中國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備，機(jī)遇正當(dāng)時(shí)

半導(dǎo)體測(cè)試可以按生產(chǎn)流程可以分為三類(lèi)：驗(yàn)證測(cè)試、晶圓測(cè)試測(cè)試、封裝檢測(cè)。由于晶圓生產(chǎn)附加值極高，因此半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的地位日益凸顯。

在測(cè)試設(shè)備中，測(cè)試機(jī)用于檢測(cè)芯片功能和性能，技術(shù)壁壘高，尤其是客戶(hù)對(duì)于集成電路測(cè)試在測(cè)試功能模塊、測(cè)試精度、響應(yīng)速度、應(yīng)用程序定制化、平臺(tái)可延展性以及測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、采集和分析等方面提出愈來(lái)愈高的要求。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的“全科醫(yī)院”的測(cè)試廠，面臨著怎樣的機(jī)遇。

國(guó)內(nèi)“地大物博”

2019年我國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約為147億元，2020年我國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了176億元，隨著我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模有望接近400億元。

量/檢測(cè)設(shè)備是半導(dǎo)體制造重要的質(zhì)量檢查工藝設(shè)備，價(jià)值量占比較高，2019年銷(xiāo)售額在半導(dǎo)體設(shè)備中占比達(dá)到11%，僅次于薄膜沉積、光刻和刻蝕設(shè)備，遠(yuǎn)高于清洗、涂膠顯影、CMP等環(huán)節(jié)。預(yù)計(jì)2023年中國(guó)大陸量/檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到326億元，市場(chǎng)需求較為廣闊。

全球范圍內(nèi)來(lái)看，KLA在半導(dǎo)體量/檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域一家獨(dú)大，2020年在全球市場(chǎng)份額高達(dá)51%，尤其是在晶圓形貌檢測(cè)、無(wú)圖形晶圓檢測(cè)、有圖形晶圓檢測(cè)領(lǐng)域，KLA全球市場(chǎng)份額更是分別高達(dá)85%、78%、72%。中科飛測(cè)、上海精測(cè)、睿勵(lì)科學(xué)、東方晶源等本土廠商雖已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一定突破，但量/檢測(cè)設(shè)備仍是前道國(guó)產(chǎn)化率最低的環(huán)節(jié)之一。若以批量公開(kāi)招標(biāo)的華虹無(wú)錫和積塔半導(dǎo)體為統(tǒng)計(jì)標(biāo)本，2022年1-10月份2家晶圓廠量/檢測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率僅為8%，遠(yuǎn)低于去膠機(jī)、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備等環(huán)節(jié)。展望未來(lái)，在美國(guó)制裁升級(jí)背景下，KLA在中國(guó)大陸市場(chǎng)的業(yè)務(wù)開(kāi)展受阻，本土晶圓廠加速?lài)?guó)產(chǎn)設(shè)備導(dǎo)入，量/檢測(cè)設(shè)備有望迎來(lái)國(guó)產(chǎn)替代最佳窗口期。

美國(guó)對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制裁升級(jí)，引發(fā)市場(chǎng)恐慌，核心體現(xiàn)在：1）對(duì)128層及以上3DNAND芯片、18nm半間距及以下DRAM內(nèi)存芯片、14nm以下邏輯芯片相關(guān)設(shè)備進(jìn)一步管控。考慮到本土28nm以下邏輯芯片擴(kuò)產(chǎn)需求較少，市場(chǎng)擔(dān)憂主要聚焦在2024年后存儲(chǔ)擴(kuò)產(chǎn)預(yù)期。2）在沒(méi)有獲得美國(guó)政府許可情況下，美國(guó)國(guó)籍公民禁止在中國(guó)從事芯片開(kāi)發(fā)或制造工作，包括美國(guó)設(shè)備的售后服務(wù)人員，引發(fā)市場(chǎng)對(duì)于本土半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)美籍高管&技術(shù)人員擔(dān)憂。

高度壟斷的市場(chǎng)

檢測(cè)設(shè)備貫穿每一步驟的過(guò)程工藝控制，全球市場(chǎng)空間超百億美元。如果量檢測(cè)設(shè)備不取得突破，我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備仍有被卡脖子之虞。美國(guó)KLA（科磊）在量檢測(cè)領(lǐng)域市占率高達(dá) 52%，是國(guó)產(chǎn)替代道路上的最大阻力之一。

全球半導(dǎo)體量測(cè)設(shè)備KLA一家獨(dú)大，市場(chǎng)份額50.8％。KLA在全球5大半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)（AMAT、LAM、ASML、TEL）中，表現(xiàn)出了相對(duì)更穩(wěn)定的成長(zhǎng)性和更高的盈利能力。它的核心競(jìng)爭(zhēng)力是值得國(guó)內(nèi)廠商借鑒的?？评诋a(chǎn)品線貫穿前道工藝過(guò)程控制全流程。從產(chǎn)品線來(lái)看，公司下游應(yīng)用于晶圓、光罩制造、半導(dǎo)體、封裝、PCB 和 LED 等工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)品貫穿前道工藝過(guò)程控制全流程，包括Surfscan 無(wú)圖案晶圓缺陷檢測(cè)系統(tǒng)、eDR7xxx 電子束晶圓缺陷檢測(cè)系統(tǒng)、eSL10 圖案晶圓檢測(cè)、39xx 系列超分辨率寬光譜等離子圖案晶圓缺陷檢測(cè)系統(tǒng)、29xx 寬光譜等離子圖案晶圓缺陷檢測(cè)系統(tǒng)、Puma 激光掃描圖案晶圓缺陷檢測(cè)系統(tǒng)、Teron 光罩缺陷檢測(cè)系統(tǒng)、Archer套刻量測(cè)系統(tǒng)等，并在缺陷檢測(cè)領(lǐng)域市占率較高。

首先KLA的技術(shù)創(chuàng)新，50年來(lái)公司持續(xù)領(lǐng)跑各種復(fù)雜尖端的量測(cè)技術(shù)，研發(fā)投入占比高達(dá)15％，21年達(dá)到9億美元。其次是全面的產(chǎn)品組合，滿足客戶(hù)對(duì)精確度和吞吐量的雙重要求；另外還有強(qiáng)大的服務(wù)體系和供應(yīng)鏈管理：KLA全球裝機(jī)量近6萬(wàn)臺(tái)，平均使用壽命12年，服務(wù)收入占比1/4左右。深厚的供應(yīng)商關(guān)系確保了供應(yīng)的連續(xù)性和高質(zhì)量，與KLA設(shè)計(jì)和制造業(yè)務(wù)密切協(xié)調(diào)，確保無(wú)縫的客戶(hù)體驗(yàn)。KLA基于強(qiáng)大的持續(xù)改進(jìn)文化的指標(biāo)管理，用嚴(yán)格的組織和獨(dú)特的系統(tǒng)來(lái)管理復(fù)雜的全球供應(yīng)鏈。

市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)的同時(shí)，半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備的復(fù)雜度也在提升。半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備大致經(jīng)歷了3個(gè)階段。

1990年至2000年期間，半導(dǎo)體主流工藝基本處于0.8μm至0.13μm之間。這一階段CMOS工藝蓬勃發(fā)展，SoC芯片功能越來(lái)越強(qiáng)。人們不斷在芯片上集成模擬功能與數(shù)據(jù)接口。傳統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)越來(lái)越難以覆蓋新增加的高速模擬接口的測(cè)試需求。因此，這個(gè)時(shí)期對(duì)測(cè)試設(shè)備業(yè)來(lái)說(shuō)，或可稱(chēng)為功能時(shí)代，主要體現(xiàn)為企業(yè)不斷增加測(cè)試設(shè)備的功能性，以滿足日趨復(fù)雜的SoC芯片需求。到了2000—2015年，半導(dǎo)體工藝一路從0.13μm、90nm、65nm、28nm進(jìn)展到14nm，工越來(lái)越先進(jìn)，芯片尺寸也越來(lái)越小，晶體管的集成度也越來(lái)越高。芯片規(guī)模變大帶來(lái)的直接挑戰(zhàn)就是測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng)，測(cè)試成本占比提高。如果說(shuō)功能時(shí)代都是單工位測(cè)試，即同一時(shí)間只能測(cè)一顆芯片，那么進(jìn)入這個(gè)時(shí)期人們對(duì)并行測(cè)試的要求就在不斷提高了。測(cè)試設(shè)備板卡上面集成的通道數(shù)越來(lái)越多，能夠同時(shí)做2工位、4工位、8工位的測(cè)試。這個(gè)時(shí)代也是資本最有效的時(shí)代，或可稱(chēng)為資本效率時(shí)代。

進(jìn)入2020年之后，半導(dǎo)體工藝沿著5nm、2/3nm繼續(xù)演進(jìn)，芯片復(fù)雜度也在不斷增加。隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)駕駛等新興市場(chǎng)的崛起，一顆芯片上承載的功能越來(lái)越多，產(chǎn)品迭代速度越來(lái)越快，甚至很多像AI和AP這樣高復(fù)雜度芯片也要求進(jìn)行逐年迭代。這意味著芯片測(cè)試的復(fù)雜度大幅遞增。測(cè)試設(shè)備進(jìn)一步分化，需要針對(duì)不同領(lǐng)域、不同要求進(jìn)行調(diào)整。

國(guó)內(nèi)廠商也在奮起追趕。

來(lái)源：東吳證券

日前，中科飛測(cè)通過(guò)注冊(cè)，準(zhǔn)備在科創(chuàng)板上市，計(jì)劃募資 10 億元。根據(jù) IPO 顯示，中科飛測(cè)主要產(chǎn)品為，質(zhì)量控制設(shè)備。分為檢測(cè)設(shè)備和量測(cè)設(shè)備兩大類(lèi)。檢測(cè)設(shè)備的主要功能系檢測(cè)晶圓表面或電路結(jié)構(gòu)中是否出現(xiàn)異質(zhì)情況。量測(cè)設(shè)備的主要功能系對(duì)被觀測(cè)的晶圓電路上的結(jié)構(gòu)尺寸和材料特性做出量化描述。值得注意的是，兩種設(shè)備其主要應(yīng)用場(chǎng)景，為 28nm 及以上制程或精密加工，而 28nm 及以下的制程設(shè)備，目前只是在研發(fā)試驗(yàn)階段。

中科飛測(cè)的經(jīng)營(yíng)狀況卻遠(yuǎn)不如市場(chǎng)預(yù)期那般紅火。一方面是，中科飛測(cè)從事本行業(yè)時(shí)間太短，大量技術(shù)細(xì)節(jié)需要自行摸索，導(dǎo)致研發(fā)成本極高。另外一方面則是關(guān)鍵設(shè)備，需要對(duì)外采購(gòu)且占比極大，如果中科飛測(cè)不能再未來(lái)幾年內(nèi)解決上述問(wèn)題，必將給公司后續(xù)發(fā)展，埋下大量隱患。

其實(shí)中科飛測(cè)的困境也是很多國(guó)內(nèi)廠商面臨的問(wèn)題。從收入結(jié)構(gòu)來(lái)看，中科飛測(cè) 7 成左右收入，來(lái)自晶圓檢測(cè)設(shè)備。該設(shè)備主要用于芯片生產(chǎn)線中，檢測(cè)晶圓表面或電路結(jié)構(gòu)中是否出現(xiàn)異質(zhì)情況，如顆粒污染、表面劃傷、開(kāi)短路等對(duì)芯片工藝性能具有不良影響的特征性結(jié)構(gòu)缺陷。以及出廠、入廠晶圓質(zhì)量控制。然而，該領(lǐng)域內(nèi)，中科飛測(cè)面臨極高的競(jìng)爭(zhēng)風(fēng)險(xiǎn)。首先，該設(shè)備長(zhǎng)期被外國(guó)廠商所壟斷。其中科磊半導(dǎo)體、應(yīng)用材料、日立三家國(guó)際廠商在中國(guó)合計(jì)占有率超過(guò) 70%。2020 年，國(guó)內(nèi)該類(lèi)型設(shè)備國(guó)產(chǎn)率不足 2%。

技術(shù)自主創(chuàng)新是推動(dòng)高端測(cè)試設(shè)備產(chǎn)業(yè)向前邁進(jìn)的必要條件。為了真正解決當(dāng)前的技術(shù)卡脖子問(wèn)題，需要制定更具體和有效的政策和舉措，以推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和科技創(chuàng)新水平的提高，努力為卡脖子問(wèn)題尋找解決方案。另外高端測(cè)試設(shè)備行業(yè)的創(chuàng)新能力取決于開(kāi)發(fā)人員的內(nèi)部素質(zhì)水平。鼓勵(lì)相關(guān)領(lǐng)域高水平人才的引進(jìn)和培養(yǎng)，以及加強(qiáng)人才培訓(xùn)，不僅有助于提高中國(guó)的研發(fā)水平，還有助于加強(qiáng)自主創(chuàng)新。

作者：米樂(lè)