半导体周报0310-半导体检测
半导体周报-0310
一、行业新闻及动态
1、半导体设计：
《科创板日报》29日讯，英伟达GTC 2024即将举办，黄仁勋将现身公布最新芯片B100 GPU。B100相较H系列产品，整体效能都进行了大幅提升。HBM的内存容量比H200芯片要高出约40%的容量，其AI效能为H200 GPU两倍以上，H100的四倍以上，所搭载的散热技术也从原先的气冷升级为液冷，黄仁勋坚信浸没式液冷技术是未来方向，将带动整片散热市场迎来全面革新。据悉，英伟达从B100开始，未来所有产品的散热技术，都将由气冷转为液冷。
2、半导体制造及封测：
财联社3月1日电，印度电子和信息技术部部长阿什维尼·维什瑙当地时间2月29日宣布，印度政府批准价值152亿美元的半导体制造厂投资计划，其中包括塔塔集团建设该国首座大型芯片制造厂的方案。具体而言，塔塔集团将与力积电合作，在古吉拉特邦Dholera建立印度第一家芯片制造厂，投资规模9100亿卢比；塔塔集团子公司塔塔半导体组装和测试将在阿萨姆邦建立价值2700亿卢比的芯片封装厂；印度企业集团Murugappa旗下CG Power将与日本瑞萨电子和泰国Stars Microelectronics合作，在古吉拉特邦建设规模760亿卢比的芯片封装厂。
《科创板日报》29日讯，标准普尔（S&P Global Ratings）在一份报告中表示，随着制造技术的进步，台积电等半导体企业面临着水资源短缺的风险。该信用评级公司指出，台积电的主导地位使其能够锁定最终需求，并通过价格上涨来弥补销量下降。
《科创板日报》29日讯，英伟达最新高端H200芯片将于第二季开始出货，四大云端服务供应商积极争抢，以因应庞大的AI运算需求，Google主力代工厂广达首批搭载该款AI芯片的AI服务器已开案，预计第三季完成后段测试并量产。广达不评论单一客户订单动态。供应链透露，广达此次量产的H200芯片AI服务器，订单量至少数百机柜起跳，出货单价是一般传统服务器机柜的三至四倍。
3、其他：
财联社3月1日电，英特尔公司周四宣布，正式将旗下刚独立的现场可编程门阵列（FPGA）集团命名为Altera。这也意味着在未来几年内，这家乘上AI东风的半导体产业老兵有望重回美股市场。2015年时英特尔斥资167亿美元收购Altera，也是迄今为止该公司最大额的并购交易。Altera的首席执行官Sandra Rivera介绍称，公司瞄准的是ASIC和GPU芯片之间的机会，在人工智能硬件不断发生变化的过程中，这个市场也将持续增长。
财联社2月26日电，三星电子公司周一表示，将加入美国芯片巨头英伟达主导的联盟，该公司与英伟达、Arm、软银、爱立信、诺基亚、微软等半导体、电信、软件巨头一起，成为在今年世界移动通信大会（MWC）上成立的AI-RAN联盟的创始成员。联盟目标是将人工智能和无线通信技术相结合，形成6G技术研发的生态系统。
半导体检测是控制芯片制造良率的关键环节，整个设备市场规模约占半导体设备市场的 13%，仅次于刻蚀机、光刻机、薄膜沉积设备。
目前中国检测设备的国产化率仍较低，市场主要由几家垄断全球市场的国外企业占据主导地位。根据VLSI Research，KLA、应用材料、日立在中国市场的占比分别为 54.8%、9.0%和 7.1%。国产厂商中科飞测、上海精测、上海睿励等企业正在加速布局，逐步改变 KLA 的长期垄断格局。
半导体检测分析是指运用专业技术手段，通过对半导体产品的检测以区别缺陷、失效原因、验证产品是否符合设计目标或分离好品与坏品的过程，是半导体设计、生产、封装、测试全产业链流程中的重要环节。根据对应工序的不同，可分为前道量检测、后道检测和实验室检测。
各类半导体检测与半导体产业链对应情况
资料来源：胜科纳米招股说明书，国海证券研究所
前道量检测（又称半导体量测）主要应用于晶圆加工制造环节，检测对象是制造过程中的晶圆，通过对制造过程中每一晶圆的测量薄膜厚度、关键尺寸、检查晶圆图案缺陷等方面的质量进行量测或检查，确保工艺符合预设的指标，防止出现偏差和缺陷的不合格晶圆进入下一道工艺流程。
后道检测（又称半导体测试）主要应用于晶圆制造工艺完成后的芯片的电性测试及功能性测试，晶圆测试主要针对加工后的晶圆进行电性测试，在划片封装前将不合格的裸片剔除，减少芯片封装成本；成品测试主要针对封装后的芯片进行功能测试，保证产品出厂的合格率。该类型检测同样可应用芯片设计阶段流片后产品的有效性验证。
前道量测和后道检测对应产业链情况
资料来源：华岭股份招股说明书，伟测科技招股书，国海证券研究所
检测分析是半导体产业链中的重要环节，有助于加速半导体新品的研发进程、提升产品性能和产成品良 品率、提高经营效率与节约成本费用。由于芯片的设计、晶圆代工、封装测试、原材料制备和生产设备 制造等各个环节均有可能对半导体产品的质量产生影响，因而，检测服务伴生于各个环节。
检测设备作为能够优化制程控制良率、提高效率与降低成本的关键，在半导体产业中占据重要地位。新应用需求驱动了制程微缩和三维结构的升级，使得工艺步骤大幅提升，成熟制程（以 45nm 为例）工艺步骤数大约需要 430 道，到了先进制程（以 5nm 为例）将会提升至 1250 道，工艺步骤将近提升了 3 倍；结构上来看包括 GAAFET、MRAM 等新一代的半导体工艺都是越来越复杂，在数千道制程中，每一道制程的检测皆不能有差错，否则会显著影响芯片的成败。作为重要的专用设备，集成电路测试设备不仅可判断被测芯片或器件的合格性，还可提供关于设计、制造过程的薄弱环节信息，有助于提高芯片制造水平。
主要技术：
从技术路线原理上看，检测和量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，其中光学检测技术空间占比较大。三种技术的差异主要体现在检测精度、检测速度及应用场景上。结合三类技术路线的特点，应用光学检测技术的设备可以相对较好实现高精度和高速度的均衡，并且能够满足其他技术所不能实现的功能，如三维形貌测量、光刻套刻测量和多层膜厚测量等应用。根据 VLSI Research和 QY Research 的报告，2020 年全球半导体检测和量测设备市场中，应用光学检测技术、电子束检测技术及 X 光量测技术的设备市场份额占比分别为 75.2%、18.7%及 2.2%，可以看出应用光学检测技术的设备在占比方面具有领先优势。
三种技术类型优劣势比较
资料来源：中科飞测招股说明书，浙商证券研究所
检测设备：
检测设备：（纳米）图形晶圆缺陷检测占比最高，光学检测技术为主。在检测环节以光学检测为主，光学检测技术可进一步分为无图形晶圆检测技术、图形晶圆成像检测技术和光刻掩膜板成像检测技术。少部分有图形晶圆缺陷检测和复查使用电子束来检测。
检测设备分类
资料来源：中科飞测招股说明书，Hitachi High-Tech官网，国金证券研究所
（一）、有图形晶圆检测设备：
图形化是指使用光刻或光学掩膜工艺来刻印图形，引导完成晶圆表面的材料沉积或清除。有图形缺陷检测设备采用高精度的光学技术，对晶圆表面纳米及微米尺度的缺陷进行识别和定位。针对不同的集成电路材料和结构，缺陷检测设备在照明和成像的方式、光源亮度、光谱范围、光传感器等光学系统上，有不同的设计。
图形缺陷检测设备主要可分为明场缺陷检测和暗场缺陷检测两大类。明场缺陷检测设备，采用等离子体光源垂直入射，入射角度和光学信号的采集角度完全或部分相同，光学传感器生成的图像主要由反射光产生；暗场缺陷检测设备通常采用激光光源，光线入射角度和采集角度不同，光学图像主要由被晶圆片表面散射的光生成。其皆通过对晶圆上的图形进行成像后与相邻图像对比来检测缺陷并记录其位置坐标。
光学晶圆缺陷检测设备使用晶圆的旋转位置和光束的径向位置定义晶圆表面上缺陷的位置。在晶圆检测机台中，使用光谱仪检测器 PMT 或 CCD 以电子方式记录光强度，并生成晶圆表面上散射或反射强度的图。该图提供了有关缺陷大小和位置以及缺陷的信息由于颗粒污染等问题导致的晶圆表面的状况。
（二）、无图形晶圆检测设备：
无图形晶圆检测是对于裸硅片和表面没有图形的晶圆的检测。一般用于在开始生产之前硅片在硅片厂处获得认证，半导体晶圆厂收到后再次认证的检测过程，同时在生产过程中一些用于对比及环境测量的控片挡片的检测。由于晶圆表面没有图案，因此无需图像比较即可直接检测缺陷，其工作原理是将激光照射在圆片表面，通过多通道采集散射光，经过表面背景噪声抑制后，通过算法提取和比较多通道的表面缺陷信号，最终获得缺陷的尺寸和分离。
无图形检测设备工作原理
资料来源：Hitachi High-Tech官网，国金证券研究所
无图形圆片表面检测系统能够检测的缺陷类型包括颗粒污染、凹坑、水印、划伤、浅坑、外延堆垛、CMP 突起。一般来说暗场检测是非图案化晶圆检测的首选，因为可以实现高速扫描，从而实现高的晶圆产量。主要供应商包括 KLA（Surfscan 系列）、HitachiHigh-Tech（LS 系列）。
（三）、掩膜版缺陷检测设备：
掩膜/光罩检测：掩模在使用过程中很容易吸附粉尘颗粒，而较大粉尘颗粒很可能会直接影响掩模图案的光刻质量，引起良率下降。因此，在利用掩模曝光后，通常会利用集成掩模探测系统对掩模版进行检测，如果发现掩模版上存在超出规格的粉尘颗粒，则处于光刻制程中的晶圆将会全部被返工。针对光刻所用的掩膜板，通过宽光谱照明或者深紫外激光照明，以高分辨率大成像口径的光学成像方法，获取光刻掩膜板上的图案图像，以很高的缺陷捕获率实现缺陷的识别和判定。
（四）、电子束图形晶圆检测/复查设备：
电子束成像也用于缺陷检测，尤其是在光学成像效果较低的较小几何形状中。电子束检测动态分辨率范围比光学检测系统大。随着半导体集成电路工艺节点的推进，光学缺陷检测设备的解析度无法满足先进制程需求，必须依靠更高分辨率的电子束设备。电子束的原理为通过聚焦电子束对晶圆表面进行扫描，接受反射回来的二次电子和背散射电子，进而将其转换成对应的晶圆表面形貌的灰度图像。通过比对晶圆上不同芯片（Die）同一位置的图像，或者通过图像和芯片设计图形的直接比对，可以找出刻蚀或设计上的缺陷。电子束检测的优势为可以不受某些表面物理性质的影响，且可以检测很小的表面缺陷，如栅极刻蚀残留物等，相较于光学检测技术，电子束检测技术灵敏度较高，但检测速度较慢，因此主要用于在研发环境和工艺开发中对新技术进行鉴定，以及光学检测后的复查，对缺陷进行清晰地图像成像和类型的甄别。主要供应商包括 KLA（eDR7XXX 系列、eSL10 系列）、AMAT（SEM VISION 系列）。
产业链：
从半导体检测行业的产业链结构来看，行业上游主要是提供检测设备、化学试剂及其他耗材的生产制造商等；中游主要是半导体检测分析厂商；下游则是半导体产业链各类型的检测报告使用者，包括芯片设计、晶圆制造、芯片封装、原材料生产、半导体设备、模组及终端应用等。
对半导体企业而言，良率是衡量产品与服务质量的重要指标，半导体生产制造的设计、制造、封装等任一环节的瑕疵均有可能造成产品发生开路、短路、参数漂移、功能失效等情况。随着 5G、AI 等众多应用的涌现，芯片功能复杂度、系统集成度爆发式增长，且当芯片与系统、软件等环境融合时，各种应用模式下的安全性、可靠性则显得尤为重要。因此半导体检测分析具有明显的伴生属性，与下游客户的生产活动、研发活动紧密融合，是半导体产业链中不可或缺的重要组成部分。
半导体检测产业链
资料来源：胜科纳米招股说明书，国海证券研究所
上游：以光学、电子束、精密移动类机械零部件为主。从上游来看，量检测设备根据其原理不同，主要涉及光学类、电子束源和 X-光源等核心零部件。其中光学类主要涉及光源、镜头、相机、探测器和光学元件等。共通性较强的零部件主要是运动与控制类，包括晶圆传输系统 EFEM、机械手和精密运动系统，以及机械加工件等。供应商方面，根据中科飞测公告，EFEM 和机械手海外供应商主要有乐孜，国内供应商主要有果纳半导体、华卓精科、广川科技等；光学类零部件主要海外供应商蔡司、滨松光子学、爱特蒙特、爱万提斯、索雷博光电等，国内供应商主要有英诺激光、奥普特、凌云光、科迪赛瑞光电等；机械加工件海外供应商主要有京瓷等，国内供应商主要有尚德福、郑州磨料磨具磨削研究所等。
中科飞测原材料和零部件情况
资料来源：中科飞测公告，中金公司研究部
行业现状：
行业下游需求景气。根据全球半导体贸易统计组织（WSTS）统计，2021 年全球半导体工业销售额为 5559 亿美元，同比增长26.2%；2022 年预计全球半导体市场规模增速为 4.4%，总体市场规模将达 5804 亿美元左右。2020年起，受下游需求旺盛驱动，全球半导体产业快速复苏；
全球半导体市场规模及增速
资料来源：WSTS，世界半导体贸易统计组织，艾瑞研究院，胜科纳米招股书，国海证券研究所
2022 年，整体半导体市场规模增速有所放缓，但在经历短暂的周期性调整后，预计半导体市场仍将迎来攀升。根据 IC Insights 预测，2022 年至 2026 年市场将呈现 6.5% 的年平均增长率。半导体行业整体景气度的提升有望推升半导体检测分析需求。
全球集成电路市场规模及增速
资料来源：WSTS，世界半导体贸易统计组织，艾瑞研究院，胜科纳米招股书，国海证券研究所
竞争格局：
国外寡头垄断市场，KLA 占比超过 50%。
资料来源：CINNO Research，Bloomberg，国金证券研究所
全球半导体设备市场目前处于寡头垄断局面，市场上美日技术领先，以应用材料 AMAT（美国）、阿斯麦 ASML（荷兰）、拉姆研究 LAM Research（美国）、东京电子 TEL（日本）、科磊半导体KLA（美国）等为代表的国际知名半导体设备企业占据了全球市场的主要份额。根据 CINNO Research的统计，2022 年全球前十大半导体设备厂商均为境外企业，市场份额合计超过 75%。
全球量/检测设备厂家中，KLA 一家独大。量测设备市场呈现出高度垄断的格局，根据 Gartner 数据2021 年行业前 5 名分别为 KLA、AMAT、日立高新（Hitachi High-Tech）、创新科技（OntoInnovation）、新星测量仪器（Nova Measuring），行业 TOP3 占据 75%的市场份额。
国外主要半导体量检测设备供应商
资料来源：各公司官网，Wind，Bloomberg，国金证券研究所
美国的 KLA 牢牢占据行业的龙头地位，市场占有率超过行业第二的四倍。根据 Gartner，KLA 长期在半导体制造中过程控制业务领域份额超过 50%，2021 年以 54%位列第一，是第二名竞争对手市场份额的 4 倍以上。尤其是在晶圆形貌检测、无图形晶圆检测、有图形晶圆检测领域，KLA 在全球的市场份额更是分别高达85%、78%、72%。
五、国内现状：
量/检测设备是前道国产化率最低的环节之一，2022 年国产化率仍不足 3%。中科飞测、上海精测、上海睿励三家企业 2022 年销售收入合计约为 7.46 亿元，对应中国大陆市场份额不足 3%。若以批量公开招标的华虹无锡为统计样本，据不完全统计，2022 年华虹无锡完成量/检测设备招标 47 台，其中国产设备中标 1 台，国产化率仅 2%，远低于去胶机、刻蚀设备、薄膜沉积设备等环节。
中科飞测、上海精测、上海睿励市场份额
资料来源：公司招股说明书，SEMI，公司公告，东吴证券研究所
本土半导体设备企业正在量/检测领域积极布局，已经基本覆盖主流量/检测设备类型。中科飞测：涵盖无（有）图形晶圆缺陷检测、三维形貌量测、薄膜膜厚量备（介质）和套刻精度量测等系列设备，并积极研发纳米图形晶圆缺陷检测、金属薄膜量测等设备。上海精测：覆盖薄膜测量、光学关键尺寸量测、电子束缺陷检测等设备类别。睿励科学：包括光学薄膜测量和缺陷检测设备两大类，可对多类半导体薄膜实现精准的厚度、折射率、成分比率和应力测量，以及图形&无图形外观缺陷检测。东方晶源：拳头产品包括电子束缺陷检测 EBI、关键尺寸量测设备 CD-SEM。赛腾股份：收购日本 Optima，对硅片、晶圆的边缘、正背面外观缺陷检测具备全球竞争力。
中国大陆半导体设备海外依赖度高。2022 年全球前五的设备厂商中，除 ASML 外中国大陆均为第一大客户。
2022年全球前五大半导体设备客户
资料来源：Bloomberg，各公司公告，国金证券研究所
大陆量测设备市场增长迅速，国产替代需求迫切。中国大陆晶圆产能建设方兴未艾。中国是全球最大的半导体消费市场，旺盛的终端需求也带动了全球晶圆制造产能中心向中国大陆转移，中国大陆晶圆产能建设加速推进。根据 SEMI 数据，2021-2023 年间全球开始/计划建设的 84 座大规模芯片制造工厂中，有 20 座位于中国大陆，数量超过其他地区。
晶圆产能建设驱动国内量测设备市场空间高速成长。2020 年以来，中芯南方、长江存储、合肥长鑫、广州粤芯、上海积塔等本土晶圆制造产线的建设/扩张接连取得进展，国内半导体制造企业的产能扩张为国内半导体设备市场规模的增长提供了强劲动力。根据相关数据，2016-2021 年，中国大陆半导体设备市场空间年均复合增速达到 35.6%，远高于全球平均增速 20.0%；2016-2020 年，中国大陆检测和量测设备市场年均复合增速达到 31.6%，远高于全球平均增速 12.6%；2020 年中国大陆半导体检测和量测设备市场空间达到 21.0 亿美元。
全球和中国半导体行业销售额
资料来源：Wind，广发证券发展研究中心
半导体量/检测设备技术壁垒高，研发难度大。半导体量/检测设备的研发具有较高的技术壁垒，具有研发投入大、市场验证周期相对较长等特征，导致行业进入难度大。全球和中国范围来看，半导体量/检测企业市场集中度均较高，主要市场份额被美国科磊、应用材料等厂家占据，行业具有“胜者为王”的属性。当前来看，中国大陆的半导体量/检测企业的目标市场还聚焦在国内，且市占率较低。现阶段来看，中科飞测属于国产半导体量/检测领先企业，聚焦光学检测领域。现阶段中科飞测主要竞争对手包括：国外：科磊半导体、应用材料、创新科技、新星测量仪器、康特科技和帕克公司等；国内：上海睿励和上海精测。
半导体量/检测设备国产化率低，但提升趋势明显。国内半导体量/检测设备企业主要有中科飞测、上海精测、上海睿励，其他大多体量很小或产品尚在研发中，故采用这三家的市占率来拟合国产化率。2018-2022 年，中科飞测、上海精测、上海睿励三家合计收入由 0.6 亿元增长到 7.46 亿元，CAGR 为87.8%，国产化替代背景下三家收入快速增长。与此同时，半导体量/检测设备国产化率也从 2018 年的0.69%快速提升至 2022 年的 3.45%。现阶段，国产半导体量/检测设备厂商正处于加速国产替代阶段，海外布局预计将在国内市占率提升到一定程度后才会进行。
大陆相关企业：
中科飞测：
专注半导体质量控制设备，业绩快速成长。公司专注于半导体检测和量测两大类专用设备，其中检测设备营收占比 75.5%，量测设备营收占比 23.1%，均已应用于国内 28nm 及以上制程的集成电路制造产线。2022 年公司营收达 5.09 亿元，同比增长 41.24%，2018-2022 年营业收入 CAGR 为 103.23%；2022 年公司整体毛利率 48.67%，较 2018 年增长 25pcts。技术优势驱动公司实现业绩及盈利能力爆发式增长。公司在国产检测量测厂商中市场份额最领先，引领国产替代。截至 2020 年，科磊占据国内检测量测设备市占率超 50%，国内检测量测设备市场国产化率低于 3%，其中，中科飞测市占率 1.74%大幅领先国内同业。当前中科飞测检测设备已与国际龙头科磊、创新科技性能相当，量测设备重复性精度亦达国际龙头帕克公司水平，中科飞测产品已在中芯国际、长江存储、士兰集科、长电科技、华天科技、通富微电等晶圆制造厂商的产线上实现广泛应用。
精测电子：
公司深耕面板检测行业，布局半导体、新能源开启成长新篇章。公司自 2006 年成立以来立足面板显示检测领域，集合“光、机、电、软、算”一体化系统优势，在面板显示检测领域处于行业领先水平。2018年，公司顺势切入半导体检测、新能源赛道，形成“面板显示+半导体+新能源”的业务布局，并逐步向核心上游零部件领域延伸。2020 年以来，公司半导体+新能源业务占营收比例持续提升，2023 年上半年已提升至 32.1%。公司凭借技术积累与自主研发，积累了丰富的客户资源和品牌知名度，平板显示检测领域客户已涵盖国内各主要面板、模组厂商，如京东方、华星光电、中国电子、天马微等，以及在中国
大陆建有生产基地的韩国、日本、中国台湾地区的面板、模组厂商，如富士康、明基友达等；在半导体检测领域，公司与中芯国际、华虹集团、长江存储、合肥长鑫、广州粤芯等众多客户建立了良好的合作关系。公司重视战略研发投入，培育研发人才，2022 年年底公司研发人员占公司员工总数超 50%，为公司新产品的推出注入强劲动力。
上海睿励：
睿励科学仪器（上海）有限公司成立于 2005 年 6 月，致力于集成电路生产前道工艺检测领域设备研发和生产，是国内少数几家进入国际领先的 12 英寸生产线的高端装备企业之一，并且是国内唯一进入某韩国领先芯片生产企业的国产集成电路设备企业。上海睿励的第一大股东是中微公司，截至 2022 年上
半年，中微公司的持股比例为 29.36%。上海睿励的主营产品为光学膜厚测量设备和光学缺陷检测设备，以及硅片厚度及翘曲测量设备等。在量测设备方面，公司自主研发的 12 英寸光学测量设备 TFX3000 系列产品，已应用在 65/55/40/28nm 芯片生产线并正在进行 14nm 工艺验证，在 3D 存储芯片产线支持 64 层 3D NAND 芯片的生产并正在验证96 层 3D NAND 芯片的测量性能。在检测设备方面，公司的 FSD158e 设备、WSD200&WSD300 系列设备可分别应用于 2、3、4、5、6、8 寸图形或无图形晶圆以及 8、12 寸图形或无图形晶圆的外观缺陷检测。
免责声明：本文章不涉及投资建议，仅供分享观点所用。
参考资料：
东吴证券：中科飞测-产品线持续丰富完善，引领半导体量/检测设备进口替代
广发证券-中科飞测-本土半导体质量控制设备龙头，引领国产替代
国金证券：半导体设备行业深度：攻坚克难，国产量/检测设备 0~1 突破
中金公司：KLA，全球半导体制造量检测设备龙头
浙商证券：精测电子-300567-深度报告：平板显示检测设备龙头，半导体前道检测核心标的
国海证券：半导体检测行业报告：集成电路国产化加速，第三方检测发展空间广阔
