1 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 从 KLA 成长路径 看半导体检测设备国产替代 进程 检测设备贯穿每一步骤的过程工艺控制，全球市场空间超百亿美元。 半导体量检测设备又称过程工艺控制设备，主要对生产步骤的良率进 行严格控制，几乎贯穿每一道生产步骤。其中半导体量测设备主要功 能是对经过每一道工艺的晶圆进行 定量测量，以保证工艺的关键物理 参数满足工艺指标，如膜厚、关键尺寸（ CD）、膜应力、折射率、参 杂浓度、套准精度等；半导体检测设备主要用于检测晶圆上的物理缺 陷（称为颗粒的异物）和图案缺陷，其细分品类可以分为明 /暗场检测 设备、电子束检测、光罩检测设备等。根据科磊及 Semi 统计，测试设 备在设备投资中占比在 11%13%，我们预测 2021 年全球半导体检测 设备市场空间将达到 114.4 亿美元，国内量检测设备市场达 24.7 亿美 元，约为 160.6 亿元人民币，其中量测类占比 34%、检测类占比 55%， 其余则为工艺控制软件，占比 11%，且伴随国内如中芯国际、长江存 储、长鑫存储等 分别规划扩建或新建晶圆厂，未来国内设备采购需求 有望大幅上修。 科磊 在 量检测领域市占率高达 52%， 是国产替代 道路上的最大阻力 之一 。 量检测设备领域，科磊是行业绝对龙头，市场占有率达 52%， 尤其在晶圆形貌检测、无图形晶圆检测、有图形晶圆检测领域市占率 分别达到 85%、 78%、 72%，具有绝对垄断优势。以长江存储招标信 息来看，部分细分领域尽管已采用 Onto、日立高新替代，但科磊在部 分领域的市占率仍较高，尤其在量测领域的电阻测量仪、晶圆应力测 量系统、套刻对准系统以及检测 系统的明暗场检测、光罩检测、无图 形表面检测等领域几乎呈垄断地位。如果量检测设备不取得突破，我 国半导体设备仍有被卡脖子之虞。国内各厂商已在各细分领域有所突 破，如精测及睿励在集成式膜厚关键尺寸量测领域已获得重复订单， 中科飞测在三维形貌量测设备领域及晶圆表面凹陷检测系统已获取该 品类全部订单。预计在国产化需求紧迫、研发投入持续提升、下游 Fab 厂积极配合的大环境下，量检测领域有望加速实现国产替代。 科磊 发展路径对国内企业亦有借鉴。 我们对科磊成长路径进行梳理， 公司成长路径可分为三个阶段： 1） 19771990 年 ，科磊 在美国成立， 顺应当时时代需求，迅速推出光罩检测系统及自动化晶圆检测系统， 迅速进入市场； 2） 19901997 年 ，科磊将其运营团队进一步细化，将 公司重组为五个运营部门，营业收入由 1990 年的 1.61 亿元增长至 10.32 亿美元， CAGR 达 30.4%，净利润也大幅增长至 1.05 亿美元，属于快 速发展阶段； 3） 19972021 年 ，科磊与 Tencor 合并，成立 KLA-Tencor， 结合两家公司优势，加深了量检测领域的覆盖面，同时凭借其现金流 Table_Tit le 2021 年 09 月 11 日 其他专用机械 Table_BaseI nfo 行业深度分析 证券研究报告 投资 评级 领先大市 -A 调高 评级 Table_Fir st St ock 首选股票 目标价 评级 300567 精测电子 77.35 增持 -A Table_Char t 行业表现 资料来源： Wind资讯 % 1M 3M 12M 相对收益 0.00 0.00 5.88 绝对收益 0.00 0.00 17.43 李哲 分析师 SAC 执业证书编号： S1450518040001 江磊 报告联系人 相关报告 其他专用机械行业快报 2021-07-11 一周解一惑（ 7）：光伏电池片金属化及 银浆技术深度研究 2021-06-27 一周解一惑（ 3）：检测检验认证认可为 何如此重要？ 2021-05-30 一周解一惑： N 型光伏电池三条路线深 度比较研究 2021-05-23 光伏、新能车普及，吹响 SiC 材料、设 备大发展号角 2020-12-21 -3% 15% 33% 51% 69% 87% 105% 123% 2014-09 2015-01 2015-05 2 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 优势，进行大规模的兼并购，自 1998 年至今共并购 24 家企业，分别 对集成电路、 PCB、 FPC 等领域的关键量检测技术及细分领域产品进 行了收购，进一步拓展了其在量测领域的产品线及核心技术，成为目 前规模最大，产品品类最全的量检测设备龙头。 对国内企业的借鉴意 义可以进一步归纳为： 目前我国量检测设备基本已实现从 0-1 的阶段， 已吹响国产替代号角，有望步入国产替代的快车道。 未 来需要对已有 产品进行进一步深入研发，对优势产品进行不断迭代升级； 在有技术 共通性的前提下拓展产品线，对难以攻克 的技术可以选择并购海内外 优质企业与技术团队； 同时细化运营管理团队，提 升 团队研发运营效 率。 投资建议 ： 重点推荐半导体量测领域企业精测电子。 风险提示： 研发不及预期；国产化替代需求不及预期；下游扩产不 及预期。 行业深度分析 /其他专用机械 3 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 内容目录 1. 检测设备贯穿每一步骤的过程工艺控制，全球市场空间超百亿美元 . 5 1.1. 半导体量测设备：对各环节工艺参数指标进行测量 . 5 1.2. 半 导体检测设备：分为光学与电子束技术，对图形缺陷进行检查 . 8 1.3. 前道测试设备市场空间超百亿美元，未来采购需求有望大幅上修 . 10 2. 科磊市占率高达 52%，是国产替代路上的最大阻力之一 . 12 2.1. 科磊是全球量测领域龙头，产品贯穿前道工艺过程控制全流程 . 12 2.2. 国内量检测设备厂已逐步实现出货，细分领域吹响国产替代号角 . 17 2.2.1. 上海精测：量检测领域均有涉及，产品线覆盖面较广 . 17 2.2.2. 上海睿励：主要覆盖膜厚及 OCD 量测，逐渐向缺陷检测领域拓展 . 18 2.2.3. 中科飞测：产品已进入国内多条生产线 . 19 2.2.4. 东方晶源： EBI 和 CD-SEM 领域填补国内关键空缺 . 20 2.3. 部分细分领域国内厂商已实现突破，科磊仍占据垄断地位 . 21 3. 从科磊发展路径看对国内半导体检测设备企业的借鉴意义 . 22 3.1. 第一阶段（ 19771990）：挖掘市场需求，快速进入量测市场 . 22 3.2. 第二阶段（ 19901997）：运营进一步细化，产品放量加速 . 23 3.3. 第三阶段（ 19972021）：大幅进行并购，外延内生协同发展 . 23 4. 风险提示 . 24 图表目录 图 1：量测各环节测试的参数和主要的技术与设备 . 5 图 2：薄膜材料厚度 . 6 图 3：四探针台 . 6 图 4：椭圆偏振技术 . 6 图 5：关键尺寸示意图 . 7 图 6： CD-SEM 原理图 . 7 图 7：套刻误差对准示意图 . 7 图 8：缺陷检测图示 . 8 图 9：明 /暗场图形缺陷检测原理图 . 9 图 10：明 /暗场图形缺陷检测设备示意图 . 9 图 11：无图形表面检测系统原理图 . 9 图 12： KLA Surfscan 示意图 . 9 图 13：睿励 FSD 系列设备 . 10 图 14：宏观缺陷检测设备示意图 . 10 图 15：电子束缺陷检测原理图 . 10 图 16：电子束缺陷检测示意图 . 10 图 17：全球半导体设备市场规模及增速 .11 图 18：中国大陆半导体设备市 场规模及增速 .11 图 19：前道量测设备中各类设备占比 .11 图 20：前道测试设备中各类设备占比 .11 图 21： KLA2017-2021 财年营业收入及增速 . 12 图 22： KLA2017-2021 财年归母净利润及增速 . 12 图 23： KLA2019-2021 财年收入按业务拆分 . 13 图 24： KLA2019-2021 财年各业务收入占比 . 13 行业深度分析 /其他专用机械 4 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 25：前道 量测 /检测设备全球市场竞争格局 . 14 图 26： KLA 在各个环节的市占率 . 14 表 1：未来国内晶圆厂产能及规划 . 12 表 2： KLA 主要量测设备产品 . 13 表 3：日立高新的半导体检测仪器 . 15 表 4： Onto Innovation 检测设备产品 . 16 表 5：上海精测主 要量测设备产品 . 17 表 6：上海睿励主要量测设备产品 . 19 表 7：中科飞测主要检测设备产品 . 20 表 8：东方晶源主要测试设备产品 . 21 表 9：长江存储采购主要量测设备统计 . 21 表 10：长江存储主要采购检测设备统计 . 22 表 11： KLA 并购历史 . 23 行业深度分析 /其他专用机械 5 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1. 检测设备贯穿每一步骤的过程工艺控制，全球市场空间超百亿美元 半导体量检测设备主要用于在半导体制造过程中检测芯片性能与缺陷。几乎每一步主要工艺 完成后都需要在整个生产过程中进行实时的监测，以确保产品质量的可控性，对保证产品质 量起到关键性的作用。 前道量检测设备注重过程工艺监控，几乎运用在每一道制造工序中。 根据功能的不同分为两种设备：一是量测类，二是缺陷检测类。 1）量 测类设备： 主要用来 测量透明薄膜厚度、不透明薄膜厚度、膜应力、掺杂浓度、关键尺寸、套准精度等指标，对 应的设备分为椭偏仪、四探针、原子力显微镜、 CD-SEM、 OCD 设备 、薄膜量测等。 2）缺 陷检测类设备： 用来检测晶圆表面的缺陷，分为明 /暗场光学图形图片缺陷检测设备、无图形 表面检测设备、宏观缺陷检测设备等。 1.1. 半导体量测设备：对各环节工艺参数指标进行测量 半导体量测设备主要功能： 是在半导体生产过程中，对经过每一道工艺的晶圆进行定量 测量，以保证工艺的关键物理参数满足工艺指标，如膜厚、关键尺寸（ CD）、膜应力、折 射率、参杂浓度、套准精度等。 图 1：量测各环节测试的参数和主要的技术与设备 资料来源：半导体制造技术 ,半导体产业全书，安信证券研究中心。注：扩散区工艺包括氧化、淀积、扩散、退 火和合金 薄膜材料的厚度和物理常数量测设备： 在半导体制造过程中，晶圆要进行多次各种材质的薄 膜沉积，因此薄膜的厚度及其性质（如折射率和消光系数）需要准确地确定，以确保每一道 工艺均满足设计规格。膜厚测量可以根据薄膜材料划分为两个基本类型，即不透明薄膜（金 属类）和透明薄膜。测量不透明薄膜厚度的方法通常是通过测量方块电阻，通过其电阻与横 截面积得到其膜厚，采用的设备一般为四探针台，将四根探针等距离放臵，通过对最外两根 探针施加电流，从而测量其电势差，计算被测薄膜的方块电阻。目前市场主要供应商为 KLA （ Omni Map 系列）。 行业深度分析 /其他专用机械 6 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 2：薄膜材料厚度 图 3：四探针台 资料来源：半导体制造技术，安信证券研究中心 资料来源：半导体制造技术，安信证券研究中心 而透明薄膜则通常基于椭圆偏振技术，对光谱范围内的偏振变化进行分析，各种薄膜层提供 高精度薄膜测量，由于膜应力、折射率等物理性质同样需要椭圆偏振及干涉技术进行测量， 因此目前主流的膜厚测量设备同时集成了应力测量、折射率测量等功能，目前该类设备市场 主要供应商为 KLA（ Aleris 系列、 SpectraFilm 系列）、上海精测（ EFILM 系列） 图 4：椭圆偏振技术 资料来源：半导体制造技术，安信证券研究中心 关键尺寸扫描电子显微镜（ CD-SEM）： 关键尺寸即栅极线条宽度，通常是指我们所说的“线 宽”，任何经过光刻后的光刻胶线条宽度或刻蚀后栅极线条宽度与设计尺寸的偏离都会直接 影响最终器件的性能、成品率及可靠性，所以先进的工艺控制都需要对线条宽度进行在线测 量。下图所示为 SEM 成像原理图，图左侧是待测量图形的剖面图，由于在斜坡处入射电子 有效作用面积最大，二次电子产生率也相应最高转换为 SEM 图像时，图形边缘的亮度总是 最高的，于是就可以据此计算线宽，即 CD 值。目前市场上的主要供应商为 Hitachi High-Tech 和应 用材料（ VeritySEM5i）。 行业深度分析 /其他专用机械 7 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 5：关键尺寸示意图 图 6： CD-SEM 原理图 资料来源：半导体制造技术，安信证券研究中心 资料来源：半导体制造技术，安信证券研究中心 光学关键尺寸（ OCD）测量设备： 由于 CD-SEM 需要将待测晶圆臵于真空，因此检测速度 较慢，目前基于衍射光学原理的非成像光学关键尺寸（ OCD）测量设备已成为先进半导体制 造了艺中的主要工具，它可以实现对器件关键线条宽度及其他形貌尺寸的精确测量，并具有 很好的重复性和长期稳定性通过 OCD 测量可以一次性获得诸多工艺尺寸参数，而在以前这 些参数通常需要使用多种设备（如扫描电子显微镜、原子力显微镜、光学薄膜测量仪等）才 能完成。主要应用于圆片在光刻胶曝光显影后、刻蚀后和 CMP 工艺后的关键尺寸和形貌结 构的测量。市场上该类设备主要供应商为 KLA（ Spectra Shape 系列）、 NanoMetrics、上 海睿励（ TFX 3000）和上海精测（ EPROFILE 300FD） 套刻误差对准测量： 在半导体制造过程中，关键层的光学套刻对准直接影响了器件的性能、 成品率及可靠性，随着芯片集成度的增加，线宽逐渐缩小以及多重光刻工艺的应用，套刻误 差需要更严格地被控制，因此套刻误差测量也是过程工艺控制中最重要地步骤之一。其测量 原理通常为通过光学显微成像系统获得两层刻套目标图形的数字化图像，然后基于数字图象 算法，计算每一层的中心位臵，从而获得套刻误差。目前市场上主流的供应商为 KLA（ Archer 系列）和 ASML（ Yield-Star 系列）。 图 7：套刻误差对准示意图 资料来源：半导体制造技术，安信证券研究中心 行业深度分析 /其他专用机械 8 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1.2. 半导体检测设备：分为光学与电子束技术，对图形缺陷进行检查 半导体检测设备主要用于检测晶圆上的物理缺陷（称为颗粒的异物）和图案缺陷，并获取缺 陷的位臵坐标（ X， Y）。缺陷可分为随机缺陷和设备缺陷， 随机缺陷 主要是由附着在晶圆表 面的颗粒引起的，因此无法预测其位臵。晶圆缺陷检测设备的主要作用是检测晶圆上的缺陷 并找出其位臵（位臵坐标）； 设备缺陷 则是由掩模和曝光工艺的条件引起的，往往在所有投 射的管芯的电路图案上的相同位臵发生。 图 8：缺陷检测图示 资料来源： KLA，安信证券研究中心 按照检测技术分类，晶圆缺陷检测技术分为光学和电子束技术。 传统检测技术以光学检测为 主，通过光学成像原理对相邻的晶圆进行比对，可以在短时间内进行大范围检测。但随着半 导体制程不断 缩减，光学检测在先进工艺技术的图像识别的灵敏度逐渐减弱，因此电子束检 测技术在先进工艺中使用较多。电子束的原理为利用电子束扫描待测元件，得到二次电子成 像的影像，通过对二次电子的收集，以呈现的图像来解析晶圆在制程中的异常处。 电子束检测的优势为可以不受某些表面物理性质的影响，且可以检测很小的表面缺陷，如栅 极刻蚀残留物等，相较于光学检测技术，电子束检测技术灵敏度较高，但检测速度较慢，因 此在针对先进制程芯片的生产流程时，会同时使用光学检测与电子束检两种技术互相辅助， 进而快速找到晶圆生产的缺陷并控制和改善。 光学 图形圆片缺陷检测设备采用高精度光学检测技术，对圆片上的 nm/m 尺度的缺陷和污 染进行检测和识别，以便发现在不同生产节点中的圆片的产品质量问题，该设备可以进一步 分为 明 /暗场图形缺陷检测、无图形表面检测系统、宏观缺陷检测设备。 明 /暗场图形缺陷检测： 该类检测是基于光学成像技术对图形化的晶圆进行检测，明场是指照 明光角度和采集光角度完全相同或部分相同，在光电传感器上最终形成的图像是由照明光入 射晶圆表面并反射回来的光形成的；而暗场则是指照明光角度和采集光角度完全不同，所以 在光电传感器上最终形成的图像是由照明光入射晶 圆表面并被图形表面的 3D 结构散射回来 的光形成的。通俗来说，明场一般是指照明光路和采集光路在临近晶圆端共用同一个显微物 镜，而暗场是指照明光路和采集光路在物理空间上是完全分离的。其皆通过对晶圆上的图形 进行成像后与相邻图像对比来检测缺陷并记录其位臵坐标 。 行业深度分析 /其他专用机械 9 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 9：明 /暗场图形缺陷检测原理图 图 10：明 /暗场图形缺陷检测设备示意图 资料来源： KLA，安信证券研究中心 资料来源： KLA，安信证券研究中心 目前市场上明场光学图形缺陷检测设备的供应商主要为 KLA（ 39xx 系列及 29xx 系列）以及 应用材料（ UVision 系列），暗场光学图形缺陷检测设备的供应商主要为 KLA （ Puma 系列） 和 Hitachi High-Tech（ IS 系列）。 无图形圆片表面检测系统： 该设备是一种用于检测圆片表面品质和发现圆片表面缺陷的光学 检测设备。由于晶圆尚未 形成图案，因此无需图像比较即可直接检测缺陷。其工作原理是将 激光照射在圆片表面，通过多通道采集散射光，经过表面背景噪声抑制后，通过算法提取和 比较多通道的表面缺陷信号，最终获得缺陷的尺寸和分离。无图形圆片表面检测系统能够检 测的缺陷类型包括颗粒污染、凹坑、水印、划伤、浅坑、外延堆垛（ Epi Stacking)、 CMP 突 起（ CMP Protrusion)等。 图 11：无图形表面检测系统原理图 图 12： KLA Surfscan 示意图 资料来源： KLA，安信证券研究中心 资料来源： KLA，安信证券研究中心 目前市场上主要供应商为 KLA （ Surfscan 系列）和 Hitachi High-Tech（ LS 系列）。 宏观缺陷检测设备： 基于光学图像检测技术，结合多种光学量测方法，可以实现尺度大于 0.5 m 的圆片缺陷检测。宏观缺陷检测设备采用的检测方式有两种，一种方式为全圆片表面成 像，光学系统能够实现整个 300mm 圆片表面的一次性成像探测，检测速度较快；另一种方 式为局部圆片表面成像，具有更高的空间分辨率，测试中通过对圆片表面的定位或连续扫描， 拍摄圆片表面的完整图像信息，通过“ Die-to-Die”比对等图像计算方法获得检测结果。 宏观缺陷检测设备一般用于光刻、 CMP、刻蚀、薄膜沉积后的出货检验（ OQC）以及入厂 检验（ IQC）中，包括正面检测、背面检测、边缘检测、晶圆几何形状检测等，可高速扫描 硅片的全表面，自动存储硅片全景图像、缺陷分类，和输出缺陷检测结果。其主要供应商为 行业深度分析 /其他专用机械 10 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 KLA（ CIRCL 系列）、 Nanometrics（ Spark 系列）、 Rudolph（ NSX 系列）、上海睿励（ FSD 系列）以及中科飞测（ SPRUCE）。 图 13：睿励 FSD 系列设备 图 14：宏观缺陷检测设备示意图 资料来源：睿励官网，安信证券研究中心 资料来源： KLA，安信证券研究中心 电子束图形圆片缺陷检测设备是一种利用扫描电子显微镜在前道工序中对半导体圆片上的 刻蚀图形直接进行缺陷检测的工艺检测设备。其原理为通过聚焦电子束对圆片表面进行扫描， 接受反射回来的二次电子和背散射电子，进而将其转换成对应的圆片表面形貌的灰度图像。 通过比对圆片上不同芯片（ Die）同一位臵的图像，或者通过图像和芯片设计图形的直接 比对，可以找出刻蚀或设计上的缺陷。目前市场上主要供应商为 KLA（ eDR7XXX 系列、 eSL10 系列）和 AMAT（ SEM VISION 系列）。 图 15：电子束缺陷检测原理图 图 16：电子束缺陷检测示意图 资料来源：半导体制造技术，安信证券研究中心 资料来源： KLA，安信证券研究中心 1.3. 前道测试设备市场空间超百亿美元， 未来采购需求有望大幅上修 前道测试设备占半导体设备投资额的 11%13%。 根据科磊及 Semi 统计，前道测试设备占 比在 11%13%，我们取半导体前道测试设备占比 12%。 1）全球： 按照 Semi 最新预计 2021 年半导体设备总市场分别为 953 亿美元估算， 我们预测 2021 年年全球半导体前道检测设备 市场空间分别达到 114.4 亿美元。 2）国内： 根据 Semi 数据， 2020 年国内半导体设备市场 规模达 187.2 亿美元， 2021 年约同比增长 10%， 测算 2021 年国内半导体前道检测设备市 场分别达到 24.7 亿美元，约为 160.6 亿元人民币。 行业深度分析 /其他专用机械 11 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 17：全球半导体设备市场规模及增速 图 18：中国大陆半导体设备市场规模及增速 资料来源： Semi，安信证券研究中心 资料来源： Semi，安信证券研究中心 量测设备约占前道量测设备的 34%。 前道量测设备进一步细分为量测设备、缺陷检测设备以 及过程控制软件，根据智研咨询数据，其中缺陷检测设备约占前道检测设备的 55%，量测设 备占前道量测设备的 34%，过程控制软件占 11%。进一步按产品细分，膜厚测量占比约 12%、 OCD 测量 设备 占比 10%、形貌测量占比约 6%、套刻误差测量占比 9%、 CD-SEM 测量占比 约 12%；缺陷检测中有图形晶圆 检测占比 32%、无图形晶圆检测占比 5%、电子束检测占比 11%、宏观缺陷检测占比 6%。 图 19：前道量测设备中各类设备占比 图 20：前道测试设备中各类设备占比 资料来源： Semi，安信证券研究中心 资料来源：智研咨询，安信证券研究中心 同时根据中芯国际 /长江存储 /合肥长鑫规划， 今年 中芯国际 先后 公告投资 76 亿美元 于北京亦 庄建设 每月约 10 万片的 12 英寸晶圆产能 、投资 23.5 亿美元 于深圳建设每月约 4 万片的 12 英寸晶圆产能、投资 88.7 亿美元于上海临港建设每月 约 10 万片的 12 英寸晶圆产能 。合计 规划产能 24 万片，投资额超 1200 亿人民币，同时加上合肥长鑫、长江存储规划未完工产能， 合计未扩建产能超 60 万片，我们按照 1 万片 50 亿人民币投资额测算，未来晶圆厂投资额将 超 3000 亿元，根据 Gartner 统计，晶圆厂设备采购额占总投资额的 80%，其中 11%13% 为量测设备，仅长江存储、中芯国际、合肥长鑫对量测设备的采购规模达 300 亿元，分 34 年释放；此外如华虹 华力、士兰微、积塔半导体、华虹北京燕东、格科微等今年分别规划扩 建或新建晶圆厂，根据 Semi 统计， 2020 年中国大陆地区产能合计达 400 万片 /月（折合 8 寸晶圆） ，今年将达到 460 万片 /月， 2020 年至 2024 年全球将至少新增 38 座 12 英寸晶 圆厂 ，其中中国大陆贡献主要扩充动力，未来国内设备采购需求有望大幅上修。 375 365 412 566 645 598 711 953 1013 -10% -5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 0 200 400 600 800 1000 1200 2014 2016 2018 2020 2022E 市场规模（亿美元） YoY（ %， 右轴） 44 49 64.6 82.3 131.1 134.5 187.2 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 市场规模（亿美元） YoY（ %， 右轴） 34% 55% 11% 量测设备 缺陷检测设备 过程控制软件 12% 12% 10% 9% 6% 34% 5% 12% 膜厚测量设备 CD-SEM 套刻误差测量 宏观缺陷检测 有图形晶圆检测 无图形晶圆检测 电子束检测 行业深度分析 /其他专用机械 12 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 表 1：未来国内晶圆厂产能及规划 项目名称 规划月产能（万片） 晶圆尺寸 工艺 芯片类型 中芯国际（天津） 预计扩产 4.5 万片 8 寸 65nm 晶圆代工 中芯北方 预计扩产 1 万片 12 寸 4528nm 晶圆代工 中芯京城 一期规划 10 万片 12 寸 28nm 及以上 晶圆代工 中芯深圳 规划 4 万片 12 寸 28nm 及以上 晶圆代工 中芯临港 规划 10 万片 12 寸 28nm 及以上 晶圆代工 华虹半导体 规划 6.5 万片 12 寸 90-55/65nm 嵌入式非挥发性存储器；功率半导体； 模拟及电源、逻辑与射频 上海华力 规划 4 万片 12 寸 28-14nm 逻辑芯片 长江存储 三期规划 30 万片 12 寸 32/64/128/192 层 3D NAND 合肥长鑫 三期规划 36 万片 12 寸 17nm DRAM 广州粤芯二期 规划 4 万片 12 寸 65-90nm 高精度数模转换芯片、高端电源管理芯 片、光学传感器、车载及生物传感芯片 士兰微集科一期 规划 4 万片 12 寸 90nm MEMS、功率器件 上海积塔二期 规划 5 万片 12 寸 65nm IGBT 资料来源：公司公告 ， 安信证券研究中心 2. 科磊市占率高达 52%，是国产替代 路上的最大阻力之一 2.1. 科磊是全球量测领域龙头，产品贯穿前道工艺过程控制全流程 科磊是 IC 领域最大量检测公司，半导体工艺控制是最主要收入来源。 通过 20 余年的发展， 截止 2021 财年， KLA 的营收已达到 69.2 亿美元（ YoY+19.2%），成为集成电路领域规模 最大、覆盖面最广的量检测公司。按业务拆分，公司收入可以分为三大部分： 1）半导体工 艺控制： 2021FY 收入 57.3 亿美元（ YoY+20.8%），占比 82.9%，相较 2019FY 的 89.3% 有所下滑，然贡献率仍维持高位； 2）特殊半导体制造设备： 2021FY 收入 3.7 亿美元 （ YoY+12.0%），占比 5.3%； 3） PCB、面板和零部件检查： 2021FY 收入 8.1 亿美元 （ YoY+11.7%），占比 11.7%。 图 21： KLA2017-2021 财年营业收入及增速 图 22： KLA2017-2021 财年归母净利润及增速 资料来源：公司公告，安信证券研究中心 资料来源：公司公告，安信证券研究中心 34.80 40.37 45.69 58.06 69.19 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2017FY 2018FY 2019FY 2020FY 2021FY 营业收入（亿美元） YoY（ %， 右轴） 9.26 8.02 11.76 12.17 20.78 -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 0 5 10 15 20 25 2017FY 2018FY 2019FY 2020FY 2021FY 归母净利润（亿美元） YoY（ %， 右轴） 行业深度分析 /其他专用机械 13 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 23： KLA2019-2021 财年收入按业务拆分 图 24： KLA2019-2021 财年各业务收入占比 资料来源：公司公告，安信证券研究中心 资料来源：公司公告，安信证券研究中心 科磊产品线贯穿前道工艺过程控制全流程。 从产品线来看，公司下游应用于晶圆、光罩制造、 半导体、封装、 PCB 和 LED 等工业技术领域，产品贯穿前道工艺过程控制全流程，包括 Surfscan 无图案晶圆缺陷检测系统、 eDR7xxx 电子束晶圆缺陷检测系统、 eSL10 图案晶圆 检测、 39xx 系列超分辨率宽光谱等离子图案晶圆缺陷检测系统、 29xx 宽光谱等离子图案晶 圆缺陷检测系统、 Puma 激光扫描图案晶圆缺陷检测系统、 Teron 光罩缺陷检测系统、 Archer 套刻量测系统等，并在缺陷检测领域市占率较高。 表 2： KLA 主要量测设备产品 产品名称 系统类型 技术 /性能 应用领域 示意图 Archer 750 套刻量测系统 基于成像技术 ， 具备可调节光源，可对 7nm逻辑和高级存储器设计节点进行 精确且稳定的套刻误差测量。 产品在线套刻控制，在 线监控，光刻机认证， 图案控制 。 ATL 100 套刻量测系统 可 为 7nm设计节点的开发和批量制造 提供套刻控制 ， 结合分辨率为 1nm 的可 调谐激光技术与实时 Homing 功能以 确保在实际生产工艺发生变化时仍然保 持高精度的套刻。 产品上套刻控制，在线 监控，扫描仪认证，图 案化控制，芯片内测量 。 SpectraShape 11k 光学临界尺寸（ CD）和形状量测系统 用于全面表征和监控 finFET的关键尺寸 （ CD）及其三维形状、垂直堆叠的 NAND和 DRAM结构以及前沿设计节点 上集成电路的其他复杂功能。 在线制程监测，图形控 制，制程窗口扩展，制 程窗口控制，高级制程 控制（ APC），工程分 析 。 SpectraFilm F1 薄膜量测系统 可为各种薄膜层提供高精度薄膜测量， 从而在 7nm一下的逻辑和领先内存设计 节点上协助实现严格的工艺允许误差。 带隙监控，工程分析， 在线工艺监控，设备监 控，工艺设备匹配 。 Aleris 薄膜量测系统 可为 32nm 节点及以下节点提供可靠 的、精确的薄膜厚度、折射率、应力以 及成分测量。利用宽带光谱椭偏仪 （ BBSE）技术，提供全面的薄膜厚度测 量和量测解决方案，帮助晶圆厂对各种 薄膜层进行鉴定和监控。 工程分析，在线工艺监 控，设备监控，工艺设 备匹配 。 40.8 47.5 57.3 0 10 20 30 40 50 60 70 2019FY 2020FY 2021FY 半导体工艺控制 特殊半导体制造设备 PCB、 面板和零部件检查 其他 89.3% 81.7% 82.9% 3.3% 5.7% 5.3% 7.3% 12.5% 11.7% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2019FY 2020FY 2021FY 半导体工艺控制 特殊半导体制造设备 PCB、 面板和零部件检查 行业深度分析 /其他专用机械 14 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 PWG 5 图案化的晶圆几何形貌（ PWG）量测系统 为高级 3D NAND、 DRAM和逻辑器件 产品制造商提供全面的晶圆平坦度和双 面纳米级形貌数据 ， 具有高分辨率和高 密度采样 。 制程监控，在线监控， 光刻套刻控制 。 Therma-Probe 680XP 离子掺杂量测系统 可对 2Xnm / 1Xnm设计节点进行在线 剂量监测。 剂量 等 关键工艺信息 的 在线 监测 。 OmniMap RS-200 薄层电阻量测系统 采用了成熟的工业电阻率测绘标准，可 为 45nm 及以下的测量提供准确可靠的 薄层电阻测量。 工艺监控，设备监控 。 CIRCL5 全表面晶圆缺陷检 测、量测和检视集群 系统 包含四个模块可以检测所有晶圆表面并 同步采集数据，从而实现高产量和高效 率的工艺控制。 工艺监控，出厂质量控 制（ OQC），设备监控， 背面监控，边缘良率监 控 。 P-17 探针式与光学轮廓仪 支持半导体 IC、功率器件、 LED、光子 技术、 MEMS、 CPV 太阳能、 HDD 和 显示器制造的表面量测测量。 台阶高度、粗糙度、平 面度、曲率、应力、薄 膜厚度、缺陷检测等 。 资料来源： KLA 官网，安信证券研究中心 科磊的 前道检测设备 市占率达 52%，在部分细分领域具有绝对垄断优势。 根据 Gartner数据， 前道检测设备领域，科磊 独占 52%的份额， 应用材料、日立 高新则分别 占比 12%、 11%， CR3 合计占比接近 80%，市场集中度较高，且基本被海外公司所垄断，国内企业市场份额 不足 1%，其中科磊在检测设备领域市占率 有绝对优势，在晶圆形貌检测、无图形晶圆检测、 有图形晶圆检测领域市占率分别达到 85%、 78%、 72%，具有绝对垄断优势。 图 25：前道 量测 /检测设备全球市场竞争格局 图 26： KLA 在各个环节的市占率 资料来源： Gartner，安信证券研究中心 资料来源： Semi，安信证券研究中心 52% 12% 11% 4% 3% 2% 16% KLA AMAT Hitachi Nano Hermes Microvison Nava 其他 85% 78% 72% 66% 65% 50% 45% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 行业深度分析 /其他专用机械 15 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 科磊在量测设备领域的主要竞争对手。 量测领域除科磊 外其他竞争对手主要为应用材料、日 立高新、 Onto 等，分别占据 12%、 11%及 4%，其中： 1）日立高新为日立集团下的子公司， 主要布局半导体制造和检测、科学医疗系统、仪表系统和其他工业零部件，半导体测试领域 产品为 CD-SEM、暗场检测设备、宏观检测设备、缺陷复查显微镜等，主要布局量测类设备； 2）应用材料为全球半导体设备龙头公司，其产品线贯穿半导体制造生产整个流程，其在半 导体检测领域产品线主要为晶圆检测设备和 CD-SEM，主要布局量测类设备； 3） Onto （ Rudolph 与 Nanometrics 合并），产品主要包括 自动缺陷检测和量测系统，探针卡测试和 分析系统。 表 3：日立高新的半导体检测仪器 产品名称 性能与规格 示意图 高解析度 FEB 测量装臵 CG6300 通过电子光学系统的全新设计提高了解析度，并进一步提高了测量可重复 性和图像画质。 1）晶圆尺寸： 300 mm （ SEMI 标准规格 V notched w afer）； 2）自动装片： 3 FOUP*4 -compatible random access； 3）电源：单相 AC200V、 208V、 230V、 12kVA（ 50/60Hz）。 高分辨率 FEB 测长仪器 CG5000 适用于 1Xnm级开发以及 22nm 级量产 流程。革新了运送类系统，并通过 对电子光学技术及图像处理技术的改良，实现了有史以来最高的分辨率， 处理能力，测长再现性，并且强化了自动校准功能，提供了长期稳定的运 行率。 高解析度 FEB 测量装臵 CS4800 提供高解析度的 SEM成像，更高的测量精度和快速自动化操作，将有助于 提高客户现有生产线的生产力。此外用户可以通过简单的操作处理自动搬 送两种不同尺寸的晶圆。 1）测量精度： 1nm（ 3）（采用日立标准晶圆）； 2）晶圆尺寸：直径 100mm, 150mm, 200mm； 3）自动装片装臵： 2 个； 4）设备尺寸（主体）： 1180（宽） 2500（长） 1990（高）毫米。 高速缺陷观测设备 CR6300 运用 AD