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一、半導體制造端“標尺”把關(guān)良率，全球百億美元市場(chǎng)空間廣闊
1、半導體量/檢測設備貫穿制造全流程，前道占比 11%，全球百億美元市場(chǎng)
半導體過(guò)程控制（量/檢測）設備為集成電路生產(chǎn)過(guò)程中的核心設備之一，是保證芯片生 產(chǎn)良品率的關(guān)鍵。集成電路制造過(guò)程的步驟繁多，工藝極其復雜，僅在集成電路前道制程 中就有數百道工序。隨著(zhù)集成電路工藝節點(diǎn)的提高，制造工藝的步驟將不斷增加，工藝中 產(chǎn)生的致命缺陷數量也會(huì )隨之增加，因此每一道工序的良品率都要保持在幾乎“零缺陷” 的極高水平才能保證最終芯片的良品率。量/檢測設備主要用在晶圓制造和先進(jìn)封裝等環(huán) 節，主要以光學(xué)和電子束等非接觸式手段，針對光刻、刻蝕、薄膜沉積、清洗、CMP、重 布線(xiàn)結構、凸點(diǎn)與硅通孔等環(huán)節進(jìn)行檢測。 根據 SEMI 報告，2022 年全球半導體設備銷(xiāo)售額 1077 億美元，同比增長(cháng) 5%，中國大陸銷(xiāo) 售額 283 億美元，同比下滑 5%。其中全球前道晶圓制造設備占設備總市場(chǎng)約 85-87%，SEMI 預計前道晶圓制造設備銷(xiāo)售額 2023 年下滑 22%至 760 億美元，2024 年恢復性增長(cháng) 21%至 920 億美元。量/測設備在半導體前道制造設備價(jià)值量中占比約為 11%，是僅次于薄膜沉積、 光刻和刻蝕的第四大核心設備，其價(jià)值量顯著(zhù)高于清洗、涂膠顯影、CMP 等細分領(lǐng)域設備。 量/測設備在半導體制造設備中占比較為穩定，根據 SEMI，2022 年全球量/檢測設備市場(chǎng) 規模約 108 億美元，中國大陸市場(chǎng)規模約為 32 億美元。
從工藝上看，量/檢測設備為檢測（Inspection）和量測（Metrology）兩大環(huán)節。根據 VLSI Research，市場(chǎng)份額分別占比 63%、34%。 檢測指在晶圓表面上或電路結構中，檢測其是否出現異質(zhì)情況，如顆粒污染、表面劃 傷、開(kāi)短路等對芯片工藝性能具有不良影響的特征性結構缺陷； 量測指對被觀(guān)測的晶圓電路上的結構尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、 關(guān)鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數的量測。
從技術(shù)原理上看，檢測和量測包括光學(xué)檢測技術(shù)、電子束檢測技術(shù)和 X 光量測技術(shù)等， 根據 VLSI Research、QY Research 統計市場(chǎng)份額占比分別為 75.2%、18.7%、2.2%。 光學(xué)檢測技術(shù)基于光學(xué)原理，通過(guò)對光信號進(jìn)行計算分析以獲得檢測結果，光學(xué)檢測 技術(shù)對晶圓的非接觸檢測模式使其具有對晶圓本身的破壞性極小的優(yōu)勢；通過(guò)對晶圓 進(jìn)行批量、快速的檢測，能夠滿(mǎn)足晶圓制造商對吞吐能力的要求。在生產(chǎn)過(guò)程中，晶 圓表面雜質(zhì)顆粒、圖案缺陷等問(wèn)題的檢測和晶圓薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、套刻精度、表 面形貌的測量均需用到光學(xué)檢測技術(shù)。 電子束檢測技術(shù)通過(guò)聚焦電子束掃描樣片表面產(chǎn)生樣品圖像以獲得檢測結果，通常用 于部分線(xiàn)下抽樣測量部分關(guān)鍵區域。精度比光學(xué)檢測技術(shù)更高，但速度相對較慢，適 用于部分晶圓的部分區域的抽檢應用。X光量測技術(shù)基于X光的穿透力強及無(wú)損傷特性進(jìn)行特定場(chǎng)景的測量，具有穿透性強， 無(wú)損傷的特點(diǎn)，在特定應用場(chǎng)景的檢測具有優(yōu)勢，可以檢測特定金屬成分等。
2、量/檢測設備細分種類(lèi)眾多
根據 VLSI Research 劃分，全球量/檢測設備共包含檢測 6 類(lèi)、量測 8 類(lèi)共計 14 小類(lèi)，是 半導體設備中細分種類(lèi)最多的設備。不同的細分設備技術(shù)原理不盡相同，市場(chǎng)份額占比差 距大。檢測設備主要以光學(xué)檢測為主，包括圖形晶圓檢測、無(wú)圖形晶圓檢測、掩膜版缺陷 檢測等設備。市場(chǎng)份額占比由高到低的為（納米）圖形晶圓缺陷檢測、掩膜版缺陷檢測、 無(wú)圖形晶圓缺陷檢測、電子束缺陷檢測（復查）設備。量測設備同樣使用光學(xué)、電子束和 X 光等檢測手段，市場(chǎng)份額占比由高到低為關(guān)鍵尺寸量測（光學(xué)&電子束）、套刻精度量 測、薄膜量測（介質(zhì)&金屬）、X 光量測和三維形貌量測等。從半導體主要工藝環(huán)節看， 光刻、刻蝕、離子注入、CMP 等環(huán)節對量檢、檢測設備需求量較大。
量/檢測設備的核心技術(shù)涉及光學(xué)檢測技術(shù)、大數據檢測算法及自動(dòng)化控制軟件等方面， 涵蓋運動(dòng)控制、光學(xué)、電氣、精密加工、人工智能等多個(gè)學(xué)科，包括：激光、DUV/UV，可 見(jiàn)光，電子束，x 射線(xiàn)光學(xué)、高速數據處理， 高性能計算、人工智能算法, 機器學(xué)習, 機 器視覺(jué)，計算物理學(xué)，成像技術(shù)、精確的運動(dòng)控制，機器人、寬帶等離子體等。
3、下游產(chǎn)能擴張+工藝節點(diǎn)推進(jìn)驅動(dòng)量/檢測行業(yè)持續發(fā)展
根據 SEMI《300mm 晶圓廠(chǎng)展望報告-至 2026 年》，預計 2023 年全球今年 300mm 晶圓廠(chǎng)設 備支出預計將下降 18%至 740 億美元，2024 年將增長(cháng) 12%至 820 億美元，2025 年增長(cháng) 24% 至 1019 億美元，2026 年增長(cháng) 17%至 1188 億美元。對高性能計算、汽車(chē)應用的強勁需求和 對存儲器需求的提升將推動(dòng)支出增長(cháng)。
主流半導體制程正從 28nm、14nm 向 10nm、7nm 發(fā)展，部分先進(jìn)半導體制造廠(chǎng)商已實(shí)現 5nm 工藝的量產(chǎn)并開(kāi)始 3nm 工藝的研發(fā)，三維 FinFET 晶體管、3D NAND 等新技術(shù)亦逐漸成為目前行業(yè)內主流技術(shù)。隨著(zhù)工藝不斷進(jìn)步，產(chǎn)品制程步驟越來(lái)越多，微觀(guān)結構逐漸復雜， 生產(chǎn)成本呈指數級提升。為了獲取盡量高的晶圓良品率，必須嚴格控制晶圓之間、同一晶 圓上的工藝一致性，因此對集成電路生產(chǎn)過(guò)程中的量/檢測需求將越來(lái)越大。未來(lái)檢測和 量測設備需在靈敏度、準確性、穩定性、吞吐量等指標上進(jìn)一步提升，保證每道工藝均落 在容許的工藝窗口內，保證整條生產(chǎn)線(xiàn)平穩連續的運行。
所有芯片制造階段都需要過(guò)程控制，過(guò)程控制的目的是為了提升良率和產(chǎn)能，研發(fā)和量產(chǎn) 的挑戰主要體現在精確度和速度上。量/檢測設備技術(shù)進(jìn)步方向： 1）更高的光學(xué)檢測空間分辨精度。目前先進(jìn)的檢測和量測設備所使用的光源波長(cháng)已包含 DUV 波段，能夠穩定地檢測到小于 14nm 的晶圓缺陷，能夠實(shí)現 0.003nm 的膜厚測量重 復性。檢測系統光源波長(cháng)下限進(jìn)一步減小和波長(cháng)范圍進(jìn)一步拓寬是光學(xué)檢測技術(shù)發(fā)展的重 要趨勢之一。提高光學(xué)系統的數值孔徑也是提升光學(xué)分辨率的另一個(gè)突破方向，以圖形晶 圓缺陷檢測設備為例，光學(xué)系統的最大數值孔徑已達到 0.95，探測器每個(gè)像元對應的晶 圓表面的物方平面尺寸最小已小于 30nm。為滿(mǎn)足更小關(guān)鍵尺寸的晶圓上的缺陷檢測，必 須使用更短波長(cháng)的光源，以及使用更大數值孔徑的光學(xué)系統，才能進(jìn)一步提高光學(xué)分辨率。 2）提升檢測速度和吞吐量。半導體量/檢測設備是晶圓廠(chǎng)的主要投資支出之一，設備的性 價(jià)比是其選購時(shí)的重要考慮因素。量/檢測設備檢測速度和吞吐量的提升將有效降低集成 電路制造廠(chǎng)商的平均晶圓檢測成本，從而實(shí)現降本增效。因此，檢測速度和吞吐量更高的 檢測和量測設備可幫助下游客戶(hù)更好地控制企業(yè)成本，提高良品率。 3）大數據檢測算法和軟件重要性凸顯。結合深度的圖像信號處理軟件和算法，在有限的 信噪比圖像中尋找微弱的異常信號。晶圓檢測和量測的算法專(zhuān)業(yè)性很強，檢測和量測設備 對于檢測速度和精度要求非常高，且設備從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化的周期較長(cháng)。因此，目前市場(chǎng)上 沒(méi)有可以直接使用的軟件，企業(yè)均在自己的檢測和量測設備上自行研制開(kāi)發(fā)算法和軟件， 未來(lái)對檢測和量測設備相關(guān)算法軟件的要求會(huì )越來(lái)越高。
二、量/檢測設備種類(lèi)豐富，技術(shù)原理不盡相同，行業(yè)壁壘高
1、檢測設備：（納米）圖形晶圓缺陷檢測占比最高，光學(xué)檢測技術(shù)為主
在檢測環(huán)節以光學(xué)檢測為主，光學(xué)檢測技術(shù)可進(jìn)一步分為無(wú)圖形晶圓檢測技術(shù)、圖形晶圓 成像檢測技術(shù)和光刻掩膜板成像檢測技術(shù)。少部分有圖形晶圓缺陷檢測和復查使用電子束 來(lái)檢測。
1.1、有圖形晶圓檢測設備
圖形化是指使用光刻或光學(xué)掩膜工藝來(lái)刻印圖形，引導完成晶圓表面的材料沉積或清除。 有圖形缺陷檢測設備采用高精度的光學(xué)技術(shù)，對晶圓表面納米及微米尺度的缺陷進(jìn)行識別 和定位。針對不同的集成電路材料和結構，缺陷檢測設備在照明和成像的方式、光源亮度、 光譜范圍、光傳感器等光學(xué)系統上，有不同的設計。 圖形缺陷檢測設備主要可分為明場(chǎng)缺陷檢測和暗場(chǎng)缺陷檢測兩大類(lèi)。明場(chǎng)缺陷檢測設備， 采用等離子體光源垂直入射，入射角度和光學(xué)信號的采集角度完全或部分相同，光學(xué)傳感 器生成的圖像主要由反射光產(chǎn)生；暗場(chǎng)缺陷檢測設備通常采用激光光源，光線(xiàn)入射角度和 采集角度不同，光學(xué)圖像主要由被晶圓片表面散射的光生成。其皆通過(guò)對晶圓上的圖形進(jìn) 行成像后與相鄰圖像對比來(lái)檢測缺陷并記錄其位置坐標。
光學(xué)晶圓缺陷檢測設備使用晶圓的旋轉位置和光束的徑向位置定義晶圓表面上缺陷的位置。在晶圓檢測機臺中，使用光譜儀檢測器 PMT 或 CCD 以電子方式記錄光強度，并生成晶 圓表面上散射或反射強度的圖。該圖提供了有關(guān)缺陷大小和位置以及缺陷的信息由于顆粒 污染等問(wèn)題導致的晶圓表面的狀況。
明場(chǎng)光學(xué)圖形缺陷檢測設備的供應商包括美國科磊半導體（39xx 系列及 29xx 系列）、 應用材料（UVision 系列），暗場(chǎng)光學(xué)圖形缺陷檢測設備的供應商包括科磊（Puma 系列）。
1.2、無(wú)圖形晶圓檢測設備
無(wú)圖形晶圓檢測是對于裸硅片和表面沒(méi)有圖形的晶圓的檢測。一般用于在開(kāi)始生產(chǎn)之前硅 片在硅片廠(chǎng)處獲得認證，半導體晶圓廠(chǎng)收到后再次認證的檢測過(guò)程，同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中一 些用于對比及環(huán)境測量的控片擋片的檢測。由于晶圓表面沒(méi)有圖案，因此無(wú)需圖像比較即 可直接檢測缺陷，其工作原理是將激光照射在圓片表面，通過(guò)多通道采集散射光，經(jīng)過(guò)表 面背景噪聲抑制后，通過(guò)算法提取和比較多通道的表面缺陷信號，最終獲得缺陷的尺寸和 分離。無(wú)圖形圓片表面檢測系統能夠檢測的缺陷類(lèi)型包括顆粒污染、凹坑、水印、劃傷、 淺坑、外延堆垛、CMP 突起。一般來(lái)說(shuō)暗場(chǎng)檢測是非圖案化晶圓檢測的首選，因為可以實(shí) 現高速掃描，從而實(shí)現高的晶圓產(chǎn)量。主要供應商包括 KLA（Surfscan 系列）、Hitachi High-Tech（LS 系列）。
1.3、掩膜版缺陷檢測設備
掩膜/光罩檢測：掩模在使用過(guò)程中很容易吸附粉塵顆粒，而較大粉塵顆粒很可能會(huì )直接 影響掩模圖案的光刻質(zhì)量，引起良率下降。因此，在利用掩模曝光后，通常會(huì )利用集成掩 模探測系統對掩模版進(jìn)行檢測，如果發(fā)現掩模版上存在超出規格的粉塵顆粒，則處于光刻 制程中的晶圓將會(huì )全部被返工。針對光刻所用的掩膜板，通過(guò)寬光譜照明或者深紫外激光 照明，以高分辨率大成像口徑的光學(xué)成像方法，獲取光刻掩膜板上的圖案圖像，以很高的 缺陷捕獲率實(shí)現缺陷的識別和判定。
1.4、電子束圖形晶圓檢測/復查設備
電子束成像也用于缺陷檢測，尤其是在光學(xué)成像效果較低的較小幾何形狀中。電子束檢測 動(dòng)態(tài)分辨率范圍比光學(xué)檢測系統大。隨著(zhù)半導體集成電路工藝節點(diǎn)的推進(jìn)，光學(xué)缺陷檢測 設備的解析度無(wú)法滿(mǎn)足先進(jìn)制程需求，必須依靠更高分辨率的電子束設備。 電子束的原理為通過(guò)聚焦電子束對晶圓表面進(jìn)行掃描，接受反射回來(lái)的二次電子和背散射 電子，進(jìn)而將其轉換成對應的晶圓表面形貌的灰度圖像。通過(guò)比對晶圓上不同芯片（Die） 同一位置的圖像，或者通過(guò)圖像和芯片設計圖形的直接比對，可以找出刻蝕或設計上的缺 陷。電子束檢測的優(yōu)勢為可以不受某些表面物理性質(zhì)的影響，且可以檢測很小的表面缺陷， 如柵極刻蝕殘留物等，相較于光學(xué)檢測技術(shù)，電子束檢測技術(shù)靈敏度較高，但檢測速度較 慢，因此主要用于在研發(fā)環(huán)境和工藝開(kāi)發(fā)中對新技術(shù)進(jìn)行鑒定，以及光學(xué)檢測后的復查， 對缺陷進(jìn)行清晰地圖像成像和類(lèi)型的甄別。主要供應商包括 KLA（eDR7XXX 系列、eSL10 系 列）、AMAT（SEM VISION 系列）。
2、量測設備：技術(shù)復雜、關(guān)鍵尺寸量測占比高
在量測環(huán)節，光學(xué)檢測技術(shù)基于光的波動(dòng)性和相干性實(shí)現測量遠小于波長(cháng)的光學(xué)尺度，集 成電路制造和先進(jìn)封裝環(huán)節中的量測主要包括關(guān)鍵尺寸量測、薄膜膜厚量測、套刻精度量 測等，這三類(lèi)量測環(huán)節在產(chǎn)業(yè)鏈中的應用如下：
2.1、關(guān)鍵尺寸（CD）量測
半導體制程中最小線(xiàn)寬一般稱(chēng)之為關(guān)鍵尺寸，其變化是半導體制造工藝中的關(guān)鍵。半導體 關(guān)鍵尺寸量測在半導體晶圓的指定位置測量電路圖案的線(xiàn)寬和孔徑。光學(xué)和電子束技術(shù)均 可用于關(guān)鍵尺寸測量，使用的設備分別光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設備（OCD，optical critical dimension）和掃描電子顯微鏡（CD-SEM） 目前基于衍射光學(xué)原理的非成像光學(xué)關(guān)鍵尺寸（OCD）測量設備為主要工具，它可以實(shí)現 對器件關(guān)鍵線(xiàn)條寬度及其他形貌尺寸的精確測量，并具有很好的重復性和長(cháng)期穩定性。OCD 的用途比較廣泛，可以測關(guān)鍵尺寸，還可以測單層或多層膜厚、深度甚至角度。OCD 是通 過(guò)收集到的反射光譜特征，來(lái)與模型中的數據庫對比，得出光譜吻合度最高的數據，得到 相應特征數據的量測方式。
電子束關(guān)鍵尺寸量測設備的原理是通過(guò)入射電子轟擊待測樣品表面，表面原子吸收并激發(fā) 產(chǎn)生二次電子，通過(guò)收集到的二次電子，將探測到的物理信號轉化為樣品圖像信息。 光學(xué)關(guān)鍵尺寸量測設備主要供應商包括 KLA（Spectra Shape 系列）、NanoMetrics、上 海睿勵（TFX 3000）、上海精測（EPROFILE 300FD）。電子束關(guān)鍵尺寸掃描電子顯鏡（主 要供應商包括 Hitachi High-Tech、應用材料（VeritySEM5i）等。
2.2、套刻精度量測
套刻技術(shù)：多層高精細的版圖一般都需要進(jìn)行多次曝光才能制作完成，每一次曝光需要不同的掩膜版，在使用每一塊掩膜版前都需要和之前經(jīng)過(guò)曝光的圖形進(jìn)行精確對準，只有這 樣才能保證每一層圖形有正確的相對位置。套刻精度測量通常在每道光刻步驟后進(jìn)行。 在半導體制造過(guò)程中，關(guān)鍵層的光學(xué)套刻對準直接影響了器件的性能、成品率及可靠性， 隨著(zhù)芯片集成度的增加，線(xiàn)寬逐漸縮小以及多重光刻工藝的應用，套刻誤差需要更嚴格地 被控制，因此套刻誤差測量也是過(guò)程工藝控制中最重要地步驟之一。其測量原理通常為通 過(guò)光學(xué)顯微成像系統獲得兩層刻套目標圖形的數字化圖像，然后基于數字圖象算法，計算 每一層的中心位置，從而獲得套刻誤差。主流供應商包括 KLA（Archer 系列）、ASML （Yield-Star 系列）。
2.3、膜厚量測
薄膜材料的厚度和物理常數量測設備：在半導體制造過(guò)程中，晶圓要進(jìn)行多次各種材質(zhì)的 薄膜沉積，因此薄膜的厚度及其性質(zhì)（如折射率和消光系數）需要準確地確定，以確保每 一道工藝均滿(mǎn)足設計規格。 在半導體制造過(guò)程中，晶圓要進(jìn)行多次各種材質(zhì)的薄膜沉積，因此薄膜的 厚度及其性質(zhì) 會(huì )對晶圓成像處理的結果產(chǎn)生關(guān)鍵性的影響。膜厚測量環(huán)節通過(guò)精準測量每 一層薄膜的 厚度、折射率和反射率，并進(jìn)一步分析晶圓表面薄膜膜厚的均勻性分布，從而 保證晶圓 的高良品率。膜厚測量可以根據薄膜材料劃分為兩個(gè)基本類(lèi)型，即不透明薄膜和 透明薄 膜。業(yè)界內一般使用四探針通過(guò)測量方塊電阻計算不透明薄膜的厚度；通過(guò)橢偏儀測量光 線(xiàn)的反射、偏射值計算透明薄膜的厚度。
三、國外寡頭壟斷市場(chǎng)，國產(chǎn)設備不斷突破
1、國外寡頭壟斷市場(chǎng)，KLA 占比超過(guò) 50%
全球半導體設備市場(chǎng)目前處于寡頭壟斷局面，市場(chǎng)上美日技術(shù)領(lǐng)先，以應用材料 AMAT（美 國）、阿斯麥 ASML（荷蘭）、拉姆研究 LAM Research（美國）、東京電子 TEL（日本）、 科磊半導體 KLA（美國）等為代表的國際知名半導體設備企業(yè)占據了全球市場(chǎng)的主要份額。 根據 CINNO Research 的統計，2022 年全球前十大半導體設備廠(chǎng)商均為境外企業(yè)，市場(chǎng)份 額合計超過(guò) 75%。
全球量/檢測設備廠(chǎng)家中，KLA 一家獨大。量測設備市場(chǎng)呈現出高度壟斷的格局，根據 Gartner 數據 2021 年行業(yè)前 5 名分別為 KLA、AMAT、日立高新（Hitachi High-Tech）、 創(chuàng )新科技（Onto Innovation）、新星測量?jì)x器（Nova Measuring），行業(yè) TOP3 占據 75% 的市場(chǎng)份額。美國的 KLA 牢牢占據行業(yè)的龍頭地位，市場(chǎng)占有率超過(guò)行業(yè)第二的四倍。 根據 Gartner，KLA 長(cháng)期在半導體制造中過(guò)程控制業(yè)務(wù)領(lǐng)域份額超過(guò) 50%，2021 年以 54% 位列第一，是第二名競爭對手市場(chǎng)份額的 4 倍以上。尤其是在晶圓形貌檢測、無(wú)圖形晶圓 檢測、有圖形晶圓檢測領(lǐng)域，KLA 在全球的市場(chǎng)份額更是分別高達 85%、78%、72%。
2、KLA：半導體量/檢測設備全球龍頭，一家獨大
KLA 成立于 1976 年，總部位于美國硅谷，為半導體制造提供全方位的在線(xiàn)檢測、量測和 數據分析，以及過(guò)程控制和良率管理的全方面解決方案和服務(wù)。截至 2022 財年末（2022 年 6 月 30 日），公司在全球 19 個(gè)國家和地區建立分部，員工人數約 1.4 萬(wàn)人。 2004-2015 財年，KLA 表現相對比較平穩，收入復合增速 3.3%，凈利潤復合增速 3.7%， 2016 財年開(kāi)始進(jìn)入快速成長(cháng)期，2016~2022 財年收入復合增速 21%，凈利潤復合增速 30%， 2022 財年收入同比增速 33%，凈利潤復合增速提升至 60%。根據 KLA 的長(cháng)期經(jīng)營(yíng)目標， 2022~2026 財年，公司收入復合增速目標為 9~11%。同時(shí) KLA 的盈利能力持續提升，除 2008 財年外，近十幾年 KLA 的毛利率長(cháng)期維持在 60%左右的高位，凈利率在 20%-30% 左右波動(dòng)，2021-2022 財年凈利率逐漸提升至 30%和 36%。分區域來(lái)看，中國大陸是 KLA 的第一大市場(chǎng)，2016-2022 財年 KLA 在中國大陸市場(chǎng)的銷(xiāo)售額復合增速約 35%，顯著(zhù)高于 其在全球約 21%的復合增長(cháng)率。
KLA 在持續創(chuàng )新、產(chǎn)品組合全面以及服務(wù)體系健全等競爭優(yōu)勢下穩居全球龍頭位置。KLA 50年以來(lái)通過(guò)持續創(chuàng )新和并購領(lǐng)跑各種復雜尖端的量測技術(shù)，完善產(chǎn)品局部。半導體制程技 術(shù)日新月異，KLA 需要不斷投入高額的研發(fā)費用用于開(kāi)發(fā)新的量測設備。2012-2022 年 KLA 的研發(fā)支出占比一直在 10%以上，2021 年研發(fā)投入占比 15%，高達 9 億美元，超過(guò)了行 業(yè)標準。公司構建的混合研發(fā)結構以客戶(hù)為中心，進(jìn)行跨產(chǎn)品線(xiàn)的核心技術(shù)創(chuàng )新。并購方 面，KLA 早期產(chǎn)品包括用于掩膜版光學(xué)檢測設備 RAPID 系列、晶圓檢測 WISARD 系列產(chǎn) 品，從 20 世紀 90 年代開(kāi)始公司產(chǎn)品及解決方案由離線(xiàn)檢測轉向在線(xiàn)檢測，1997 年 KLA 與 Tencor 兩家半導體設備公司合并改名 KLA-Tencor，KLA 從此增加了半導體量測解決方案， 實(shí)現了量/檢測設備細分領(lǐng)域的互補，奠定了在量檢測設備領(lǐng)域的龍頭地位。之后的 20 多年間，公司持續并購，標的基本覆蓋了半導體量測檢測領(lǐng)域的主要細分方向，不斷整合 和獲取行業(yè)資源與先進(jìn)技術(shù)。
KLA 服務(wù)體系建設完善，2022 年設備服務(wù)收入占總營(yíng)收的 21%。KLA 全球裝機量近 6 萬(wàn)臺， 超過(guò) 50%設備使用壽命達 18 年，平均使用壽命為 12 年，歷史上交付的 80%的設備仍在客 戶(hù)現場(chǎng)使用中，在完全折舊(2-3 倍)很長(cháng)時(shí)間后，客戶(hù)繼續在生產(chǎn)中使用。半導體設備的 長(cháng)使用壽命強化先發(fā)優(yōu)勢，加強與客戶(hù)的長(cháng)期綁定關(guān)系；服務(wù)類(lèi)收入受益于長(cháng)使用壽命將 不斷增加，且受行業(yè)周期波動(dòng)影響小。 量測設備龍頭 KLA 在前道設備全球 5 大龍頭企業(yè)中，表現出了相對更優(yōu)秀的成長(cháng)性和盈 利能力。AMAT、ASML、LAM Research、TEL 和 KLA 前五大前道設備龍頭 2022 年收入相 較于 2015 年分別成長(cháng) 175%、236%、223%、198%、268%。KLA 是五家中唯一一家自 2015 年以來(lái)持續成長(cháng)的公司，營(yíng)收的穩定性明顯優(yōu)于其余四家。從盈利能力來(lái)看，KLA 的毛利 率水平也顯著(zhù)高于其余 4 家。我們認為，這是由于量測設備相較于其他工藝設備，更受 益于工藝和技術(shù)節點(diǎn)進(jìn)步的變化，同時(shí)細分種類(lèi)更多，持續創(chuàng )新全面布局的公司更有機會(huì ) 獲得超額收益。
3、國內設備國產(chǎn)化率空間極大，產(chǎn)品覆蓋率及制程先進(jìn)程度差距大
中國大陸半導體設備海外依賴(lài)度高。2022 年全球前五的設備廠(chǎng)商中，除 ASML 外中國大陸 均為第一大客戶(hù)。
國產(chǎn)量測檢測設備公司產(chǎn)品線(xiàn)已涵蓋了無(wú)圖形晶圓缺陷檢測設備、圖形晶圓缺陷檢測設備、三維形貌量測設備、薄膜膜厚量測設備和套刻精度量測設備等系列產(chǎn)品。在國內主要集成 電路制造廠(chǎng)商取得批量訂單，打破了國外廠(chǎng)商的壟斷，國產(chǎn)化進(jìn)程加快將進(jìn)一步助力公司 持續快速發(fā)展。同時(shí)，公司正在積極研發(fā)納米圖形晶圓缺陷檢測設備、晶圓金屬薄膜量測 設備等其他型號的設備，相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)成功后有望進(jìn)一步提高產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋廣度。 國內量測設備主要廠(chǎng)家有中科飛測、上海睿勵、上海精測、賽騰股份、東方晶源、埃芯半 導體、上海御微等，其部分產(chǎn)品已進(jìn)入一線(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)驗證，推動(dòng)量測設備國產(chǎn)化。國內外廠(chǎng)商 的差距： 1）產(chǎn)品覆蓋度差距大，國內龍頭的產(chǎn)品覆蓋度為 27%，更多品類(lèi)待開(kāi)發(fā)和導入。量/檢測 設備種類(lèi)多，龍頭公司通過(guò)自身持續創(chuàng )新和并購擁有很高的工藝覆蓋率，全球占比 54%的 龍頭美國公司 KLA 對于量測+檢測產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋率達 85%以上，且幾乎在每一個(gè)所涉產(chǎn)品線(xiàn) 中均市場(chǎng)份額最高；其他海外龍頭如美國 AMAT、ONTO 等公司產(chǎn)品覆蓋率也分別達到 50% 和 35%以上。 根據中科飛測招股說(shuō)明書(shū)，公司產(chǎn)品線(xiàn)涵蓋份額占比為 27%。同時(shí)中科飛測正在積極研發(fā) 納米圖形晶圓缺陷檢測設備、關(guān)鍵尺寸量測設備等其他細分領(lǐng)域的機型，對應的市場(chǎng)份額 為 25%和 10%，研發(fā)成功后將提高產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋度。
1） 工藝節點(diǎn)上，國內企業(yè)目前僅能覆蓋 28nm 及以上制程。國際競爭對手的先進(jìn)產(chǎn)品普 遍能夠覆蓋 28nm 以下制程，國內產(chǎn)品已能夠覆蓋 28nm 及以上制程，應用于 28nm 以下制程的量/檢測設備在研發(fā)中。 2022 年三大量/檢測設備企業(yè)在本土市場(chǎng)份額合計 4%，國產(chǎn)化率較低。作為晶圓制造前道 設備中國產(chǎn)化率最低的設備之一，量/檢測設備本土前三大廠(chǎng)商收入合計為 7.4 億元，國 內市場(chǎng)份額占比僅為 4%。由于國外知名企業(yè)規模大，產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋廣度高，品牌認可度高， 導致本土企業(yè)的推廣難度較大。近年來(lái)國內企業(yè)在檢測與量測領(lǐng)域突破較多，受益于國內 半導體產(chǎn)業(yè)鏈的迅速發(fā)展，該領(lǐng)域國產(chǎn)化率有望在未來(lái)幾年加速提升。
四、國內設備廠(chǎng)商內生+外延快速發(fā)展
國內半導體處于高速增長(cháng)期，本土企業(yè)存在較大的國產(chǎn)化空間。國內量測設備主要廠(chǎng)家有 中科飛測、上海睿勵、上海精測、賽騰股份、東方晶源、埃芯半導體、南京中安等，其部 分產(chǎn)品已進(jìn)入一線(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)驗證，推動(dòng)量測設備國產(chǎn)化。
1、中科飛測：國內無(wú)圖形晶圓檢測龍頭，部分型號可對標 KLA
中科飛測成立于 2014 年，目前在半導體量/檢測設備收入體量上為國內龍頭，主要產(chǎn)品包 括無(wú)圖形晶圓缺陷檢測、圖形晶圓缺陷檢測、三維形貌量測、薄膜膜厚量測等產(chǎn)品，已應 用于國內 28nm 及以上制程的集成電路制造產(chǎn)線(xiàn)，同時(shí)正在積極研發(fā)納米圖形晶圓缺陷檢 測、晶圓金屬薄膜量測等設備。公司 22 年實(shí)現營(yíng)收 5.09 億元，同比+41.2%；歸母凈利潤 0.12 億元，同比-78.0%。下游客戶(hù)包含中芯國際、長(cháng)江存儲、士蘭集科、長(cháng)電科技、通 富微電等國內主流制造及封裝廠(chǎng)。 公司多項研發(fā)產(chǎn)業(yè)化取得積極進(jìn)展。2019 年，應用在集成電路前道領(lǐng)域的三維形貌量測 設備通過(guò)長(cháng)江存儲產(chǎn)線(xiàn)認證，2020 年，應用在集成電路前道領(lǐng)域的薄膜膜厚量測設備通 過(guò)士蘭集科產(chǎn)線(xiàn)驗證，2021 年，無(wú)圖形晶圓缺陷檢測設備通過(guò)國家科技重大專(zhuān)項驗收等。 目前，公司正在積極研發(fā)納米圖形晶圓缺陷檢測設備、晶圓金屬薄膜量測設備等其他型號 的設備。公司目前在研項目數量較多，長(cháng)期重視研發(fā)為公司發(fā)展建立了長(cháng)期壁壘，后續新 產(chǎn)品研發(fā)成功并客戶(hù)導入后，有望為公司打開(kāi)長(cháng)期發(fā)展天花板。
2022 年末公司合同負債 4.8 億，存貨中發(fā)出商品 4.3 億，在手訂單充足。公司 21/22 年 合同負債為1.6/4.8億元，同比+384%/+217%，發(fā)出商品為2.4/4.3億元，同比+425%/+76%， 在手訂單充沛且銷(xiāo)售強勁，快速成長(cháng)動(dòng)力足。 公司作為以研發(fā)為驅動(dòng)的半導體設備企業(yè)，公司研發(fā)費用占營(yíng)業(yè)收入比重高于同行業(yè)可比 公司，2022 年研發(fā)費用占營(yíng)收比例 40%。半導體設備行業(yè)為技術(shù)密集型行業(yè)，公司競爭力 與研發(fā)實(shí)力密不可分，公司持續吸引行業(yè)內優(yōu)秀人才，研發(fā)人員數量快速增長(cháng)，2019-2023 年研發(fā)人員占總人數比例維持在 43%上下。
2、精測電子：前道量/檢測設備訂單爆發(fā)性增長(cháng)
公司深耕檢測行業(yè) 17 年，已成為國內平板顯示檢測龍頭，2018 年以來(lái)公司積極局部平板 顯示/半導體/新能源三大業(yè)務(wù)。半導體設備成功供貨中芯國際、長(cháng)江存儲等國內龍頭客戶(hù)。 公司全面布局半導體前后道量檢測環(huán)節，膜厚、OCD 測量、電子束、明場(chǎng)檢測等設備已進(jìn) 市場(chǎng)， 2022 年公司半導體設備業(yè)務(wù)實(shí)現收入 1.83 億元，同比增長(cháng) 34.12%。截至 2023 年 4 月 24 日，半導體業(yè)務(wù)在手訂單 8.91 億元，前道設備業(yè)務(wù)爆發(fā)。公司半導體業(yè)務(wù)經(jīng) 過(guò)前期積累，在研發(fā)能力、產(chǎn)品力、客戶(hù)等方面已占先機，將成為國產(chǎn)化主力。
公司子公司上海精測前道檢測產(chǎn)品覆蓋度進(jìn)一步提升，半導體硅片應力測量設備也取得客 戶(hù)訂單并完成交付，明場(chǎng)光學(xué)缺陷檢測設備已取得突破性訂單，且已完成首臺套交付；其 余儲備的產(chǎn)品目前正處于研發(fā)、認證以及拓展的過(guò)程中。
2022 年下半年面板價(jià)格觸底，23 年價(jià)格持續修復，部分型號修復至現金成本線(xiàn)之上，稼 動(dòng)率環(huán)比亦有提升。公司受益于 OLED、Mini、Micro LED 等新技術(shù)路線(xiàn)以及由 Module、 Cell 拓展至前段 Array，面板業(yè)務(wù)仍有望實(shí)現平穩增長(cháng)，24 年蘋(píng)果新機 MR 有望帶來(lái)新的 面板檢測需求。 新能源方面，精測公司聚焦中后道工序，其中化成分容已批量出貨，切疊一體機已獲認證 通過(guò)，同時(shí)布局鋰電池視覺(jué)檢測系統、電芯裝配線(xiàn)和激光模切機等新品，與中創(chuàng )新航簽署 戰略合作伙伴協(xié)議，受益于其持續擴產(chǎn)。公司 2022 年公司新能源設備實(shí)現收入 3.4 億元， 截至 2023 年 4 月 23 日在手訂單新能源訂單 4.8 億元。
3、賽騰股份：收購 Optima 進(jìn)軍半導體晶圓缺陷檢測領(lǐng)域
賽騰股份是國內消費電子設備龍頭企業(yè)，通過(guò)外延并購將主營(yíng)業(yè)務(wù)拓展至半導體、新能源 汽車(chē)等行業(yè)。2022 年公司實(shí)現營(yíng)收 29.34 億元，同比+26.55%。實(shí)現凈利潤 2.93 億元， 同比增長(cháng) 63.5%。 半導體設備：賽騰股份 2018 年通過(guò)收購無(wú)錫昌鼎，進(jìn)入半導體封測設備領(lǐng)域。2019 年通 過(guò)收購日本 Optima，進(jìn)入晶圓檢測設備領(lǐng)域。無(wú)錫昌鼎主要生產(chǎn)測試編帶一體機、全自 動(dòng)組焊線(xiàn)機、自動(dòng)打標機等半導體封裝測試設備；Optima 拳頭產(chǎn)品包括 RXW-1200、 RXM-1200、BMW-1200(R)、AXM-1200 四大類(lèi)，產(chǎn)品覆蓋邊緣、背面、正面等缺陷檢測，是 全球領(lǐng)先的硅片、晶圓外觀(guān)缺陷檢測設備龍頭公司。 目前產(chǎn)品主要是無(wú)圖形晶圓檢測設備，已成功進(jìn)入 SUMCO、SK、SUMSUNG、協(xié)鑫、奕斯偉、 中環(huán)、金瑞泓、滬硅等國內外龍頭廠(chǎng)商，今年有望在國內晶圓廠(chǎng)有所突破，同時(shí)有圖形晶圓檢測設備正在穩步研發(fā)中。2022 年半導體設備板塊營(yíng)收達 3.75 億元、同比增長(cháng) 73%。
消費電子設備：受益北美大客戶(hù) 2023 年新機搭載潛望式攝像頭及 MR 新產(chǎn)品，2023 年有 望快速增長(cháng)。公司將持續受益于北美大客戶(hù)三大邊際變化：2023 年新機搭載潛望式攝像 頭帶來(lái)設備增量需求，MR 新品即將發(fā)布帶來(lái)的設備增量需求，以及產(chǎn)能向東南亞遷移帶 動(dòng)的設備增量需求。 新能源汽車(chē)設備：下游新能源車(chē)高景氣度且公司充分綁定龍頭客戶(hù)。2018 年公司收購菱 歐科技（現更名為賽騰菱歐），切入汽車(chē)零部件智能裝備行業(yè)。主要客戶(hù)為日本電產(chǎn)、村 田新能源、松下能源等。
4、睿勵儀器：中微公司持股 30%，國內最早的量測設備公司
睿勵科學(xué)儀器（上海）有限公司成立于 2005 年（中微公司持股 29.36%，是上海睿勵的第 一大股東），目前公司擁有的主要產(chǎn)品包括光學(xué)薄膜測量設備、光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設備、 缺陷檢測設備。睿勵科學(xué)儀器是國內少數進(jìn)入國際先進(jìn)制程 12 英寸生產(chǎn)線(xiàn)的量測設備企 業(yè)之一，是國內唯一進(jìn)入三星存儲芯片生產(chǎn)線(xiàn)的量測設備企業(yè)。 目前，睿勵的膜厚測量，缺陷檢測及光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設備已為國內近 20 家前道半導體 晶圓制造客戶(hù)所采用，公司光學(xué)膜厚測量設備已應用在 65/55/40/28 納米芯片生產(chǎn)線(xiàn)，并 正在進(jìn)行 14nm 工藝驗證；設備支持 64 層 3DNAND 芯片的生產(chǎn)，并正在 96 層 3DNAND 芯片 產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行工藝驗證。
5、天準科技：收購 MueTec：檢測量測產(chǎn)品寬度廣，掩膜版等領(lǐng)域填補空白
天準科技于 2021 年 5 月以 1819 萬(wàn)歐元完成收購德國 MueTec 公司 100%股權。MueTec 的主 要產(chǎn)品為高精度的光學(xué)測量和檢測解決方案， 2021 年營(yíng)業(yè)收入僅為 0.4 億元。MueTec 深耕檢測量測行業(yè)三十余年，重點(diǎn)覆蓋 65nm 及以上制程，具備較寬產(chǎn)品線(xiàn)并為多行業(yè)提 供產(chǎn)品解決方案。MueTec 的主要產(chǎn)品包括晶圓宏觀(guān)缺陷檢測、晶圓微缺陷檢測、掩膜版 檢測、紅外線(xiàn)檢測等檢測設備，以及關(guān)鍵尺寸量測、套刻精度量測、薄膜膜厚量測、掩膜 版量測、紅外線(xiàn)量測等量測設備，其中掩膜版、套刻精度等產(chǎn)品在國內供應中均具備稀缺 性。MueTec 主要服務(wù)于晶圓制造、先進(jìn)封裝、光掩模版、MEMS 傳感器、電子元件、OLED、 LED 等多個(gè)先進(jìn)制造領(lǐng)域，主要客戶(hù)包括英飛凌、恩智浦、臺積電等。
