一、半导体制造端“标尺”把关良率，全球百亿美元市场空间广阔
1、半导体量/检测设备贯穿制造全流程，前道占比11%，全球百亿美元市场
从工艺上看，量/检测设备为检测（Inspection）和量测（Metrology）两大环节。根据VLSIResearch，市场份额分别占比63%、34%。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。
从技术原理上看，检测和量测包括光学检测技术、电子束检测技术和X光量测技术等，根据VLSIResearch、QYResearch统计市场份额占比分别为75.2%、18.7%、2.2%。光学检测技术基于光学原理，通过对光信号进行计算分析以获得检测结果，光学检测技术对晶圆的非接触检测模式使其具有对晶圆本身的破坏性极小的优势；通过对晶圆进行批量、快速的检测，能够满足晶圆制造商对吞吐能力的要求。在生产过程中，晶圆表面杂质颗粒、图案缺陷等问题的检测和晶圆薄膜厚度、关键尺寸、套刻精度、表面形貌的测量均需用到光学检测技术。电子束检测技术通过聚焦电子束扫描样片表面产生样品图像以获得检测结果，通常用于部分线下抽样测量部分关键区域。精度比光学检测技术更高，但速度相对较慢，适用于部分晶圆的部分区域的抽检应用。X光量测技术基于X光的穿透力强及无损伤特性进行特定场景的测量，具有穿透性强，无损伤的特点，在特定应用场景的检测具有优势，可以检测特定金属成分等。
2、量/检测设备细分种类众多
根据VLSIResearch划分，全球量/检测设备共包含检测6类、量测8类共计14小类，是半导体设备中细分种类最多的设备。不同的细分设备技术原理不尽相同，市场份额占比差距大。检测设备主要以光学检测为主，包括图形晶圆检测、无图形晶圆检测、掩膜版缺陷检测等设备。市场份额占比由高到低的为（纳米）图形晶圆缺陷检测、掩膜版缺陷检测、无图形晶圆缺陷检测、电子束缺陷检测（复查）设备。量测设备同样使用光学、电子束和X光等检测手段，市场份额占比由高到低为关键尺寸量测（光学&电子束）、套刻精度量测、薄膜量测（介质&金属）、X光量测和三维形貌量测等。从半导体主要工艺环节看，光刻、刻蚀、离子注入、CMP等环节对量检、检测设备需求量较大。
量/检测设备的核心技术涉及光学检测技术、大数据检测算法及自动化控制软件等方面，涵盖运动控制、光学、电气、精密加工、人工智能等多个学科，包括：激光、DUV/UV，可见光，电子束，x射线光学、高速数据处理，高性能计算、人工智能算法,机器学习,机器视觉，计算物理学，成像技术、精确的运动控制，机器人、宽带等离子体等。
3、下游产能扩张+工艺节点推进驱动量/检测行业持续发展
根据SEMI《300mm晶圆厂展望报告-至2026年》，预计2023年全球今年300mm晶圆厂设备支出预计将下降18%至740亿美元，2024年将增长12%至820亿美元，2025年增长24%至1019亿美元，2026年增长17%至1188亿美元。对高性能计算、汽车应用的强劲需求和对存储器需求的提升将推动支出增长。
主流半导体制程正从28nm、14nm向10nm、7nm发展，部分先进半导体制造厂商已实现5nm工艺的量产并开始3nm工艺的研发，三维FinFET晶体管、3DNAND等新技术亦逐渐成为目前行业内主流技术。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升。为了获取尽量高的晶圆良品率，必须严格控制晶圆之间、同一晶圆上的工艺一致性，因此对集成电路生产过程中的量/检测需求将越来越大。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。
二、量/检测设备种类丰富，技术原理不尽相同，行业壁垒高
1、检测设备：（纳米）图形晶圆缺陷检测占比最高，光学检测技术为主
在检测环节以光学检测为主，光学检测技术可进一步分为无图形晶圆检测技术、图形晶圆成像检测技术和光刻掩膜板成像检测技术。少部分有图形晶圆缺陷检测和复查使用电子束来检测。
1.1、有图形晶圆检测设备
图形化是指使用光刻或光学掩膜工艺来刻印图形，引导完成晶圆表面的材料沉积或清除。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。图形缺陷检测设备主要可分为明场缺陷检测和暗场缺陷检测两大类。明场缺陷检测设备，采用等离子体光源垂直入射，入射角度和光学信号的采集角度完全或部分相同，光学传感器生成的图像主要由反射光产生；暗场缺陷检测设备通常采用激光光源，光线入射角度和采集角度不同，光学图像主要由被晶圆片表面散射的光生成。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置坐标。
光学晶圆缺陷检测设备使用晶圆的旋转位置和光束的径向位置定义晶圆表面上缺陷的位置。在晶圆检测机台中，使用光谱仪检测器PMT或CCD以电子方式记录光强度，并生成晶圆表面上散射或反射强度的图。该图提供了有关缺陷大小和位置以及缺陷的信息由于颗粒污染等问题导致的晶圆表面的状况。
明场光学图形缺陷检测设备的供应商包括美国科磊半导体（39xx系列及29xx系列）、应用材料（UVision系列），暗场光学图形缺陷检测设备的供应商包括科磊（Puma系列）。
1.2、无图形晶圆检测设备
无图形晶圆检测是对于裸硅片和表面没有图形的晶圆的检测。一般用于在开始生产之前硅片在硅片厂处获得认证，半导体晶圆厂收到后再次认证的检测过程，同时在生产过程中一些用于对比及环境测量的控片挡片的检测。由于晶圆表面没有图案，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、CMP突起。一般来说暗场检测是非图案化晶圆检测的首选，因为可以实现高速扫描，从而实现高的晶圆产量。主要供应商包括KLA（Surfscan系列）、HitachiHigh-Tech（LS系列）。
1.3、掩膜版缺陷检测设备
掩膜/光罩检测：掩模在使用过程中很容易吸附粉尘颗粒，而较大粉尘颗粒很可能会直接影响掩模图案的光刻质量，引起良率下降。因此，在利用掩模曝光后，通常会利用集成掩模探测系统对掩模版进行检测，如果发现掩模版上存在超出规格的粉尘颗粒，则处于光刻制程中的晶圆将会全部被返工。针对光刻所用的掩膜板，通过宽光谱照明或者深紫外激光照明，以高分辨率大成像口径的光学成像方法，获取光刻掩膜板上的图案图像，以很高的缺陷捕获率实现缺陷的识别和判定。
1.4、电子束图形晶圆检测/复查设备
电子束成像也用于缺陷检测，尤其是在光学成像效果较低的较小几何形状中。电子束检测动态分辨率范围比光学检测系统大。随着半导体集成电路工艺节点的推进，光学缺陷检测设备的解析度无法满足先进制程需求，必须依靠更高分辨率的电子束设备。电子束的原理为通过聚焦电子束对晶圆表面进行扫描，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晶圆表面形貌的灰度图像。通过比对晶圆上不同芯片（Die）同一位置的图像，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。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，因此主要用于在研发环境和工艺开发中对新技术进行鉴定，以及光学检测后的复查，对缺陷进行清晰地图像成像和类型的甄别。主要供应商包括KLA（eDR7XXX系列、eSL10系列）、AMAT（SEMVISION系列）。
2、量测设备：技术复杂、关键尺寸量测占比高
在量测环节，光学检测技术基于光的波动性和相干性实现测量远小于波长的光学尺度，集成电路制造和先进封装环节中的量测主要包括关键尺寸量测、薄膜膜厚量测、套刻精度量测等，这三类量测环节在产业链中的应用如下：
2.1、关键尺寸（CD）量测
半导体制程中最小线宽一般称之为关键尺寸，其变化是半导体制造工艺中的关键。半导体关键尺寸量测在半导体晶圆的指定位置测量电路图案的线宽和孔径。光学和电子束技术均可用于关键尺寸测量，使用的设备分别光学关键尺寸测量设备（OCD，opticalcriticaldimension）和扫描电子显微镜（CD-SEM）目前基于衍射光学原理的非成像光学关键尺寸（OCD）测量设备为主要工具，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。OCD的用途比较广泛，可以测关键尺寸，还可以测单层或多层膜厚、深度甚至角度。OCD是通过收集到的反射光谱特征，来与模型中的数据库对比，得出光谱吻合度最高的数据，得到相应特征数据的量测方式。
电子束关键尺寸量测设备的原理是通过入射电子轰击待测样品表面，表面原子吸收并激发产生二次电子，通过收集到的二次电子，将探测到的物理信号转化为样品图像信息。光学关键尺寸量测设备主要供应商包括KLA（SpectraShape系列）、NanoMetrics、上海睿励（TFX3000）、上海精测（EPROFILE300FD）。电子束关键尺寸扫描电子显镜（主要供应商包括HitachiHigh-Tech、应用材料（VeritySEM5i）等。
2.2、套刻精度量测
套刻技术：多层高精细的版图一般都需要进行多次曝光才能制作完成，每一次曝光需要不同的掩膜版，在使用每一块掩膜版前都需要和之前经过曝光的图形进行精确对准，只有这样才能保证每一层图形有正确的相对位置。套刻精度测量通常在每道光刻步骤后进行。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置，从而获得套刻误差。主流供应商包括KLA（Archer系列）、ASML（Yield-Star系列）。
2.3、膜厚量测
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。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会对晶圆成像处理的结果产生关键性的影响。膜厚测量环节通过精准测量每一层薄膜的厚度、折射率和反射率，并进一步分析晶圆表面薄膜膜厚的均匀性分布，从而保证晶圆的高良品率。膜厚测量可以根据薄膜材料划分为两个基本类型，即不透明薄膜和透明薄膜。业界内一般使用四探针通过测量方块电阻计算不透明薄膜的厚度；通过椭偏仪测量光线的反射、偏射值计算透明薄膜的厚度。
三、国外寡头垄断市场，国产设备不断突破
1、国外寡头垄断市场，KLA占比超过50%
全球半导体设备市场目前处于寡头垄断局面，市场上美日技术领先，以应用材料AMAT（美国）、阿斯麦ASML（荷兰）、拉姆研究LAMResearch（美国）、东京电子TEL（日本）、科磊半导体KLA（美国）等为代表的国际知名半导体设备企业占据了全球市场的主要份额。根据CINNOResearch的统计，2022年全球前十大半导体设备厂商均为境外企业，市场份额合计超过75%。
全球量/检测设备厂家中，KLA一家独大。量测设备市场呈现出高度垄断的格局，根据Gartner数据2021年行业前5名分别为KLA、AMAT、日立高新（HitachiHigh-Tech）、创新科技（OntoInnovation）、新星测量仪器（NovaMeasuring），行业TOP3占据75%的市场份额。美国的KLA牢牢占据行业的龙头地位，市场占有率超过行业第二的四倍。根据Gartner，KLA长期在半导体制造中过程控制业务领域份额超过50%，2021年以54%位列第一，是第二名竞争对手市场份额的4倍以上。尤其是在晶圆形貌检测、无图形晶圆检测、有图形晶圆检测领域，KLA在全球的市场份额更是分别高达85%、78%、72%。
2、KLA：半导体量/检测设备全球龙头，一家独大
KLA成立于1976年，总部位于美国硅谷，为半导体制造提供全方位的在线检测、量测和数据分析，以及过程控制和良率管理的全方面解决方案和服务。截至2022财年末（2022年6月30日），公司在全球19个国家和地区建立分部，员工人数约1.4万人。2004-2015财年，KLA表现相对比较平稳，收入复合增速3.3%，净利润复合增速3.7%，2016财年开始进入快速成长期，2016~2022财年收入复合增速21%，净利润复合增速30%，2022财年收入同比增速33%，净利润复合增速提升至60%。根据KLA的长期经营目标，2022~2026财年，公司收入复合增速目标为9~11%。同时KLA的盈利能力持续提升，除2008财年外，近十几年KLA的毛利率长期维持在60%左右的高位，净利率在20%-30%左右波动，2021-2022财年净利率逐渐提升至30%和36%。分区域来看，中国大陆是KLA的第一大市场，2016-2022财年KLA在中国大陆市场的销售额复合增速约35%，显著高于其在全球约21%的复合增长率。
KLA在持续创新、产品组合全面以及服务体系健全等竞争优势下稳居全球龙头位置。KLA50年以来通过持续创新和并购领跑各种复杂尖端的量测技术，完善产品局部。半导体制程技术日新月异，KLA需要不断投入高额的研发费用用于开发新的量测设备。2012-2022年KLA的研发支出占比一直在10%以上，2021年研发投入占比15%，高达9亿美元，超过了行业标准。公司构建的混合研发结构以客户为中心，进行跨产品线的核心技术创新。并购方面，KLA早期产品包括用于掩膜版光学检测设备RAPID系列、晶圆检测WISARD系列产品，从20世纪90年代开始公司产品及解决方案由离线检测转向在线检测，1997年KLA与Tencor两家半导体设备公司合并改名KLA-Tencor，KLA从此增加了半导体量测解决方案，实现了量/检测设备细分领域的互补，奠定了在量检测设备领域的龙头地位。之后的20多年间，公司持续并购，标的基本覆盖了半导体量测检测领域的主要细分方向，不断整合和获取行业资源与先进技术。
3、国内设备国产化率空间极大，产品覆盖率及制程先进程度差距大
中国大陆半导体设备海外依赖度高。2022年全球前五的设备厂商中，除ASML外中国大陆均为第一大客户。
1）工艺节点上，国内企业目前仅能覆盖28nm及以上制程。国际竞争对手的先进产品普遍能够覆盖28nm以下制程，国内产品已能够覆盖28nm及以上制程，应用于28nm以下制程的量/检测设备在研发中。2022年三大量/检测设备企业在本土市场份额合计4%，国产化率较低。作为晶圆制造前道设备中国产化率最低的设备之一，量/检测设备本土前三大厂商收入合计为7.4亿元，国内市场份额占比仅为4%。由于国外知名企业规模大，产品线覆盖广度高，品牌认可度高，导致本土企业的推广难度较大。近年来国内企业在检测与量测领域突破较多，受益于国内半导体产业链的迅速发展，该领域国产化率有望在未来几年加速提升。
四、国内设备厂商内生+外延快速发展
国内半导体处于高速增长期，本土企业存在较大的国产化空间。国内量测设备主要厂家有中科飞测、上海睿励、上海精测、赛腾股份、东方晶源、埃芯半导体、南京中安等，其部分产品已进入一线产线验证，推动量测设备国产化。
1、中科飞测：国内无图形晶圆检测龙头，部分型号可对标KLA
中科飞测成立于2014年，目前在半导体量/检测设备收入体量上为国内龙头，主要产品包括无图形晶圆缺陷检测、图形晶圆缺陷检测、三维形貌量测、薄膜膜厚量测等产品，已应用于国内28nm及以上制程的集成电路制造产线，同时正在积极研发纳米图形晶圆缺陷检测、晶圆金属薄膜量测等设备。公司22年实现营收5.09亿元，同比+41.2%；归母净利润0.12亿元，同比-78.0%。下游客户包含中芯国际、长江存储、士兰集科、长电科技、通富微电等国内主流制造及封装厂。公司多项研发产业化取得积极进展。2019年，应用在集成电路前道领域的三维形貌量测设备通过长江存储产线认证，2020年，应用在集成电路前道领域的薄膜膜厚量测设备通过士兰集科产线验证，2021年，无图形晶圆缺陷检测设备通过国家科技重大专项验收等。目前，公司正在积极研发纳米图形晶圆缺陷检测设备、晶圆金属薄膜量测设备等其他型号的设备。公司目前在研项目数量较多，长期重视研发为公司发展建立了长期壁垒，后续新产品研发成功并客户导入后，有望为公司打开长期发展天花板。
2022年末公司合同负债4.8亿，存货中发出商品4.3亿，在手订单充足。公司21/22年合同负债为1.6/4.8亿元，同比+384%/+217%，发出商品为2.4/4.3亿元，同比+425%/+76%，在手订单充沛且销售强劲，快速成长动力足。公司作为以研发为驱动的半导体设备企业，公司研发费用占营业收入比重高于同行业可比公司，2022年研发费用占营收比例40%。半导体设备行业为技术密集型行业，公司竞争力与研发实力密不可分，公司持续吸引行业内优秀人才，研发人员数量快速增长，2019-2023年研发人员占总人数比例维持在43%上下。
2、精测电子：前道量/检测设备订单爆发性增长
公司深耕检测行业17年，已成为国内平板显示检测龙头，2018年以来公司积极局部平板显示/半导体/新能源三大业务。半导体设备成功供货中芯国际、长江存储等国内龙头客户。公司全面布局半导体前后道量检测环节，膜厚、OCD测量、电子束、明场检测等设备已进市场，2022年公司半导体设备业务实现收入1.83亿元，同比增长34.12%。截至2023年4月24日，半导体业务在手订单8.91亿元，前道设备业务爆发。公司半导体业务经过前期积累，在研发能力、产品力、客户等方面已占先机，将成为国产化主力。
公司子公司上海精测前道检测产品覆盖度进一步提升，半导体硅片应力测量设备也取得客户订单并完成交付，明场光学缺陷检测设备已取得突破性订单，且已完成首台套交付；其余储备的产品目前正处于研发、认证以及拓展的过程中。
2022年下半年面板价格触底，23年价格持续修复，部分型号修复至现金成本线之上，稼动率环比亦有提升。公司受益于OLED、Mini、MicroLED等新技术路线以及由Module、Cell拓展至前段Array，面板业务仍有望实现平稳增长，24年苹果新机MR有望带来新的面板检测需求。新能源方面，精测公司聚焦中后道工序，其中化成分容已批量出货，切叠一体机已获认证通过，同时布局锂电池视觉检测系统、电芯装配线和激光模切机等新品，与中创新航签署战略合作伙伴协议，受益于其持续扩产。公司2022年公司新能源设备实现收入3.4亿元，截至2023年4月23日在手订单新能源订单4.8亿元。
3、赛腾股份：收购Optima进军半导体晶圆缺陷检测领域
赛腾股份是国内消费电子设备龙头企业，通过外延并购将主营业务拓展至半导体、新能源汽车等行业。2022年公司实现营收29.34亿元，同比+26.55%。实现净利润2.93亿元，同比增长63.5%。半导体设备：赛腾股份2018年通过收购无锡昌鼎，进入半导体封测设备领域。2019年通过收购日本Optima，进入晶圆检测设备领域。无锡昌鼎主要生产测试编带一体机、全自动组焊线机、自动打标机等半导体封装测试设备；Optima拳头产品包括RXW-1200、RXM-1200、BMW-1200(R)、AXM-1200四大类，产品覆盖边缘、背面、正面等缺陷检测，是全球领先的硅片、晶圆外观缺陷检测设备龙头公司。目前产品主要是无图形晶圆检测设备，已成功进入SUMCO、SK、SUMSUNG、协鑫、奕斯伟、中环、金瑞泓、沪硅等国内外龙头厂商，今年有望在国内晶圆厂有所突破，同时有图形晶圆检测设备正在稳步研发中。2022年半导体设备板块营收达3.75亿元、同比增长73%。
消费电子设备：受益北美大客户2023年新机搭载潜望式摄像头及MR新产品，2023年有望快速增长。公司将持续受益于北美大客户三大边际变化：2023年新机搭载潜望式摄像头带来设备增量需求，MR新品即将发布带来的设备增量需求，以及产能向东南亚迁移带动的设备增量需求。新能源汽车设备：下游新能源车高景气度且公司充分绑定龙头客户。2018年公司收购菱欧科技（现更名为赛腾菱欧），切入汽车零部件智能装备行业。主要客户为日本电产、村田新能源、松下能源等。
4、睿励仪器：中微公司持股30%，国内最早的量测设备公司
睿励科学仪器（上海）有限公司成立于2005年（中微公司持股29.36%，是上海睿励的第一大股东），目前公司拥有的主要产品包括光学薄膜测量设备、光学关键尺寸测量设备、缺陷检测设备。睿励科学仪器是国内少数进入国际先进制程12英寸生产线的量测设备企业之一，是国内唯一进入三星存储芯片生产线的量测设备企业。目前，睿励的膜厚测量，缺陷检测及光学关键尺寸测量设备已为国内近20家前道半导体晶圆制造客户所采用，公司光学膜厚测量设备已应用在65/55/40/28纳米芯片生产线，并正在进行14nm工艺验证；设备支持64层3DNAND芯片的生产，并正在96层3DNAND芯片产线上进行工艺验证。
5、天准科技：收购MueTec：检测量测产品宽度广，掩膜版等领域填补空白
天准科技于2021年5月以1819万欧元完成收购德国MueTec公司100%股权。MueTec的主要产品为高精度的光学测量和检测解决方案，2021年营业收入仅为0.4亿元。MueTec深耕检测量测行业三十余年，重点覆盖65nm及以上制程，具备较宽产品线并为多行业提供产品解决方案。MueTec的主要产品包括晶圆宏观缺陷检测、晶圆微缺陷检测、掩膜版检测、红外线检测等检测设备，以及关键尺寸量测、套刻精度量测、薄膜膜厚量测、掩膜版量测、红外线量测等量测设备，其中掩膜版、套刻精度等产品在国内供应中均具备稀缺性。MueTec主要服务于晶圆制造、先进封装、光掩模版、MEMS传感器、电子元件、OLED、LED等多个先进制造领域，主要客户包括英飞凌、恩智浦、台积电等。