春暖花開，國內(nèi)疫情接近尾聲，各行各業(yè)都基本完成了復產(chǎn)復工。但是國外疫情還未得到有效控制，在這種情況下，一些產(chǎn)業(yè)鏈布局全球的行業(yè)遭受了承重的打擊， 比如半導體行業(yè)。
半導體行業(yè)全球化分工非常明確，每片芯片的制造需要至少20種材料，新冠疫情擴大使得交通受限，廠商供應鏈斷裂，多數(shù)廠商庫存不能超過三個月，后續(xù)若未受控制，供給會受到更強的沖擊。單看供給側(cè)給半導體行業(yè)帶來的沖擊非常大，三星，LG等半導體工廠均已停工。近日，也爆出蘋果ipad pro和華為P40缺貨等消息。
雖然疫情也導致了需求端的行情的下降，但疫情總會過去，各廠商也在為疫情后的市場作準備，誰能抓住疫情過后市場的空缺，誰將贏得更多的市場份額。而此時國內(nèi)的復產(chǎn)復工基本完成，加上國家大力推動5G等“新基建”的建設，使得國內(nèi)在產(chǎn)業(yè)上和市場上都具備了新一波的半導體產(chǎn)業(yè)上升期。而現(xiàn)階段產(chǎn)能不足的情況下，除了擴大生產(chǎn)，還能通過檢測設備和技術(shù)的升級來提升產(chǎn)線的良品率來降低成本，增加產(chǎn)量，提升利潤。
半導體檢測分為：設計驗證、前道檢測和后道檢測三大類別。本文主要對前道檢測中的晶圓檢測行業(yè)現(xiàn)狀做一些討論。
晶圓檢測設備是可以針對切割后的晶圓產(chǎn)生的冗余物、晶體缺陷，進行物理檢測，并通過算法分析自動分揀良品及次品的光學檢測設備。
檢測設備主要用來保證和提升良率，良率是決定晶圓廠盈利的關(guān)鍵，因此，其核心驅(qū)動力是晶圓廠對高利潤率的需求。近十年來，半導體的蕭條期（2011-2013年）半導體檢測設備占整個半導體設備銷量重從10%上升至14%，而半導體景氣期（2015-2017年），半導體檢測設備占比又下降至10%左右。
根據(jù)《芯片制造》一書中對良率模型測算結(jié)果：“在未來，隨著工藝制程步驟增加、制程尺寸縮小，芯片對任何一個較小缺陷的敏感性增加，并且更加致命”。
按照電子系統(tǒng)故障檢測中的“十倍法則”：如果一個芯片中故障沒在芯片測試時發(fā)現(xiàn)，那么在電路板（PCB）級別發(fā)現(xiàn)故障的成本就是芯片級的十倍。因此，技術(shù)越高，制程越小，對檢測過程中良率的要求就越高，這是這個行業(yè)能長期增長的底層商業(yè)邏輯。
之前有研究報告對阿斯麥研究后指出的當今半導體廠商面臨的主要挑戰(zhàn)有兩個：制程的突破和成本的上升。
瑞銀半導體首席分析師表示：“國家力量支持，誰都可以做（先進制程），但是良率是一大挑戰(zhàn)?！?/p>
一個先進制程需要大概300-500道工藝步驟，一個晶圓廠必須每步工藝良率保證在99%以上，才能保持盈利和具有競爭性。
但是良率差距非常的大，對比臺積電（50%）和中芯國際（25%）的毛利率發(fā)現(xiàn)前者是后者的兩倍之多。因此，大陸半導體制造業(yè)，在經(jīng)歷開荒式的野蠻增長后，未來需要精耕細作，通過良率的提升來增加國際競爭力。
但是同樣是先進制程，臺積電和中芯國際良率差別如此之大，究竟是為什么呢？檢測設備能在其中發(fā)揮什么作用呢？
在晶圓的整個制造過程中，光刻步驟越多造成的缺陷就越多，這是產(chǎn)生不良率的主要來源。因此即使是使用相同的阿斯麥的EUV光刻機，不同晶圓廠制造良率也會存在差別。光刻機對晶圓圖形化的過程中，如果圖片定位不準，則會讓整個電路失效。因此，制造過程的檢測至關(guān)重要。
晶圓檢測設備主要分為 無圖案缺陷檢測設備 和 有圖案缺陷檢測設備 兩種
無圖案檢測 主要用于對空白裸硅片的清潔度進行檢查，由于晶圓還未雕刻圖案，因此無需圖像比較即可直接檢測缺陷，檢測難度相對較小。
有圖案檢測 主要用于光刻步驟中，晶圓表面不規(guī)則性等缺陷，通過相鄰芯片圖案的差異來檢測。當設備檢測到缺陷時，需要自己判斷哪些是“致命”的缺陷，以保證整條產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。因此難度較大。一個公司的數(shù)據(jù)缺陷庫，其用戶越多，提交的故障數(shù)據(jù)就越多，其解決方案就越強大，就能更快的解決流程中的問題，從而減少停機時間同時提高產(chǎn)量。因此，檢測行業(yè)龍頭科磊不太可能被后來者趕上。
現(xiàn)在主流的檢測方法有兩種，一種是科磊選用的光學檢測（占市場90%），還有一種是阿斯麥的電子束檢測。兩種技術(shù)的主要差別在于速度。電子檢測較為直觀，但電子束檢測比光學檢測慢100-1000倍以上，現(xiàn)階段檢測效率決定了光學檢測方法的廣泛使用。
考察一個行業(yè)的發(fā)展，對其龍頭企業(yè)的研究是必不可少的。晶圓檢測設備領(lǐng)域，科磊是當之無愧的龍頭，其生產(chǎn)的半導體前道晶圓檢測設備，市場占有率52%，遠高于第二、三名的 應用材料（12%）、日立（11%），形成壟斷局面。國內(nèi)國產(chǎn)替代率僅有2%，替代率之低僅次于光刻機。
那么是什么導致了這樣的壟斷局面呢？
綜合分析，行業(yè)龍頭企業(yè)（科磊）的壁壘主要有以下三個：
- 行業(yè)研發(fā)費用大，研發(fā)壁壘高，跨賽道之間的技術(shù)難突破，最終形成了技術(shù)壟斷
- 大幅領(lǐng)先的市場占有率
- 市場占有率高的企業(yè)憑借龐大的客戶群體得到了大量的缺陷數(shù)據(jù)庫，隨著數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)越多，其檢測設備的檢測準確率就越高，后來者就越不可能撼動其市場地位。
進而對于晶圓檢測領(lǐng)域的非龍頭企業(yè)，在現(xiàn)有賽道上難以超車之時，技術(shù)革命才是唯一的出路。
