報告綜述：

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。

檢測裝置作為能夠最佳化製程控制良率、提高效率與降低成本的關鍵，未來在 半導體產業中的地位將會日益凸顯。預計未來我國半導體檢測裝置市場廣 闊，其主要原因為當前複雜的地緣政治帶來國產替代的迫切需求；國家政策 大力支援積體電路產業，產業發展迅速；半導體產業重心由國際向國內轉移 帶來機遇；中國市場已成為全球最大的裝置市場；新應用領域不斷湧現，新 器件效能迭代加速，帶來設計公司發展新機遇；晶片整合度的不斷提高，迎 來了檢測裝置的更大需求。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。前道量檢測對每一步工藝 過程的質量進行測量或者檢查，以保證工藝符合預設的指標，防止出現偏差 和缺陷的不合格晶圓進入下一道工藝流程。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。前道量檢測按照測試目的分為量測和 檢測。按照應用主要分為關鍵尺寸量測、薄膜的厚度量測、套刻對準量測、 光罩/掩膜檢測、無圖形晶圓檢測、圖形化晶圓檢測和缺陷複查。按照技術 主要分為光學檢測裝置、電子束檢測裝置。

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。測試裝置分為測 試機、探針臺和分選機。測試機佔比約 63%，國際市場中愛德萬和泰瑞達佔 據寡頭壟斷地位，同時先進封裝領航者 ASM PACIFIC 近年來在光電測試領 域積極佈局。

我們建議重點關注隨著未來人工智慧、物聯網、新能源汽車等新應用領域 所帶來的檢測行業發展機遇。同時隨著晶片整合度越來越高，工藝步驟越 來越複雜，晶圓在生產過程中需要量檢測和測試的頻次也越來越高，驅動 檢測裝置市場需求不斷提升。基於以上，精測電子的檢測裝置有望憑藉其 自身技術內生髮展和外部投資併購佈局量價齊升。

1. 檢測裝置：保駕護航、偵測並監控半導體關鍵良率偏移

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。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。

1.1. 分類：前道量檢測、後道測試，提升良率保障效能

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、下游封測芯 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。

1） 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。下游客戶為集 成電路製造商，包含臺積電、中芯國際、長江儲存等。

2） 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。

1.2. 市場趨勢：新應用湧現驅動市場潛力、工藝步驟倍增拓寬市場空間

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。

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。

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，否則會顯著影響芯 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整合電 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集 成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 年國內集 成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

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集 成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，驗證測試要求越發嚴格

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損失慘重

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。隨著整合 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。

1.3. 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。

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。

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 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 14.7%，增速高於全 球。

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。

1.4. 競爭格局：國外高度壟斷，國產替代需求迫切有望提速

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。

2. 前道量檢測裝置：物理、功能性檢查，提升良率，市場壁壘高築

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。下游客戶為集 成電路製造商，包含臺積電、中芯國際、長江儲存等。

2.1. 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(Reticle Inspection)、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

2.2. 檢測目的分類：量測和檢測，價值量隨工藝技術同步提升

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 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坐 標（X，Y）。

2.3. 應用範疇分類：關鍵尺寸、膜厚、套刻對準，光罩/掩膜、圖形、缺陷複查等

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。

2.3.1. 關鍵尺寸量測：監控線寬和孔徑，實現精確誤差測量

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

1）關鍵尺寸量測（OCD-Optical Critical Dimension Metrology）：

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。

案例：在半導體晶圓的指定位置測量電路圖案的線寬和孔徑

2.3.2. 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。

案例：測量半導體晶圓表面薄膜的厚度

2.3.3. 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(Overlay Metrology)：

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。

2.3.4. 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

光罩/掩模檢測（Reticle Inspection）:

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：

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。

光罩/掩模檢測裝置案例：

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 光罩/掩膜檢測市場，Lasertec 高度壟斷

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。

2.3.5. 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

無圖形晶圓檢測（Non-patterned Wafer Inspection）：

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。

基本原理：

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。

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。

2.3.6. 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

圖形化晶圓檢測(Patterned Wafer Inspection）：

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。

2.3.7. 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。

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。

2.4. 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，其動態分辨 率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。

應用情況：

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。

3. 後道測試裝置：電性測試，新產線持續投入帶動市場高速增長

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： 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。

3.1. 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。

3.2. 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。

3.3. 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、電效能參 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，判斷芯 片功能和效能是否達到設計要求。

3.4. 探針臺：負責晶圓輸送與探針定位，提升測試效率

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。隨著聯網設 備的大規模成長，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。

技術趨勢：向高、精、尖和自動化發展

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。

3.5. 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。

詳見報告原文。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關資訊，請參閱報告原文。）