半導體器件生產中，從半導體單晶片到製成最終成品，須經歷數十甚至上百道工序。為了確保產品性能合格、穩定可靠，並有高的成品率，根據各種產品的生產情況,對所有工藝步驟都要有嚴格的具體要求。因而,在生產過程中必須建立相應的系統和精確的監控措施，首先要從半導體工藝檢測著手。
半導體工藝檢測的項目繁多，內容廣泛，方法多種多樣，可粗分為兩類。第一類是半導體晶片在經歷每步工藝加工前後或加工過程中進行的檢測，也就是半導體器件和集成電路的半成品或成品的檢測。第二類是對半導體單晶片以外的原材料、輔助材料、生產環境、工藝設備、工具、掩模版和其他工藝條件所進行的檢測。第一類工藝檢測主要是對工藝過程中半導體體內、表面和附加其上的介質膜、金屬膜、多晶矽等結構的特性進行物理、化學和電學等性質的測定。其中許多檢測方法是半導體工藝所特有的。
工藝檢測的目的不只是搜集數據，更重要的是要把不斷產生的大量檢測數據及時整理分析，不斷揭示生產過程中存在的問題，向工藝控制反饋，使之不致偏離正常的控制條件。因而對大量檢測數據的科學管理，保證其能夠得到準確和及時的處理，是半導體工藝檢測中的一項重要關鍵。同時半導體檢測也涉及大量的科學儀器，針對於此，對一些半導體檢測的儀器進行介紹。
橢偏儀是一種用於探測薄膜厚度、光學常數以及材料微結構的光學測量儀器。由於測量精度高，適用於超薄膜，與樣品非接觸，對樣品沒有破壞且不需要真空，使得橢偏儀成為一種極具吸引力的測量儀器。
目前，橢偏儀是測量透明、半透明薄膜厚度的主流方法，它採用偏振光源發射雷射，當光在樣本中發生反射時，會產生橢圓的偏振。橢偏儀通過測量反射得到的橢圓偏振，並結合已知的輸入值精確計算出薄膜的厚度，是一種非破壞性、非接觸的光學薄膜厚度測試技術。在晶圓加工中的注入、刻蝕和平坦化等一些需要實時測試的加工步驟內，橢偏儀可以直接被集成到工藝設備上，以此確定工藝中膜厚的加工終點。
四探針測試儀是用來測量半導體材料（主要是矽單晶、鍺單晶、矽片）電阻率，以及擴散層、外延層、ITO導電箔膜、導電橡膠方塊電阻等的測量儀器。
測量半導體電阻率方法的測量方法主要根據摻雜水平的高低，半導體材料的電阻率可能很高。有多種因素會使測量這些材料的電阻率的任務複雜化，包括與材料實現良好接觸的問題。特殊的探頭設計用於測量半導體晶片和半導體棒的電阻率。這些探頭通常由諸如鎢的硬質金屬製成，並接地到探頭。在這種情況下，接觸電阻很高，必須使用四點共線探針或四線絕緣探針。兩個探針提供恆定電流，另外兩個探針測量整個樣品一部分的電壓降。通過使用所測電阻的幾何尺寸來計算電阻率。
薄膜應力作為半導體製程、MEMS微納加工、光電薄膜鍍膜過程中性能測試的必檢項，其測試的精度、重複性、效率等因素為業界所重點關注。對應產品目前業界有兩種主流技術流派：1）以美國FSM、KLA、TOHO為代表的雙雷射波長掃描技術（線掃模式），儘管是上世紀90年代技術，但由於其簡單高效，適合常規Fab製程中進行快速QC，至今仍廣泛應用於相關工廠。2）以美國kSA為代表的MOS雷射點陣技術，抗環境振動幹擾，精於局部區域內應力測量，這在研究局部薄膜應力均勻分布具有特定意義。線掃模式主要測量晶圓薄膜整體平均應力，監控工序工藝的重複性有意義。但在監控或精細分析局部薄膜應力，雷射點陣技術具有特殊優勢，比如在MEMS壓電薄膜的應力和缺陷監控。
熱播系統主要用來測量摻雜濃度。熱波系統通過測量聚焦在矽片上同一點的兩束雷射在矽片表面反射率的變化量來計算雜質粒子的注入濃度。在該系統內，一束雷射通過氬氣雷射器產生加熱的波使矽片表面溫度升高，熱矽片會導致另一束氦氖雷射的反射係數發生變化，這一變化量正比於矽片中由雜質粒子注入而產生的晶體缺陷點的數目。由此，測量雜質粒子濃度的熱波信號探測器可以將晶格缺陷的數目與摻雜濃度等注入條件聯繫起來，描述離子注入工藝後薄膜內雜質的濃度數值。
ECV又名擴散濃度測試儀，結深測試儀等，即電化學CV法測擴散後的載流子濃度分布。電化學ECV可以用於太陽能電池、LED等產業，是化合物半導體材料研究或開發的主要工具之一。電化學ECV主要用於半導體材料的研究及開發，其原理是使用電化學電容-電壓法來測量半導體材料的摻雜濃度分布。電化學ECV(CV-Profiler, C-V Profiler)也是分析或發展半導體光-電化學溼法蝕刻(PEC Etching)很好的選擇。
載流子壽命就是指非平衡載流子的壽命。而非平衡載流子一般也就是非平衡少數載流子（因為只有少數載流子才能注入到半導體內部、並積累起來，多數載流子即使注入進去後也就通過庫侖作用而很快地消失了），所以非平衡載流子壽命也就是指非平衡少數載流子壽命，即少數載流子壽命。例如，對n型半導體，非平衡載流子壽命也就是指的是非平衡空穴的壽命。
少子壽命是半導體材料和器件的重要參數。它直接反映了材料的質量和器件特性。能夠準確的得到這個參數，對於半導體器件製造具有重要意義。少子壽命測試儀可以直接獲得長矽的質量參數。
拉曼光譜是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基於印度科學家C.V.Raman在1928年所發現的拉曼散射效應，對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉動方面信息並應用於分子結構研究的一種分析方法。
拉曼光譜在材料科學中是物質結構研究的有力工具，在相組成界面、晶界等課題中可以做很多工作。半導體材料研究中，拉曼光譜可測出經離子注入後的半導體損傷分布，可測出半磁半導體的組分，外延層的質量，外延層混品的組分載流子濃度。
紅外光譜儀是利用物質對不同波長的紅外輻射的吸收特性，進行分子結構和化學組成分析的儀器。紅外光譜儀通常由光源，單色器，探測器和計算機處理信息系統組成。根據分光裝置的不同，分為色散型和幹涉型。對色散型雙光路光學零位平衡紅外分光光度計而言，當樣品吸收了一定頻率的紅外輻射後，分子的振動能級發生躍遷，透過的光束中相應頻率的光被減弱，造成參比光路與樣品光路相應輻射的強度差，從而得到所測樣品的紅外光譜。
紅外光譜法操作簡單，不破壞樣品，使其在半導體分析的應用日趨廣泛。半導體材料的紅外光譜揭示了晶格吸收、雜質吸收和自由載流子吸收的情況，直接反映了半導體的許多性質，如確定紅外透過率和結晶缺陷，監控外延工藝氣體組分分布，測載流子濃度，測半導體薄層厚度和襯底表面質量。
二次粒子質譜是藉助入射粒子的轟擊功能，將樣品表面原子濺出，由質譜儀測定二次粒子質量，根據質譜峰位的質量數，可以確定二次離子所屬的元素和化合物，從而可精確測定表面元素的組成。這是一種常用的表面分析技術。其特點是高靈敏度和高解析度。
利用二次離子質譜對摻雜元素的極高靈敏度的特點，對樣品的注入條件進行分析，在生產中可以進行離子注入機臺的校驗，並確定新機臺的可以投入生產。同時，二次離子質譜對於CVD沉積工藝的質量監控尤其是硼磷元素的分布和生長比率等方面有不可替代的作用。通過二次離子質譜結果的分析幫助CVD工程師進行生長條件的調節，確定最佳沉積工藝條件。對於雜質汙染的分析,可以對樣品表面結構和雜質摻雜情況進行詳細了解，保證晶片的有源區的潔淨生長，對器件的電性質量及可靠性起到至關重要的作用。對摻雜元素退火後的形貌分析研究發現通過改變摻雜元素的深度分布，來保證器件的電學性能達到設計要求。可以幫助LTD進行新工藝的研究對於90nm/65nm/45nm新產品開發起到很大作用。
X射線光電子能譜儀以X射線為激發源。輻射固體表面或氣體分子，將原子內殼層電子激發電離成光電子，通過分析樣品發射出來的具有特徵能量的光電子，進而分析樣品的表面元素種類、化學狀態和電荷分布等信息，是一種無損表面分析技術。
這種技術分析範圍較寬，原則上可以分析除氫以外的所有元素，但分析深度較淺，大約在25~100 ?範圍，不過其絕對靈敏度高，測量精度可達10 nm左右，主要用於分析表面元素組成和化學狀態，原子周圍的電子密度，特別是原子價態及表面原子電子云和能級結構。
當一束單色X射線入射到晶體時，由於晶體是由原子規則排列成的晶胞組成，這些規則排列的原子間距離與入射X射線波長有X射線衍射分析相同數量級，故由不同原子散射的X射線相互幹涉，在某些特殊方向上產生強X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強度，與晶體結構密切相關，每種晶體所產生的衍射花樣都反映出該晶體內部的原子分配規律。這就是X射線衍射的基本原理。
半導體製造中的大部分材料是多晶材料，比如互連線和接觸孔。XRD能夠將多晶材料的一系列特性量化。這其中最重要的特性包括多晶相(鎳單矽化物，鎳二矽化物)，平均晶粒大小，晶體織構，殘餘應力。
陰極螢光譜是利用電子束激發半導體樣品，將價帶電子激發到導帶，之後由於導帶能量高不穩定，被激發電子又重新跳回價帶，並釋放出能量E≤Eg（能隙）的特徵螢光譜。CL譜是一種無損的分析方法，結合掃描電鏡可提供與形貌相關的高空間解析度光譜結果，是納米結構和體材料的獨特分析工具。利用陰極螢光譜，可以在進行表面形貌分析的同時，研究半導體材料的發光特性，尤其適合於各種半導體量子肼、量子線、量子點等納米結構的發光性能的研究。
例如，對於氮化鎵單晶，由於陰極螢光顯微鏡具有高的空間解析度並且具有無損檢測的優點，因此將其應用於位錯密度的檢測已經是行業內廣泛採用的方法。目前也制定了相應的標準。
輪廓儀是一種兩坐標測量儀器，儀器傳感器相對被測工件表而作勻速滑行，傳感器的觸針感受到被測表而的幾何變化，在X和Z方向分別採樣，並轉換成電信號，該電信號經放大和處理，再轉換成數位訊號儲存在計算機系統的存儲器中，計算機對原始表而輪廓進行數字濾波，分離掉表而粗糙度成分後再進行計算，測量結果為計算出的符介某種曲線的實際值及其離基準點的坐標，或放大的實際輪廓曲線，測量結果通過顯示器輸出，也可由印表機輸出。
而利用先進的3D輪廓儀可以實現對矽晶圓的粗糙度檢測、晶圓IC的輪廓檢測、晶圓IC減薄後的粗糙度檢測。
AOI的中文全稱是自動光學檢測，是基於光學原理來對焊接生產中遇到的常見缺陷進行檢測的設備。AOI是新興起的一種新型測試技術，但發展迅速，很多廠家都推出了AOI測試設備。當自動檢測時，機器通過攝像頭自動掃描PCB，採集圖像，測試的焊點與資料庫中的合格的參數進行比較，經過圖像處理，檢查出PCB上缺陷，並通過顯示器或自動標誌把缺陷顯示/標示出來，供維修人員修整。
運用高速高精度視覺處理技術自動檢測PCB板上各種不同貼裝錯誤及焊接缺陷。PCB板的範圍可從細間距高密度板到低密度大尺寸板，並可提供在線檢測方案，以提高生產效率，及焊接質量。通過使用AOI作為減少缺陷的工具，在裝配工藝過程的早期查找和消除錯誤，以實現良好的過程控制。早期發現缺陷將避免將壞板送到隨後的裝配階段，AOI將減少修理成本將避免報廢不可修理的電路板。
廣義上的IC測試設備我們都稱為ATE（AutomaticTest Equipment），一般由大量的測試機能集合在一起，由電腦控制來測試半導體晶片的功能性，這裡面包含了軟體和硬體的結合。
在元器件的工藝流程中，根據工藝的需要，存在著各種需要測試的環節。目的是為了篩選殘次品，防止進入下一道的工序，減少下一道工序中的冗餘的製造費用。這些環節需要通過各種物理參數來把握，這些參數可以是現實物理世界中的光，電，波，力學等各種參量，但是，目前大多數常見的是電子信號的居多。ATE設計工程師們要考慮的最多的，還是電子部分的參數比如，時間，相位，電壓電流，等等基本的物理參數。就是電子學所說的，信號處理。
此外，原子力顯微鏡、俄歇電子能譜、電感耦合等離子體質譜儀、X光螢光分析、氣相色譜等都可以用於半導體檢測。而隨著半導體製程工藝的進步，工藝過程中微小的沾汙、晶格缺陷等都可能導致電路的失效等，半導體的工藝檢測也凸顯的越來越重要。