，半導體產業正在經歷第三次產能轉移，行業需求中心和產能中心逐步向中國大陸轉移。隨著產業結構的加快調整，中國積體電路的需求將持續增長。
3. 積體電路產業發展迅速 ，增速高於 GDP 增長， 產品更新換代加速，新型應用領域不斷湧現，為技術超車創造機遇
2020-2021 全球 GDP 和 和 IC 市場增量（% ）
如上圖 IC Insights 的調查資料可見，2020 年積體電路增長率為 8% ，遠超 GDP 增長，同樣，2021 年預計積體電路增長率為超過 10% ，是 GDP 增長率的兩倍以上。
作為全球最大的積體電路市場，中國積體電路產業隨著 5G、電動汽車等的快速發展持續增長，為半導體測試需求帶來增量空間。在國家重大科技專項的支援下，“十二五”期間中國積體電路產業各個環節的整體水平都有了明顯提升，國產軟硬體在航天、電力、辦公應用和移動智慧終端等領域實現規模應用，為保障國家資訊保安提供了重要支撐。伴隨技術革新和產業升級換代的波浪式遞進，市場機會視窗不斷湧現，每一次的技術升級都為積體電路及其專用裝置製造企業帶來了發展機會。
當前，以網際網路、智慧手機為代表的資訊產業的第二次浪潮已步入成熟，增速放緩，而以物聯網為代表的資訊感知及處理正在推動資訊產業進入第三次浪潮，物聯網革命已經悄然開始。在物聯網智慧時代，由於互動模式的改變，智慧化產品的多樣性必然會更加豐富，對各類資訊的採集形成了快速膨脹的資料處理需求，對海量資料的有效處理將成為真正推動積體電路行業發展的核心驅動力。物聯網、大資料、人工智慧、5G 通訊、汽車電子等新型應用市場帶來巨量晶片增量需求，為半導體自動化測試系統企業提供更大的市場空間；同時，第三代半導體 GaN 等半導體新技術的出現為國內半導體自動化測試系統企業帶來超車國際巨頭的新機遇。
4. 大陸晶片設計公司迎來大發展時代， 檢測 需求將跟隨發展
近年來，積體電路測試行業發展迅速，根據中國半導體行業協會 IC 設計分會的統計，截至 2019 年 11 月，中國大陸 IC 設計公司達到 1,780 家，比 2018 年的 1,698 家多了82 家，中國大陸的晶片設計公司迎來高速成長。IC 設計行業 2019 年的銷售額為 3,063.5億元，相比 2018 年增長了 21.60%。晶片設計公司的快速增長，使得晶片檢測裝置的市場需求隨之增長。隨著國內積體電路產業的快速發展和國產化加速，晶圓製造、晶片設計公司的測試服務需求越來越多，檢測裝置相關企業將迎來新的發展機遇。
5. 晶片複雜度提高，驗證測試要求
對晶片最顯著的改進不僅僅在設計流程中產生，而且在晶片除錯和驗證流程中反覆進行，尤其是在高效能晶片的研製過程中。隨著晶片複雜度的提高，對驗證測試的要求更加嚴格，與設計流程的互動更加頻繁。隨著晶片速度與功能的不斷提高，超大規模積體電路尤其是整合多核的晶片系統（SOC）的出現使得晶片迅速投入量產過程難度增加，由此驗證測試變得更加必要。目前，開發低成本高效率的全面驗證測試策略成為晶片製造商的關注點。能夠在早期（如初次樣片測試階段） 全面獲取晶片品質鑑定的資訊變得至關重要。
6. 檢測本身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
早期的檢測只是作為 IC 生產中的一個工序存在，被合併在製造業或封裝業中。隨著積體電路產業分工日益明晰和人們對積體電路品質的重視，再加上技術、成本和智慧財產權保護等諸多因素，檢測目前正成為積體電路產業中一個不可或缺的、專業化的獨立行業，作為設計、製造和封裝的有力技術支撐，推動了積體電路產業的迅速發展。
在積體電路研製、生產、應用等各個階段都要進行反覆多次的檢驗、測試來確保產品質量和研製開發出符合系統要求的電路。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)。
按照電子系統故障檢測中的“十倍法則”，如果一個晶片中的故障沒有在晶片測試時發現，則在電路板(PCB)級別發現故障的成本為晶片級別的十倍。因此，檢測在半導體產業中扮演著重要角色，且其地位日益凸顯。
3、市場規模 ： 重要地位日益凸顯，中國增速高於全球全球半導體檢測裝置市場概況：
根據智研諮詢和 Gartner,SEMI 資料整理，2020 年檢測裝置全球市場規模約 131 億美元，如下圖可見。
全球半導體前道量檢測裝置市場規模 2016-2020， （億美元，%）
全球半導體後道測試裝置市場規模 2016-2020 （億美元，% ）
我國 半導體檢測裝置市場概況：
據前瞻產業研究院統計，2020 年我國半導體檢測裝置市場規模 176 億元。
2016-2020 中國半導體檢測裝置市場規模
隨著我國半導體產業的不斷髮展，檢測裝置作為能夠提高製程控制良率、提高效率與降低計成本的重要檢測儀器，未來在半導體產業的地位將會日益凸顯。前瞻產業研究預計 2026年我國半導體檢測裝置市場有望到達 400 億元。2020-2026 CAGR 為 為 14.7% ，增速高於全球。
2020-2026 年中國半導體檢測裝置市場規模預測（億元）
4、競爭格局：國外高度壟斷 ， 國產替代需求迫切目前，國際國內市場中檢測裝置被國外高度壟斷，目前絕大部分半導體裝置依然高度依賴進口，提升“核芯技術”自主化率已迫在眉睫。
量檢測裝置領域：量檢測裝置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 為首，AMAT、Hitachi 等合計佔比超 90%。國內裝置廠商由於起步晚基礎薄，始終在努力追趕，國產裝置仍有很大的突破空間。前道裝置種類複雜，細分市場較多；其中，膜厚量測技術門檻較低，集中度相對分散，為國內廠商進入檢測裝置的突破口。
測試裝置領域：測試種類繁多，客戶需求多樣化，因此測試裝置往往存在非標定製化的特點。根據效能要求的不同，類別也是五花八門，包括外觀尺寸測試、視覺測試等。雖然相比於光刻機、刻蝕機等前道裝置，測試裝置的製造相對容易一些，但是也存在較高的推廣難度。目前全球裝置市場份額主要被美、日等發達國家的先進廠商所佔據，半導體測試裝置行業已經形成了泰瑞達、愛德萬兩家壟斷的局面。國內半導體裝置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，測試裝置的國產替代程序將加速：受中美貿易摩擦影響，供應鏈的安全日益受到重視，國產測試裝置將得到更多的試用機會，在中低端模擬測試機和分選機領域，國產替代明顯提速。目前絕大部分半導體裝置依然高度依賴進口，提升“核芯技術”自主化率已迫在眉睫，上升至國家戰略，進口替代是國內半導體裝置公司面臨的重大機遇。2018 年以來，國產半導體測試裝置向中國大陸市場拓展，國產替代程序明顯提速。
二、前道量檢測裝置：物理 、功能性檢查前道量檢測運用於晶圓的加工製造過程，它是物理性、功能性的，用以檢測每一步工藝後產品的加工引數是否達到了設計的要求，並且檢視晶圓表面上是否存在影響良率的缺陷，確保將加工產線的良率控制在規定的水平之上。
前道量檢測包含膜厚量測裝置、OCD 關鍵尺寸量測、CD-SEM 關鍵尺寸量測、光刻校準量測、圖形缺陷檢測裝置等多種前道量檢測裝置。由於晶圓製造工藝環節複雜，所需要的檢測裝置種類較多， 因此也是所有半導體檢測賽道中壁壘最高的環節，單機裝置的價格比後道測試裝置還高，且不同功能裝置價格差異也較大。前道量檢測裝置供應商目前有美國的科磊、應用材料；日本的日立；國內的精測電子、中科飛測、上海睿勵等。下游客戶為積體電路製造商，包含臺積電、中芯國際、長江儲存等。
1、三種分類標準：檢測目的、應用範疇、技術原理按照不同的分類方法，積體電路可以被分成不同的型別。
1）按照檢測目的可以分為量測（Metrology）和缺陷檢測（Defect Inspection）；
2）按照應用範疇主要可以分為關鍵尺寸測量（Optical Critical Dimension OCD）、薄膜的厚度測量(Film Metrology)、套刻對準測量(Overlay Metrology)、光罩/掩膜檢測(ReticleInspection)、無圖形晶圓檢測（Non-patterned Wafer Inspection）、圖形化晶圓檢測(Patterned Wafer Inspection）、缺陷複查(Review SEM)；
3）按技術原理可以分為光學檢測裝置（Optical Inspection Equipment），電子束檢測裝置（E-beam Inspection Equipment）和其他檢測裝置。
2、檢測目的分類： 量測和檢測 ， 價值 量隨 工藝技術同步量測（Metrology）和檢測（Inspection）：
前道量檢測根據檢測目的可以細分為量測（Metrology）和檢測（Inspection）。 量測主要是對薄膜厚度、關鍵尺寸、套準精度等製成尺寸和膜應力、摻雜濃度等材料性質進行測量，以確保其符合引數設計要求；而缺陷檢測主要用於識別並定位產品表面存在的雜質顆粒沾汙、機械劃傷、晶圓圖案缺陷等問題。
量測和缺陷檢測對於半導體制造過程非常重要。半導體晶圓的整體制造過程有 400 至 600個步驟，需要一到兩個月內完成。如果流程早期出現任何缺陷，則後續耗時步驟中執行的所有工作都將被浪費。因此，在半導體制造過程的物理量測和缺陷檢測是其中的關鍵步驟，用於確保良率和產量。新應用需求驅動了製程微縮和三維結構的升級，使得工藝步驟大幅提升， 成熟製程（以 45nm 為例）工藝步驟數大約需要 430 道到了先進製程（以 5nm 為至 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都是越來越複雜；雖然相較於製造裝置，量測裝置的技術門檻較低，但是在數千道製程中，每一道製程的檢測皆不能有差錯，否則會顯著影響晶片的成敗。
量測（Metrology ）：量測（Metrology）不僅指測量行為本身，而且指透過考慮誤差和準確性而進行的測量，以及測量裝置的效能和機制。如果測量結果不在給定的規格範圍內，則製造裝置無法按設計繼續執行。
檢測（Inspection ）查詢缺陷的位置座標：檢測可以檢測缺陷並指定其位置涉。主要用於使用檢查裝置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，它旨在查詢缺陷的位置座標（X，Y）。
缺陷檢測裝置原理
3、應用範疇分類： 關鍵尺寸、 膜厚 、 套刻對準 ， 光罩/ 掩膜 、 圖形 、 缺陷複查按照應用範疇分類，量檢測可以主要分為七大類：關鍵尺寸量測、薄膜厚度量測、套刻對準量測、光罩/掩膜檢測、無圖形晶圓檢測、圖形化晶圓檢測、缺陷複查檢測等。
量測按應用可以主要分為關鍵尺寸量測，薄膜的厚度量測及套刻對準量測。
關鍵尺寸量測-半導體制程中最小線寬一般稱之為關鍵尺寸，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，因此必須要儘可能的量測所有產品的線寬，可見關鍵尺寸的量測重要性越發關鍵。
關鍵尺寸量測
薄膜厚度量測： 厚度、反射率、密度量測 ， 鑑定和監控不同薄膜層。薄膜厚度量測（Film Metrology ）：在整個製造工藝中矽片表面有多種不同型別的薄膜，包含金屬、絕緣體、多晶矽、氮化矽等材質。晶圓廠為生產可靠性較高的晶片時薄膜的質量成為提高成品率的關鍵，其中薄膜的厚度、反射率、密度等都須要進行精準的量測。
薄膜厚度量測
套刻對準量測：高階矯正光刻機、掩模和矽片位置誤差，提高覆蓋精度。套刻對準測量應用在光刻工藝後，主要是用於量測光刻機、掩模版和矽片的對準能力。量測系統檢查覆蓋物的準確性（疊加工具）測量用於檢查傳輸到晶圓上的第一層和第二層圖案的射覆蓋精度。
套刻對準量測
光罩/ 掩模檢測 ： 捕獲光罩缺陷和圖案位置錯誤 ， 降低缺陷引發風險。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。這是因為，雖然裸晶圓或圖案晶圓上的單個缺陷有可能損壞一個器件，但掩模版上的單個缺陷可能會摧毀上千個器件。
在半導體器件生產中，零缺陷光罩（也稱為光掩模或掩模）是實現晶片製造高良率的關鍵因素之一， 因為光罩上的缺陷或圖案位置錯誤會被複制到產品晶圓上面的許多晶片中。光罩的製造採用光罩基板，即鍍了吸收薄膜的石英基板。優秀的光罩檢測、量測和資料分析系統產品能夠協助光罩基板、光罩和 IC 製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，而較大粉塵顆粒很可能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，在利用掩模曝光後，通常會利用整合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出規格的粉塵顆粒，則處於光刻製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：
光罩/掩膜檢測系統工作原理示意圖
Fab 中對掩模缺陷的檢測分為線上和離線兩種。線上檢測是指每次曝光之前和之後對掩模板表面檢測。這通常是依靠光刻機中內建的檢測單元來完成的。最常見的是整合在 ASML系列光刻機上的掩模檢測系統。IRISTM 對即將被使用的掩模或剛使用完畢後的掩模的正反兩面分別掃描，發現吸附在掩模上的顆粒，並報警。光刻工程師看到報警訊號後做相應處理。圖 16 是 IRISTM 工作的原理圖。在做顆粒掃描時，掩模沿 Y 方向運動由機械手控制，X 方向的掃描由鐳射束的移動來實現。完成一次 IRISTM 掃描的時間大約等價於 2 到 3 個晶圓曝光的時間。通常對一批晶圓可以只做一次 IRISTM 掃描，這樣可以減少佔用生產的時間，提高光刻機的產能。
離線檢測是指定期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。半導體裝置供應商提供專用裝置來做這種檢測。離線檢測的優點是解析度高，有些檢測裝置還能對檢測出來的缺陷做簡單處理。
EUV 光罩/掩模檢測：波長更短，檢測靈敏度更高。傳統的檢查 EUV 光掩膜的方法主要是將深紫外光（DUV）應用於光源中，而極紫外（EUV）的波長較 DUV 更短，產品缺陷檢測靈敏度更高。
EUV 掩模版的檢測原理為：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，系統採用 364nm 的工作波長，對於基地大小為 88nm 的缺陷，檢測可行度為97%。
EUV 掩模版缺陷檢測：聚焦掃描原理示意圖
除了僅由 ASML 提供的 EUV（極紫外光）光刻系統之外，三星電子和臺積電之間在爭奪超微加工工藝所需裝置的安全方面的競爭也越來越激烈。APMI （光化圖案掩膜檢查）系統和製造掩膜的寫入器就是最好的例子。這個裝置是晶片製造的關鍵工具，當晶片製程小於5 奈米時，它們將決定生產率和質量。
EUV 掩模的高科技檢查系統能夠檢查基於複雜結構的 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產線之前和之後進行檢查。業界將此係統稱為 APMI 系統。
EUV 光罩（半導體線路的光掩模版、掩膜版）檢驗裝置最近幾年需求增長尤其旺盛，在這個領域，日本的 Lasertec Corp.是全球唯一的測試機制造商，Lasertec 公司持有全球市場 100%的份額。2017 年，Lasertec 解決了 EUV 難題的關鍵部分，當時該公司建立了一款可以檢查空白 EUV 掩模內部缺陷的機器。2019 年 9 月，它又推出了可以對已經印有晶片設計的模板進行相同處理的裝置，從而又建立了另一個里程碑。
傳統的檢查 EUV 光掩膜的方法主要是將深紫外光（DUV）應用於光源中，而 EUV 的波長較 DUV 更短，產品缺陷檢測靈敏度更高。DUV 光雖然也可以應用於當下最先進的工藝 5奈米中，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 的感光度可能會不夠充分”即，採用 EUV 光源的檢測裝置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%。在其公佈的2020年7月-9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為 55.42 億日元，增長了超過兩倍。隨著之後 5nm 製程的不斷推進，Lasertec 未來的盈利增長空間廣闊。
無圖形晶圓檢測 ：檢出裸晶圓顆粒及缺陷，奠定圖形化檢測基礎。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，在器件製造工藝的特定工序，引導完成晶圓表面的材料沉積或清除。對於器件的每一層，在掩膜未覆蓋的區域沉積或清除材料，然後使用新的掩膜來處理下一層。按照這種方式來重複處理晶圓，由此生成多層電路。
無圖形化檢測指在開始生產之前，裸晶圓 在晶圓製造商處獲得認證，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於晶圓製造商中的 晶圓運輸檢驗、晶圓進貨檢驗以及使用虛擬裸晶圓監控裝置清潔度的裝置狀況檢查。裝置狀況檢查也由裝置製造商在裝運檢查時和進貨檢查時執行。裝置製造商使用光學檢測系統檢查晶圓和掩模板有無顆粒和其他型別的缺陷，並確定這些缺陷在晶圓上的 X-Y 網格中的位置。
無圖形晶圓上的缺陷檢測流程
用於無圖形晶圓缺陷檢測的基本原理相對簡單。鐳射束在旋轉的晶圓表面進行徑向掃描，以確保光束投射到所有晶圓表面。鐳射從晶圓表面反射，就像從鏡子反射一樣，如上圖所示。這種型別的反射稱為鏡面反射。當鐳射束在晶圓表面遇到粒子或其他缺陷時，缺陷會散射鐳射的一部分。 可直接檢測散射光（暗場照明）或反射光束（亮場照明）中強度的損失。
由於沒有圖案，因此無需影象比較即可直接檢測缺陷。當鐳射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。從晶圓旋轉角度和鐳射束的半徑位置，計算和記錄了粒子/缺陷的位置座標。鏡面晶圓上的缺陷還包括晶體缺陷，如 COP 以及顆粒。
無圖形 晶圓上缺陷檢測原理
晶圓的旋轉位置和光束的徑向位置決定了缺陷在晶圓表面的位置。在晶圓檢測工具中，使用 PMT 或 CCD 方式記錄光強度，並生成晶圓表面的散射或反射強度圖。此圖提供有關缺陷大小和位置的資訊，以及由於顆粒汙染等問題而導致的晶圓表面狀況的資訊。
檢測工具中的光收集、加工和晶圓對映
圖形化晶圓檢測 ： 比較影象生成缺陷圖 ，識別物理和高縱橫比缺陷。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，現在已成為“致命”的缺陷，或影響成品率的主要因素。
圖形化晶圓的光學檢測可採用明場照明、暗場照明，或兩者的組合進行缺陷檢測。此外，電子束 （EB） 成像也用於缺陷檢測，尤其是在光學成像效果較低的較小几何形狀中。然而，它非常緩慢，只在研發階段使用。模紋晶圓檢測系統將晶圓上的測試晶片影象與相鄰晶片（或已知無缺陷的”金”模片）的影象進行比較。缺陷的位置會生成缺陷圖，類似於為無圖案晶圓生成的圖。與無圖案晶圓的檢查一樣，圖形化晶圓檢測需要精確且可重複的運動控制，測試系統的晶圓級和光學元件同時移動。
圖形化晶圓檢測原理
缺陷複查檢測：放大缺陷影象進行 甄別，提供依據最佳化製程工藝。缺陷複查檢測 (Review SEM) ：隨著半導體積體電路工藝節點的推進，作為晶圓廠製程控制主力裝置的光學缺陷檢測裝置的解析度已無法滿足大規模生產和先進製程開發需求，必須依靠更高解析度的電子束複檢裝置的進一步複查才能對缺陷進行清晰地影象成像和型別的甄別，從而為半導體制程工藝工程師最佳化製程工藝提供依據。
缺陷複查是一種使用掃描電子顯微鏡 （SEM）檢查晶圓上的缺陷。使用缺陷複查將半導體晶圓缺陷檢測系統檢測到的缺陷放大為高放大倍率影象，以便對該影象進行檢閱和分類。缺陷複查裝置主要與電子裝置和其他半導體生產線的檢測系統一起使用。
缺陷複查裝置功能
在缺陷檢測系統中，將缺陷影象與相鄰的模子影象（參考影象）進行比較，由於影象差異（差值影象處理）而檢測缺陷。與缺陷檢測系統類似的缺陷複查裝置透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，並拍攝放大的照片。
缺陷複查裝置通常工作流程：
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座標，並輸出到檔案中；
2.檢查出晶圓和檢驗結果的檔案載入到缺陷複查裝置中。
3.拍攝列表中缺陷的影象：
根據缺陷列表中的位置資訊確定缺陷位置。缺陷的影象由缺陷複查裝置決定是否複查缺陷。有時，使用缺陷資料檔案中的位置資訊無法發現晶圓上的缺陷。由於各種錯誤，僅使用位置資訊不容易發現缺陷。
4、技術原理分類： 光學、電子束檢測， 應用互補 ，多方位檢測在前道工藝中，有很多型別的 檢測系統，其中包括電子束檢測系統、光學明場檢測系統和光學暗場檢測系統。 一般來說， 光學 明場檢測系統用於詳細檢查模式缺陷。 光學 暗場檢測系統可以高速檢測，用於大量晶圓的缺陷檢測。鐳射從晶圓表面反射，就像從鏡子反射一樣。當鐳射束在晶圓表面遇到粒子或其他缺陷時，缺陷會散射鐳射的一部分。暗場直接檢測散射光，明場照明反射光束中強度的損失。電子束檢測可提供材料對比度，其動態解析度範圍比光學檢測系統大得多。
光學檢測、電子束檢測兩者在製程工藝的檢測中應用互補。光學的特點在於快速與完整，通常可以全天候進行檢測，在需要實時檢測以及離工藝機臺較近甚至直接與工藝機臺整合的應用場景下就會使用光學檢測，透過光的反射、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，所以會再使用電子束做更精細的檢測。電子束波長是皮米等級，可以高解析度的採集影象進行分類與分析。對於工藝的將測必須要精確評估，如果未檢測到製程偏移和潛在良率問題，會使得生產的產品無法使用，因此需要多項檢測裝置進行多方位的檢測。
光學明場、暗場檢測原理
無圖形晶圓檢測 ：通常，暗場檢測是無圖形晶圓檢測的首選，因為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，具體取決於應用。
電子束 （EB ） 成像也用於缺陷檢測，尤其是在光學成像效果較低的較小几何形狀中。電子束檢測可提供材料對比度， 其動態解析度範圍比光學檢測系統大得多。然而，電子束應用受測量速度緩慢限制，因此主要在研發環境和工藝開發中對新技術進行鑑定。新的電子束工具可用於 10 nm 及更低節點的缺陷檢測應用，並且正在開發具有最多 100 列或測量通道的多電子束工具。
在電子束檢測系統中，電子束被照射到晶圓表面，並檢測出發射的二次電子和背散射電子。此外，電子束檢測系統根據器件內部佈線的電導率，將二次電子的量作為影象對比度（電壓對比度）進行檢測。如果檢測到高縱橫比接觸孔底部的電導率，可以檢測到超薄厚度的 SiO2 殘留物。
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相似的：
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覆發生的可能性極低。因此，晶圓檢測系統可以透過比較相鄰晶片（也稱為 DIE）的圖案影象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捕獲。透過比較下圖中的影象（1）影象（2）來檢測缺陷。如果沒有缺陷，則透過數字處理從影象（1）中減去影象（2）的得到為零的結果。相反，如果裸片影象（2）的中存在缺陷，則該缺陷將保留（如影象（3）），這個缺陷會被記錄其位置座標。
電子束檢測原理
5、全球市場及主要廠商 ：國外高度壟斷，膜厚量測開啟細分賽道突破口2020 年前道量檢測裝置全球市場規模約 69 億美元。細項裝置拆分來看， 排在前列的裝置為圖形化檢測佔 32% 、掩模版量測佔 15% 、膜厚檢測佔 12% 、 關鍵尺寸量測佔 10%。
2016-2020 全球半導體前道量檢測市場規模及拆分（億美元，% ）
細分賽道市場可見下圖， 其中，膜厚量測技術門檻相對較低，集中度相對分散，KLA 佔比35% 、Nanometrics 佔比 23% 、Nova 佔比 16%。
前道量檢測細分賽道市場情況（%）
全球前道量檢測裝置主要廠商 ：在量檢測市場中，KLA 佔比超過 70%，第二名 Hitachi High Tech 佔比 14%左右，Onto 緊隨其後。(注：Nano 和 Rudolph 2019 宣佈合併)
前道量檢測裝置廠商
1 ） 科磊（KLA ）：KLA Corporation 的前身是 KLA-Tencor Corporation，世界知名的半導體（晶片）裝置供應商，總部位於美國矽谷。自 1976 年成立以來，KLA 致力於“製程控制”技術的研發與創新，該專業領域可分為檢測、量測、資料分析三大基礎部分，三部分相互配合，為晶片製造工業提供全方位的線上檢測、量測、資料來源分析，將實時資訊反饋給每一道關鍵製程，幫助做到製程的及時最佳化與改進。KLA 作為製程控制技術的領導者，秉承為全球客戶提供定製化優質服務的理念，承諾按需求及時最佳化製程控制方案，實現對先進製程技術量產，現有製程高質量、高產能等工業技術的要求。
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裝置為半導體工藝控制帶來的曙光，到今天的寬頻等離子技術能夠快速發現缺陷，KLA 總喜歡保持領先。
最新產品：2020 年 12 月 10 日 KLA 宣佈推出兩款全新產品：PWG5™ 晶圓幾何系統 與Surfscan® SP7XP 晶圓缺陷檢測系統。新系統專注解決先進的儲存器與邏輯積體電路製造中遇到的極其困難的問題。PWG5 量測系統具備前所未有的解析度，能測量出晶圓幾何形貌的微小變形，從源頭識別並修正圖案化晶圓的變形。而且，這些關鍵的晶圓幾何形狀測量現在能夠配合線上生產的速度，並在較大的翹曲範圍內完成。新的 Surfscan SP7XP 無圖案晶圓缺陷檢測系統具有靈敏度和生產能力方面的進步，並引入了基於機器學習的缺陷分類方式，可以應對更廣泛的薄膜和基材型別，捕獲和識別更大範圍的缺陷型別。
KLA 最新產品
2）應用材料 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產的晶片和先進顯示器的背後都有應用材料公司的身影。
AMAT 檢測裝置產品包括：SEMVISION™ G7 缺陷分析系統：具備對晶圓斜邊和側邊的獨特成像能力；Aera4 掩膜檢測系統是採用 193nm 工作波長的第四代檢測工具，它以獨特的方式，將真實空間成像技術與前沿的高解析度成像技術相結合；PROVISION™ EBEAM INSPECTION 電子束檢測系統： 業界第一款能夠達到 1nm 解析度的電子束檢測裝置，能夠檢測到以往 EBI（電子束檢查）技術無法識別的缺陷；VERITYSEM® 5I 測量系統： 具備獨一無二的內嵌三維功能，可對 1x 奈米及以下節點的邏輯和儲存器件進行量產規模的測量以及諸如柵極和鰭高度的FinFET測量的超越傳統測量方法。
應用材料 AMAT 檢測裝置
3） 日立 HITACHI
日立作為社會創新事業的全球領軍者，開展的業務涉及電力、能源、產業、流通、水、城市建設、公共、醫療健康等領域，透過與客戶的協創提供優質解決方案。現在，日立正憑藉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，並融合大資料分析、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，成為”IoT 時代的創新合作伙伴”，努力實現在全球市場的進一步發展。
主要檢測裝置：半導體蝕刻系統 9000 系列：統一介面並且能夠搭載高精度模組化的各種腔室，從而實現了對應最尖端器件的擴充套件性和柔軟性的工藝；高解析度 FEB 測量裝置 CG6300（HITACHI CD-SEM）：透過電子光學系統的全新設計提高了解析度，並進一步提高了測量可重複性和影象畫質；高速缺陷觀測裝置 CR6300(Defect Review SEM)：運用 ADR 和高精度 ADC 來為提高良率做貢獻的 Inline 缺陷觀測 SEM。
日立 Hitachi 檢測裝置
4）耐諾公司 Onto Innovation (ONTO)
Onto Innovation 由 Nanometrics 和 Rudolph Technologies 合併而成，透過整合兩家半導體行業專供不同領域的領導者，新公司的半導體產品供應鏈尤其是檢測系統的覆蓋面更廣。Onto Innovation 是美國第四大晶圓生產裝置供應商，也是全球前十五大公司之一。是為數不多的端到端供應商之一，產品和應用範圍覆蓋半導體產業鏈，從無圖案化晶圓質量、前道工藝量測和宏觀缺陷檢測，再到先進封裝光刻和後段檢測，以及企業級軟體解決方案。
5）ASM PACIFIC （ASMPT ）
ASMPT 於 1975 年在香港成立， 集團是全球首個為半導體封裝及電子產品生產的所有工藝步驟提供技術和解決方案的裝置製造商，包括從半導體封裝材料和後段（晶片整合、焊接、封裝）到 SMT 工藝。全球並無其他裝置供應商擁有類似的全面產品組合及對裝嵌及 SMT程式的廣泛知識及經驗。
半導體解決方案分部生產及提供半導體裝嵌及封裝裝置，應用於微電子，半導體，光電子，及光電市場。其提供多元化產品如固晶系統，焊線系統，滴膠系統，切筋及成型系統及全方位生產線裝置。 SMT 解決方案業務負責為 SMT、半導體和太陽能市場開發和分銷一流的 DEK 印刷機，以及一流的 SIPLACE SMT 貼裝解決方案。ASMPT 總部位於新加坡，自1989 年起在香港聯交所上市。
ASMPT 前道量檢測裝置應用於 MEMS 影象感測器封測流程中，下圖為 ASMPT 影象感測器的封測應用流程，其中包括了光學檢測裝置：
ASMPT 光學檢測具體裝置包括：
1）CM-Inspector 全自動化光學檢視機 （CMOS 裝嵌）；2）TwinSpector 全自動光學檢測裝置。
ASMPT 檢測裝置
6、 中國主要廠商：緊握細分市場機遇膜厚量測技術門檻相對較低，集中度相對分散 ，為中國公司開啟細分賽道突破口。主要中國廠商見下：
1）上海精測：上海精測成立於 2018 年，核心技術團隊來自國內外豐富產業經歷人才，透過自主研發及吸收引進先進技術，實現半導體測試裝置的技術突破及產業化，快速做大做強。公司聚焦半導體前道檢測裝置領域，以橢圓偏振技術為核心開發了適用於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，在產品推向市場後，先後於 2020 年 1 月中標長江儲存 3臺整合式膜厚光學關鍵尺寸量測儀，並於 2020 年 8 月再次中標 3 臺，其他客戶的拓展工作也已取得了較好的成績，電子顯微鏡等相關裝置的研發符合預期，預計近期將完成首臺套的交付，產品受到國內重點客戶認可。
先進檢測裝置：國內首臺擁有完全自主智慧財產權的半導體前道檢測裝置。不僅是 2021 年 1 月中標的量測裝置，上海精測在缺陷檢測裝置中也有突破。2020 年 12月上海精測半導體推出 eView 全自動晶圓缺陷複查裝置並正式交付，該裝置是基於掃描電子顯微鏡技術的複查和分類的裝置，應用於積體電路製造過程，可對光學缺陷檢測裝置的結果進行高解析度複查、分析和分類，滿足 10x nm 積體電路工藝製程的需求。
上海精測檢測裝置案例
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為核心、與中科院微電子研究所深入合作、自主研發和生產工業智慧檢測裝備的高科技創新企業，檢測技術在行業處於國際前沿地位，檢測裝置在市場實現裝置的國產化。2016 年公司被認定為深圳市高新技術企業，併成為中國積體電路測試儀器與裝備產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積體電路和先進封裝檢測裝置和光學三維尺度量測模組及整體裝置的企業。公司以市場、研發和服務為戰略核心，以對智慧製造細分市場需求的深度瞭解和卓越的自主研發創新技術為核心競爭力，是引領行業的先進封裝檢測裝置和光學量測裝置的供應商。
中科飛測主要裝置
3) 上海睿勵
睿勵科學儀器（上海）有限公司是於 2005 年建立的合資公司，致力於研發、生產和銷售具有自主智慧財產權的積體電路生產製造工藝裝備產業中的工藝檢測裝置。公司的產品填補國家重大產業鏈中的重要空白，自列入了 2005 年上海市科教興市重大產業科技攻關專案起，得到了政府和業界的大力支援和高度關注。
4) Optima
成立時間 2015 年 2 月 3 日，業務為開發，製造和銷售半導體晶圓檢查裝置和測量裝置。
Optima 主要裝置
2019 年賽騰股份公告，公司擬以現金方式購買 Kemet Japan 株式會社持有的日本 Optima株式會社 20,258 股股份，佔標的公司股權比例為 67.53%，股權收購價款 270,105.99 萬日元（約合人民幣 16,395 萬元）。並對 Optima 株式會社進行增資,增資金額 120,000 萬日元（約合人民幣 7,284 萬元）,總計投資金額 390,105.99 萬日元（摺合人民幣約 23,679 萬元）。
三、後道測試裝置：電性測試半導體後道測試裝置主要是用在晶圓加工之後、封裝測試環節內，目的是檢查晶片的效能是否符合要求，屬於電效能的檢測。如下圖可見晶圓檢測和成品測試為晶圓製造和封裝測試的最終步驟：
後道測試裝置在積體電路流程中所處位置
晶圓檢測環節：晶圓檢測是指在晶圓完成後進行封裝前，透過探針臺和測試機的配合使用，對晶圓上的裸晶片進行功能和電引數測試。探針臺將晶圓逐片自動傳送至測試位置，晶片的 Pad 點透過探針、專用連線線與測試機的功能模組進行連線，測試機對晶片施加輸入訊號並採集輸出訊號，判斷晶片功能和效能在不同工作條件下是否達到設計規範要求。測試結果透過通訊介面傳送給探針臺，探針臺據此對晶片進行打點標記，形成晶圓的 Map 圖。該環節的目的是確保在晶片封裝前，儘可能地把無效晶片篩選出來以節約封裝費用。
成品測試環節：成品測試是指晶片完成封裝後，透過分選機和測試機的配合使用，對封裝完成後的晶片進行功能和電引數測試。分選機將被測晶片逐個自動傳送至測試工位，被測晶片的引腳透過測試工位上的基座、專用連線線與測試機的功能模組進行連線，測試機對晶片施加輸入訊號並採集輸出訊號，判斷晶片功能和效能在不同工作條件下是否達到設計規範要求。測試結果透過通訊介面傳送給分選機，分選機據此對被測晶片進行標記、分選、收料或編帶。該環節的目的是保證出廠的每顆積體電路的功能和效能指標能夠達到設計規範要求。
隨著 2018-2020 年中國大陸多家晶圓廠陸續投建及量產，國內封測廠陸續投 入新產線以實現產能的配套擴張，將持續帶動國內半導體測試裝置市場高速增長。
1、分類：測試機 、 探針臺、分選機，保障效能助力良率提升主要測試裝置簡介：測試機（ATE）、探針臺(Prober)、分選機（Handler）。半導體測試處於晶圓製造、封裝測試這兩個工序裡，核心裝置涵蓋了測試機、分選機、探針臺 3 種，都是透過計算機控制進行測試檢驗的自動化裝置。 其中，測試機負責檢測效能，後兩者主要檢測連線性；探針臺與測試機配合於晶圓製造工序，分選機與測試機配合在封裝測試工序。
2、全球市場： 測試機市場份額過半測試機（ATE ）是檢測晶片功能和效能的專用裝置，分選機和探針臺是將晶片的引腳與測試機的功能模組連線起來的專用裝置 ，與測試機共同實現批次自動化測試。
2020 年後道測試裝置市場規模約 62 億美元。根據 Gartner 資料，2016 年至 2018 年全球半導體後道測試裝置市場規模為 37 億、47 億、56 億美元，年複合增長率為 23%，2019 年根據 SEMI 釋出全球半導體裝置中後道裝置佔 9%計算，主要受到全球半導體裝置景氣的影響下降至 54 億美元。後道量測裝置中測試機在 CP、FT 兩個環節皆有應用，因此佔比最大達到 63.1%，其他裝置分選機佔 17.4%、探針臺佔 15.2%。測試機佔比大的原因：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，測試機需要和探針臺配合使用。
中國測試裝置構成及市場規模（單位：% ， 億 美 元）
3、測試機 ： 測試器件電路功能及電效能引數 ，保駕護航貫穿始終測試機（ATE）：半導體測試機又稱半導體自動化測試機，與半導體自動化測試系統同義。兩者由於翻譯的原因，以往將 Tester 翻譯為測試機，諸多行業報告沿用這個說法，但現在越來越多的企業將該等產品稱之為 ATE system，測試系統的說法開始流行，整體上無論是被稱為 Tester還是 ATE system，皆為軟硬體一體。半導體測試機測試半導體器件的電路功能、電效能引數，具體涵蓋直流引數（電壓、電流）、交流引數（時間、佔空比、總諧波失真、頻率等）、功能測試等。積體電路測試貫穿了積體電路設計、生產過程的核心環節，具體如下：
第一、積體電路的設計流程需要晶片驗證，即對晶圓樣品和積體電路封裝樣品進行有效性驗證；
第二、生產流程包括晶圓製造和封裝測試，在這兩個環節中可能由於設計不完善、製造工藝偏差、晶圓質量、環境汙染等因素，造成積體電路功能失效、效能降低等缺陷，因此，分別需要完成 晶圓檢測（CP, Circuit Probing ）和成品測試（FT, Final Test） ），透過分析測試資料，能夠確定具體失效原因，並改進設計及生產、封測工藝，以提高良率及產品質量。
無論哪個環節，要測試晶片的各項功能指標均須完成兩個步驟：一是將晶片的引腳與測試機的功能模組連線起來，二是透過測試機對晶片施加輸入訊號，並檢測輸出訊號，判斷晶片功能和效能是否達到設計要求。
4、後道測試市場格局後道測試裝置三大寡頭壟斷，日本 Advantest、美國 Teradyne 和 Cohu 合計佔比超 90%。其中，Advantest 在應用佔比最大的 SOC 領域具備較大的優勢；Teradyne 則是在應用佔比第二大的儲存領域具備優勢。目前模擬、功率領域國產化替代初顯，但在 SOC 與儲存這兩個領域是技術難度最高，也是國內後道測試裝置廠商急需突破的領域。
2019 年測試機主要裝置公司及佔比（% ）
1 ）泰瑞達 （Teradyne ）
泰瑞達目前是 全球最大的半導體測試裝置公司，總部位於美國馬薩諸塞州，於 1960 年成立，目前員工人數超過 4,900 人。泰瑞達已經在行業內深耕半個多世紀，主要產品包含半導體測試系統、國防/航空儲存測試系統、無線測試系統以及協作機器人業務，其中半導體測試系統涵蓋邏輯、射頻、模擬、電源管理、混合訊號和儲存裝置等多個方向。作為半導體測試裝置的龍頭企業，自上世紀 80 年代起，泰瑞達先後收購了 Zehnetel、Magatest 等多家公司，快速地擴充套件了自己的半導體測試裝置業務，成為 SoC 類測試、數字\模擬訊號類和電路板測試裝置等細分領域的市場領導者。
2008 年，泰瑞達收購了服務於快閃記憶體測試市場的 Nextest 和模擬測試市場的領跑者 EagleTest System （ETS）。至此，泰瑞達成為能夠提供模擬、混合訊號、儲存器及超大規模積體電路測試裝置的廠商，下游客戶遍佈整個半導體產業鏈。2018 年度，泰瑞達營業收入為 21.01 億美元（約合人民幣 144.18 億元），淨利潤為 4.52 億美元（約合人民幣 31.01億元）。
泰瑞達測試機主要分類
2 ）愛德萬 （Advantest）
愛德萬是儲存器測試龍頭企業，總部位於日本東京，於 1946 年創立，1972 年進入半導體測試系統行業，目前員工人數超過 4,500 人。業務涵蓋 SoC 測試系統、儲存器測試系統、分選機等領域以及其他新興業務與服務領域。
20 世紀 70 年代初，愛德萬應日本機械振興協會的要求，研發日本第一臺 10MHz IC 測試系統，正式進軍半導體測試裝置領域。80 年代，憑藉對全球半導體產業需求變化敏銳的嗅覺，愛德萬於 1976 年推出了全球首臺 DRAM 測試機 T310/31，並在儲存器測試機領域長期佔據優勢地位。2011 年，愛德萬成功收購 惠瑞傑（Verigy）開始進軍 SoC 測試市場。在 SoC 測試裝置市場，其市場佔有 率僅次於泰瑞達，位居全球第二。六十多年來，愛德萬測試已成為全球最大的集 成電路自動測試裝置供應商之一。 2019 財年（截至 2019 年 3 月 31 日），愛德萬營業收入為 2,824.56 億日元（約 合人民幣 171.08 億元），淨利潤為 569.93 億日元（約合人民幣 34.52 億元）。
3 ）科休半導體 （Cohu ）
科休半導體是全球測試分選機、半導體測試系統領先企業，總部位於美國特拉華州，於1947 年成立，目前員工人數超過 3,500 人，主要業務包括半導體分選機、裸板 PCB 測試系統及介面產品、備件和套件等輔助裝置。2018 年 10 月，科休半導體收購了國際知名的半導體測試裝置廠商 Xcerra，成功進入半導體測試系統領域。
4) ASM PACIFIC (ASMPT)
ASMPT 於 1975 年在香港成立， 集團是全球首個為半導體封裝及電子產品生產的所有工藝步驟提供技術和解決方案的裝置製造商，包括從半導體封裝材料和後段（晶片整合、焊接、封裝）到 SMT 工藝。全球並無其他裝置供應商擁有類似的全面產品組合及對裝嵌及 SMT程式的廣泛知識及經驗。
半導體解決方案分部生產及提供半導體裝嵌及封裝裝置，應用於微電子，半導體，光電子，及光電市場。其提供多元化產品如固晶系統，焊線系統，滴膠系統，切筋及成型系統及全方位生產線裝置。 SMT 解決方案業務負責為 SMT、半導體和太陽能市場開發和分銷一流的 DEK 印刷機，以及一流的 SIPLACE SMT 貼裝解決方案。ASMPT 總部位於新加坡，自1989 年起在香港聯交所上市。
在 ASMPT LED / 光電產品應用解決方案 以及 先進封裝解決方案中包含了晶圓測試，一站式測試及分類等測試裝置。
ASMPT 光電產品應用解決方案及現金封裝解決方案
全球測試機主要細分領域佔比：細分領域中 SOC 測試機，泰瑞達佔比 51% ，愛德萬佔比 35.5% ，科休佔比 4.7% 。儲存器測試機愛德萬佔比 60% ， 泰瑞達佔比 25% 。
2019 測試機全球細分領域佔比分類（%）
全球半導體測試機市場呈現高集中度的特點，2017 年市場佔有率最高的前兩家企業合計市場份額達近九成。在國內市場，以華峰測控為代表的少數國產測試裝置廠商已進入國內外封測龍頭企業的供應商體系，正透過不斷的技術創新逐漸實現進口替代。
2019 測試機中國 細分領域佔比分類（% ）
國內外測試裝置製造商在確定其技術路線和產品結構時均有所側重，如泰瑞達（Teradyne）主要產品為測試機，愛德萬（Advantest）主要產品為測試機和分選機，科利登（Xcerra）主要產品為測試機，東京電子（Tokyo Electron）主要產品為探針臺，北京華峰主要產品為測試機，上海中藝主要產品為分選機。
我國少數國產測試裝置廠商已進入國內外封測龍頭企業的供應商體系，正透過不斷的技術創新逐漸實現進口替代。從測試機的產品結構來看，2018 年中國積體電路測試機中儲存器測試機和 SoC 測試機所佔份額位居前兩位，分別為 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，分別為 12.7%、12.0%以及 6.8%，RF 測試機為 0.9%。
2018 年中國積體電路測試機產品結構（單位：億元）
由上圖可見儲存器測試機需求量最大。
儲存器測試裝置分類及佔比（% ）
國內測試裝置主要公司：
1) 武漢精鴻：由上圖可見目前儲存器測試裝置主要分為 CP Tester、B/I Tester、FT Tester 和 SLT Tester，其中 CP Tester 佔 57.69%。儲存器測試裝置是制約我國儲存器製造業快速發展的“卡脖子”難題。儲存器測試裝置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，專注於儲存器晶片測試裝置的廠商。目前武漢精鴻已經在儲存測試裝置領域的各個方面展開佈局。武漢精鴻在 BI測試、CP/FT 測試已經基本實現小批次產，短期內可實現規模量產。
武漢精鴻在 Burn-in 這個領域已經較靠前，相關產品已經實現量產，目前已交付長江儲存，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，比如最新開發的 CP 測試裝置，相關指標已經超過對標產品，主要原因是單板設計方面做了很大的改良。在整機散熱方面，透過實驗室的模擬改良，也有機會在該領域有所斬獲。而在訊號互連方面，目前也在加大研發，爭取在該領域有所突破。
2) 長川科技：長川科技成立於 2008 年，總部位於中國杭州市，主要從事積體電路專用裝置的研發、生產和銷售，是一家致力於提升我國積體電路專用測試技術水平、積極推動積體電路裝備業升級的國家高新技術企業和軟體企業，在職員工數量合計 452 人（截至 2018 年末）。長川科技的主要產品包括測試機、分選機及自動化生產線。
2018 年 5 月，長川科技公告計劃收購新加坡積體電路封裝測試裝置製造公司 STI，系長新投資持有的核心資產。截至 2019 年 7 月 31 日，長川科技已經取得長新投資 100%股權，相關工商變更登記手續已經辦理完畢。
3)華峰測控：北京華峰測控公司主營業務為半導體自動化測試系統的研發、生產和銷售，產品主要用於模擬及混合訊號類積體電路的測試，產品銷售區域覆蓋中國大陸、中國臺灣、美國、歐洲、日本、韓國等全球半導體產業發達的國家和地區。自成立以來，公司始終專注於半導體自動化測試系統領域，以其自主研發的產品實現了模擬及混合訊號類積體電路自動化測試系統的進口替代。目前，公司已成長為國內最大的半導體測試系統本土供應商，也是為數不多進入國際封測市場供應商體系的中國半導體裝置廠商。
華峰測控主要裝置
華峰測控，長川科技關鍵測試裝置技術指標對比，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示。
2020 主要測試機公司關鍵技術指標對比
5、探針臺：負責晶圓輸送與探針定位，提升測試效率我國探針臺市場規模 2019 年約為 10.25 億元，2022 年將增長到 15.69 億元。半導體探針臺廠商的競爭格局：東京精密，東京電子較高壟斷市場。
半導體裝置的技術壁壘高。隨著半導體行業的迅速發展，半導體產品的加工面積成倍縮小，複雜程度與日俱增，生產半導體產品所需的製造裝置需要綜合運用光學、物理、化學等科學技術，具有技術壁壘高、製造難度大及研發投入高等特點。
國際企業佔主導，國內企業在突破。從全球市場看，半導體探針臺裝置行業集中度較高，目前主要由國外廠商主導，行業呈現較高壟斷的競爭格局。 東京精密(Accretech) 、東京電子(Tokyo Electron) 兩家公司佔據全球約七成的市場份額。其次為 中國 臺灣企業，如臺灣惠特、臺灣旺矽等也佔有較大的市場份額，特別是在 LED 探針臺領域具有優勢。
2019 年 全球 及我國 探針臺市場 TOP 企業格局 （%）
從國內市場看，東京精密(Accretech)市場佔比最高；第二梯隊為東京電子(Tokyo Electron)；而臺灣惠特和深圳矽電相差不大，佔比在 13%-15%。而中國本土企業中，深圳矽電是國內規模最大的探針臺生產企業，進展較快，近三年營業收入保持年均 20%以上的增速，並且在大陸市場的基礎上，開始拓展中國臺灣地區市場。
此外，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。長川科技的主要產品為測試機和分選機，探針臺處於研發階段，尚未形成收入。中國電子科技集團 45所的探針臺在改革開放前曾一度是國內市場的主流機型，市場佔有率高達 67%，近年來依託原有技術積澱發展較快，探針臺產品包括手動探針測試臺和自動探針測試臺；西 700 廠主要側重於研製 4 探針模式的手動探針臺。
探針臺市場趨勢：長期看好
長期來看，國內的半導體整體產業及半導體制造業增長穩定，帶動封測需求。隨著聯網裝置的大規模成長，以及對資料處理、運算能力和資料儲存的需求激升，驅動了物聯網、人工智慧與高效能運算等技術的逐漸成熟，人工智慧及物聯網等終端產品的應用，包括 5G通訊、工業用智慧製造、車用電子與智慧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。對於仰仗半導體封測業的探針臺產業而言，終端應用衍生的高階封裝需求激增，封測需求持續成長，加上半導體產業匯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。
晶圓尺寸持續增大，從 6”到 8”再到目前的 12″，而對應的探針臺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、解析度以及測試原理等變化，未來的探針臺將沿著以下幾個方向改進。
(1)測試品種多。早期的探針臺主要針對一些分立器件進行測試，測試精度要求不是很高，但是隨著資訊化的發展、晶圓片尺寸增加、封裝尺寸的減小以及奈米工藝技術的成熟，對測試效率和穩定性提出很高的要求。其產品測試已經擴充套件到 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效能晶圓片測試是未來的發展方向。
(2)微變形接觸技術。Mirco Touch 微接觸技術，它減少了測試易碎器件或者 pad 處於活動電測區域下的接觸破壞，實現了對於垂直升降系統的精準的控制，大大降低了探針接觸晶圓的衝擊力，同時也提高了測試過程中探針的精準度，保證了良品率。因此，未來的探針臺將會在微變形接觸等技術上投入更大的成本。
(3)非接觸測量技術。隨著電磁波理論和 RFID (射頻識別)技術的成熟，接觸式測試將會因為更高的良率、更短的測試時間以及更低的產品成本等潛在優勢越來越受到青睞。這種測試方法中，每個裸片內含整合天線，TESTER 透過電磁波與其通訊，可以消除在標準測試過程中偶然發生的測試盤被損時間，減低缺陷率。
目前，我國的半導體行業的國產化率仍然比較低，裝置領域尤其明顯，探針臺市場領域，國產裝置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 所為代表的國內產裝置企業飛速發展，預計未來國產探針臺在國內市場的佔比將越來越高。國內半導體產業的逐步崛起，將給上游裝置龍頭公司帶來較大的成長空間。
6、分選機：高精度高相容，負責產品的測試接觸、揀選和傳送分選機（Handler ）：封裝測試環節的核心裝置為測試機和分選機。分選機主要承擔機械方面的任務，包括產品的測試接觸、揀選和傳送等。分選機把待測晶片逐個自動傳送至測試工位，晶片引腳透過測試工位上的金手指、專用連線線與測試機的功能模組進行連線，測試機對晶片施加輸入訊號並採集輸出訊號，完成封裝測試。測試結果透過通訊介面傳送給分選機，分選機據此對被測試積體電路進行標記、分選、收料或編帶。積體電路產品的封裝類別多樣化，使得分選機裝置生產商需要持續改進機械結構和精度，並提高其相容性，以滿足對不同封裝尺寸和外形的需求。
全球分選機市場主要企業及佔比（%）
上圖可見，分選機市場中 Advantest 和 Cohu 佔了一半的市場份額，其餘的一般有其他廠商分散佔據，可以說格局相對分散，國內有望加速取得市場話語權。
國內主要公司：
1 ） 長川科技：長川科技生產的積體電路測試機和分選機產品已獲得長電科技、通富微電、士蘭微、華潤微電子、日月光等多個一流積體電路企業的使用和認可。
2 ）上海中藝：上海中藝成立於 2001 年，主要從事積體電路自動化裝置的研發、製造、銷售，主要產品包括積體電路分選機、編帶機等。
智東西認為，半導體檢測貫穿於積體電路製造工藝流程的始終，在半導體制造過程具有無法替代的重要地位。但是，現階段前、後道檢測裝置的研發具有很高的技術和資金壁壘，該市場同光刻、刻蝕一樣，也呈現出國外巨頭高度壟斷的狀況。但是，隨著我國積體電路產業的高速發展，在檢測裝置的細分領域，比如說在探針臺和分選機方面，有望實現突破。