光刻机、刻蚀机对造芯⽚的重要性已不⾔⽽喻，但若没有质量控制设备，同样⽆法造芯。就像医疗领域的CT、彩超、⽣化分析仪等辅助检测身体状况的设备⼀样，半导体质量控制设备也是给芯⽚“体检”的⼯具，统称半导体检测设备。
今年5⽉19⽇，中科⻜测科创板上市，其主要业务便是国产化率只有2%的半导体检测和量测设备，上市⾸⽇较发⾏价涨189.62%的成绩，预示着半导体质量控制设备将不再是隐形赛道。
本⽂是“果壳硬科技”策划的“国产替代”系列第⼆⼗三篇⽂章，关注半导体质量控制设备国产替代。在本⽂中，你将了解到：半导体质量控制设备概念具体指代什么，半导体质量控制设备国内外整体发展情况，国产设备商的出路。
半导体检测作为半导体质量控制较为⼴义的表达⽅式，业内指称较为混乱。严格意义上，半导体质量控制分为检测、量测、测试三种⼯艺，所指代的技术也有所不同。
质量控制决定着芯⽚⽣产的良率，集成电路⽣产⼯艺复杂，仅前道制程就存在数百道⼯序，量变引发质变，每道⼯序的缺陷都会随时间推移⽽被放⼤到数倍甚⾄数⼗倍，所以只有保证每道⼯序都不存在缺陷，才能保证最终成品的性能。
从全球半导体制造设备市场来看，15%~20%的钱都花在了质量控制设备上。细分市场⽅⾯，检测设备、量测设备、测试设备分别占全球质量控制设备市场的48%、6%、46%，同时形成了截然不同的前道检测和后道测试市场。
检测和量测设备有三个基础要点：⼀是扫描必须覆盖整个晶圆，同时保证缺陷密度在数百个⼯艺步骤后趋近于零；⼆是扫描速度必须⾜够快，否则难以及时反馈制造过程的真实情况，普遍为⼏分钟到⼀⼩时之内，要在⼏分钟内检查整个晶圆，需要⼤于1010像素每秒的数据速率，现今多数先进系统常采⽤并⾏读取数百像素的⽅式保证传输速率；三是检测和量测系统必须完全⾃动化，且24⼩时不间断运⾏，⽽预防性维护⾄少每三个⽉执⾏⼀次。
随着半导体⾏业发展渐深，检测和量测设备也逐渐跟上步伐，⾏业发展可分为两个阶段。第⼀阶段是对灵敏度和可重复性要求不断提升，随之⽽来的，是监控晶圆成本的上升；第⼆阶段是对可靠性和易⽤性上提出需求，与此同时，芯⽚制造商对于性价⽐的追求，压⼒不断回传⾄制造商。
半导体检测和量测设备研发难度⾼，投⼊⼤，但市场空间不如中下游集成电路或芯⽚那般⼤，且增速较为平稳。数据显示，全球半导体量测设备将从2021年的73亿美元提升⾄2031年的133亿美元，年复合增⻓率6.2%，同时这⼀领域全球集中度极⾼，科磊半导体（KLA）、应⽤材料（Applied Materials）、⽇⽴（Hitachi）三家全球市场占⽐分别为50.8%、11.5%、8.9%。
我国半导体检测与量测设备国产化率极低，2020年我国半导体检测和量测设备国产化率约为2%，科磊半导体、应⽤材料、⽇⽴三家公司分别占据我国检测和量测设备市场的54.8%、9.0%、7.1%。⽽我国整体市场占全球市场约27.4%，根据推算，2023年我国检测和量测设备市场规模能够达到326亿元。
专利⻆度来看，中国⾮常重视半导体检测技术，并已展开市场竞争。智慧芽数据显示，以半导体检测为关键词搜索，在170个国家/地区中，共3210条专利，总价值109,148,100美元。
半导体量测专利领域不如检测领域那样热闹，智慧芽数据显示，在170个国家/地区中，共27条专利，总价值2,487,600 (美元)，其中中国包揽了47.62%的相关专利，其次是美国（33.33%）、韩国（9.52%）。主要企业包括科磊、上海精测半导体、汎铨科技、⻓鑫存储、思达科技、真芯半导体、中科院微电⼦所等。
在⾏业中，封装和测试多被划⼊⼀个领域，即封测 (Semiconductor assembly and test manufacturing，ATM)，⼯艺流程包括划⽚、装⽚、键合、塑封、去⻜边、电镀、打印、切筋和成型、外观检查、成品测试、包装出货等。
测试设备包括测试机（Tester）、探针台（Prober）、分选机（Test Handler）三种，⽆论是晶圆检测还是成品测试，测试芯⽚均需先将芯⽚引脚与测试机功能模块相连（探针台和分选机的作⽤），再通过测试机向芯⽚输⼊信号，并检测输出信号。
半导体测试设备可分为3个发展阶段：1990年~2000年，是功能时代，制程⼯艺集中在0.8μm~0.13μm，芯⽚搭载功能越来越多，传统测试平台逐渐被淘汰；2000年~2015年，是效率时代，随着⼯艺从0.13μm发展到14nm，并⾏测试需求扩⼤，4⼯位、8⼯位测试成为标配；2015年⾄今，是新兴时代，制程⼯艺步⼊3nm，此时单纯的芯⽚测试只是基础性功能，trim（微调）等更多复杂性功能成为标配，这些功能可以有效减少设计时间、提⾼产品良率。
半导体封测是我国最早转型的制造环节，迄今为⽌，它已成为我国集成电路产业链中相对成熟的环节。早在2010年，我国就已在封装测试环节实现632亿元的销售额，其产值⼀度占据我国集成电路产业总产值的70%以上。⽽在2020年，我国半导体测试设备市场规模达到91.4亿元，并且连续多年成为全球最⼤半导体销售市场。
虽说困难重重，但实际上情况也没有想象中那样差，在地缘政治摩擦加剧之下，更多关注度、资⾦、技术也开始流向半导体设备⼚商，同时在各项政策激励和基⾦加持下，这些⼚商也将拥有越来越多的试错机会。