半導(dǎo)體前道量檢測(cè)設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)分析

半導(dǎo)體前道量檢測(cè)設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)分析1、量檢測(cè)設(shè)備是芯片良率的關(guān)鍵保障根據(jù)不同工序，半導(dǎo)體檢測(cè)分為前道量檢測(cè)、后道檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，其中，前道量檢測(cè)主要應(yīng)用于晶圓加工環(huán)節(jié)，目前以廠(chǎng)內(nèi)產(chǎn)線(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)控為主；后道檢測(cè)主要應(yīng)用于晶圓加工后的芯片電性測(cè)試及功能性測(cè)試，目前主要分為第三方測(cè)試和廠(chǎng)內(nèi)產(chǎn)線(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)控；實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)主要針對(duì)失效樣品進(jìn)行缺陷定位和故障分析，目前主要分為第三方實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和廠(chǎng)內(nèi)自建實(shí)驗(yàn)室。質(zhì)量控制貫穿晶圓制造全過(guò)程，是芯片生產(chǎn)良率的關(guān)鍵保障。按Kaempf標(biāo)準(zhǔn)，晶圓缺陷可分為隨機(jī)缺陷和系統(tǒng)缺陷，其中，隨機(jī)缺陷主要由附著在晶圓表面的顆粒引起，其分布位置具有一定隨機(jī)性；系統(tǒng)缺陷主要來(lái)自光刻掩膜和曝光工藝中的系統(tǒng)誤差，一般出現(xiàn)在具有亞分辨率結(jié)構(gòu)特征的區(qū)域，通常位于一片晶圓上不同芯片區(qū)域的同一位置。按缺陷表征，晶圓缺陷可分為形貌缺陷、污染物和晶體缺陷，其中，形貌缺陷包括微小粗糙面、凹坑，污染物缺陷包括分子層面的有機(jī)層和無(wú)機(jī)層等污染物、原子層面的離子、重金屬缺陷等，晶體缺陷包括硅原子失位/錯(cuò)位、非硅原子摻雜等。前道量檢測(cè)設(shè)備具有兩大類(lèi)功能，一是確保IC產(chǎn)線(xiàn)量產(chǎn)良率，二是定量監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備，為設(shè)備驗(yàn)收、維保提供依據(jù)。前道量檢測(cè)設(shè)備可按基本功能、技術(shù)手段和缺陷類(lèi)型等方式進(jìn)行分類(lèi)，本文將重點(diǎn)對(duì)比光學(xué)/電子束、明場(chǎng)/暗場(chǎng)、有圖形/無(wú)圖形等三類(lèi)設(shè)備。關(guān)鍵對(duì)比：光學(xué)檢測(cè)目前是主要方案光學(xué)檢測(cè)速度快、無(wú)接觸，目前是主要檢測(cè)技術(shù)。光學(xué)檢測(cè)技術(shù)通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析獲得檢測(cè)結(jié)果，具有速度快、無(wú)接觸、易于在線(xiàn)集成等優(yōu)勢(shì)，根據(jù)中科飛測(cè)招股書(shū)，光學(xué)技術(shù)的檢測(cè)速度可以較電子束技術(shù)快1000倍以上，可以應(yīng)用于28nm及以下全部先進(jìn)制程，在技術(shù)成熟度、通用性、可靠性等方面均已獲得晶圓廠(chǎng)的普遍認(rèn)可，目前是半導(dǎo)體質(zhì)量控制的主要檢測(cè)技術(shù)，根據(jù)中科飛測(cè)招股書(shū)，2020年全球光學(xué)檢測(cè)技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模為57.5億美元，在量檢測(cè)設(shè)備中的市場(chǎng)份額為75.2%。然而，傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)因其檢測(cè)原理受限于瑞利散射，難以保證對(duì)先進(jìn)節(jié)點(diǎn)晶圓缺陷的高靈敏度，并且其檢測(cè)結(jié)果通常含有大量噪聲缺陷（非殺傷性缺陷），進(jìn)而干擾殺傷性缺陷的檢測(cè)。關(guān)鍵對(duì)比：電子束檢測(cè)適用于高精度場(chǎng)景電子束技術(shù)檢測(cè)精度較高，然而速率較慢、設(shè)備成本高。電子束檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)聚焦電子束至某一探測(cè)點(diǎn)，逐點(diǎn)掃描晶圓表面產(chǎn)生圖像以獲取檢測(cè)結(jié)果。電子束的波長(zhǎng)遠(yuǎn)短于光的波長(zhǎng)，電子束顯微鏡分辨率更高，測(cè)量精度優(yōu)于光學(xué)技術(shù)；然而測(cè)量速度慢、設(shè)備成本高，鑒于電子束檢測(cè)通常接收的是入射電子激發(fā)的二次電子，無(wú)法區(qū)分具有三維特征的深度信息，因而部分檢測(cè)無(wú)法采用電子束技術(shù)，主要采用光學(xué)檢測(cè)技術(shù)，如三維形貌量測(cè)、光刻套刻量測(cè)和多層膜厚量測(cè)等應(yīng)用。根據(jù)中科飛測(cè)招股書(shū)，2020年全球電子束檢測(cè)技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模為14.3億美元，在量檢測(cè)設(shè)備中的市場(chǎng)份額為18.7%。關(guān)鍵對(duì)比：明場(chǎng)系統(tǒng)精度高、暗場(chǎng)系統(tǒng)速度快暗場(chǎng)系統(tǒng)主要收集被測(cè)物體的散射光，適用于大量晶圓的高速檢測(cè)。然而，1）散射信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于入射光和反射光，噪聲對(duì)檢測(cè)精度影響較大，直接決定系統(tǒng)檢測(cè)極限；2）晶圓表面并非完全光滑，微觀(guān)起伏也會(huì)產(chǎn)生散射光（薄霧信號(hào)），進(jìn)而影響檢測(cè)精度。明場(chǎng)系統(tǒng)通過(guò)提供均勻明亮的光場(chǎng)，使用圖像傳感器收集反射光進(jìn)而分析缺陷，相比暗場(chǎng)系統(tǒng)，具有檢測(cè)靈敏度較高、掃描速度較慢等特征，適用于晶圓電路詳細(xì)檢測(cè)?，F(xiàn)有技術(shù)通常只搭配明場(chǎng)或暗場(chǎng)一種系統(tǒng)，因?yàn)闊o(wú)缺陷處和有缺陷處存在較大的亮度差異，通過(guò)對(duì)圖形灰度值進(jìn)行閾值判斷實(shí)現(xiàn)缺陷分析，目前暗場(chǎng)系統(tǒng)占據(jù)晶圓檢測(cè)設(shè)備的主要市場(chǎng)。2、國(guó)內(nèi)量檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)有望快速發(fā)展驅(qū)動(dòng)力1：全球半導(dǎo)體市場(chǎng)逐步回暖2024年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)有望加速恢復(fù)增長(zhǎng)。根據(jù)SIA數(shù)據(jù)，2023年11月全球半導(dǎo)體行業(yè)銷(xiāo)售額為480億美元，同比增長(zhǎng)5.3%，在經(jīng)歷連續(xù)6個(gè)月同比降幅收窄后，年內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)同比增長(zhǎng)，連續(xù)9個(gè)月環(huán)比實(shí)現(xiàn)環(huán)比增長(zhǎng)。根據(jù)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫公眾號(hào)，IDC將2023年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)值由5188億美元上調(diào)至5265億美元，2024E市場(chǎng)規(guī)模由6259億美元上調(diào)至6328億美元，同比增長(zhǎng)20.2%，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)正在逐步回暖，2024年起有望加速恢復(fù)增長(zhǎng)，短期復(fù)蘇動(dòng)力主要是消費(fèi)電子逐步回暖，受益于華為、蘋(píng)果等新品發(fā)布后的換機(jī)熱潮，長(zhǎng)期發(fā)展動(dòng)力主要是車(chē)用、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)及AI等新興增長(zhǎng)點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)力2：中國(guó)大陸晶圓廠(chǎng)持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)中國(guó)大陸加強(qiáng)成熟制程產(chǎn)能投資，以中芯國(guó)際為例，中芯國(guó)際三季報(bào)將2023全年資本開(kāi)支上調(diào)至75億美元左右，同比增長(zhǎng)約18%，2022年中國(guó)大陸12英寸晶圓產(chǎn)能全球占比22%，2026年預(yù)計(jì)增至25%。半導(dǎo)體行業(yè)需求回暖疊加中國(guó)大陸晶圓廠(chǎng)持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)長(zhǎng)期有望穩(wěn)健增長(zhǎng)。根據(jù)SEAJ數(shù)據(jù)，2023Q1-Q3中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售額為244.7億美元，同比增長(zhǎng)11.7%，2023Q3同比增長(zhǎng)42.2%。驅(qū)動(dòng)力3：先進(jìn)制程提升設(shè)備投資需求先進(jìn)制程對(duì)應(yīng)量檢測(cè)設(shè)備價(jià)值量有望倍增。AI芯片對(duì)性能、功耗和成本等要求較高，先進(jìn)制程優(yōu)勢(shì)顯著，同時(shí)隨著汽車(chē)智能化發(fā)展，MCU等傳統(tǒng)芯片已經(jīng)難以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，汽車(chē)芯片功能的逐步豐富有望助力先進(jìn)制程工藝快速發(fā)展。隨著芯片制程進(jìn)步，設(shè)備投資成本將呈現(xiàn)大幅上升趨勢(shì)，根據(jù)中芯國(guó)際招股說(shuō)明書(shū)（2020年7月），以5nm工藝為例，其投資成本高達(dá)數(shù)百億美元，是14nm的兩倍以上，28nm的四倍左右。先進(jìn)制程將對(duì)工藝控制水平提出更高要求，檢測(cè)設(shè)備和量測(cè)設(shè)備價(jià)值量有望倍增。驅(qū)動(dòng)力4：半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)替代正在加速?lài)?guó)內(nèi)晶圓廠(chǎng)加速推進(jìn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。根據(jù)芯謀研究公眾號(hào)，2023年中國(guó)晶圓廠(chǎng)設(shè)備采購(gòu)總額將達(dá)299億美元，美國(guó)、日本、荷蘭、中國(guó)設(shè)備商對(duì)應(yīng)市場(chǎng)份額分別為43%、21%、19%和11%，相比2020年，我國(guó)本土設(shè)備商的銷(xiāo)售額增長(zhǎng)約233%，市占率增長(zhǎng)約4pct，然而國(guó)際巨頭依舊主導(dǎo)中國(guó)設(shè)備市場(chǎng)，半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊。2022年10月7日，美國(guó)商務(wù)部工業(yè)與安全局（BIS）發(fā)布出口管制規(guī)則，進(jìn)一步限制中國(guó)在先進(jìn)計(jì)算、半導(dǎo)體制造領(lǐng)域獲得或使用美國(guó)產(chǎn)品及技術(shù)。2023年10月7日，美國(guó)BIS對(duì)此前發(fā)布的半導(dǎo)體出口禁令再次升級(jí)，對(duì)于半導(dǎo)體制造設(shè)備，新規(guī)在受控設(shè)備清單中又新增幾十個(gè)項(xiàng)目。中美高科技摩擦背景下，國(guó)內(nèi)晶圓廠(chǎng)持續(xù)推進(jìn)國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈整合，半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)替代正在加速。2023年全球/中國(guó)大陸量檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)空間為105/35億美元量檢測(cè)設(shè)備約占前道設(shè)備支出的10%。晶圓廠(chǎng)的資本支出主要包括前道制造設(shè)備、后道封測(cè)設(shè)備及廠(chǎng)房建設(shè)，據(jù)中科飛測(cè)（2022/03），前道制造設(shè)備支出占比可達(dá)80%，質(zhì)量控制設(shè)備約占前道制造設(shè)備支出的10%。根據(jù)VLSIResearch、QYResearch，2020-2022年全球半導(dǎo)體檢測(cè)與量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模分別為76.5、105.1、126.3億美元，CAGR為28.49%，2020年中國(guó)大陸半導(dǎo)體量檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)21億美元，全球占比27.45%。3、KLA主導(dǎo)全球市場(chǎng)，ASML電子束競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)顯著全球：國(guó)際巨頭主導(dǎo)量檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)全球半導(dǎo)體量檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)集中度較高，根據(jù)VLSIResearch、QYResearch，2020年行業(yè)CR5達(dá)82%，前五大設(shè)備商均來(lái)自美國(guó)和日本，主要包括KLA、應(yīng)用材料、日立等，其中KLA市占率高達(dá)51%。KLA：歷經(jīng)多次并購(gòu)、產(chǎn)品種類(lèi)齊全KLA歷經(jīng)多次并購(gòu)。KLA儀器和Tencor儀器分別成立于1976年、1977年，并于1997年合并成立科磊半導(dǎo)體（KLA-Tencor）。成立至今，科磊半導(dǎo)體陸續(xù)收購(gòu)多家公司，目前產(chǎn)品線(xiàn)已涵蓋質(zhì)量控制全系列設(shè)備。KLA：分產(chǎn)品，2023Q3晶圓檢測(cè)/芯片檢測(cè)收入同比下降8.4%/25.9%分產(chǎn)品看，KLA主要產(chǎn)品包括晶圓檢測(cè)（僅系統(tǒng)）、芯片檢測(cè)（僅系統(tǒng)）、半導(dǎo)體工藝（僅系統(tǒng)）、PCB/顯示/器件檢測(cè)（僅系統(tǒng)）、服務(wù)以及其他（KLAPro），2023Q3營(yíng)業(yè)收入分別為10.1、5.4、1.1、0.7、5.6、1.0億美元，同比-8%、-26%、-2%、-47%、6%、-10%。我們以晶圓檢測(cè)（僅系統(tǒng)）、芯片檢測(cè)（僅系統(tǒng)）及其他（KLAPro）代表KLA量檢測(cè)業(yè)務(wù)，2020-2023年前三季度量檢測(cè)（僅系統(tǒng)）業(yè)務(wù)收入分別為37.3、54.4、74.1、50.1億美元，假設(shè)KLA市占率維持2020年值50.8%，對(duì)應(yīng)期間全球量檢測(cè)市場(chǎng)規(guī)模分別為73.39、106.73、145.35、98.20億美元，與本文第二章測(cè)算基本一致。4、國(guó)產(chǎn)替代正在加速，重點(diǎn)產(chǎn)品持續(xù)突破國(guó)內(nèi)：量檢測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率不足10%近年量檢測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率穩(wěn)步增長(zhǎng)。中國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)和量測(cè)市場(chǎng)中，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率較低，國(guó)際巨頭處于市場(chǎng)主導(dǎo)地位，根據(jù)VSLI統(tǒng)計(jì)，2020年KLA市占率達(dá)54.8%。國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體量檢測(cè)設(shè)備供應(yīng)商主要包括上海精測(cè)、中科飛測(cè)、上海睿勵(lì)等，2022年?duì)I業(yè)收入分別為1.65、5.09、0.72億元。按收入口徑，2018-2022年三家公司國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額合計(jì)為0.67%、0.60%、2.11%、2.38%、3.17%，國(guó)產(chǎn)化率整體呈