2024年中国晶圆检测设备行业研究报告

团队介绍 Our Team 头豹深耕行企研究6年，凭借丰富的内容生产、平台运营和知识管理经验，基于人工智能、大模型、云计算等先进数字技术，构建了业内领先的全产业覆盖、百万级原创研究内容数据库，首创全开源、多方协同、可拓展的智慧行研平台——“脑力擎KnowlengineTM”知识管理与研究辅助KaaS系统，并通过“AI推理+AI搜索”双引擎辅助分析师提升工作效能，加深行研精度，助力行业实现数字化转型升级，赋能数字中国建设。 头豹科创网(www.leadleo.com)拥有20万+专业用户，全行业赛道覆盖及相关研究报告产出数百万原创数据元素，每年数千场直播及视频内容，用户覆盖了超过70%的投融资机构、金融机构和资本市场服务机构。近年来，头豹研报在资本市场的影响力逐年提升。据不完全统计，已有上百家拟上市及上市公司在其信披材料中大量引用头豹数据及观点。头豹精选报告被全球著名的财经资讯平台路孚特(Refinitiv)广泛收录，帮助中国企业获得国内外投资机构重点关注，吸引投资，赋能企业发展。 报告作者 Report Author 姓名：张俊雅 网址：www.leadleo.com 电话：李先生13080197867郑女士18998861893李先生13466702216 职位：头豹研究院TMT+行业分析师 Email：jacob.zhang@leadleo.com 地址：深圳市南山区华润置地大厦E座4105 预计全球半导体量/检测设备市场在2024年回暖，而中国大陆市场回暖将滞后全球市场半年至一年 预计全球量/检测设备市场将在2024年上半年开始回暖，然而中国大陆市场的恢复性增长将滞后半年到一年。增长滞后主要由于：1）截至一季度，中国大陆晶圆代工厂订单增长不显著，且未见明显资本开支上调迹象；2）中国大陆厂商对于高阶封装技术的掌握仍需半年到一年的时间。高阶封装技术的掌握可使得中阶芯片代工需求量增长，进而推动包括量/检测设备在内的半导体设备采购需求增长。 中国晶圆检测设备厂商基本实现了 28nm 及以上制程产品的初步覆盖 中国晶圆检测设备厂商产品已覆盖有图形/无图形缺陷检测、电子束缺陷检测/复查等检测设备，并基本实现了 28nm 及以上制程的初步覆盖，国产头部厂商正在进行更先进工艺节点产品的研发或验证。 国产晶圆检测设备厂商与海外厂商相比，其差异在于：1）产品覆盖程度不及海外厂商。科磊半导体（KLA）几乎涵盖所有前道检测产品，覆盖率超过90%，应用材料（AMAT）及创新科技（ONTO）在前道检测产品覆盖率也超过60%，而多数国产厂商在前道检测产品覆盖率在20%-30%；2）产品工艺节点远不及海外头部厂商。目前国产晶圆检测设备厂商仅能批量出货 28nm 及以上制程产品，对于 28nm 以下制程产品仍在研发和验证中。海外头部厂商产品普遍能覆盖2Xnm以下制程，而科磊半导体（KLA）的无图形晶圆缺陷检测产品Surfscan SP7XP已经应用在 5nm 及以下制程。 全球半导体量/检测市场呈现高度垄断格局，科磊半导体（KLA）市占率超50% 全球半导体量/检测设备市场集中度较高，CR5超80%。中国市场中，半导体量/检测设备国产化率已由2020年的2%左右提升至2023年的5%左右。产品细分领域中，高精度Overlay测量设备国产化率接近于0；X光量检测设备国产化率不足1%；膜厚厚度量测设备国产化率已达到15%；光学复查设备国产化率已达到10%；AOI检测设备国产化率可达到15%。国产晶圆检测设备厂商有中科飞测、上海精测、上海睿励、赛腾股份、诚锋科技、矽行半导体、东方晶圆、上海御微、南京中安等。 行业定义：半导体过程控制（量/检测）设备是保证芯片生产良品率的关键 半导体过程控制（量/检测）设备为集成电路生产过程中的核心设备之一，贯穿集成电路生产全过程，是保证芯片良品率的关键 半导体制造工艺流程 单晶硅片制造 随着集成电路工艺节点的提高，制造工艺步骤持续增加，工艺中产生的致命缺陷数量也随之增加，因此每一道工序的良品率都要保持在几乎“零缺陷”的极高水准才可保证最终芯片的良品率。 拉单晶 磨外圆 切片 倒角 磨削/研磨 CMP 前道量检测 前道工艺 扩散 薄膜沉积 光刻 刻蚀 离子注入 CMP 金属化 测试 进行检测并重复若干次 晶圆结构缺陷检测、薄膜厚度量测等 后道检测 后道工艺 背面减薄 晶圆切割 贴片 引线键合 模塑 切筋/成型 终测 晶圆测试（CP）与成品测试（FT） 半导体设备可分为前道设备（晶圆制造）和后道设备（封装与测试）两大类。前道设备涉及硅片加工、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、清洗、抛光、金属化等工艺，所对应的核心专用设备包括硅片加工设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、机械抛光设备、量/检测设备等。后道设备则包括封装设备和测试设备，同时后道先进封装工艺也会用到部分前道设备。半导体过程控制（量/检测）设备为集成电路生产过程中的核心设备之一，贯穿于集成电路生产的全过程，是保证芯片生产良品率的关键。 行业分类：半导体检测从工序上可分为前道量检测、后道检测和实验室检测 半导体检测从工艺上可分为检测和量测；从工序上可分为前道量检测、后道检测和实验室检测；从技术原理上可分为光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术 量检测过程工艺控制设备分类 半导体检测分类（按工序） 从工艺上看，量/检测设备可分为检测（Inspection）和量测（Metrology）两大环节。检测指在晶圆表面上或电路结构中，检测其是否出现异质情况，如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷。量测指对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数的量测；从工序上看，半导体检测可分为前道检测、后道检测及实验室检测。其中，前道量检测主要应用于晶圆加工环节，目前主要以厂内产线在线监控为主。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，目前主要以厂内产线在线监控及第三方测试为主。实验室检测则主要针对生效样品进行缺陷定位和故障分析，主要以第三方实验室及厂内自建实验室为主；从技术原理上看，量检测主要包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术，其中光学检测速度快、无接触，是目前主要的检测技术。 技术路线：量/检测技术主要包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术 从技术路线来看，量/检测技术主要包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术，三者的差异主要体现在检测精度、检测速度及应用场景上。光学检测技术具备相对较高的检测精度和速度，市场空间占比最大，达81.4% 晶圆检测技术路线对比，2023 从技术路线来看，量/检测技术主要包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术。其中，光学检测技术室目前晶圆制造场景下的主要检测技术，2023年市场份额占比为81.4%。 光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术的差异主要体现在检测精度、检测速度及应用场景上。在相同条件下，光学技术的检测速度比电子束检测技术快，速度可较电子束检测技术快1,000倍以上。然而由于电子束的波长远短于光的波长，波长越短精度越高。因此在相同条件下，电子束检测技术拥有较光学检测更高的精度；与X光量测技术相比，光学检测技术的适用范围更广，X光量测技术主要应用于特定金属成分测量和超薄膜测量等特定领域。 行业发展现状（1/3） 全球半导体行业呈现典型周期性，技术驱动10年长周期，资本开支驱动3-4年短周期。预计2024年全球半导体行业资本开支将迎来反弹，拉动全球半导体设备投资增加，半导体量/检测设备需求量有望持续提升 全球半导体行业资本开支及增速，2008-2023 单位：[亿美元] 单位：[%] 4年 3年 4年 全球半导体资本支出同比 181.7 200 200%100%0% -100% 156.0 153.1 113.1 106.1 102.5 95.6 67.4 66.1 67.8 65.2 100 59.0 54.0 55.3 43.4 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 全球半导体行业呈现典型周期性，技术迭代驱动10年长周期，资本开支驱动3-4年短周期。从长周期来看，半导体制造技术大约每10年进行一波迭代，从1965年至今已发展到EUV光刻机为代表的第六代技术，制程节点突破至以台积电最新发布的1. 6nm （TSMC A16）半导体工艺；从短周期来看，2023年全球半导体行业资本开支同比下降14%至156亿美元，下降主要由于芯片需求疲软以及消费和移动设备库存增加，众多半导体公司减少对新设备的投资，以应对市场的不确定性。其中，削减幅度最大的是存储公司，降幅为19%。按此周期计算，全球半导体行业有望在2024年迎来复苏，晶圆厂资本开支有望上调。半导体量/检测设备作为半导体工艺控制环节的重要组成，其需求量预计在2024年下半年开始逐步提升。 第一代 第二代 第三代 第四代 第五代 第六代 时间区间特征尺寸存储器 CPU字长（bit） 1965-1975 12-3μm 小于1KB到16KB 4,8 1975-1985 3-1μm 16KB-1MB 8,16 1985-1995 1-0.35μm 1-64MB 16,32 1995-2005 2005-2015 2015-2025 0.35μm- 65nm65 - 22nm22 - 1.6nm 64MB-1GB 1-16GB（芯片组） 16GB到1TB以上（芯片组） 32,64 64 64 行业发展现状（2/3） 全球半导体设备市场高度集中，海外龙头厂商仍处于垄断地位，中国半导体设备厂商已覆盖多个细分领域，但仍处于国产化替代的早期阶段 中国大陆主流半导体设备厂商产品布局 工艺流程 单晶生长 前道工艺 后道工艺 精测电子 全球半导体设备市场高度集中，中国半导体设备厂商产品布局方面已涵盖了半导体制造过程中的多个关键环节，但海外龙头厂商仍处于垄断地位，国产替代仍处于早期阶段。根据SEMI，2022年中国晶圆厂商半导体设备国产化率明显提升，从21%提升至35%，预计2025年，国产化率将会达到50%，并初步摆脱对美国半导体设备的依赖。 行业发展现状（3/3） 在晶圆制造设备中，量/检测设备价值量占比约为11%，仅次于光刻设备、刻蚀设备和薄膜沉积设备，显著高于清洗、CMP、涂胶显影等设备；量/检测设备国产化率仍处于较低水平，处于5%以下，未来国产替代空间大 晶圆制造各类设备价值量占比，2022 中国主要半导体设备海内外品牌及国产化率 单位：[%] 类别光刻设备涂胶显影刻蚀设备 薄膜沉积设备离子注入设备量/检测设备清洗设备 CMP抛光设备热处理设备去胶机 外资品牌 ASML、Nikon、Canon TEL、DNS 国产品牌 国产化率＜1%＜5%10-20%10-30%＜5%＜5%20-30%20-30%30-40%80-90% 上海微电子芯源微 光刻设备刻蚀设备 薄膜沉积设备量/检测设备清洗设备CMP设备 3% 3%3%4% 7% 22% LAM、TEL、AMAT AMAT、LAM、TEL AMAT、Axcelis、Nissin KLA、AMAT、日立高新DNS、TEL、KLA、LAM AMAT、Revasum、Ebara AMAT、TEL 中微公司、北方华创 北方华创、拓荆科技、中微公司、微导纳米、盛美上海等烁科中科信、凯世通 5% 精测电子、上海睿励、中科飞测、诚锋科技等盛美上海、北方华创、至纯科技、芯源微等华海清科