晶粒探针台全景调研与发展战略研究

晶粒探针台全景调研与发展战略研究全球半导体设备行业概况（一）半导体市场需求带动半导体专用设备行业规模增长半导体设备位于产业链的上游，其市场规模随着下游半导体的技术发展和市场需求而波动。2013年至2021年，在智能手机、消费电子、数据中心等终端运用快速发展的推动，半导体设备行业进入了一个总体上升的周期。SEMI数据显示，全球半导体设备市场规模在2021年已达1，026亿美元。（二）全球半导体专用设备市场主要由国际巨头占据半导体专用设备具有技术壁垒高、研发周期长、研发投入高、制造难度大、设备价值高、客户验证壁垒高等特点，以美国应用材料（AMAT）、荷兰阿斯麦（ASML）、东京电子（TEL）、泛林半导体（LamResearch）、科磊（KLA）等为代表的国际知名半导体设备企业起步较早且经过多年发展，占据了全球半导体专用设备市场的主要份额。根据VLSIResearch统计，2020年，前述厂商占据了全球半导体设备市场65．5%的份额。半导体行业发展态势及面临的机遇与挑战（一）半导体行业发展面临的机遇1、半导体行业下游产业快速发展下游半导体应用需求的增长、半导体产能向中国大陆转移、半导体设备国产化需求增强等因素，促使国产半导体设备需求快速增长。未来几年，新能源、新一代显示技术、5G、物联网（IoT）、人工智能等为代表的新需求，将会对半导体形成巨大需求。相关半导体厂商纷纷扩产、升级产品线，以应对需求的增长、产品的升级换代。半导体产业经历了从美国到日本再到韩国、中国台湾的转移，目前正在经历向中国大陆的第三次转移，未来新增产能将有相当一部分在境内建设，这为国产半导体设备厂商提供了良好的机遇。此外，受近年国际环境影响，半导体行业供应链安全问题突出，半导体设备国产化的需求逐渐增强。半导体设备通常需要及时和专业的维护、保养，故障的及时排查、解决可以使客户顺利完成生产任务。客户产品的更新换代，也需要相关设备做出升级调整，境内半导体厂商有越来越强的设备国产化需求。2、半导体行业国家政策支持半导体产业是国民经济中基础性关键性和战略性的产业，作为现代信息产业的基础和核心产业之一，在保障国家安全等方面发挥着重要的作用，是衡量一个国家或地区现代化程度以及综合国力的重要标志。国家为扶持集成电路行业发展，制定了多项支持政策，陆续出台了《集成电路设计企业及产品认定暂行管理办法》《集成电路布图设计保护条例》《集成电路布图设计保护条例实施细则》等法律法规保护集成电路知识产权；出台了《财政部、税务总局、国家发展改革委、工业和信息化部关于集成电路生产企业有关企业所得税政策问题的通知》《关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》等从税收、投融资等方面鼓励支持半导体行业发展；出台了《集成电路产业研究与开发专项资金管理暂行办法》《关于印发十三五国家科技创新规划的通知》等目标规划，将集成电路装备列为国家科技重大专项，积极推进各项政策的实施。这些政策为半导体产业发展突破瓶颈提供了保障。（二）半导体行业发展面临的挑战半导体设备行业具有投资周期长、研发投入大等特点，属于典型的资本密集型和技术密集型行业。从全球范围来看，半导体设备市场长期被阿斯麦、应用材料、东京电子、东京精密等国际巨头占据主要份额，且其在经营规模、认知度、运营时间、客户资源等方面都存在较大的先发优势，国产半导体设备厂商在规模、产品丰富度、研发投入、技术先进度等上存在一定差距，在与其竞争过程中面临较大的压力和挑战。近年来，国家对半导体行业给予鼓励和支持，但该行业属于技术密集型产业，经验积累和技术创新需要一定时间。对比国外先进厂商，我国半导体行业发展历程相对较短，现有半导体产业及其专用设备的人才和技术水平难以满足产业需求，这是造成半导体设备研发及制造技术相对薄弱的主要原因之一。未来，随着国家政策的支持、半导体产业的不断发展，我国半导体产业在人才、产品等方面逐步积累，将能与国外一流设备厂商形成有力竞争。半导体设备定义及产业链半导体专用设备泛指用于生产各类半导体产品所需的生产设备，属于半导体行业产业链的支撑环节。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，细分又可以划分出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。半导体设备产业链中，上游为零部件和系统软件；中游为半导体设备，光刻机、刻蚀机、离子注入机、涂胶显影设备、氧化炉、CMP/CVD/PVD设备、质检及电学检测设备等；下游为半导体产品，主要包括分立器件、光电子器件、传感器和集成电路。我国半导体行业发展趋势国内半导体设备企业起步较晚，市场集中度也很低。我国高端晶圆制造设备基本依赖进口，国产化率较低，国产半导体设备急需突破。相比国外超过30年的发展经验，国内的半导体设备行业主要是在国家02专项的扶持下发展起来。本土设备供应商在先进制造工艺上和国外还存在一定技术差距，品牌影响力有限。但在次级设备或泛半导体设备的技术上取得了一定突破，目前已经可以应用于次级工艺水平的半导体加工，或光伏、LCD等泛半导体行业。为推动我国半导体设备制造的技术升级，国家出台了科技重大专项之极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项（02专项），半导体设备走上了国产化道路。在02专项、政策与大基金的支持下，国内半导体行业在技术积累和人才储备方面都在快速增长着，为国产设备带来更大机会。国产优势装备企业的崛起完善了国内半导体产业链，也为其他半导体设备的国产化打下了良好基础。国家政策的强力支持与广阔的市场空间，将使国产设备迎来发展的黄金时期。一是晶圆厂投资热潮带动半导体设备行业高增长。随着下游半导体行业景气度的持续提升以及晶圆制程工艺的不断升级，全球迎来半导体晶圆厂的投资热潮。2018年中国的设备销售增长率将最高，为49．3%，达到113亿美元。2018年，韩国、中国和中国台湾地区预计将保持前三的市场排名，韩国将以169亿美元保持在榜首。预计中国未来将成为世界第二大市场，而中国台湾地区的设备销售额将接近113亿美元。二是受益建厂潮，国内产线建设拉动20亿美元刻蚀设备需求。根据长江存储和华力微电子产线设备采购情况，国产刻蚀设备占有率不到20%，国产化率极低。制程不断推进及设计结构日益复杂是推动刻蚀设备市场的核心逻辑。新的制造工艺，如多重图形、基于金属硬掩模的双大马士革工艺、浅沟道刻蚀、高深宽比和高选择比刻蚀等技术不断对刻蚀设备提出挑战。结构上，DRAM和Logic/Foundry小型化、3DD堆叠层数不断增多、FinFET成为主流等结构创新，使得刻蚀难度和刻蚀步骤不断增加，拉动刻蚀设备需求和发展。半导体设备行业梳理半导体设备是支撑电子行业发展的基石，也是半导体产业链上游环节市场空间最广阔，战略价值最重要的一环。从整体来看，中国大陆的半导体设备行业，同全球半导体设备行业一样，享受着本土晶圆厂扩产，地方规划重点扶持的政策福利。从国内市场而言，供应链结构合理化和地缘的需求，带来了国内设备市场的动能。因此，国产设备商享有晶圆厂扩产+国产化提速的双重增速。半导体制造设备全球总销售额预计将在2022年再次突破记录达到1175亿美元，比2021的1025亿美元增长14．7%，并预计在2023年增至1208亿美元。全球半导体设备作为一个具有显著的周期性特点的行业，将实现罕见的连续四年的快速增长。本轮的半导体设备周期在全球范围内延续的时长超出预期。半导体设备行业生产流程半导体产业主要包括集成电路和分立器件两大类，各分支包含的种类繁多且应用广泛。半导体应用领域覆盖了几乎所有的电子设备，是计算机、家用电器、数码电子、自动化、通信、航天等诸多产业发展的基础，是现代工业的生命线，也是改造和提升传统产业的核心技术。半导体的生产流程可分为设计、制造、封装与测试三个步骤，制造环节又可进一步分成硅片制造和晶圆制造两个步骤。半导体设备泛指用于生产各类半导体产品所需的生产设备，属于半导体产业链的关键支撑环节。在从硅片制造到晶圆制造，再到封装测试的整个工艺过程中，半导体设备扮演着十分重要的角色。中国半导体行业近年来的快速发展得益于政府的产业扶植，除了有两期大基金和地方政府的直接投资，还通过低息贷款，直接补助，水电补贴，土地补贴等提供给了中国半导体产业。综合起来中国政府的产业支持力度远超其他国家和地区。以《关于促进集成电路产业和软件产业高质量发展企业所得税政策的公告》为例，国家鼓励的集成电路线宽小于28纳米（含），且经营期在15年以上的集成电路生产企业或项目，第一年至第十年免征企业所得税；国家鼓励的集成电路线宽小于65纳米（含），且经营期在15年以上的集成电路生产企业或项目，第一年至第五年免征企业所得税，第六年至第十年按照25%的法定税率减半征收企业所得税;国家鼓励的集成电路线宽小于130纳米（含），且经营期在10年以上的集成电路生产企业或项目，第一年至第二年免征企业所得税，第三年至第五年按照25%的法定税率减半征收企业所得税。半导体产业主要包括集成电路和分立器件两大类，各分支包含的种类繁多且应用广泛。半导体应用领域覆盖了几乎所有的电子设备，是计算机、家用电器、数码电子、自动化、通信、航天等诸多产业发展的基础，是现代工业的生命线，也是改造和提升传统产业的核心技术。半导体的生产流程可分为设计、制造、封装与测试三个步骤，制造环节又可进一步分成硅片制造和晶圆制造两个步骤。半导体设备泛指用于生产各类半导体产品所需的生产设备，属于半导体产业链的关键支撑环节。在从硅片制造到晶圆制造，再到封装测试的整个工艺过程中，半导体设备扮演着十分重要的角色。半导体设备细分行业发展情况和趋势（一）半导体测试设备行业发展情况及竞争态势半导体测试设备的运用贯穿整个半导体制造过程，在半导体产业链中起着成本控制和保证品质的关键作用。芯片会经历晶圆、封测、PCB、电子系统、客户端等阶段，根据电子系统故障检测中的十倍法则，若芯片厂商未能及时发现芯片故障，则需在下一阶段耗费十倍的成本以排查和处理故障。此外，通过及时有效的检测，芯片厂商还可以合理筛选出不同性能等级的芯片或器件。因此，随着芯片生产成本日渐高涨，半导体测试设备的重要性也日渐凸显。根据SEMI统计，2021年全球半导体测试设备市场为78亿美元。随着半导体行业整体进入上升周期，半导体测试设备在可预见的未来将持续保持增长态势。全球半导体测试设备市场集中度高，各细分市场均被境外龙头企业所垄断，爱德万、科休、泰瑞达、东京电子、东京精密等境外企业占据了半导体测试设备市场的主要份额，境内企业与以上企业在整体规模、产品丰富度等方面存在一定差距。根据SEMI统计，2020年，全球半导体测试设备市场中泰瑞达、科休、爱德万共占据了97%的市场份额；而在中国大陆，这一数值则达到了92%。（二）探针台设备行业发展情况及竞争态势据SEMI统计，2020年全球半导体测试设备市场中探针台占据了15．2%的市场份额。半导体探针台设备行业集中度较高，目前主要由国外厂商主导，行业呈现高度垄断的竞争格局。从全球市场上看，东京精密、东京电子两家企业占据全球约七成的市场份额；从中国大陆市场上看，2019年东京电子、东京精密、惠特科技、旺矽科技占据了74%的市场份额，中国大陆市场进口替代空间巨大。（三）探针测试行业发展趋势1、探针测试设备将向高精度化方向发展现阶段半导体器件主要通过提高集成度的方式实现更多功能或更快响应。为此，半导体制造过程一般会缩小器件特征尺寸，如高端逻辑芯片的电路制程线宽已由微米级别缩小至纳米级别，最小已达3纳米；在LED芯片中，最小的MicroLED尺寸也已经缩小至50μm以下。此外，为避免器件集成度提高后单位制造成本过度上涨，业界一般使用更大尺寸的晶圆，通过在单片晶圆片上制造更多的芯片并提高边缘区域使用率的方法降低单位制造成本，目前主流晶圆尺寸已从4英寸、6英寸，逐步发展到8英寸和12英寸。对于探针台，晶圆尺寸增加导致探针的移动行程更大，而器件集成度提升的同时缩小了PAD尺寸，这又要求探针具备更高的操作精度（例如：目前晶粒的尺寸PAD约40μm，考虑到探针具有一定尺寸，实际允许的探针操作误差仅为约5μm）。因此，随着半导体工艺进步，探针台也在向高精度方向发展以适应生产要求，高效、高精度定位已日渐成为探针测试设备的一项重要性能评价指标。2、探针测试设备更新迭代速度较快根据半导体行业一代设备，一代工艺，一代产品的经验特征，下游半导体厂商新工艺迭代会带动半导体设备的同步更新，探针台设备也遵循该行业规律，例如，针对传统功率半导体器件的探针台即无法满足第三代化合物半导体器件测试需求。目前，半导体行业整体处于上行周期，行业景气度推动新材料、新工艺、新制程频繁迭代，因此探针台设备也必须保持快速更新换代以适应下游新需求。3、探针测试各类技术等级设备并存发展伴随半导体技术持续迅猛发展和半导体应用领域不断拓展，半导体器件种类日趋丰富。由于不同运用场景对半导体器件的功能、响应速度需求存在差异，因此各类性能、用途的器件或芯片大量并存，各器件的技术参数、制造工艺水平也不尽相同。以上现象决定了不同的产线需配置技术等级及性价比相当的半导体设备；即使在同一产线上，复杂程度不同的工艺环节也是根据其实际需要搭配使用各类技术等级的设备，因此产业内高、中、低各类技术等级生产设备并存发展且均有其对应的市场空间。中国大陆连续多年成为全球最大的半导体消费市场，消费重心一定程度上牵引产能重心，全球半导体产能正不断向中国大陆转移。伴随国家对半导体产业发展的重大战略部署，我国半导体产业快速发展，整体实力显著提升，设计、制造能力与国际先进水平不断缩小，封装测试技术