量检测设备是芯片良率的重要保障，在行业内被认为是除光刻机之外的最难攻克环节，量检测设备需要光学、电子学、移动平台、传感器、数据、软件等多个系统密切配合，设备厂商针对上述系统都有独特的knowhow，行业壁垒较高，此外制程升级也是难点。半导体量检测国内市场接近450亿元，而国产化率不超过5%，市场空间仍然非常广阔。在半导体大小周期轮动、国产化需求迫切、国内Fab厂扩产等背景下，量检测设备拥有高单台价值量属性，国内相关上市标的稀缺，发展前景较好，建议持续关注整机级、部件级的机会，同时也需要看到在行业、竞争、地缘政治等方面存在的风险：整机级角度关注点：含“K”量成为大多数投资人评价公司能否干成的先验标准，如何平衡含“K”的含金量、估值的合理性与产品的市场化是一个重要决策；关注细分赛道处于从“0”到“1”实现突破或者标杆客户顺利验证中的公司；学习KLA的KSF，在产品线完整和平台化趋势下可能存在部分整合并购机会；围绕产业链中空白领域布局，如化合物衬底、外延环节的前道量检测设备；缺陷检测市场份额更大，做的更少，重点寻找可突破明/暗场检测的标的机会；部件级角度关注点：运动控制系统中，机械手/Aligner/EFEM/气浮是否容易做好，核心的隔振器难度有多大；寻找能够有零部件产品纵深产品能力与横向拓展能力的厂商（上海微、中科飞测、精测）；超精密光学也是重点，对光学系统和模块的国产厂商进行挖掘，包括干涉仪、镜头、光源等高附加值光学组件。
01 量检测设备介绍
定义：半导体检测是质量控制过程，环节众多，分为前道量检测、后道检测及实验室检测，其中前道量检测主要应用于晶圆加工制造环节，针对光刻、刻蚀、薄膜沉积、清洗、CMP等每个工艺环节的质量控制的检测，目的是检查每一步制造工艺后晶圆产品的加工参数是否达到设计的要求或者存在影响良率的缺陷，目前以厂内产线在线监控为主。
作用：量检测设备占据Fab厂资本开支约11%，虽不直接参与对晶圆的光刻、刻蚀、离子等工艺处理，但每个重要的工艺步骤后量检测设备会对晶圆工作，验证并改善工艺质量、剔除不合格率过高的晶圆，以此确保IC产线良率；并且它们还可以发挥定量监控生产设备的功能，为设备验收、维保提供依据。根据Yole的统计，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% ，而最终芯片良率是累乘的结果，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%，所以量检测作为每个环节良率保证具有重要地位。
■量检测设备市场情况：市场规模：根据KLA年报显示其在2023年的收入（接近102亿美元）占据全球超56%的市场，可以得到全球市场规模为182亿美元，中国市场占比预计从2020年的26%提升到2023年的35%，达到63.7亿美元。竞争格局：根据KLA年报显示KLA在2023的全球市占率超过56%，领先第二名4倍，并且在多个细分市场的市占率更为突出，比如套刻测量66%，光学测量相关市场达到85%以上。
产业链情况：量检测设备产业链上游核心零部件众多，主要分为五块系统-运动与控制系统类、光 学类、电气类、机械加工件、机械标准件及其他部件。
■量检测设备投资逻辑：投资逻辑一：半导体大周期看技术，大模型推动市场逐步回暖。半导体行业的大周期约10年，即每10年一个“M”形波动，主要是由新的技术驱动带来增长，同时也受到宏观经济形势影响；从19年开始的新一轮周期中，在21-22年达到第一个峰值，经过2年回调后（23年全球下降8.2%，国内下降14%）开始重新向上，ChatGPT等大模型及大算力要求带来新的技术革命，推动下游新需求，预计24年将同比增长14%达到6110亿美元。
投资逻辑二：半导体小周期看需求，2024年行业迎来回暖周期。从全球半导体销售额同比来看，行业小周期约3年。上一轮周期高点在2021年8月，2023年1月全球半导体销售额413亿美元，同比减少19%，而根据SIA数据，2023年11月全球半导体行业销售额总计480亿美元，同比增长5.3%，是自2022年8月以来首次同比增长，而2024年1月全球半导体销售额476亿美元，同比增长15%；一方面传统芯片将进入库存拐点，另一方面大模型对算力需求的大幅提升，带动新兴芯片需求的爆发，回顾2024年上半年半导体行业国内出现复苏迹象，多家公司半年报情况好于预期。投资逻辑三：算力推动芯片制程不断缩小，提升量检测设备投资需求。大模型等技术推动算力需求，芯片制程描述的是芯片晶体管栅极宽度的大小，纳米数字越小，晶体管密度越大，芯片性能就越高。先进制程芯片微缩 —> 芯片的结构/工艺/材料复杂化—>需要更精密、更精密的量测技术和更多的设备。投资逻辑四：国内Fab厂持续扩产，CapeX支出带动设备需求。以12吋晶圆厂为例，据IC insights数据统计，2022年末中国大陆共有18座12吋晶圆厂正在投产，总计月产能约为60.2万片，根据公开的Fab厂扩产计划，未来几年我国12吋产线将扩产到月产能310.83万片，将有近250万片/月的扩产需求，对应月产一万片平均60台的检测设备需求，以及1000万的均价，则增量市场空间在1500亿左右；
投资逻辑五：美日荷半导体设备对华封锁政策逐步加码，自2018年以来芯片->软件->硬件，人才->企业->资本，设备->零部件/原材料，欧美对华半导体制裁层层加码。从18年开始，国内供应商自主化加速，然而半导体量/检测设备、离子注入设备、涂胶显影设备国产化率仍较低，处于5%以下，特别是从今年国内12吋Fab厂招投标的情况中可看出，即使在先进制程已被制裁的情况下，成熟制程的量检测设备几近全部进，国产自主化迫在眉睫。
投资逻辑六：量检测设备整机厂商做出产品，得到客户验证并稳定量产后，将逐步建立起竞争壁垒，单台设备在数百万到数千万美元间不等，并且利润也非常可观。在国外，KLA的毛利率一直大幅高于ASML、AMAT等企业，其净利率也在近几年与主营光刻机业务的ASML持平，放眼国内也出现了类似的情况，可见量检测设备综合盈利能力之高。
02 量检测设备投分类
◆按照用途分类：可以把量测设备划分为量测与检测设备，分别用于芯片前道制程的“错误修正、质量控制”，在芯片质量把控上的地位相当关键。从细分市场来看，检测设备占比为 62.6%，量测设备占比为 33.5%。
◆按照技术路线分类：除直接用接触式的探针测量外，非接触式主要分为光学、电子束、X光三大类，其中光学占比高达75%。
◆按照设备应用场景分类：主要的设备种类包括有图形/无图形晶圆检测设备、电子束缺陷检测/复查设备、膜厚测量、关键尺寸OCD、套刻Overlay设备。
—OCD设备：Optical Critical Dimension，利用光学方法对半导体流程中的关键尺寸的测量。半导体制程中最小线宽一般称之为关键尺寸，比如经过光刻后的光刻胶线条宽度或者刻蚀后栅极线条宽度。随着关键尺寸越来越小，容错率也越小，因此必须要尽可能的量测所有产品的线宽。关键尺寸的检测一般有光学OCD与电子束CD-SEM，现在主要用基于衍射光学的OCD设备测量，优点是一次性获得诸多工艺尺寸参数，便利性较强、速度更快，对样品无损。关键尺寸的检测一般有光学OCD与电子束CD-SEM，现在主要用基于衍射光学的OCD设备测量，优点是一次性获得诸多工艺尺寸参数，便利性较强、速度更快，对样品无损。单价2000多万，国内市场容量40亿左右，主要被KLA（Spectra Shape系列）、 Onto Innovation（IMPULSE 系列）垄断。
—Overlay设备：套刻设备主要用于量测光刻机、掩模版和硅片的对准能力。量测系统检查覆盖物的准确性（叠加工具）测量用于检查传输到晶圆上的第一层和第二层图案的射覆盖精度。晶圆上专门用来测量套刻误差的图形被称为套刻标识，套刻精度测量通过对晶圆表面特征图案(套刻标识)的高分辨率成像和细微差别的分析，并将数据反馈给光刻机，帮助其优化不同层之间的光刻图案对齐误差。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。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置，从而获得套刻误差，有基于成像技术（IBO: Image-based，如上）和衍射测量（DBO: Diffraction-based）。与DBO相比，IBO的测量精度较低，但具有速度更快的优势，两者的使用比例大约为7:3或8:2。单价1000万左右，国内市场容量35亿左右，主要被KLA（Archer200/500/700系列）、 ASML（Yield-Star 系列）垄断。—宏观缺陷检测设备：基于光学图像技术，用于晶圆片上较大缺陷的识别检测，通常针对尺度大于0.5um的缺陷。宏观缺陷检测有两种方式，一种是全晶圆表面一次性图像成形，检测速度快；另一种方法为每次检测晶圆部分区域，通过连续扫描成像，最终得到完整的晶圆图形。宏观缺陷类型通常分为晶圆正面缺陷、晶圆背部缺陷、边缘缺陷三种。晶圆正面缺陷通常包括聚焦缺陷、部分曝光、光刻胶、颗粒污染缺陷、套刻错误、划痕等；晶圆背面缺陷主要为划痕和裂纹；晶圆边缘缺陷主要为边缘去除覆盖度缺陷、边缘缺口、裂纹等。检测的光学原理与其他光学设备类似光源入射到晶圆片表面，光学传感器捕捉晶圆反射或衍射的光，计算机系统对比分析光学数据，通过异常值来捕捉缺陷。国内市场在30-40亿间，主要供应商包括KLA（CIRCL 系列）、Nanometrics（Spark 系列）、Rudolph（NSX 系列）。
—有图形缺陷检测设备：掩膜板在制程中有图形缺陷检测设备采用高精度的光学技术，对晶圆表面纳米及微米尺度的缺陷进行识别和定位。针对不同的集成电路材料和结构，缺陷检测设备在照明和成像的方式、光源亮度、光谱范围、光传感器等光学系统上，有不同的设计。有图形缺陷检测按基本光学原理，可分为衍射法、干涉法和散射法。其中，散射法利用缺陷对入射光的散射特性进行缺陷检测，是一种应用广泛的缺陷检测方法。主要可分为明场缺陷检测和暗场缺陷检测两大类，明场检测损失了一部分光强的反射光，暗场直接检测散射光。市场规模：单价2000万级，国内市场近120亿，主要被KLA（39xx系列及29xx系列）、应用材料（UVision系列）-明场与KLA（Puma系列）、Hitachi High-Tech（IS系列）暗场系列垄断。有图形晶圆缺陷检测是一个很慢的过程且相对复杂，需根据具体应用来决定采用明场、暗场，或是二者结合；取决于对被检测层表面关键缺陷的捕获率及工具的所有成本(产能)的平衡考虑。算法和硬件(光学）、软件之间的配合存在很大壁垒的，牵涉到的计算量巨大，28纳米及以下制程，国产的设备基本上没有成熟方案。
03 量检测设备全球龙头KLA分析
科磊（KLA Corporation）于1976年创立，总部在美国旧金山湾区的米尔皮塔斯，是全球最大的半导体量检测设备企业，1980年登陆NASDAQ。KLA的业务已扩张到全球19个国家，拥有员工超过15000 人，65%的员工拥有博士或硕士学位。2023财年KLA营收达到105亿美金（2022.07-2023.07)，市值达到1152亿美金；相较44年前上市时，收入翻了1000+倍，市值上涨3000+倍。根据最新的2024Q3季报（2024.01-2024.04），中国区收入占比已经从2023财年的27.3%提升到42%，逻辑芯片Fab厂客户收入占比到64%。
KLA公司业务可分为量检测设备与服务两大类，其中量检测设备收入占比～80%，服务占比～20%。KLA产品几乎覆盖全部前道制程，其在宏观晶圆形貌检测，无图形缺陷检测，有图形缺陷检测、掩膜版检测、套刻误差检测等领域具有较强的技术优势。KLA的KSF主要有：◆重视创新，领跑复杂繁多又尖端的量测技术，在起步期抓住行业痛点，推出计算机视觉系统，大幅提高效率，占住脚跟，并高度重视研发和下一代产品，不断提高下一代产品的研发投入；◆通过自研和并购拥有全面产品组合，满足客户精度和产量的双重要求，纵观KLA的发展历程，其成长史就是一部漫长的并购史，根据KLA官网信息梳理，KLA 共计完成并购27次；◆设备与服务能力持续互相推动，助力客户关系建立。KLA超过50%设备使用寿命达18 年，平均使用寿命为12年，历史上交付的80%的设备仍在客户现场使用中，并且KLA与96%以上的主要供应商保持数十年的合作关系。工程和供应链紧密集成在整个产品生命周期的产品组合，长期购货承诺推动供应商投资和可用性；◆准确判断市场动向，抓住亚洲市场。进入21世纪，亚洲台湾、中国的半导体产业规模不断扩大、在全球占比也进一步提高， KLA准确的判断出亚洲市场的崛起，快速布局响应亚洲客户的需求，2008-2019年KLA来自中国大陆与中国台湾的收入逐年升高并占比超过一半，带动股价真正腾飞。
04 国内玩家概述
国内量检测设备集成厂商及上游精密运控零部件及系统厂商众多，目前以中科飞测、精测、睿励等为首的国产厂商位于前列，近年来也涌现出一些具有K厂基因以及产业化思维的优秀团队在各个细分领域推出了极具竞争力的产品型号。
中科飞测
深圳中科飞测科技股份有限公司成立于2014年12月，成立至今始终专注于半导体检测和量测设备研发、生产和销售。创始人陈鲁、首席科学家黄有为、首席科学家杨乐在2012年至2016年期间，三人均曾在中科院微电子所任职。公司有九大系列设备和三大系列软件产品组合，九大系列设备面向全部种类集成电路客户需求，其中六大系列设备已经在国内头部客户批量量产应用，技术指标全面满足国内主流客户工艺需求，三大系列智能软件已全部应用在国内头部客户。公司客户群体已广泛覆盖逻辑、存储、功率半导体、MEMS等前道制程企业，碳化硅、氮化镓、砷化镓等化合物半导体企业，晶圆级封装和2.5D/3D封装等先进封装企业，大硅片等半导体材料企业以及刻蚀设备、薄膜沉积设备、CMP设备等各类制程设备企业。主要产品已广泛应用在中芯国际、长江存储、士兰集科、长电科技、华天科技、通富微电等国内主流集成电路制造产线。
睿励仪器
公司成立于2005年，深耕量测领域，主要覆盖膜厚及OCD量测，逐渐向缺陷检测领域拓展。主要产品包括 TFX3000系列膜厚量测设备，TFX3000 OCD光学关键尺寸（OCD）和形貌测量系统，FSD300自动宏观缺陷检测系统及WSD200光学缺陷检测设备，目前睿励自主研发的12英寸光学测量设备 TFX3000 系列产品，已应用在 65/55/40/28 纳米芯片生产线并在进行了14纳米工艺验证，在3D存储芯片产线支持64层3DNAND芯片的生产，并正在验96层3DNAND芯片的测量性能，现正在开发下一代可支持更高阶芯片制程工艺的膜厚和OCD测量设备以及缺陷检测设备。
05 行业风险
◆整机研发投入与风险巨大：设备行业为典型的技术和资金密集型行业，需要持续加大研发投入以推动公司产品升级换代。如果企业的技术研发方向不能顺应市场需求，或在关键技术、关键产品的研发进展落后于竞争对手，将面临技术研发投入无法取得预期效果的风险；◆国产化进展不及预期：若未来研发进度不及预期，导致设备在下游验证不及预期，国外领先厂商不断迭代新产品，而设备是半导体产品稳定生产的重要基础，晶圆、封测等终端客户对于设备商的选择较为谨慎，可能会导致国产化进程低于预期；◆美国半导体管制加剧：2022年10月以来，美国对华半导体管制范围再度趋紧，若未来从当前管制范围继续扩展至成熟制程，可能阶段性阻碍国内晶圆厂扩产进度，对国内半导体设备板块短期收入造成不利影响；◆市场需求不及预期：若半导体行业景气度下滑，下游客户资本支出减少，则对半导体设备的需求将可能下降，将给半导体设备行业的短期业绩带来一定压力；◆行业竞争加剧：虽然半导体量检测设备处于国产替代初期，但是可以清晰地感受到已经有越来越多的玩家进入，存在行业竞争加剧风险。