半导体检测设备行业专题报告：晶圆制造环节检测设备尚需技术积淀，封测环节检测设备国产化加速

半导体检测设备行业专题报告：晶圆制造环节检测设备尚需技术积淀，封测环节检测设备国产化加速首席证券分析师：周尔双执业证书编号：S0600515110002联系方式：zhouersh@dwzq.com.cn139155211002021年8月6日证券研究报告·行业研究·专用设备1 晶圆制造环节检测设备龙头KLA，封测环节检测设备龙头爱德万和泰瑞达，三者均稳居2017-2020年全球前十大半导体设备商，排名分别稳定在第5、第6和第8名。全球半导体设备市场格局稳定，CR10在2018-2020年均超过76%。从具体位次看，第1-8名公司排名三年未变化（仅2020年泛林半导体和东京电子位次交换，但两者收入规模相差不大），第9和第10名公司在2019-2020年也相对稳定下来。不同于其他龙头设备商，检测龙头业务更专一。设备龙头应用材料、Lam、东京电子等公司业务多涵盖半导体制程的多个环节，KLA、爱德万和泰瑞达则聚焦检测设备，对其他环节业务涉及较少，在主营环节具备绝对支配地位。总述：检测设备龙头稳居全球十大半导体设备商，业务专一地位稳固图表: 2018-2020全球半导体设备销售额前十资料来源：VLSI Research，东吴证券研究所图：半导体设备龙头主营业务分布，检测设备商业务相对专一2投资建议：考虑到半导体检测设备行业高度景气和国产替代趋势，重点推荐国内半导体模拟类测试设备龙头，拓展SoC及大功率器件领域打开成长空间的【华峰测控】；推荐【华兴源创】。风险提示：SoC测试机和大功率器件测试系统研发不及预期、半导体行业景气度下滑风险、产品价格下降及毛利率下滑的风险。 oPxPyRoNoRtQnMnPoOxPnR6McM6MmOmMtRrQeRmMyQfQoOoQbRqQzQvPpPmMuOsRrO目录3封 测 环 节 ： 泰 瑞 达 、 爱 德 万 检 测 设 备 双 龙 头 ，模/混和S o C领 域 实 现 国 产 突 破2风 险 提 示5晶 圆 制 造 环 节 ： 晶 圆 制 造 环 节 检 测 设 备 繁 多 ，KLA份 额 一 家 独 大1检 测 设 备 核 心 标 的 ： 主 要 聚 集 在 封 测 环 节 ，大 规 模 国 产 化 仍 需 时 间 沉 淀3投 资 建 议4 晶圆制造环节检测偏物理性，封测环节检测偏电性能半导体检测设备主要用于半导体制造过程中检测芯片性能与缺陷，贯穿于半导体生产过程中，可分为晶圆制造环节的检测设备和封测环节的检测设备。晶圆制造环节的检测：偏向于外观检测，是一种物理性、功能性的测试。封测环节的检测：按照封装前后分为晶圆检测（CP）和成品检测（FT），主要系电性能的检测。数据来源：基业长青，东吴证券研究所4 2020全球半导体设备销售额712亿美元，同比+19.2%，中国半导体设备销售额187.2亿美元，同比+39.2%。中国半导体设备销售额占比从2017年14.5%提升至2020年26.3%，首次成为半导体设备的最大市场。SEMI预测2021/2022年全球半导体设备销售额为953/1013亿美元，假设中国市场占比稳定在26%，我们预计中国半导体设备销售额为248/263亿美元，合1604亿元/1701亿元，分别同比+32%/+6%（人民币兑美元汇率取6.468，下同）。2020年，晶圆制造环节占半导体设备销售额86.12%。半导体设备主要包含晶圆制造设备、（封测环节）检测设备和封装设备三类，SEMI报告披露2020年三者分别占比86.1%、8.5%和5.4%。晶圆制造主要包含八大环节，晶圆制造环节检测设备价值量占比约为13%。2020年，晶圆制造环节设备销售额约为613亿美元，因此我们预计2020年全球晶圆制造环节检测设备市场规模为79.69亿美元。2020年全球晶圆制造环节检测设备市场规模约80亿美元64.682.3131.1134.5187.259.615.7%14.5%20.3%22.5%26.3%25.3%0%5%10%15%20%25%30%0100200300400500600700800201620172018201920202021Q1全球半导体设备销售额（亿美元）中国半导体设备销售额（亿美元）中国销售额占比（右）图表:2020全球半导体设备销售额712亿美元资料来源：SEMI，东吴证券研究所整理图：2020全球半导体设备销售额测算（单位：亿美元）5 设备生产设备环节简介价值量占比（2018年）2020规模测算（亿美元）市场供应商晶圆制造环节检测设备（过程工艺控制）量测设备40%膜厚测量准确确定经过多次薄膜沉积后晶圆薄膜的厚度及性质。可分为透明薄膜和不透明薄膜。11.4%9KLA（市占率45%）、上海精测关键尺寸扫描电子显微镜对栅极线条宽度（线宽）进行实时测量，对最终性能、良率和可靠性十分关键。10.5%8日立高新技术、应用材料光学关键尺寸测量设备综合扫描电子显微镜、光学薄膜测量仪等多设备功能，可同时测量关键线宽和形貌结构参数，用于光刻、刻蚀和CMP工艺后。9.5%8KLA（50%）、Nano、上海睿励、上海精测套刻误差测量通过数字化两层套刻目标图形的图像，用算法获取套刻误差，对芯片工艺提升十分重要。8.6%7KLA（市占率65%）、ASML缺陷检测设备50%有图形晶圆检测设备采取明场和暗场照明，光线反射/散射到光传感器上形成图像，通过对比检测缺陷并记录位置。29.6%24KLA（市占率72%）、日立高新技术无图形晶圆检测设备用激光照射晶圆表面，多通道采集散射光并抑制表面背景噪声，通过算法提取和比较多通道的表面缺陷信号。4.6%4KLA（市占率78%）、日立高新技术电子束检测设备传统检测以光学为主（有/无图形晶圆检测均采用光学），电子束在先进工艺使用较多，其灵敏度高但是检测速度较慢。通过对电子束扫描元件所得二次电子成像的解析，寻找晶圆的异常。10.2%8——宏观缺陷检测设备光学：全晶圆片表面成像，速度较快。局部晶圆片表面成像，空间分辨率更高，通过对不同芯片同一位置比对等方法获取缺陷信息。电子束：利用扫描电子显微镜，聚焦电子束扫描晶圆表面，接受反射回的电子后转换为灰度图像，直接检测晶圆表面的刻蚀图形。5.6%4光学：KLA、Nano、上海睿励、中科飞测电子束：KLA（市占率85%）、应用材料控制软件及其他10%————10.0%8——晶圆制造环节检测设备（过程工艺控制）主要包括量测类设备和缺陷检测类设备，价值量占比分别为40%和50%，控制软件等其他设备占剩余10%。晶圆制造环节检测设备分为量测和缺陷检测，国产化率极低资料来源：KLA官网，《半导体制造技术》，东吴证券研究所整理6 根据Gartner数据，2020年KLA占晶圆制造环节检测设备市场58%的销售额份额，应用材料、日立高新则分别占比12%、5%，三家合计占比75%，市场集中度较高且被海外公司垄断，国内主要公司有上海睿励、精测电子、赛腾等，市场份额不足1%。2018年，KLA在前道检测多数环节销售额市占率超40%。分产品看，膜厚检测设备主要供应商为KLA、Nova，OCD测量设备主要供应商为KLA、Nano，套刻误差测量设备主要供应商为KLA、ASML，形貌测量、掩模板检测、有/无图形缺陷检测等环节60%以上市场被KLA占据。国产设备商主要切入点为膜厚、OCD等环节。晶圆制造环节检测设备KLA一家独大，2020年市占率达58%85%78%72%66%65%50%45%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%公司名称业务领域上海精测膜厚量测设备（EFILM系列）OCD测量设备（EPRPOFILE系列）电子束检测设备（ULTRACView）中科飞测形貌及膜厚量测设备（SKYVERSE-900）表面缺陷检测设备（SPRUCE系统）亚微米量级有图形晶圆检测（智能视觉检测系统BIRCH）上海睿励膜厚量测设备（TFX3000P、TFX3200）OCD测量设备（TFX3000）宏观缺陷检测设备（FSD系列）赛腾股份2019年收购日本Optima株式会社，半导体业务占比仍较小图：2020年全球市场销售额CR3达75%，KLA一家独大图表：国产设备商主要布局膜厚、OCD等环节图表：2018年KLA各环节市占率均具显著优势资料来源：各公司官网，智研咨询，The Information Network，东吴证券研究所整理7KLA58%AMAT12%Hitachi5%ASML6%Onto3%Nova Measuring3%其他13% 8KLA：晶圆制造环节的检测设备龙头资料来源：公司官网，东吴证券研究所整理KLA于1977 年在美国加利福尼亚州成立，由KLA 公司和TencorInstruments 公司合并而成。目前为全球第5 大半导体设备公司，是从事半导体及相关纳米电子产业设计、制造制程控制和良率管理解决方案的领导者。产品应用范围主要包括晶片制造、晶圆制造、光掩模制造、化合物半导体制造、互补式金属氧化物半导体(CMOS)和图像感应器制造、太阳能制造、LED 制造、资料存储媒体/读写头制造、微电子器械系统制造及通用/实验室应用等。图：KLA主要产品、应用领域及工艺展示 9KLA：27次收购快速获得大量技术，产品结构不断拓展资料来源：公司官网，东吴证券研究所整理KLA-TencorKLA Instruments1997年KLA Instruments Corporation和TencorInstruments合并而成2019年收购Orbotech切入PCB检测、面板检测和特殊半导体检测，与过程控制形成四大业务板块1998年•Amray：扫描电子显微镜缺陷检测系统•Nanopro：晶圆量测-先进干涉技术•Quantox：缺陷检测-氧化物监测产品•Ultrapointe：缺陷检测-激光检测站1999年•ACME Systems：产量分析软件2000年•Fab Solutions：先进过程控制软件•FINLE：光刻模型和分析软件2001年•Phase Metrics：存储检测与量测2004年•Candela：表面检测系统•Inspex：晶圆检测系统业务2006年•ADE：硅晶圆检测设备2007年•OnWafer：等离子刻蚀产品•SensArray:即时温度量测技术•Therma-Wave:计量设备服务2018年•Nanomechanics:纳米缩进检测•Microvision:纳米硬度计2010年•Ambios：硅晶圆检测设备2014年•Luminescent:发光器2017年•Zeta:非接触轮廓仪2008年•ICOS：封装和互连检测解决方案•Vistec：微电子检测设备2019年•Filmetrics：薄膜厚度量测•Capres：微型和纳米探头•Qoniac：光刻和图案化过程控制方案•Orbotech：良率控制方案1977年KLA Instruments成立 10KLA：龙头高盈利，连续多年毛利率超60%-50%-30%-10%10%30%50%70%90%110%130%150%0102030405060198719901993199619992002200520082011201420172020营业收入(亿美元）yoy图：2020年实现营收58.06亿美元，同比+27.09%2016-2020年营收CAGR达18.1%：受下游半导体行业需求影响，公司营业收入和净利润波动较大。2016年以来公司营收维持高增速，2020年营收58.06亿美元，同比+27.09%，2016-2020年CAGR达18.1%；2020年净利润12.17亿美元，同比+3.5%。公司高毛利率稳步上升：20世纪80年代以来，公司毛利率稳步上升，自2016年一直稳定在60%以上，2020年达60.75%；净利率自2012年以来均维持在20%左右，2020年为20.95%。-40%-20%0%20%40%60%80%198719901993199619992002200520082011201420