半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)深度分析

半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)深度分析一、半導(dǎo)體制造端“標(biāo)尺”把關(guān)良率，全球百億美元市場(chǎng)空間廣闊1、半導(dǎo)體量/檢測(cè)設(shè)備貫穿制造全流程，前道占比11%，全球百億美元市場(chǎng)半導(dǎo)體過(guò)程控制（量/檢測(cè)）設(shè)備為集成電路生產(chǎn)過(guò)程中的核心設(shè)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(fù)雜，僅在集成電路前道制程中就有數(shù)百道工序。隨著集成電路工藝節(jié)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(shù)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(cè)設(shè)備主要用在晶圓制造和先進(jìn)封裝等環(huán)節(jié)，主要以光學(xué)和電子束等非接觸式手段，針對(duì)光刻、刻蝕、薄膜沉積、清洗、CMP、重布線(xiàn)結(jié)構(gòu)、凸點(diǎn)與硅通孔等環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)SEMI報(bào)告，2022年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售額1077億美元，同比增長(zhǎng)5%，中國(guó)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(shè)備占設(shè)備總市場(chǎng)約85-87%，SEMI預(yù)計(jì)前道晶圓制造設(shè)備銷(xiāo)售額2023年下滑22%至760億美元，2024年恢復(fù)性增長(zhǎng)21%至920億美元。量/測(cè)設(shè)備在半導(dǎo)體前道制造設(shè)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(shè)備，其價(jià)值量顯著高于清洗、涂膠顯影、CMP等細(xì)分領(lǐng)域設(shè)備。量/測(cè)設(shè)備在半導(dǎo)體制造設(shè)備中占比較為穩(wěn)定，根據(jù)SEMI，2022年全球量/檢測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約108億美元，中國(guó)大陸市場(chǎng)規(guī)模約為32億美元。從工藝上看，量/檢測(cè)設(shè)備為檢測(cè)（Inspection）和量測(cè)（Metrology）兩大環(huán)節(jié)。根據(jù)VLSIResearch，市場(chǎng)份額分別占比63%、34%。檢測(cè)指在晶圓表面上或電路結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)其是否出現(xiàn)異質(zhì)情況，如顆粒污染、表面劃傷、開(kāi)短路等對(duì)芯片工藝性能具有不良影響的特征性結(jié)構(gòu)缺陷；量測(cè)指對(duì)被觀測(cè)的晶圓電路上的結(jié)構(gòu)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(shù)的量測(cè)。從技術(shù)原理上看，檢測(cè)和量測(cè)包括光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、電子束檢測(cè)技術(shù)和X光量測(cè)技術(shù)等，根據(jù)VLSIResearch、QYResearch統(tǒng)計(jì)市場(chǎng)份額占比分別為75.2%、18.7%、2.2%。光學(xué)檢測(cè)技術(shù)基于光學(xué)原理，通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析以獲得檢測(cè)結(jié)果，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)對(duì)晶圓的非接觸檢測(cè)模式使其具有對(duì)晶圓本身的破壞性極小的優(yōu)勢(shì)；通過(guò)對(duì)晶圓進(jìn)行批量、快速的檢測(cè)，能夠滿(mǎn)足晶圓制造商對(duì)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(cè)和晶圓薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、套刻精度、表面形貌的測(cè)量均需用到光學(xué)檢測(cè)技術(shù)。電子束檢測(cè)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(cè)結(jié)果，通常用于部分線(xiàn)下抽樣測(cè)量部分關(guān)鍵區(qū)域。精度比光學(xué)檢測(cè)技術(shù)更高，但速度相對(duì)較慢，適用于部分晶圓的部分區(qū)域的抽檢應(yīng)用。X光量測(cè)技術(shù)基于X光的穿透力強(qiáng)及無(wú)損傷特性進(jìn)行特定場(chǎng)景的測(cè)量，具有穿透性強(qiáng)，無(wú)損傷的特點(diǎn)，在特定應(yīng)用場(chǎng)景的檢測(cè)具有優(yōu)勢(shì)，可以檢測(cè)特定金屬成分等。2、量/檢測(cè)設(shè)備細(xì)分種類(lèi)眾多根據(jù)VLSIResearch劃分，全球量/檢測(cè)設(shè)備共包含檢測(cè)6類(lèi)、量測(cè)8類(lèi)共計(jì)14小類(lèi)，是半導(dǎo)體設(shè)備中細(xì)分種類(lèi)最多的設(shè)備。不同的細(xì)分設(shè)備技術(shù)原理不盡相同，市場(chǎng)份額占比差距大。檢測(cè)設(shè)備主要以光學(xué)檢測(cè)為主，包括圖形晶圓檢測(cè)、無(wú)圖形晶圓檢測(cè)、掩膜版缺陷檢測(cè)等設(shè)備。市場(chǎng)份額占比由高到低的為（納米）圖形晶圓缺陷檢測(cè)、掩膜版缺陷檢測(cè)、無(wú)圖形晶圓缺陷檢測(cè)、電子束缺陷檢測(cè)（復(fù)查）設(shè)備。量測(cè)設(shè)備同樣使用光學(xué)、電子束和X光等檢測(cè)手段，市場(chǎng)份額占比由高到低為關(guān)鍵尺寸量測(cè)（光學(xué)&電子束）、套刻精度量測(cè)、薄膜量測(cè)（介質(zhì)&金屬）、X光量測(cè)和三維形貌量測(cè)等。從半導(dǎo)體主要工藝環(huán)節(jié)看，光刻、刻蝕、離子注入、CMP等環(huán)節(jié)對(duì)量檢、檢測(cè)設(shè)備需求量較大。量/檢測(cè)設(shè)備的核心技術(shù)涉及光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、大數(shù)據(jù)檢測(cè)算法及自動(dòng)化控制軟件等方面，涵蓋運(yùn)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(shù)據(jù)處理，高性能計(jì)算、人工智能算法,機(jī)器學(xué)習(xí),機(jī)器視覺(jué)，計(jì)算物理學(xué)，成像技術(shù)、精確的運(yùn)動(dòng)控制，機(jī)器人、寬帶等離子體等。3、下游產(chǎn)能擴(kuò)張+工藝節(jié)點(diǎn)推進(jìn)驅(qū)動(dòng)量/檢測(cè)行業(yè)持續(xù)發(fā)展根據(jù)SEMI《300mm晶圓廠展望報(bào)告-至2026年》，預(yù)計(jì)2023年全球今年300mm晶圓廠設(shè)備支出預(yù)計(jì)將下降18%至740億美元，2024年將增長(zhǎng)12%至820億美元，2025年增長(zhǎng)24%至1019億美元，2026年增長(zhǎng)17%至1188億美元。對(duì)高性能計(jì)算、汽車(chē)應(yīng)用的強(qiáng)勁需求和對(duì)存儲(chǔ)器需求的提升將推動(dòng)支出增長(zhǎng)。主流半導(dǎo)體制程正從28nm、14nm向10nm、7nm發(fā)展，部分先進(jìn)半導(dǎo)體制造廠商已實(shí)現(xiàn)5nm工藝的量產(chǎn)并開(kāi)始3nm工藝的研發(fā)，三維FinFET晶體管、3DNAND等新技術(shù)亦逐漸成為目前行業(yè)內(nèi)主流技術(shù)。隨著工藝不斷進(jìn)步，產(chǎn)品制程步驟越來(lái)越多，微觀結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，生產(chǎn)成本呈指數(shù)級(jí)提升。為了獲取盡量高的晶圓良品率，必須嚴(yán)格控制晶圓之間、同一晶圓上的工藝一致性，因此對(duì)集成電路生產(chǎn)過(guò)程中的量/檢測(cè)需求將越來(lái)越大。未來(lái)檢測(cè)和量測(cè)設(shè)備需在靈敏度、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、吞吐量等指標(biāo)上進(jìn)一步提升，保證每道工藝均落在容許的工藝窗口內(nèi)，保證整條生產(chǎn)線(xiàn)平穩(wěn)連續(xù)的運(yùn)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(zhàn)主要體現(xiàn)在精確度和速度上。量/檢測(cè)設(shè)備技術(shù)進(jìn)步方向：1）更高的光學(xué)檢測(cè)空間分辨精度。目前先進(jìn)的檢測(cè)和量測(cè)設(shè)備所使用的光源波長(zhǎng)已包含DUV波段，能夠穩(wěn)定地檢測(cè)到小于14nm的晶圓缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)0.003nm的膜厚測(cè)量重復(fù)性。檢測(cè)系統(tǒng)光源波長(zhǎng)下限進(jìn)一步減小和波長(zhǎng)范圍進(jìn)一步拓寬是光學(xué)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。提高光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)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(cè)設(shè)備為例，光學(xué)系統(tǒng)的最大數(shù)值孔徑已達(dá)到0.95，探測(cè)器每個(gè)像元對(duì)應(yīng)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(cè)，必須使用更短波長(zhǎng)的光源，以及使用更大數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)，才能進(jìn)一步提高光學(xué)分辨率。2）提升檢測(cè)速度和吞吐量。半導(dǎo)體量/檢測(cè)設(shè)備是晶圓廠的主要投資支出之一，設(shè)備的性?xún)r(jià)比是其選購(gòu)時(shí)的重要考慮因素。量/檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)速度和吞吐量的提升將有效降低集成電路制造廠商的平均晶圓檢測(cè)成本，從而實(shí)現(xiàn)降本增效。因此，檢測(cè)速度和吞吐量更高的檢測(cè)和量測(cè)設(shè)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(shù)據(jù)檢測(cè)算法和軟件重要性凸顯。結(jié)合深度的圖像信號(hào)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(hào)。晶圓檢測(cè)和量測(cè)的算法專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，檢測(cè)和量測(cè)設(shè)備對(duì)于檢測(cè)速度和精度要求非常高，且設(shè)備從研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化的周期較長(zhǎng)。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(cè)和量測(cè)設(shè)備上自行研制開(kāi)發(fā)算法和軟件，未來(lái)對(duì)檢測(cè)和量測(cè)設(shè)備相關(guān)算法軟件的要求會(huì)越來(lái)越高。二、量/檢測(cè)設(shè)備種類(lèi)豐富，技術(shù)原理不盡相同，行業(yè)壁壘高1、檢測(cè)設(shè)備：（納米）圖形晶圓缺陷檢測(cè)占比最高，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)為主在檢測(cè)環(huán)節(jié)以光學(xué)檢測(cè)為主，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)可進(jìn)一步分為無(wú)圖形晶圓檢測(cè)技術(shù)、圖形晶圓成像檢測(cè)技術(shù)和光刻掩膜板成像檢測(cè)技術(shù)。少部分有圖形晶圓缺陷檢測(cè)和復(fù)查使用電子束來(lái)檢測(cè)。1.1、有圖形晶圓檢測(cè)設(shè)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(dǎo)完成晶圓表面的材料沉積或清除。有圖形缺陷檢測(cè)設(shè)備采用高精度的光學(xué)技術(shù)，對(duì)晶圓表面納米及微米尺度的缺陷進(jìn)行識(shí)別和定位。針對(duì)不同的集成電路材料和結(jié)構(gòu)，缺陷檢測(cè)設(shè)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(tǒng)上，有不同的設(shè)計(jì)。圖形缺陷檢測(cè)設(shè)備主要可分為明場(chǎng)缺陷檢測(cè)和暗場(chǎng)缺陷檢測(cè)兩大類(lèi)。明場(chǎng)缺陷檢測(cè)設(shè)備，采用等離子體光源垂直入射，入射角度和光學(xué)信號(hào)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(cè)設(shè)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(duì)晶圓上的圖形進(jìn)行成像后與相鄰圖像對(duì)比來(lái)檢測(cè)缺陷并記錄其位置坐標(biāo)。光學(xué)晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備使用晶圓的旋轉(zhuǎn)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(cè)機(jī)臺(tái)中，使用光譜儀檢測(cè)器PMT或CCD以電子方式記錄光強(qiáng)度，并生成晶圓表面上散射或反射強(qiáng)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(dǎo)致的晶圓表面的狀況。明場(chǎng)光學(xué)圖形缺陷檢測(cè)設(shè)備的供應(yīng)商包括美國(guó)科磊半導(dǎo)體（39xx系列及29xx系列）、應(yīng)用材料（UVision系列），暗場(chǎng)光學(xué)圖形缺陷檢測(cè)設(shè)備的供應(yīng)商包括科磊（Puma系列）。1.2、無(wú)圖形晶圓檢測(cè)設(shè)備無(wú)圖形晶圓檢測(cè)是對(duì)于裸硅片和表面沒(méi)有圖形的晶圓的檢測(cè)。一般用于在開(kāi)始生產(chǎn)之前硅片在硅片廠處獲得認(rèn)證，半導(dǎo)體晶圓廠收到后再次認(rèn)證的檢測(cè)過(guò)程，同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中一些用于對(duì)比及環(huán)境測(cè)量的控片擋片的檢測(cè)。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(cè)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(hào)，最終獲得缺陷的尺寸和分離。無(wú)圖形圓片表面檢測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)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(cè)是非圖案化晶圓檢測(cè)的首選，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)高速掃描，從而實(shí)現(xiàn)高的晶圓產(chǎn)量。主要供應(yīng)商包括KLA（Surfscan系列）、HitachiHigh-Tech（LS系列）。1.3、掩膜版缺陷檢測(cè)設(shè)備掩膜/光罩檢測(cè)：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(cè)系統(tǒng)對(duì)掩模版進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)掩模版上存在超出規(guī)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(duì)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(xiàn)缺陷的識(shí)別和判定。1.4、電子束圖形晶圓檢測(cè)/復(fù)查設(shè)備電子束成像也用于缺陷檢測(cè)，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(cè)動(dòng)態(tài)分辨率范圍比光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)大。隨著半導(dǎo)體集成電路工藝節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)，光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)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(shè)備。電子束的原理為通過(guò)聚焦電子束對(duì)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(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的晶圓表面形貌的灰度圖像。通過(guò)比對(duì)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(shè)計(jì)圖形的直接比對(duì)，可以找出刻蝕或設(shè)計(jì)上的缺陷。電子束檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)為可以不受某些表面物理性質(zhì)的影響，且可以檢測(cè)很小的表面缺陷，如柵極刻蝕殘留物等，相較于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)，電子束檢測(cè)技術(shù)靈敏度較高，但檢測(cè)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(duì)新技術(shù)進(jìn)行鑒定，以及光學(xué)檢測(cè)后的復(fù)查，對(duì)缺陷進(jìn)行清晰地圖像成像和類(lèi)型的甄別。主要供應(yīng)商包括KLA（eDR7XXX系列、eSL10系列）、AMAT（SEMVISION系列）。2、量測(cè)設(shè)備：技術(shù)復(fù)雜、關(guān)鍵尺寸量測(cè)占比高在量測(cè)環(huán)節(jié)，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)基于光的波動(dòng)性和相干性實(shí)現(xiàn)測(cè)量遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的光學(xué)尺度，集成電路制造和先進(jìn)封裝環(huán)節(jié)中的量測(cè)主要包括關(guān)鍵尺寸量測(cè)、薄膜膜厚量測(cè)、套刻精度量測(cè)等，這三類(lèi)量測(cè)環(huán)節(jié)在產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用如下：2.1、關(guān)鍵尺寸（CD）量測(cè)半導(dǎo)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(dǎo)體制造工藝中的關(guān)鍵。半導(dǎo)體關(guān)鍵尺寸量測(cè)在半導(dǎo)體晶圓的指定位置測(cè)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(cè)量，使用的設(shè)備分別光學(xué)關(guān)鍵尺寸測(cè)量設(shè)備（OCD，opticalcriticaldimension）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(cè)量設(shè)備為主要工具，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)器件關(guān)鍵線(xiàn)條寬度及其他形貌尺寸的精確測(cè)量，并具有很好的重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。OCD的用途比較廣泛，可以測(cè)關(guān)鍵尺寸，還可以測(cè)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(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，得出光譜吻合度最高的數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)特征數(shù)據(jù)的量測(cè)方式。電子束關(guān)鍵尺寸量測(cè)設(shè)備的原理是通過(guò)入射電子轟擊待測(cè)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(cè)到的物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為樣品圖像信息。光學(xué)關(guān)鍵尺寸量測(cè)設(shè)備主要供應(yīng)商包括KLA（SpectraShape系列）、NanoMetrics、上海睿勵(lì)（TFX3000）、上海精測(cè)（EPROFILE300FD）。電子束關(guān)鍵尺寸掃描電子顯鏡（主要供應(yīng)商包括HitachiHigh-Tech、應(yīng)用材料（VeritySEM5i）等。2.2、套刻精度量測(cè)套刻技術(shù)：多層高精細(xì)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(duì)準(zhǔn)，只有這樣才能保證每一層圖形有正確的相對(duì)位置。套刻精度測(cè)量通常在每道光刻步驟后進(jìn)行。在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，關(guān)鍵層的光學(xué)套刻對(duì)準(zhǔn)直接影響了器件的性能、成品率及可靠性，隨著芯片集成度的增加，線(xiàn)寬逐漸縮小以及多重光刻工藝的應(yīng)用，套刻誤差需要更嚴(yán)格地被控制，因此套刻誤差測(cè)量也是過(guò)程工藝控制中最重要地步驟之一。其測(cè)量原理通常為通過(guò)光學(xué)顯微成像系統(tǒng)獲得兩層刻套目標(biāo)圖形的數(shù)字化圖像，然后基于數(shù)字圖象算法，計(jì)算每一層的中心位置，從而獲得套刻誤差。主流供應(yīng)商包括KLA（Archer系列）、ASML（Yield-Star系列）。2.3、膜厚量測(cè)薄膜材料的厚度和物理常數(shù)量測(cè)設(shè)備：在半導(dǎo)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(shù)）需要準(zhǔn)確地確定，以確保每一道工藝均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)格。在半導(dǎo)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(duì)晶圓成像處理的結(jié)果產(chǎn)生關(guān)鍵性的影響。膜厚測(cè)量環(huán)節(jié)通過(guò)精準(zhǔn)測(cè)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(cè)量可以根據(jù)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(nèi)一般使用四探針通過(guò)測(cè)量方塊電阻計(jì)算不透明薄膜的厚度；通過(guò)橢偏儀測(cè)量光線(xiàn)的反射、偏射值計(jì)算透明薄膜的厚度。三、國(guó)外寡頭壟斷市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)設(shè)備不斷突破1、國(guó)外寡頭壟斷市場(chǎng)，KLA占比超過(guò)50%全球半導(dǎo)體設(shè)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(yīng)用材料AMAT（美國(guó)）、阿斯麥ASML（荷蘭）、拉姆研究LAMResearch（美國(guó)）、東京電子TEL（日本）、科磊半導(dǎo)體KLA（美國(guó)）等為代表的國(guó)際知名半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)占據(jù)了全球市場(chǎng)的主要份額。根據(jù)CINNOResearch的統(tǒng)計(jì)，2022年全球前十大半導(dǎo)體設(shè)備廠商均為境外企業(yè)，市場(chǎng)份額合計(jì)超過(guò)75%。全球量/檢測(cè)設(shè)備廠家中，KLA一家獨(dú)大。量測(cè)設(shè)備市場(chǎng)呈現(xiàn)出高度壟斷的格局，根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)2021年行業(yè)前5名分別為KLA、AMAT、日立高新（HitachiHigh-Tech）、創(chuàng)新科技（OntoInnovation）、新星測(cè)量?jī)x器（NovaMeasuring），行業(yè)TOP3占據(jù)75%的市場(chǎng)份額。美國(guó)的KLA牢牢占據(jù)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(jù)Gartner，KLA長(zhǎng)期在半導(dǎo)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手市場(chǎng)份額的4倍以上。尤其是在晶圓形貌檢測(cè)、無(wú)圖形晶圓檢測(cè)、有圖形晶圓檢測(cè)領(lǐng)域，KLA在全球的市場(chǎng)份額更是分別高達(dá)85%、78%、72%。2、KLA：半導(dǎo)體量/檢測(cè)設(shè)備全球龍頭，一家獨(dú)大KLA成立于1976年，總部位于美國(guó)硅谷，為半導(dǎo)體制造提供全方位的在線(xiàn)檢測(cè)、量測(cè)和數(shù)據(jù)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(cái)年末（2022年6月30日），公司在全球19個(gè)國(guó)家和地區(qū)建立分部，員工人數(shù)約1.4萬(wàn)人。2004-2015財(cái)年，KLA表現(xiàn)相對(duì)比較平穩(wěn)，收入復(fù)合增速3.3%，凈利潤(rùn)復(fù)合增速3.7%，2016財(cái)年開(kāi)始進(jìn)入快速成長(zhǎng)期，2016~2022財(cái)年收入復(fù)合增速21%，凈利潤(rùn)復(fù)合增速30%，2022財(cái)年收入同比增速33%，凈利潤(rùn)復(fù)合增速提升至60%。根據(jù)KLA的長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，2022~2026財(cái)年，公司收入復(fù)合增速目標(biāo)為9~11%。同時(shí)KLA的盈利能力持續(xù)提升，除2008財(cái)年外，近十幾年KLA的毛利率長(zhǎng)期維持在60%左右的高位，凈利率在20%-30%左右波動(dòng)，2021-2022財(cái)年凈利率逐漸提升至30%和36%。分區(qū)域來(lái)看，中國(guó)大陸是KLA的第一大市場(chǎng)，2016-2022財(cái)年KLA在中國(guó)大陸市場(chǎng)的銷(xiāo)售額復(fù)合增速約35%，顯著高于其在全球約21%的復(fù)合增長(zhǎng)率。KLA在持續(xù)創(chuàng)新、產(chǎn)品組合全面以及服務(wù)體系健全等競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)下穩(wěn)居全球龍頭位置。KLA50年以來(lái)通過(guò)持續(xù)創(chuàng)新和并購(gòu)領(lǐng)跑各種復(fù)雜尖端的量測(cè)技術(shù)，完善產(chǎn)品局部。半導(dǎo)體制程技術(shù)日新月異，KLA需要不斷投入高額的研發(fā)費(fèi)用用于開(kāi)發(fā)新的量測(cè)設(shè)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(dá)9億美元，超過(guò)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。公司構(gòu)建的混合研發(fā)結(jié)構(gòu)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(gòu)方面，KLA早期產(chǎn)品包括用于掩膜版光學(xué)檢測(cè)設(shè)備RAPID系列、晶圓檢測(cè)WISARD系列產(chǎn)品，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始公司產(chǎn)品及解決方案由離線(xiàn)檢測(cè)轉(zhuǎn)向在線(xiàn)檢測(cè)，1997年KLA與Tencor兩家半導(dǎo)體設(shè)備公司合并改名KLA-Tencor，KLA從此增加了半導(dǎo)體量測(cè)解決方案，實(shí)現(xiàn)了量/檢測(cè)設(shè)備細(xì)分領(lǐng)域的互補(bǔ)，奠定了在量檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域的龍頭地位。之后的20多年間，公司持續(xù)并購(gòu)，標(biāo)的基本覆蓋了半導(dǎo)體量測(cè)檢測(cè)領(lǐng)域的主要細(xì)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(shè)完善，2022年設(shè)備服務(wù)收入占總營(yíng)收的21%。KLA全球裝機(jī)量近6萬(wàn)臺(tái)，超過(guò)50%設(shè)備使用壽命達(dá)18年，平均使用壽命為12年，歷史上交付的80%的設(shè)備仍在客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)使用中，在完全折舊(2-3倍)很長(zhǎng)時(shí)間后，客戶(hù)繼續(xù)在生產(chǎn)中使用。半導(dǎo)體設(shè)備的長(zhǎng)使用壽命強(qiáng)化先發(fā)優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)與客戶(hù)的長(zhǎng)期綁定關(guān)系；服務(wù)類(lèi)收入受益于長(zhǎng)使用壽命將不斷增加，且受行業(yè)周期波動(dòng)影響小。量測(cè)設(shè)備龍頭KLA在前道設(shè)備全球5大龍頭企業(yè)中，表現(xiàn)出了相對(duì)更優(yōu)秀的成長(zhǎng)性和盈利能力。AMAT、ASML、LAMResearch、TEL和KLA前五大前道設(shè)備龍頭2022年收入相較于2015年分別成長(zhǎng)175%、236%、223%、198%、268%。KLA是五家中唯一一家自2015年以來(lái)持續(xù)成長(zhǎng)的公司，營(yíng)收的穩(wěn)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高于其余4家。我們認(rèn)為，這是由于量測(cè)設(shè)備相較于其他工藝設(shè)備，更受益于工藝和技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)步的變化，同時(shí)細(xì)分種類(lèi)更多，持續(xù)創(chuàng)新全面布局的公司更有機(jī)會(huì)獲得超額收益。3、國(guó)內(nèi)設(shè)備國(guó)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(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備海外依賴(lài)度高。2022年全球前五的設(shè)備廠商中，除ASML外中國(guó)大陸均為第一大客戶(hù)。國(guó)產(chǎn)量測(cè)檢測(cè)設(shè)備公司產(chǎn)品線(xiàn)已涵蓋了無(wú)圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備、圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備、三維形貌量測(cè)設(shè)備、薄膜膜厚量測(cè)設(shè)備和套刻精度量測(cè)設(shè)備等系列產(chǎn)品。在國(guó)內(nèi)主要集成電路制造廠商取得批量訂單，打破了國(guó)外廠商的壟斷，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快將進(jìn)一步助力公司持續(xù)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(cè)設(shè)備、晶圓金屬薄膜量測(cè)設(shè)備等其他型號(hào)的設(shè)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(guó)內(nèi)量測(cè)設(shè)備主要廠家有中科飛測(cè)、上海睿勵(lì)、上海精測(cè)、賽騰股份、東方晶源、埃芯半導(dǎo)體、上海御微等，其部分產(chǎn)品已進(jìn)入一線(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)驗(yàn)證，推動(dòng)量測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。國(guó)內(nèi)外廠商的差距：1）產(chǎn)品覆蓋度差距大，國(guó)內(nèi)龍頭的產(chǎn)品覆蓋度為27%，更多品類(lèi)待開(kāi)發(fā)和導(dǎo)入。量/檢測(cè)設(shè)備種類(lèi)多，龍頭公司通過(guò)自身持續(xù)創(chuàng)新和并購(gòu)擁有很高的工藝覆蓋率，全球占比54%的龍頭美國(guó)公司KLA對(duì)于量測(cè)+檢測(cè)產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋率達(dá)85%以上，且?guī)缀踉诿恳粋€(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(guó)AMAT、ONTO等公司產(chǎn)品覆蓋率也分別達(dá)到50%和35%以上。根據(jù)中科飛測(cè)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(cè)正在積極研發(fā)納米圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備、關(guān)鍵尺寸量測(cè)設(shè)備等其他細(xì)分領(lǐng)域的機(jī)型，對(duì)應(yīng)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(jié)點(diǎn)上，國(guó)內(nèi)企業(yè)目前僅能覆蓋28nm及以上制程。國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的先進(jìn)產(chǎn)品普遍能夠覆蓋28nm以下制程，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品已能夠覆蓋28nm及以上制程，應(yīng)用于28nm以下制程的量/檢測(cè)設(shè)備在研發(fā)中。2022年三大量/檢測(cè)設(shè)備企業(yè)在本土市場(chǎng)份額合計(jì)4%，國(guó)產(chǎn)化率較低。作為晶圓制造前道設(shè)備中國(guó)產(chǎn)化率最低的設(shè)備之一，量/檢測(cè)設(shè)備本土前三大廠商收入合計(jì)為7.4億元，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額占比僅為4%。由于國(guó)外知名企業(yè)規(guī)模大，產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋廣度高，品牌認(rèn)可度高，導(dǎo)致本土企業(yè)的推廣難度較大。近年來(lái)國(guó)內(nèi)企業(yè)在檢測(cè)與量測(cè)領(lǐng)域突破較多，受益于國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的迅速發(fā)展，該領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化率有望在未來(lái)幾年加速提升。四、國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商內(nèi)生+外延快速發(fā)展國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體處于高速增長(zhǎng)期，本土企業(yè)存在較大的國(guó)產(chǎn)化空間。國(guó)內(nèi)量測(cè)設(shè)備主要廠家有中科飛測(cè)、上海睿勵(lì)、上海精測(cè)、賽騰股份、東方晶源、埃芯半導(dǎo)體、南京中安等，其部分產(chǎn)品已進(jìn)入一線(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)驗(yàn)證，推動(dòng)量測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。1、中科飛測(cè)：國(guó)內(nèi)無(wú)圖形晶圓檢測(cè)龍頭，部分型號(hào)可對(duì)標(biāo)KLA中科飛測(cè)成立于2014年，目前在半導(dǎo)體量/檢測(cè)設(shè)備收入體量上為國(guó)內(nèi)龍頭，主要產(chǎn)品包括無(wú)圖形晶圓缺陷檢測(cè)、圖形晶圓缺陷檢測(cè)、三維形貌量測(cè)、薄膜膜厚量測(cè)等產(chǎn)品，已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)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(cè)、晶圓金屬薄膜量測(cè)等設(shè)備。公司22年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收5.09億元，同比+41.2%；歸母凈利潤(rùn)0.12億元，同比-78.0%。下游客戶(hù)包含中芯國(guó)際、長(zhǎng)江存儲(chǔ)、士蘭集科、長(zhǎng)電科技、通富微電等國(guó)內(nèi)主流制造及封裝廠。公司多項(xiàng)研發(fā)產(chǎn)業(yè)化取得積極進(jìn)展。2019年，應(yīng)用在集成電路前道領(lǐng)域的三維形貌量測(cè)設(shè)備通過(guò)長(zhǎng)江存儲(chǔ)產(chǎn)線(xiàn)認(rèn)證，2020年，應(yīng)用在集成電路前道領(lǐng)域的薄膜膜厚量測(cè)設(shè)備通過(guò)士蘭集科產(chǎn)線(xiàn)驗(yàn)證，2021年，無(wú)圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備通過(guò)國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)驗(yàn)收等。目前，公司正在積極研發(fā)納米圖形晶圓缺陷檢測(cè)設(shè)備、晶圓金屬薄膜量測(cè)設(shè)備等其他型號(hào)的設(shè)備。公司目前在研項(xiàng)目數(shù)量較多，長(zhǎng)期重視研發(fā)為公司發(fā)展建立了長(zhǎng)期壁壘，后續(xù)新產(chǎn)品研發(fā)成功并客戶(hù)導(dǎo)入后，有望為公司打開(kāi)長(zhǎng)期發(fā)展天花板。2022年末公司合同負(fù)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(fù)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(qiáng)勁，快速成長(zhǎng)動(dòng)力足。公司作為以研發(fā)為驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)，公司研發(fā)費(fèi)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(fèi)用占營(yíng)收比例40%。半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)為技術(shù)密集型行業(yè)，公司競(jìng)爭(zhēng)力與研發(fā)實(shí)力密不可分，公司持續(xù)吸引行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀人才，研發(fā)人員數(shù)量快速增長(zhǎng)，2019-2023年研發(fā)人員占總?cè)藬?shù)比例維持在43%上下。2、精測(cè)電子：前道量/檢測(cè)設(shè)備訂單爆發(fā)性增長(zhǎng)公司深耕檢測(cè)行業(yè)17年，已成為國(guó)內(nèi)平板顯示檢測(cè)龍頭，2018年以來(lái)公司積極局部平板顯示/半導(dǎo)體/新能源三大業(yè)務(wù)。半導(dǎo)體設(shè)備成功供貨中芯國(guó)際、長(zhǎng)江存儲(chǔ)等國(guó)內(nèi)龍頭客戶(hù)。公司全面布局半導(dǎo)體前后道量檢測(cè)環(huán)節(jié)，膜厚、OCD測(cè)量、電子束、明場(chǎng)檢測(cè)等設(shè)備已進(jìn)市場(chǎng)，2022年公司半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)收入1.83億元，同比增長(zhǎng)34.12%。截至2023年4月24日，半導(dǎo)體業(yè)務(wù)在手訂單8.91億元，前道設(shè)備業(yè)務(wù)爆發(fā)。公司半導(dǎo)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(jī)，將成為國(guó)產(chǎn)化主力。公司子公司上海精測(cè)前道檢測(cè)產(chǎn)品覆蓋度進(jìn)一步提升，半導(dǎo)體硅片應(yīng)力測(cè)量設(shè)備也取得客戶(hù)訂單并完成交付，明場(chǎng)光學(xué)缺陷檢測(cè)設(shè)備已取得突破性訂單，且已完成首臺(tái)套交付；其余儲(chǔ)備的產(chǎn)品目前正處于研發(fā)、認(rèn)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(xù)修復(fù)，部分型號(hào)修復(fù)至現(xiàn)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、MicroLED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(xiàn)平穩(wěn)增長(zhǎng)，24年蘋(píng)果新機(jī)MR有望帶來(lái)新的面板檢測(cè)需求。新能源方面，精測(cè)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(jī)已獲認(rèn)證通過(guò)，同時(shí)布局鋰電池視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)、電芯裝配線(xiàn)和激光模切機(jī)等新品，與中創(chuàng)新航簽署戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議，受益于其持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)。公司2022年公司新能源設(shè)備實(shí)現(xiàn)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(gòu)Optima進(jìn)軍半導(dǎo)體晶圓缺陷檢測(cè)領(lǐng)域賽騰股份是國(guó)內(nèi)消費(fèi)電子設(shè)備龍頭企業(yè)，通過(guò)外延并購(gòu)將主營(yíng)業(yè)務(wù)拓展至半導(dǎo)體、新能源汽車(chē)等行業(yè)。2022年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)收29.34億元，同比+26.55%。實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)2.93億元，同比增長(zhǎng)63.5%。半導(dǎo)體設(shè)備：賽騰股份2018年通過(guò)收購(gòu)無(wú)錫昌鼎，進(jìn)入半導(dǎo)體封測(cè)設(shè)備領(lǐng)域。2019年通過(guò)收購(gòu)日本Optima，進(jìn)入晶圓檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域。無(wú)錫昌鼎主要生產(chǎn)測(cè)試編帶一體機(jī)、全自動(dòng)組焊線(xiàn)機(jī)、自動(dòng)打標(biāo)機(jī)