ballbet贝博体育app半导体前道量检测设备行业：重点产品持续突破国产替|川

　　根据不同工序ღღ✿✿，半导体检测分为前道量检测ღღ✿✿、后道检测及实验室检测ღღ✿✿，其中ღღ✿✿，前道量检测主要应用于晶圆加工环节ღღ✿✿，目前以厂内产线在线监控为主ღღ✿✿；后道检测主要应用于晶圆加工后的芯片电性测试及功能性测试ღღ✿✿，目前主要分为第三方测试和厂内产线在线监控ღღ✿✿；实验室检测主要针对失效样品进行缺陷定位和故障分析ღღ✿✿，目前主要分为第三方实验室检测和厂内自建实验室ღღ✿✿。

　　质量控制贯穿晶圆制造全过程ballbet贝博体育appღღ✿✿，是芯片生产良率的关键保障ღღ✿✿。 按Kaempf标准ღღ✿✿，晶圆缺陷可分为随机缺陷和系统缺陷ღღ✿✿，其中ღღ✿✿，随机缺陷主要由附着在晶圆表面的颗粒引起ღღ✿✿，其分布位置具有一定随机性ღღ✿✿；系统缺陷主要来自光刻掩膜和曝光工艺中的系统误差ballbet贝博体育appღღ✿✿，一般出现在具有亚分辨率结构特征的区域ღღ✿✿，通常位于一片晶圆上不同芯片区域的同一位置ღღ✿✿。 按缺陷表征ღღ✿✿，晶圆缺陷可分为形貌缺陷ღღ✿✿、污染物和晶体缺陷ღღ✿✿，其中ღღ✿✿，形貌缺陷包括微小粗糙面ღღ✿✿、凹坑ღღ✿✿，污染物缺陷包括分子层面的有机层和无机层等污染物ღღ✿✿、原子层面的离子ღღ✿✿、重金属缺陷等ღღ✿✿，晶体缺陷包括硅原子失位/错位ღღ✿✿、非硅原子掺杂等ღღ✿✿。

　　前道量检测设备具有两大类功能ღღ✿✿，一是确保IC产线量产良率ღღ✿✿，二是定量监控生产设备ღღ✿✿，为设备验收ღღ✿✿、维保提供依据ღღ✿✿。前道量检测设备可按基本功能ღღ✿✿、技术手段和缺陷类型等方式进行分类ღღ✿✿，本文将重点对比光学/电子束ღღ✿✿、明场/暗场ღღ✿✿、有图形/无图形等三类设备ღღ✿✿。

　　光学检测速度快ღღ✿✿、无接触ღღ✿✿，目前是主要检测技术川村亚纪ღღ✿✿。光学检测技术通过对光信号进行计算分析获得检测结果ღღ✿✿，具有速度快ღღ✿✿、无接触ღღ✿✿、易于在线集成等优势ღღ✿✿，根据中科飞测招股书川村亚纪ღღ✿✿，光学技术的检测速度可以较电子束技术快1000倍以上ღღ✿✿，可以应用于28nm及以下全部先进制程ღღ✿✿，在技术成熟度ღღ✿✿、通用性ღღ✿✿、可靠性等方面均已获得晶圆厂的普遍认可ღღ✿✿，目前是半导体质量控制的主要检测技术ღღ✿✿，根据中科飞测招股书ღღ✿✿，2020年全球光学检测技术市场规模为57.5亿美元ღღ✿✿，在量检测设备中的市场份额为75.2%ballbet贝博体育appღღ✿✿。然而ღღ✿✿，传统光学检测技术因其检测原理受限于瑞利散射ღღ✿✿，难以保证对先进节点晶圆缺陷的高灵敏度ღღ✿✿，并且其检测结果通常含有大量噪声缺陷（非杀伤性缺陷）ღღ✿✿，进而干扰杀伤性缺陷的检测ღღ✿✿。

　　电子束技术检测精度较高ღღ✿✿，然而速率较慢ღღ✿✿、设备成本高ღღ✿✿。电子束检测技术是通过聚焦电子束至某一探测点ღღ✿✿，逐点扫描晶圆表面产生图像以获取检测结果ballbet贝博体育appღღ✿✿。电子束的波长远短于光的波长ღღ✿✿，电子束显微镜分辨率更高ღღ✿✿，测量精度优于光学技术ღღ✿✿；然而测量速度慢ღღ✿✿、设备成本高ღღ✿✿，鉴于电子束检测通常接收的是入射电子激发的二次电子ღღ✿✿，无法区分具有三维特征的深度信息ღღ✿✿，因而部分检测无法采用电子束技术ღღ✿✿，主要采用光学检测技术ღღ✿✿，如三维形貌量测ballbet贝博体育appღღ✿✿、光刻套刻量测和多层膜厚量测等应用ღღ✿✿。根据中科飞测招股书ღღ✿✿，2020年全球电子束检测技术市场规模为14.3亿美元ღღ✿✿，在量检测设备中的市场份额为18.7%ღღ✿✿。

　　暗场系统主要收集被测物体的散射光ღღ✿✿，适用于大量晶圆的高速检测ღღ✿✿。然而ballbet贝博体育appღღ✿✿，1）散射信号强度远低于入射光和反射光ღღ✿✿，噪声对检测精度影响较大ღღ✿✿，直接决定系统检测极限ღღ✿✿；2）晶圆表面并非完全光滑ღღ✿✿，微观起伏也会产生散射光（薄雾信号）ღღ✿✿，进而影响检测精度ღღ✿✿。明场系统通过提供均匀明亮的光场ღღ✿✿，使用图像传感器收集反射光进而分析缺陷ღღ✿✿，相比暗场系统ღღ✿✿，具有检测灵敏度较高ღღ✿✿、扫描速度较慢等特征ღღ✿✿，适用于晶圆电路详细检测ღღ✿✿。 现有技术通常只搭配明场或暗场一种系统川村亚纪ღღ✿✿，因为无缺陷处和有缺陷处存在较大的亮度差异ღღ✿✿，通过对图形灰度值进行阈值判断实现缺陷分析ღღ✿✿，目前暗场系统占据晶圆检测设备的主要市场ღღ✿✿。

　　2024年全球半导体市场有望加速恢复增长ღღ✿✿。根据SIA数据ღღ✿✿，2023年11月全球半导体行业销售额为480亿美元ღღ✿✿，同比增长5.3%ღღ✿✿，在经历连续6个月同比降幅收窄后ღღ✿✿，年内首次实现同比增长BALLBET全站appღღ✿✿。ღღ✿✿，连续9个月环比实现环比增长ღღ✿✿。根据半导体产业纵横公众号ღღ✿✿，IDC将2023年全球半导体市场规模预测值由5188亿美元上调至5265亿美元ღღ✿✿，2024E市场规模由6259亿美元上调至6328亿美元ღღ✿✿，同比增长20.2%ღღ✿✿，全球半导体市场正在逐步回暖ღღ✿✿，2024年起有望加速恢复增长ღღ✿✿，短期复苏动力主要是消费电子逐步回暖ღღ✿✿，受益于华为ღღ✿✿、苹果等新品发布后的换机热潮ღღ✿✿，长期发展动力主要是车用川村亚纪ღღ✿✿、数据中心川村亚纪ღღ✿✿、工业及AI等新兴增长点ღღ✿✿。

　　中国大陆加强成熟制程产能投资ღღ✿✿，以中芯国际为例ღღ✿✿，中芯国际三季报将2023全年资本开支上调至75亿美元左右ღღ✿✿，同比增长约18%ღღ✿✿，2022年中国大陆12英寸晶圆产能全球占比22%ღღ✿✿，2026年预计增至25%ღღ✿✿。半导体行业需求回暖叠加中国大陆晶圆厂持续扩产ღღ✿✿，国内半导体设备市场长期有望稳健增长ღღ✿✿。根据SEAJ数据ღღ✿✿，2023Q1-Q3中国大陆半导体设备销售额为244.7亿美元ღღ✿✿，同比增长11.7%ღღ✿✿，2023Q3同比增长42.2%ღღ✿✿。

　　先进制程对应量检测设备价值量有望倍增ღღ✿✿。AI芯片对性能ღღ✿✿、功耗和成本等要求较高ღღ✿✿，先进制程优势显著ღღ✿✿，同时随着汽车智能化发展ღღ✿✿，MCU等传统芯片已经难以满足市场需求ღღ✿✿，汽车芯片功能的逐步丰富有望助力先进制程工艺快速发展ღღ✿✿。随着芯片制程进步贝博ballbet体育ღღ✿✿，ღღ✿✿，设备投资成本将呈现大幅上升趋势ღღ✿✿，根据中芯国际招股说明书（2020年7月）ღღ✿✿，以5nm工艺为例ღღ✿✿，其投资成本高达数百亿美元ღღ✿✿，是14nm的两倍以上ღღ✿✿，28nm的四倍左右ღღ✿✿。先进制程将对工艺控制水平提出更高要求ღღ✿✿，检测设备和量测设备价值量有望倍增ღღ✿✿。

　　国内晶圆厂加速推进设备国产化ballbet贝博体育appღღ✿✿。根据芯谋研究公众号ღღ✿✿，2023年中国晶圆厂设备采购总额将达299亿美元ღღ✿✿，美国ღღ✿✿、日本ღღ✿✿、荷兰ღღ✿✿、中国设备商对应市场份额分别为43%ღღ✿✿、21%ღღ✿✿、19%和11%ღღ✿✿，相比2020年ღღ✿✿，我国本土设备商的销售额增长约233%ღღ✿✿，市占率增长约4pctღღ✿✿，然而国际巨头依旧主导中国设备市场ღღ✿✿，半导体设备国产替代空间广阔ღღ✿✿。2022年10月7日ღღ✿✿，美国商务部工业与安全局（BIS）发布出口管制规则ღღ✿✿，进一步限制中国在先进计算ღღ✿✿、半导体制造领域获得或使用美国产品及技术ღღ✿✿。2023年10月7日ღღ✿✿，美国BIS对此前发布的半导体出口禁令再次升级ღღ✿✿，对于半导体制造设备ღღ✿✿，新规在受控设备清单中又新增几十个项目ღღ✿✿。中美高科技摩擦背景下ღღ✿✿，国内晶圆厂持续推进国产供应链整合ღღ✿✿，半导体设备国产替代正在加速ღღ✿✿。

　　量检测设备约占前道设备支出的10%ღღ✿✿。晶圆厂的资本支出主要包括前道制造设备ღღ✿✿、后道封测设备及厂房建设ღღ✿✿，据中科飞测（2022/03）ღღ✿✿，前道制造设备支出占比可达80%ღღ✿✿，质量控制设备约占前道制造设备支出的10%ღღ✿✿。根据VLSI Researchღღ✿✿、QYResearchღღ✿✿，2020-2022年全球半导体检测与量测设备市场规模分别为76.5ღღ✿✿、105.1ღღ✿✿、126.3亿美元高端晶片核心技术ღღ✿✿，ღღ✿✿，CAGR为28.49%ღღ✿✿，2020年中国大陆半导体量检测设备市场规模达21亿美元ღღ✿✿，全球占比27.45%ღღ✿✿。

　　全球半导体量检测设备市场集中度较高ღღ✿✿，根据VLSI Researchღღ✿✿、QYResearchღღ✿✿，2020年行业CR5达82%ღღ✿✿，前五大设备商均来自美国和日本ღღ✿✿，主要包括KLAღღ✿✿、应用材料ღღ✿✿、日立等川村亚纪ღღ✿✿，其中KLA市占率高达51%ღღ✿✿。

　　KLA历经多次并购ღღ✿✿。KLA仪器和Tencor仪器分别成立于1976年ღღ✿✿、1977年ღღ✿✿，并于1997年合并成立科磊半导体（KLA-Tencor）ღღ✿✿。成立至今ღღ✿✿，科磊半导体陆续收购多家公司ღღ✿✿，目前产品线已涵盖质量控制全系列设备川村亚纪ღღ✿✿。

　　分产品看ღღ✿✿， KLA主要产品包括晶圆检测（仅系统）ღღ✿✿、芯片检测（仅系统）ღღ✿✿、半导体工艺（仅系统）ღღ✿✿、PCB/显示/器件检测（仅系统）ღღ✿✿、服务以及其他（KLA Pro）ღღ✿✿，2023Q3营业收入分别为10.1ღღ✿✿、5.4ღღ✿✿、1.1ღღ✿✿、0.7ღღ✿✿、5.6ღღ✿✿、1.0亿美元ღღ✿✿，同比-8%ღღ✿✿、-26%ღღ✿✿、-2%ღღ✿✿、-47%ღღ✿✿、6%ღღ✿✿、-10%ღღ✿✿。我们以晶圆检测（仅系统）ღღ✿✿、芯片检测（仅系统）及其他（KLAPro）代表KLA量检测业务ღღ✿✿，2020-2023年前三季度量检测（仅系统）业务收入分别为37.3ღღ✿✿、54.4ღღ✿✿、74.1ballbet贝博体育appღღ✿✿、50.1亿美元ღღ✿✿，假设KLA市占率维持2020年值50.8%ღღ✿✿，对应期间全球量检测市场规模分别为73.39ღღ✿✿、106.73ღღ✿✿、145.35ღღ✿✿、98.20亿美元ღღ✿✿，与本文第二章测算基本一致ღღ✿✿。

　　近年量检测设备国产化率稳步增长ღღ✿✿。中国半导体检测和量测市场中ღღ✿✿，设备国产化率较低ღღ✿✿，国际巨头处于市场主导地位ღღ✿✿，根据VSLI统计ღღ✿✿，2020年KLA市占率达54.8%ღღ✿✿。国产半导体量检测设备供应商主要包括上海精测ღღ✿✿、中科飞测ღღ✿✿、上海睿励等ღღ✿✿，2022年营业收入分别为1.65ღღ✿✿、5.09ღღ✿✿、0.72亿元ღღ✿✿。按收入口径ღღ✿✿，2018-2022年三家公司国内市场份额合计为0.67%ღღ✿✿、0.60%ღღ✿✿、2.11%ღღ✿✿、2.38%ღღ✿✿、3.17%ღღ✿✿，国产化率整体呈现增长趋势ღღ✿✿。

　　立足显示检测系统ღღ✿✿，半导体全产业链布局加速ღღ✿✿。精测电子成立于2006年ღღ✿✿，2016年成功登陆创业板ღღ✿✿，公司成立后主要经历四个发展阶段ღღ✿✿：1）2006-2014年ღღ✿✿，立足显示检测系统ღღ✿✿，打破技术垄断ღღ✿✿；2）2016-2018年ღღ✿✿，借助资本市场ღღ✿✿，实现跨越发展ღღ✿✿；3）2018-2019年ღღ✿✿，开拓半导体市场ღღ✿✿，把握新兴机遇ღღ✿✿；4）优化全产业链布局ღღ✿✿，打造未来发展新格局ღღ✿✿。