国产半导体量测设备行业发展之天时地利人和

一、半导体量测设备行业壁垒高，竞争格局较为集中

1.1.半导体量测设备可分为检测（Inspection）和量测（Metrology）两大类别

半导体过程控制设备包括检测设备、量测设备和过程控制设备，广义的半导体量测设备包括了 Inspection 和 Metrology 两大环节。半导体检测设备包括了异物缺陷、气泡缺陷和颗粒缺陷，而半导体量测设备主要包 括光刻套刻偏移量、薄膜膜厚和三维形貌。检测指在晶圆表面上或电路结构中，检测其是否出现异质情况， 如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷；量测指对被观测的晶圆 电路上的结构尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数 的量测。

随着半导体先进制程的发展，工艺环节不断增加，对工艺控制水平提出了更高的要求。检测和量测环节贯穿 制造全过程，是保证芯片生产良品率的关键环节。28nm 工艺节点的工艺步骤有数百道工序，由于采用多层 套刻技术，14nm 及以下节点工艺步骤增加至近千道工序。

因为半导体量测设备与工艺设备直接挂钩，因此摩尔定律在一定程度上拉动了半导体量测设备的技术迭代。 摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目，约每隔 18-24 个月便会增加一倍，性能也将提 升一倍，从而要求集成电路尺寸不断变小。摩尔定律使得集成电路线宽不断缩小，进而对于半导体量测技术 的要求不断提升，从而驱动了半导体量测设备不断发展。

工艺节点每缩减一代，工艺中产生的致命缺陷数量会增加 50%，因此每一道工序的良品率都要保持在非常高 的水平才能保证最终的良品率。假设当工序超过 500 道时，只有保证每一道工序的良品率都超过 99.99%， 最终的良品率方可超过 95%；当单道工序的良品率下降至 99.98%时，最终的总良品率会下降至约 90%，因 此，制造过程中对工艺窗口的挑战要求几乎“零缺陷”。

全球半导体量测设备市场规模保持较快增长，6 年 CAGR 为 12.21%。根据 VLSI Research 和 QY Research 数据统计，2016 年至 2020 年全球半导体检测与量测设备市场规模的年均复合增长率为 12.21%。

1.2.汽车端需求：3月需求同环比改善

纳米图形晶圆缺陷检测设备、掩膜版缺陷检测设备和关键尺寸量测设备销售市场占比较高，分别占比为 24.7%、11.3%和 10.2%。根据 VLSI Research 的统计，在半导体检测设备市场中，纳米图形晶圆缺陷检测 设备与掩膜版缺陷检测设备分别占比 24.7%和 11.3%；而量测设备市场中，关键尺寸量测设备和电子束关键 尺寸量测设备分别占比 10.2%和 8.1%。

1.3.半导体量测设备市场集中度较高，由美国和日本等海外厂商所主导

由于专利、技术被美国和日本等海外厂商所垄断，半导体晶圆制造设备以美国和日本等厂商为主。由于美国 半导体设备厂商具备先发优势，在专利、技术等方面进行技术封锁。而日系半导体设备公司，例如 SCREEN、 KE、大福等，由于技术和服务等方面优势突出，通过自下而上的方式绕过了技术、专利封锁，逐步成长为第二梯队领先公司。

集成电路工艺设备门槛较高，市场集中度高，而量测设备需要与不同的工艺设备配套，对于线上良率提升来 说更加明显，行业集中度更高，KLA 公司市占率超过了 50%。晶圆制造厂工艺设备集中度相对较高，CR5 为 65.5%；而半导体量测设备格局更加集中，科磊半导体（KLA）一家厂商市占率超过 50%，CR5 为 82.4%。 我们认为，主要是美系制造设备占比较高，而 KLA 在光学检测和软件建模等方面具备较大的技术优势；而另 外一方面，量测设备需要与不同的工艺设备配套，对于线上良率提升来说重要性更加明显，导致了行业集中度更高。

半导体量测设备的 know-how 需要与半导体制造工艺相匹配，国产量测设备的发展需要国产半导体制造设 备突破作为前提，由于国内半导体制造设备国产化率较低，因此目前半导体量测设备行业发展仍然处于初步 阶段。我国本土晶圆厂设备中，去胶设备国产化率最高，能够达到 90%以上，其他设备如清洗设备、刻蚀设 备、热处理设备的国产化率均在 20%左右，PVD 设备和 CMP 设备国产化率仅有 10%左右。国产量测设备 的发展需要国产半导体制造设备突破作为前提，因此国内半导体量测设备行业发展处于初步阶段。

二、国内半导体量测设备公司有望实现弯道超车

随着半导体制程技术快速发展，质量控制设备也向更小的工艺节点发展，研发难度逐渐提高。当前，国际巨 头普遍能够覆盖 2Xnm 以下制程，先进产品已经应用在 7nm 以下制程。国内公司产品虽然已能够覆盖 2Xnm 及以上制程，但对于应用于 2Xnm 以下制程的质量控制设备仍在研发或验证中，与科磊半导体、应 用材料、创新科技等国际巨头尚存在较大差距。

不同型号的国产量测设备已经陆续开始验证，随着技术 know-how 得以解决，我们预计未来量测设备的行 业将迎来弯道超车的机遇。随着工艺不断进步，产品制程步骤越来越多，微观结构逐渐复杂，生产成本呈指 数级提未来检测和量测设备需在灵敏度、准确性、稳定性、吞吐量等指标上进一步提升。未来检测和量测设 备需在灵敏度、准确性、稳定性、吞吐量等指标上进一步提升，保证每道工艺均落在容许的工艺窗口内，保 证整条生产线平稳连续的运行。上海睿励自主研发的 12 英寸光学测量设备 TFX3000 系列产品，正在 14 纳 米芯片生产线进行验证；上海精测推出的首款半导体电子束检测设备正在进行 1Xnm 验证。根据中科飞测招 股书披露，中科飞测已有多台设备在 28nm 产线通过验收，另有对应 1Xnm 产线的 SPRUCE900 型号设备 正在研发中，对应 2Xnm 以下产线的 DRAGONBLOOD-600 型号设备正在产线进行验证，并已取得两家客户的订单。

受益于国内半导体产业链的快速发展和供应链自主可控要求，参考 KLA 公司的成长之路，国内量测设备国 产化需要率先在特定领域突围，在细分市场建立客户优势之后，开启横向和纵向扩张。以中科飞测、上海睿 励、上海精测为代表的的国产厂商开始发力，打破在质量控制设备领域国际设备厂商对国内市场的长期垄断 局面。然而相较于海外龙头企业，国内企业对于检测和量测设备的产品种类覆盖并不广泛，未来在产品范围 广度上，仍有较大的发展空间。

顺应天时地利人和，我们认为半导体量测设备行业将迎来向上景气周期，建议积极把握投资机遇。国内半导 体量测设备领军企业精测电子、中科飞测、赛腾股份有望把握住行业发展机遇实现弯道超车，成长进入快车道。

2.1.精测电子：国内半导体检测龙头企业，产品类别覆盖面广

武汉精测电子集团股份有限公司创立于 2006 年 4 月，是一家致力于为半导体、显示以及新能源测试等领域 提供卓越产品和服务的高新技术企业。2018 年公司先后成立武汉精鸿、武汉精能、上海精测等子公司，正 式切入新能源、半导体量测领域，形成“平板显示+半导体+新能源”的业务布局。

精测电子在膜厚量测和 OCD 领域具备较强市场竞争力，产品类别方面在国内占据优势。公司主营产品包括 平板显示检测、半导体检测和新能源检测设备三大类，其中半导体领域覆盖前道量/检测和后道测试设备：主 要包括：覆盖膜厚量测、光学关键尺寸检测（OCD）、电子束缺陷复查和检测设备、光学缺陷检测设备、老 化（Burn-In）测试设备、晶圆探测设备（CP ATE）和终测设备（FT ATE）等。

半导体领域收入快速增长， 2022 年精测电子在半导体检测领域实现营收 1.83 亿元，同比增长 34.12%。自 2019 年精测电子在半导体领域的营业收入实现零的突破以来，半导体检测业务的营业收入逐年上升，所占总营业收入的比例也逐年上升，2022 年精测电子在半导体检测领域实现营收 1.83 亿元，同比增长 34.12%， 占总营业收入的 6.69%。

公司持续加大研发投入力度，研发投入持续提升。2022 年公司研发投入约 5.89 亿元，占总营业收入的 21.58%， 同比增加 29.70%。2019-2021 公司研发投入分别为 2.88、3.22 和 4.54 亿元，公司持续加大研发投入力度。

2.2.赛腾股份：并购龙头企业 Optima，打造平台型检测设备公司

公司通过不断并购横向扩张，持续拓展应用领域。公司成立于 2001 年，在 2011 年成为北美大客户合格供应 商后进入快车道，并于 2017 年成功上市。2019 年公司收购日本企业 Optima，进入半导体检测设备领域。

公司营收稳定增长，盈利水平快速增长。2022 年公司营业收入为 29.34 亿元，同比增长 26.55%。2017-2022 年公司营收整体增长迅速。在利润端，公司盈利水平明显有所改善，2022 年实现 2.93 亿元归母净利润，同 比增长 63.54%。

公司通过收购全球领先的晶圆检测设备供应商日本 OPTIMA 涉足晶圆检测装备领域，研发费用快速增长， 实现了在国内高端集成电路设备市场的进一步突破。通过“全球技术+中国市场”战略，迅速打开国内市场空 间。公司还将继续大力提升在高端半导体智能装备、新能源智能装备等领域的研发能力，扩大公司产品的应 用规模，完善产品结构，实现公司的多元化发展。公司坚持研发、重视研发，研发投入持续增长，2022 年公 司研发费用为 3 亿，同比增长 20.89%。

2.3.中科飞测：深耕半导体量测设备，多类产品与国际竞品性能相当

中科飞测自 2014 年成立以来始终专注于检测和量测两大类集成电路专用设备的研发、生产和销售，产品主 要包括无图形晶圆缺陷检测设备系列、图形晶圆缺陷检测设备系列、三维形貌量测设备系列、薄膜膜厚量测 设备系列等产品，已应用于国内 28nm 及以上制程的集成电路制造产线。

风险提示：下游需求放缓、技术导入不及预期、客户导入不及预期、贸易摩擦加剧。

资料来源：2023年5月17日 东兴证券《行业报告 电子元器件》德讯证顾整理