电子元器件行业海外硬科技龙头复盘研究系列之四：论国产半导体量测设备行业发展之天时地利人和

行业研究 2023年5月17日 看好/维持 电子元器件行业：论国产半导体量测设备 行业报告 电子元器件 分析师 刘航 电话：021-25102913 邮箱：liuhang-yjs@dxzq.net.cn 执业证书编号：S1480522060001 研究助理 祁岩 电话：010-66554018 邮箱：qiyan-yjs@dxzq.net.cn 执业证书编号：S1480121090016 东行业发展之天时地利人和兴——海外硬科技龙头复盘研究系列之四证 券股 份投资摘要： 有 限半导体量测设备行业壁垒高，竞争格局较为集中，我国国产半导体量测设备行业发展仍然处于初步阶段。半导体过程控制设公备包括检测设备、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。因为半导体司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。全球半导体量测设备市场规证模保持较快增长，6年CAGR为12.21%。在所有品类的半导体量测设备中，纳米图形晶圆缺陷检测设备、掩膜版缺陷检测设备券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%。由于专利、技术被美国和日本等海外厂商所垄 研 究断，半导体晶圆制造设备以美国和日本等厂商为主。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 报工艺设备配套，对于线上良率提升来说重要性更加明显，行业集中度更高，而KLA公司市占率超过了50%。半导体量测设备需 告要与半导体制造设备相匹配，由于我国半导体制造设备国产化率相对较低，因此国产半导体量测设备行业发展仍然处于初步阶段。 复盘半导体量测设备龙头成长之路，我们得到了哪些结论？科磊半导体（KLA）成立于1976年，是一家为多个行业提供工艺支持解决方案的供应商，下游包括半导体、印刷电路板（PCB）和显示器。KLA公司产品矩阵丰富，覆盖几乎全部量测设备品 类，在晶圆形貌检测、无图形缺陷检测、掩膜版检测、套刻误差检测等领域具有较强的竞争优势，光学技术和软件粘性构筑较高的技术壁垒。我们分析KLA公司的成长之路，一方面是公司深耕半导体量测领域，不断挖掘客户需求，获得产品know-how来拓展产品的深度与广度。另外一方面，公司通过不断收购细分领域的“隐形冠军”来丰富公司的产品线。我们通过对KLA在半导体领域的收购进行复盘研究，主要得到以下结论：①KLA的收购一般来说体量不是很大，除了与Tencor强强合联合，以及34亿美元收购Orbotech来拓展面板、PCB和MEMS领域客户之外，其他收购对象大多是细分领域的“隐形冠军”，通过并购技术和客户方面都得到了补足；②KLA在适当时候收购竞争对手OnWafer和SensArray公司，成为当时唯一一家提供晶圆级量测设备的厂商。受益于中国大陆以及台湾地区的晶圆厂扩产，而国产量测设备导入进展偏慢，KLA在中国的收入占比提升至50%以上，中国地区收入快速增长支撑KLA公司业绩保持较快增长。 顺应天时地利人和，国产半导体量测设备迎来发展良机。（1）天时：半导体行业持续增长为量测设备发展提供快车道，国家 政策频出解决卡脖子问题；（2）地利：半导体产业向国内转移叠加产业基金扶持，为量测设备本土化落地提供沃土；（3）人和：越来越多专家以及行业领军人物回国拥抱半导体浪潮，工程师红利有利于解决上游理化层面know-how。 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，不同型号的国产量测设备已经陆续开始验证，我们预计未来量 测设备的行业将迎来弯道超车的机遇。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。随着工艺不断进 步，产品制程节点越来越多，生产成本呈指数级提升，检测和量测设备在灵敏度、准确性、稳定性、吞吐量等指标上进一步提升。随着技术know-how得以解决，我们预计未来国产量测设备的行业将迎来弯道超车的机遇。 投资策略：国内半导体量测设备行业发展享天时地利人和，半导体量测设备行业有望迎来黄金十年，我们看好半导体量测设备行业的长期发展趋势，受益标的：精测电子、中科飞测和赛腾股份。 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。 P2 东兴证券深度报告 电子元器件行业：论国产半导体量测设备行业发展之天时地利人和 目录 1.半导体量测设备行业壁垒高，竞争格局较为集中4 1.1半导体量测设备可分为检测（Inspection）和量测（Metrology）两大类别4 1.2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7 2.复盘半导体量测设备龙头成长之路，我们认为国内量测设备有望实现自主可控9 2.1复盘科磊半导体成长之路，我们得到了哪些结论？9 2.2顺应天时地利人和，国产半导体量测设备迎来发展良机14 （1）天时：半导体行业持续增长为量测设备发展提供快车道，国家政策频出解决卡脖子问题14 （2）地利：半导体产业向国内转移叠加产业基金扶持，为量测设备本土化落地提供沃土17 （3）人和：越来越多专家和行业领军人物回国拥抱半导体浪潮，工程师红利有利于解决上游理化层面know-how.19 3.国内半导体量测设备公司有望实现弯道超车20 3.1精测电子：国内半导体检测龙头企业，产品类别覆盖面广21 3.2赛腾股份：并购龙头企业Optima，打造平台型检测设备公司22 3.3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24 3.4东方晶源：EBI和CD-SEM领域填补国内关键空缺27 3.5睿励科学仪器：集成电路量测设备的领航者28 4.投资建议29 5.风险提示29 相关报告汇总30 插图目录 图1：广义上的半导体量测设备可分为Inspection和Metrology两大类别4 图2：过程控制设备中检测设备占比55%，量测设备占比34%4 图3：半导体行业发展对于工艺控制水平提出了更高的要求4 图4：摩尔定律促进了半导体工艺的发展，进而驱动量测设备不断迭代5 图5：半导体量测设备发展与制程迭代直接挂钩5 图6：全球半导体检测与量测设备市场规模6年年均复合增长率为12.21%6 图7：科磊半导体eSL10™电子束图案化晶圆缺陷检测设备7 图8：科磊半导体SpectraShape™关键尺寸量测设备7 图9：半导体晶圆设备市场目前被美国和日本等海外厂商主导7 图10：晶圆制造厂（FAB）设备中CR5为65.5%8 图11：半导体量测设备CR5为82.4%，其中KLA占比51%8 图12：科磊半导体——多元化过程控制领域的全球领导者9 图13：KLA通过不断并购来拓展半导体量测业务12 图14：KLA公司在中国大陆地区的收入快速增长14 图15：KLA公司在台湾地区收入也保持相对较快增长14 图16：科磊半导体研发费用保持较快增长，2022年公司研发费用占收入的12%14 图17：全球半导体市场保持持续增长15 P3 东兴证券深度报告 电子元器件行业：论国产半导体量测设备行业发展之天时地利人和 图18：全球半导体行业资本开支不断增大15 图19：2021年全球半导体设备销售额接近1000亿美元16 图20：中国大陆晶圆厂产能占比持续提升，预计2024年达19%17 图21：2022年大陆晶圆自给率为25.61%17 图22：中国大陆半导体设备市场规模快速增长17 图23：精测电子发展历程21 图24：精测电子主要产品类别21 图25：公司半导体领域营业收入高速增长22 图26：半导体领域营业收入占比显著提升22 图27：公司研发投入保持较快增长22 图28：研发投入占总营业收入比例持续提升22 图29：赛腾股份发展历程23 图30：公司营业收入稳健增长23 图31：公司归母净利润实现快速增长23 图32：公司历年研发投入情况24 图33：公司历年费用支出情况24 图34：东方晶圆主要产品27 图35：东方晶圆具备较强的股东背景28 表格目录 表1：2020年半导体量测设备销售额最大的是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6 表2：中国主要本土晶圆厂设备的国产化率相对较低8 表3：科磊半导体产品矩阵丰富，覆盖几乎全部品类的量测设备9 表4：科磊半导体部分并购案例12 表5：近三年科磊半导体营业收入各地区占比（千美元）13 表6：国内集成电路最新政策汇总16 表7：产业资本积极加码半导体量测设备投资，优质标的积极涌现18 表8：行业顶尖人物通过创业或者加盟的方式拥抱半导体设备国产化浪潮19 表9：国内检测和量测设备生产企业产品覆盖度对比20 表10：公司主要产品类别24 表11：中科飞测与科磊半导体无图形晶圆缺陷检测设备对比26 表12：中科飞测与创新科技图形晶圆缺陷检测设备对比26 表13：中科飞测与帕克公司三维形貌量测设备对比26 表14：中科飞测检测设备收入占比在65%以上27 表15：上海睿励主要产品28 P4 东兴证券深度报告 电子元器件行业：论国产半导体量测设备行业发展之天时地利人和 1.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。 图1：广义上的半导体量测设备可分为Inspection和 Metrology两大类别 图2：过程控制设备中检测设备占比55%，量测设备占比34% 量测设备 34% 检测设备 55% 过程控制软件11% 过程控制设备分类及占比 资料来源：中科飞测招股书，东兴证券研究所资料来源：埃芯半导体，东兴证券研究所 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。 图3：半导体行业发展对于工艺控制水平提出了更高的要求 资料来源：搜狐网，东兴证券研究所整理 P5 东兴证券深度报告 电子元器件行业：论国产半导体量测设备行业发展之天时地利人和 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。 图4：摩尔定律促进了半导体工艺的发展，进而驱动量测设备不断迭代 资料来源：半导体行业观察，东兴证券研究所 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”。 图5：半导体量测设备发展与制程迭代直接挂钩 资料来源：埃芯半导体，东兴证券研究所 P6 东兴证券深度报告 电子元器件行业：论国产半导体量测设备行业发展之天