半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)＠治?前道量測設(shè)備2024

從芯片的發(fā)展歷程來看，可以發(fā)現(xiàn)芯片的研發(fā)主要遵循摩爾定律，即微處理器內(nèi)的晶體管數(shù)量每隔18個月至兩年便翻一番，從而使得芯片的處理能力相應(yīng)增強。根據(jù)Yole的統(tǒng)計，工藝節(jié)點每縮減一代，工藝中產(chǎn)生的致命缺陷數(shù)量會增加50%。當工序超過500道，單道工序的良率要超過99.99%，最終芯片良率才能超過95%[1]。因此為保證晶圓加工良率，晶圓廠必須在刻蝕、光刻等每個關(guān)鍵步驟后對晶圓進行詳盡的檢測，這種貫穿晶圓制造全過程的檢測/量測工藝被稱為半導(dǎo)體前道量測。半導(dǎo)體前道檢測/量測設(shè)備（本文中簡稱“晶圓量測設(shè)備”）是能夠優(yōu)化制程控制良率、提高效率與降低成本的關(guān)鍵。在半導(dǎo)體設(shè)備市場中，晶圓量測設(shè)備的價值量占比約為13%。根據(jù)QYresearch在2024年1月發(fā)布的報告，全球半導(dǎo)體晶圓量測設(shè)備市場在2023年的估值為51.257億美元，預(yù)計到2030年將增長至87.975億美元，期間復(fù)合年增長率（CAGR）為7.9%。亞太地區(qū)預(yù)計將占據(jù)市場的重要份額，特別是日本、中國和韓國，其擁有豐富的制造設(shè)施、半導(dǎo)體晶圓制造商、半導(dǎo)體制造商、原始設(shè)備制造商（originalequipmentmanufacturers,OEM）和原始設(shè)計制造商（originaldesignmanufacturers,ODM）[2]，將為亞太地區(qū)的市場份額增長提供強有力的支撐。據(jù)預(yù)測，中國市場在2022年至2030年的復(fù)合年增長率約為14.4%，到2030年將達到24億美元的市場規(guī)模，成為增長最快的市場之一[3]。然而，就全球晶圓量測設(shè)備廠商的市場占有率而言，美國企業(yè)占有60%以上市場份額，日本、荷蘭也占有一席之地，市場呈現(xiàn)相對集中的格局。盡管中國對晶圓量測設(shè)備的需求旺盛，但國產(chǎn)設(shè)備的市場占有率僅為2~3%，暴露出國內(nèi)晶圓量測設(shè)備產(chǎn)業(yè)在全球競爭中的脆弱然而，隨著國家級政策的相繼出臺，這一領(lǐng)域正迎來前所未有的發(fā)展機遇?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中提到，“在集成電路領(lǐng)域，關(guān)注集成電路設(shè)計工具、重點裝備和高純靶材等關(guān)鍵材料研發(fā)”。國務(wù)院發(fā)布的《計量發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》強調(diào)了在先進制造領(lǐng)域?qū)軠y量技術(shù)的重視，提出要支撐先進制造，強化計量應(yīng)用。旺盛的市場需求加之政府政策對集成電路領(lǐng)域的支持，晶圓量測設(shè)備國產(chǎn)化勢在必行。本文旨在從專利的角度分析中國晶圓量測技術(shù)及行業(yè)的發(fā)展趨勢，為了研究其專利布局情況，我們分別選擇了美國、日本、荷蘭的各1-3家行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)作為該國專利權(quán)人代表，同時選取了中國[4]的8家領(lǐng)先企業(yè)作為中國專利權(quán)人代表。結(jié)合政府政策和市場信息，本文試圖揭示中國晶圓量測技術(shù)和行業(yè)發(fā)展的趨勢和潛力。晶圓量測領(lǐng)域?qū)＠治鰣D1展示了以簡單同族為統(tǒng)計單位，荷蘭、日本、美國和中國在晶圓量測設(shè)備領(lǐng)域的頭部企業(yè)近十年（2014年至2023年）的全球?qū)＠暾堏厔?。由于專利公開的延時，2022年和2023年的數(shù)據(jù)僅為部分公開的專利申請。從圖中可見，直至2020年以前，中國在晶圓量測領(lǐng)域內(nèi)的專利申請數(shù)量遠低于美國，幾乎不足其三分之一。然而，自2020年起，中國在該領(lǐng)域內(nèi)的專利申請急劇增加，到2021年中國超越其他三國成為當年專利族申請量最大的國家。我們認為這一變化的主要原因包括：一，政府在政策層面對集成電路行業(yè)的高度重視；二，國際貿(mào)易爭端的背景下，自2018年起美國對中國芯片領(lǐng)域采取了一系列制裁措施，增加了中國企業(yè)獲取境外晶圓代工服務(wù)和產(chǎn)品的難度，這不僅加大了中國晶圓制造設(shè)備的生產(chǎn)壓力，同時也引起了中國晶圓量測設(shè)備企業(yè)的擔憂；三，中國作為全球最大的芯片消費市場，對晶圓加工的產(chǎn)能和技術(shù)的需求日益增加。因此，在政府政策的支持、國際貿(mào)易爭端的背景以及市場需求的共同推動下，預(yù)計中國的晶圓量測設(shè)備企業(yè)將在未來相當長一段時期內(nèi)持續(xù)增加在該領(lǐng)域的研發(fā)和專利投入。圖1各國企業(yè)專利申請趨勢圖2呈現(xiàn)了近十年各國企業(yè)在晶圓量測領(lǐng)域的CN專利申請趨勢，從柱狀圖中可以看出自2020年起中國的本土企業(yè)在CN專利申請總量中所占的比例超過了43%，并且這一比例仍在持續(xù)增長中。這一趨勢反映出了中國晶圓量測企業(yè)加強在國內(nèi)的專利布局以壓制競爭對手進而提升本土市場地位的決心。圖2各國企業(yè)CN專利申請趨勢圖3-1展示了近十年各國企業(yè)簡單同族中國家/地區(qū)數(shù)量分別為1個或2個及以上的專利族總數(shù)及其比例。如圖所示，荷蘭、日本、美國企業(yè)75%以上的專利族在2個及以上的國家/地區(qū)（包含WO）有布局，這反映了它們在全球范圍內(nèi)的專利保護意識。相比之下，中國企業(yè)大多數(shù)的專利族僅有CN專利一個成員，海外專利布局不足10%。圖3-2進一步展示了這些企業(yè)專利族覆蓋的國家/地區(qū)平均數(shù)量的變化趨勢，可以看出荷蘭和美國企業(yè)平均一個專利族中覆蓋的國家/地區(qū)數(shù)量多達5-6個，日本企業(yè)的這一數(shù)字穩(wěn)定在3-4個左右，中國企業(yè)平均每個專利族中成員僅為1個。上述數(shù)據(jù)表明中國的晶圓量測企業(yè)目標市場較為明確（即中國本土市場，具體可見上文分析），而海外企業(yè)則著眼于更廣闊的全球市場。對中國企業(yè)來說這既是一個機遇，也是一個軟肋。機遇在于，可以加強國內(nèi)市場的技術(shù)積累和市場影響力；軟肋則在于，如果希望未來在全球市場上競爭，就需要增強海外專利布局的意識和能力。圖3-1各國企業(yè)簡單同族中國家/地區(qū)數(shù)量為1個或2個及以上的專利族數(shù)圖3-2各國企業(yè)同族專利中國家/地區(qū)的平均數(shù)量趨勢從技術(shù)路線原理上看，晶圓量測主要包括光學檢測技術(shù)、電子束檢測技術(shù)和X射線檢測技術(shù)。根據(jù)VLSIResearch和QYResearch的報告，2020年全球半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備市場中，應(yīng)用光學檢測技術(shù)、電子束檢測技術(shù)及X射線檢測技術(shù)的設(shè)備市場份額占比分別為75.2%、18.7%及2.2%[5]，可以看出應(yīng)用光學檢測技術(shù)的設(shè)備在市場占比方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢。從圖4-1可以看出，不同國家的企業(yè)在晶圓量測的細分技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的專利布局存在明顯不同，比如荷蘭和日本的企業(yè)在電子束檢測技術(shù)上布局的專利較多，美國在相對而言更成熟的光學檢測領(lǐng)域的專利布局上投入較多，這也反映了美國在晶圓量測市場上的領(lǐng)先地位。中國的企業(yè)則更傾向于選擇光學檢測技術(shù)這條賽道，從中也可以看出中國在常用晶圓量測設(shè)備國產(chǎn)化的道路上的努力。圖4-2展示了近十年海外企業(yè)在三大細分領(lǐng)域內(nèi)的專利申請趨勢及授權(quán)率，其中授權(quán)率表示該年申請的專利中目前已授權(quán)專利所占的比例，由于專利授權(quán)可能需要3-5年的時間，因此2019年及以后的授權(quán)率可能并不準確。值得關(guān)注的是，自2018年起，電子束檢測技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量開始追平甚至超越光學檢測領(lǐng)域，其授權(quán)率自同年起亦超過光學檢測技術(shù)，暗示著電子束檢測技術(shù)在研發(fā)潛力和技術(shù)競爭力方面的優(yōu)勢。同時，在光學檢測技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，海外企業(yè)的專利授權(quán)率一直維持在80%以上，表明盡管該領(lǐng)域已相對成熟，但依然存在較大的研發(fā)和創(chuàng)新空間。圖4-1各國企業(yè)在光學、電子束、X射線檢測技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的專利申請總量圖4-2海外企業(yè)在光學、電子束、X射線檢測技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的專利申請趨勢及授權(quán)率小結(jié)與展望1.自2020年起，中國的晶圓量測企業(yè)在本領(lǐng)域內(nèi)開始布局較多專利，年申請專利族數(shù)趕超美國、荷蘭及日本的企業(yè)。在政府政策支持、國際貿(mào)易爭端背景下以及市場需求增長的共同推動下，預(yù)測未來相當長一段時期內(nèi)中國企業(yè)必然將持續(xù)增加在本領(lǐng)域內(nèi)的研發(fā)和專利投入。從專利地理布局來看，自2021年起，中國企業(yè)的專利申請數(shù)量占據(jù)了該領(lǐng)域內(nèi)CN專利申請的50%以上，反映出中國企業(yè)主要聚焦本土市場，并在該市場上正逐步建立技術(shù)優(yōu)勢。然而，與海外企業(yè)相比，中國企業(yè)在海外的專利布局尚顯不足。盡管中國企業(yè)目前聚焦于本土市場，但其仍有必要考慮擴大海外專利布局，以便一方面幫助企業(yè)在兼并重組、投融資等市場活動中提高無形資產(chǎn)價值，另一方面在國際市場競爭中可以借此抗衡或牽制海外競爭對手。因此，加強海外專利布局意識和策略是中國晶圓量測設(shè)備企業(yè)的重要任務(wù)。2.在細分技術(shù)領(lǐng)域的專利布局中，中國企業(yè)主要關(guān)注光學檢測技術(shù)，這一領(lǐng)域不僅市場份額大，也可能是中國傳統(tǒng)晶圓量測設(shè)備國產(chǎn)化努力的重點。對于專攻該技術(shù)領(lǐng)域的本土企業(yè)或投資者而言，尤其需要注意的點是對目標產(chǎn)品/技術(shù)做好自由實施風險分析，以規(guī)避潛在的侵權(quán)風險。同時，從近五年的專利數(shù)據(jù)來看，海外企業(yè)在電子束檢測技術(shù)領(lǐng)域的申請量開始超過光學檢測，顯示出電子束檢測技術(shù)將是未來幾年內(nèi)晶圓量測設(shè)備企業(yè)激烈技術(shù)競爭的領(lǐng)域。對于專注于電子束檢測技術(shù)的本土企業(yè)而言，這一領(lǐng)域提供了巨大的研發(fā)潛力和彎道超車的機會。企業(yè)應(yīng)通過專利地圖分析，定期監(jiān)控競爭對手的專利動態(tài)，探索技術(shù)空白點以實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新