半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)＠治?前道量測(cè)設(shè)備2024

從芯片的發(fā)展歷程來(lái)看，可以發(fā)現(xiàn)芯片的研發(fā)主要遵循摩爾定律，即微處理器內(nèi)的晶體管數(shù)量每隔18個(gè)月至兩年便翻一番，從而使得芯片的處理能力相應(yīng)增強(qiáng)。根據(jù)Yole的統(tǒng)計(jì)，工藝節(jié)點(diǎn)每縮減一代，工藝中產(chǎn)生的致命缺陷數(shù)量會(huì)增加50%。當(dāng)工序超過(guò)500道，單道工序的良率要超過(guò)99.99%，最終芯片良率才能超過(guò)95%[1]。因此為保證晶圓加工良率，晶圓廠必須在刻蝕、光刻等每個(gè)關(guān)鍵步驟后對(duì)晶圓進(jìn)行詳盡的檢測(cè)，這種貫穿晶圓制造全過(guò)程的檢測(cè)/量測(cè)工藝被稱為半導(dǎo)體前道量測(cè)。半導(dǎo)體前道檢測(cè)/量測(cè)設(shè)備（本文中簡(jiǎn)稱“晶圓量測(cè)設(shè)備”）是能夠優(yōu)化制程控制良率、提高效率與降低成本的關(guān)鍵。在半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)中，晶圓量測(cè)設(shè)備的價(jià)值量占比約為13%。根據(jù)QYresearch在2024年1月發(fā)布的報(bào)告，全球半導(dǎo)體晶圓量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)在2023年的估值為51.257億美元，預(yù)計(jì)到2030年將增長(zhǎng)至87.975億美元，期間復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）為7.9%。亞太地區(qū)預(yù)計(jì)將占據(jù)市場(chǎng)的重要份額，特別是日本、中國(guó)和韓國(guó)，其擁有豐富的制造設(shè)施、半導(dǎo)體晶圓制造商、半導(dǎo)體制造商、原始設(shè)備制造商（originalequipmentmanufacturers,OEM）和原始設(shè)計(jì)制造商（originaldesignmanufacturers,ODM）[2]，將為亞太地區(qū)的市場(chǎng)份額增長(zhǎng)提供強(qiáng)有力的支撐。據(jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)市場(chǎng)在2022年至2030年的復(fù)合年增長(zhǎng)率約為14.4%，到2030年將達(dá)到24億美元的市場(chǎng)規(guī)模，成為增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)之一[3]。然而，就全球晶圓量測(cè)設(shè)備廠商的市場(chǎng)占有率而言，美國(guó)企業(yè)占有60%以上市場(chǎng)份額，日本、荷蘭也占有一席之地，市場(chǎng)呈現(xiàn)相對(duì)集中的格局。盡管中國(guó)對(duì)晶圓量測(cè)設(shè)備的需求旺盛，但國(guó)產(chǎn)設(shè)備的市場(chǎng)占有率僅為2~3%，暴露出國(guó)內(nèi)晶圓量測(cè)設(shè)備產(chǎn)業(yè)在全球競(jìng)爭(zhēng)中的脆弱然而，隨著國(guó)家級(jí)政策的相繼出臺(tái)，這一領(lǐng)域正迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提到，“在集成電路領(lǐng)域，關(guān)注集成電路設(shè)計(jì)工具、重點(diǎn)裝備和高純靶材等關(guān)鍵材料研發(fā)”。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》強(qiáng)調(diào)了在先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)軠y(cè)量技術(shù)的重視，提出要支撐先進(jìn)制造，強(qiáng)化計(jì)量應(yīng)用。旺盛的市場(chǎng)需求加之政府政策對(duì)集成電路領(lǐng)域的支持，晶圓量測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行。本文旨在從專利的角度分析中國(guó)晶圓量測(cè)技術(shù)及行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，為了研究其專利布局情況，我們分別選擇了美國(guó)、日本、荷蘭的各1-3家行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)作為該國(guó)專利權(quán)人代表，同時(shí)選取了中國(guó)[4]的8家領(lǐng)先企業(yè)作為中國(guó)專利權(quán)人代表。結(jié)合政府政策和市場(chǎng)信息，本文試圖揭示中國(guó)晶圓量測(cè)技術(shù)和行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和潛力。晶圓量測(cè)領(lǐng)域?qū)＠治鰣D1展示了以簡(jiǎn)單同族為統(tǒng)計(jì)單位，荷蘭、日本、美國(guó)和中國(guó)在晶圓量測(cè)設(shè)備領(lǐng)域的頭部企業(yè)近十年（2014年至2023年）的全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)。由于專利公開(kāi)的延時(shí)，2022年和2023年的數(shù)據(jù)僅為部分公開(kāi)的專利申請(qǐng)。從圖中可見(jiàn)，直至2020年以前，中國(guó)在晶圓量測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的專利申請(qǐng)數(shù)量遠(yuǎn)低于美國(guó)，幾乎不足其三分之一。然而，自2020年起，中國(guó)在該領(lǐng)域內(nèi)的專利申請(qǐng)急劇增加，到2021年中國(guó)超越其他三國(guó)成為當(dāng)年專利族申請(qǐng)量最大的國(guó)家。我們認(rèn)為這一變化的主要原因包括：一，政府在政策層面對(duì)集成電路行業(yè)的高度重視；二，國(guó)際貿(mào)易爭(zhēng)端的背景下，自2018年起美國(guó)對(duì)中國(guó)芯片領(lǐng)域采取了一系列制裁措施，增加了中國(guó)企業(yè)獲取境外晶圓代工服務(wù)和產(chǎn)品的難度，這不僅加大了中國(guó)晶圓制造設(shè)備的生產(chǎn)壓力，同時(shí)也引起了中國(guó)晶圓量測(cè)設(shè)備企業(yè)的擔(dān)憂；三，中國(guó)作為全球最大的芯片消費(fèi)市場(chǎng)，對(duì)晶圓加工的產(chǎn)能和技術(shù)的需求日益增加。因此，在政府政策的支持、國(guó)際貿(mào)易爭(zhēng)端的背景以及市場(chǎng)需求的共同推動(dòng)下，預(yù)計(jì)中國(guó)的晶圓量測(cè)設(shè)備企業(yè)將在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)持續(xù)增加在該領(lǐng)域的研發(fā)和專利投入。圖1各國(guó)企業(yè)專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖2呈現(xiàn)了近十年各國(guó)企業(yè)在晶圓量測(cè)領(lǐng)域的CN專利申請(qǐng)趨勢(shì)，從柱狀圖中可以看出自2020年起中國(guó)的本土企業(yè)在CN專利申請(qǐng)總量中所占的比例超過(guò)了43%，并且這一比例仍在持續(xù)增長(zhǎng)中。這一趨勢(shì)反映出了中國(guó)晶圓量測(cè)企業(yè)加強(qiáng)在國(guó)內(nèi)的專利布局以壓制競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)而提升本土市場(chǎng)地位的決心。圖2各國(guó)企業(yè)CN專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖3-1展示了近十年各國(guó)企業(yè)簡(jiǎn)單同族中國(guó)家/地區(qū)數(shù)量分別為1個(gè)或2個(gè)及以上的專利族總數(shù)及其比例。如圖所示，荷蘭、日本、美國(guó)企業(yè)75%以上的專利族在2個(gè)及以上的國(guó)家/地區(qū)（包含WO）有布局，這反映了它們?cè)谌蚍秶鷥?nèi)的專利保護(hù)意識(shí)。相比之下，中國(guó)企業(yè)大多數(shù)的專利族僅有CN專利一個(gè)成員，海外專利布局不足10%。圖3-2進(jìn)一步展示了這些企業(yè)專利族覆蓋的國(guó)家/地區(qū)平均數(shù)量的變化趨勢(shì)，可以看出荷蘭和美國(guó)企業(yè)平均一個(gè)專利族中覆蓋的國(guó)家/地區(qū)數(shù)量多達(dá)5-6個(gè)，日本企業(yè)的這一數(shù)字穩(wěn)定在3-4個(gè)左右，中國(guó)企業(yè)平均每個(gè)專利族中成員僅為1個(gè)。上述數(shù)據(jù)表明中國(guó)的晶圓量測(cè)企業(yè)目標(biāo)市場(chǎng)較為明確（即中國(guó)本土市場(chǎng)，具體可見(jiàn)上文分析），而海外企業(yè)則著眼于更廣闊的全球市場(chǎng)。對(duì)中國(guó)企業(yè)來(lái)說(shuō)這既是一個(gè)機(jī)遇，也是一個(gè)軟肋。機(jī)遇在于，可以加強(qiáng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的技術(shù)積累和市場(chǎng)影響力；軟肋則在于，如果希望未來(lái)在全球市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)，就需要增強(qiáng)海外專利布局的意識(shí)和能力。圖3-1各國(guó)企業(yè)簡(jiǎn)單同族中國(guó)家/地區(qū)數(shù)量為1個(gè)或2個(gè)及以上的專利族數(shù)圖3-2各國(guó)企業(yè)同族專利中國(guó)家/地區(qū)的平均數(shù)量趨勢(shì)從技術(shù)路線原理上看，晶圓量測(cè)主要包括光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、電子束檢測(cè)技術(shù)和X射線檢測(cè)技術(shù)。根據(jù)VLSIResearch和QYResearch的報(bào)告，2020年全球半導(dǎo)體檢測(cè)和量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)中，應(yīng)用光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、電子束檢測(cè)技術(shù)及X射線檢測(cè)技術(shù)的設(shè)備市場(chǎng)份額占比分別為75.2%、18.7%及2.2%[5]，可以看出應(yīng)用光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的設(shè)備在市場(chǎng)占比方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。從圖4-1可以看出，不同國(guó)家的企業(yè)在晶圓量測(cè)的細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的專利布局存在明顯不同，比如荷蘭和日本的企業(yè)在電子束檢測(cè)技術(shù)上布局的專利較多，美國(guó)在相對(duì)而言更成熟的光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的專利布局上投入較多，這也反映了美國(guó)在晶圓量測(cè)市場(chǎng)上的領(lǐng)先地位。中國(guó)的企業(yè)則更傾向于選擇光學(xué)檢測(cè)技術(shù)這條賽道，從中也可以看出中國(guó)在常用晶圓量測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的道路上的努力。圖4-2展示了近十年海外企業(yè)在三大細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)及授權(quán)率，其中授權(quán)率表示該年申請(qǐng)的專利中目前已授權(quán)專利所占的比例，由于專利授權(quán)可能需要3-5年的時(shí)間，因此2019年及以后的授權(quán)率可能并不準(zhǔn)確。值得關(guān)注的是，自2018年起，電子束檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量開(kāi)始追平甚至超越光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，其授權(quán)率自同年起亦超過(guò)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)，暗示著電子束檢測(cè)技術(shù)在研發(fā)潛力和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力方面的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，海外企業(yè)的專利授權(quán)率一直維持在80%以上，表明盡管該領(lǐng)域已相對(duì)成熟，但依然存在較大的研發(fā)和創(chuàng)新空間。圖4-1各國(guó)企業(yè)在光學(xué)、電子束、X射線檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的專利申請(qǐng)總量圖4-2海外企業(yè)在光學(xué)、電子束、X射線檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)及授權(quán)率小結(jié)與展望1.自2020年起，中國(guó)的晶圓量測(cè)企業(yè)在本領(lǐng)域內(nèi)開(kāi)始布局較多專利，年申請(qǐng)專利族數(shù)趕超美國(guó)、荷蘭及日本的企業(yè)。在政府政策支持、國(guó)際貿(mào)易爭(zhēng)端背景下以及市場(chǎng)需求增長(zhǎng)的共同推動(dòng)下，預(yù)測(cè)未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)中國(guó)企業(yè)必然將持續(xù)增加在本領(lǐng)域內(nèi)的研發(fā)和專利投入。從專利地理布局來(lái)看，自2021年起，中國(guó)企業(yè)的專利申請(qǐng)數(shù)量占據(jù)了該領(lǐng)域內(nèi)CN專利申請(qǐng)的50%以上，反映出中國(guó)企業(yè)主要聚焦本土市場(chǎng)，并在該市場(chǎng)上正逐步建立技術(shù)優(yōu)勢(shì)。然而，與海外企業(yè)相比，中國(guó)企業(yè)在海外的專利布局尚顯不足。盡管中國(guó)企業(yè)目前聚焦于本土市場(chǎng)，但其仍有必要考慮擴(kuò)大海外專利布局，以便一方面幫助企業(yè)在兼并重組、投融資等市場(chǎng)活動(dòng)中提高無(wú)形資產(chǎn)價(jià)值，另一方面在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中可以借此抗衡或牽制海外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。因此，加強(qiáng)海外專利布局意識(shí)和策略是中國(guó)晶圓量測(cè)設(shè)備企業(yè)的重要任務(wù)。2.在細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域的專利布局中，中國(guó)企業(yè)主要關(guān)注光學(xué)檢測(cè)技術(shù)，這一領(lǐng)域不僅市場(chǎng)份額大，也可能是中國(guó)傳統(tǒng)晶圓量測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化努力的重點(diǎn)。對(duì)于專攻該技術(shù)領(lǐng)域的本土企業(yè)或投資者而言，尤其需要注意的點(diǎn)是對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品/技術(shù)做好自由實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)分析，以規(guī)避潛在的侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，從近五年的專利數(shù)據(jù)來(lái)看，海外企業(yè)在電子束檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的申請(qǐng)量開(kāi)始超過(guò)光學(xué)檢測(cè)，顯示出電子束檢測(cè)技術(shù)將是未來(lái)幾年內(nèi)晶圓量測(cè)設(shè)備企業(yè)激烈技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域。對(duì)于專注于電子束檢測(cè)技術(shù)的本土企業(yè)而言，這一領(lǐng)域提供了巨大的研發(fā)潛力和彎道超車的機(jī)會(huì)。企業(yè)應(yīng)通過(guò)專利地圖分析，定期監(jiān)控競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的專利動(dòng)態(tài)，探索技術(shù)空白點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新