半导体光学检测龙头，国产替代前景广阔

半导体生产量检测重要性强，难度大技术壁垒高：测量（Metrology）与缺陷检测（Inspection）两大类设备，运用在半导体生产的几乎各个工艺环节中。集成电路不断向尺寸微缩化、结构3D化发展，生产过程中良率压力增大，量检测设备重要性凸显。相比其他半导体设备，量检测设备采用大量复杂光学原理，技术门槛更高，单机价值量与技术附加值更大。 量检测市场规模大自主率低，国产替代方兴未艾：量检测设备占比半导体设备整体比例约为13%。2022全球市场规模超800亿人民币，中国国内市场规模2021年约为176亿人民币。相比于KLA等国际先行者，国内企业起步较晚，2020量检测设备整体国产化率不及2%，具备很大的成长空间。 中科飞测自研核心技术，多维度创新突破：中科飞测通过多年自主研发，在量检测领域实现多项突破，掌握了光学检测技术、大数据检测算法和自动化控制软件等9项核心技术。通过持续积累与改进，公司的部分设备在灵敏度、重复性精度、吞吐量等关键的性能指标上已比肩海外竞争者。2022年中科飞测实现营收5.09亿元，是国内半导体量检测领域规模最大的公司。 客户群优质产品线丰富，为公司发展提供持续动力：公司已成功研发出无图形、有图形检测、三维形貌、膜厚测量等多种设备产品，开拓了中芯国际、长江存储、长电科技、华天科技等重要客户。此外，公司多款新型设备正在密集研发中，未来有望贡献更大收益。海外风险加速国产量检测设备导入进程，中科飞测有望率先受益。 投资建议：基于中科飞测各类设备的研发与量产进度，我们预计公司2023-2025年实现营业收入6.98/9.81/13.85亿元，归母净利润0.27/0.64/0.93亿元。 风险提示：行业景气度下行，客户需求放缓；研发进度不及预期；行业竞争加剧。 1公司简介：多年深耕工业检测和量测领域 1.1主营业务基本情况 晶圆厂质量控制使用的量检测设备，是集成电路产线的核心设备之一，也是保证芯片生产良品率的关键。集成电路质量控制包括前道检测、中道检测和后道测试。 相比于后道封装测试设备，前道检测与中道检测所使用的量检测设备，国产化率更低。中科飞测是国内少数实现规模化生产的量检测设备生产商。 图1.公司主营产品结构图 公司的产品主要用于前道晶圆制造和先进封装，分为检测设备和量测设备两大类。 检测设备包括无图形晶圆缺陷检测设备、有图形晶圆缺陷检测设备；量测设备包括三维形貌量测设备、薄膜膜厚量测设备、套刻测量设备等。 1.2发展历史：专注于前道量检测集成电路专用设备 2014年12月岭南晟业、中科院微电子所、苏州翌流明共同出资设立中科飞测有限公司，后于2020年变更为股份公司。中科飞测是国内领先的高端半导体质量控制设备公司，自成立以来始终专注于检测和量测两大类集成电路专用设备的研发、生产和销售，目前设备产品已应用于国内 28nm 及以上制程的集成电路产线中。 公司依托在光学检测技术、大数据检测算法和自动化控制软件等领域的深耕积累和自主创新，向集成电路前道晶圆制造、先进封装等企业以及相关设备、材料厂商提供关键质量控制设备。公司产品已广泛应用于中芯国际、长江存储、士兰集科、长电科技、华天科技、通富微电等企业的国内主流产线。 图2.公司发展历史 1.3股权结构：陈鲁、哈承姝夫妇为公司实际控制人 苏州翌流明持有公司15.75%的股份，CHENLU（陈鲁）、哈承姝夫妇合计持有苏州翌流明100%股份；小纳光持有公司7.86%股份，苏州翌流明为小纳光执行事务合伙人，CHENLU（陈鲁）、哈承姝夫妇通过苏州翌流明对小纳光享有控制权；同时，哈承姝直接持有公司6.93%股份。因此，CHEN LU（陈鲁）、哈承姝夫妇合计控制公司30.54%股份，为公司实际控制人。 图3.公司股权结构（截至招股意向书签署日2023年5月16日） 1.4公司营业收入快速增长，盈利水平受研发费用影响波动较大 公司2020至2022年度的营业收入分别为2.38、3.61、5.09亿元，同比增长324.39%、51.76%、41.24%。随着产品出货量的快速增加，公司的营收规模快速增长。 公司2020至2022年度的归母净利润分别为0.40、0.53、0.12亿元，同比增长140.61%、34.96%、-78.02%。2022年公司归母净利润有所下降，主要原因系公司研发投入规模急剧扩大，抵消了公司收入增长带来的额外利润。 图4.中科飞测营业收入情况（亿元） 图5.中科飞测归母净利润情况（亿元） 1.5公司主营业务毛利率呈现上升态势 2019年-2022年，随着公司业务规模的快速增长，量检测设备国产化稳步推进，公司主营业务毛利率分别为33.84%、41.10%、48.94%、48.70%。主营业务毛利率总体呈上升趋势。 公司营业收入主要来源于检测设备产品，2019-2022年销售收入分别为0.33亿元，1.56亿元，2.65亿元，3.84亿元。检测设备销售收入快速增长，主要系自2017年SPRUCE-600型无图形晶圆缺陷检测设备研发成功，并经下游知名客户验证通过后，该设备迅速获得市场广泛认可，出货量快速增加。 图6.中科飞测分业务营收情况（百万元） 图7.中科飞测分业务毛利率情况 1.6公司重视研发投入，研发人员创新能力突出 公司持续加大研发投入，2019年-2022年，研发投入分别为5598.80万元、4617.16万元、9503.90万元、20575.18万元，占营业收入比例分别为100.01%、19.43%、26.36%和40.40%。研发费用比例呈快速增加态势。 图8.中科飞测销售、管理、财务费用情况 图9.中科飞测研发费用情况（亿元）与占营收比例 公司不断加强科研创新，构建了适应企业发展的技术创新体系。截至2022年12月31日，公司拥有研发人员324人，占公司总员工人数的43.03%。充裕的研发费用，有力保障了公司的技术创新能力，有助于设备产品的开发和顺利推广。 2量检测设备市场受制于美企，国产设备亟待发力 2.1量检测贯穿全过程，种类多市场规模持续扩大 量检测设备市场是除光刻、薄膜沉积、刻蚀大类外，最大的半导体设备细分类市场之一。量检测设备是保证芯片生产良品率的关键。随着集成电路工艺制程升级，工艺步骤数量不断增加，工艺中产生的致命缺陷数量也会增加。因此每道工序的良率都要保持在极高水平，才能保证最终成品芯片的良品率。量检测设备是晶圆厂提升并保持集成电路生产良率的关键。 图10.量检测设备存在多个细分类 在前道晶圆制造中，集成电路量检测设备主要使用光学和电子束等非接触式手段，针对光刻、刻蚀、薄膜沉积、清洗、CMP等环节。中道检测面向先进封装，主要使用光学等非接触式手段，针对重布线结构、凸点与硅通孔等环节。后道测试主要使用接触式的电性手段，对芯片进行功能和参数测试，包括晶圆测试和成品测试两个环节。 图11.量检测示意图（有图形检测） 图12.量测设备剖面图 在量检测设备市场中，电子束设备约占19%，X射线设备占比约2%。X射线设备用于特定金属成分和超薄膜测量等特定场景；电子束设备精度较高，但检测速度慢，中科飞测暂未涉足上述领域。绝大数量检测仍采用光学原理进行。 光学量检测设备中：有图形检测设备占比约31%；无图形检测设备占比约10%，掩膜版量检测设备占比约13%，光学关键尺寸量测占比约10%，套刻误差量测占比约7%，薄膜测量占比3%。中科飞测在光学量检测领域覆盖较为广泛。 图13.各类量测设备份额占比 量检测设备市场呈现出高度垄断的格局，行业前5名分别为科磊（KLA）、应用材料（AMAT）、日立(Hitachi)、泰雷光电（Lasertec）创新科技(Onto,原Nanometrics和Rudolph)。市场占比分别为50.8%，11.5%，8.9%，5.6%，5.6%，行业TOP3占据超70%的市场份额。美国科磊公司牢牢占据行业龙头地位，市场整体被美日系企业把控。 图14.2020年量测设备各公司市场占比 随着集成电路工艺制程的进步，量检测设备的市场规模逐年上升，2021年全球市场规模达到104.1亿美元，相比于2020年的76.5亿美元增长36.5%。据中微公司估计，2022年全球市场规模超800亿人民币。 图15.全球量检测设备市场规模（亿美元） 图16.中国量检测设备市场规模（亿美元） 中国大陆晶圆厂扩产，推动国内量检测设备需求不断上升；2020年市场规模已达21亿美元，占全球量测设备市场总额的27.4%；随着中国大陆晶圆厂建设规模持续扩大，其量检测设备市场需求有望快速增长，中科飞测发展面临重要机遇。 2.2量检测设备存在较高技术壁垒 量检测设备具有极高的技术壁垒；特别是中科飞测所布局的光学领域，明场纳米有图形光学检测设备难度比肩于光刻机。国内企业起步晚，技术积累薄弱，与科磊公司（KLA）等海外龙头相比差距较大。 图17.制程升级与3D结构提升量检测难度 量检测设备的灵敏度、精确性、产能与反应速度等性能指标，随着制程进步不断提升。同样大小的缺陷在成熟制程中是非致命的，在先进制程中却有可能是导致电路失效的致命性缺陷，这对量检测设备的灵敏度提出了更高的要求。一些特殊的集成电路结构，如超薄膜(厚度小于10埃)、极高深宽比、非破坏性的图形等结构的测量，也对量检测设备的3D成像能力、多次测量一致性等指标提出了特殊的要求。 图18.KLA公司光学系统（PUMA设备） 图19.KLA公司VUV光源系统 集成电路构造不断缩小，量检测设备的分辨率精度要求也不断提升。光学量检测设备和光刻机类似，采用短波长光源能提升设备的检测精度上限。目前先进的量检测设备已使用DUV（深紫外）波段光源，能够检测小于14纳米的缺陷，并实现0.003纳米的膜厚测量；展望未来，量检测设备可能使用波长更短的VUV、EUV光源以进一步提升精度；光源光谱范围的拓宽和光学系统数值孔径的提升，也是重要发展方向。 图20.量检测设备软件系统运行流程 数据处理与算法是量检测设备的另一项核心技术。在不间断运行的集成电路产线上，量检测设备需要为各类设备的参数微调提供依据，并预警设备异常，保证每道工艺的结果均落在允许的工艺窗口内。因此，量检测设备具备智能图像识别能力，从而快速准确锁定待测量区域，自动处理数据并实时上传至终端系统。 量检测算法包括理论谱线建库与计算、光谱库匹配分析、3D图形建模、纳米图形对比分析等。算法专业性强、难度大，需要较长时间的工艺经验积累。量检测设备企业均在自家产品上研发算法和软件，算法不对外单独出售。随着量检测所需分析与产生的数据量持续增长，对数据处理与算法的性能要求会持续提升。 表1.量检测设备的核心技术 、 2.3美企科磊（KLA）把控量检测设备市场 美国企业科磊公司（KLA）是全球最大的量检测设备生产商。2022年实现营业收入92.12亿美元，同比增长33.14%；其中服务收入19.10亿美元，占比20.74%; 设备收入73.01亿美元,占比79.26%。公司2022年的研发支出达11.05亿美元。 图21.科磊公司营收金额与增速（亿美元） 图22.科磊公司利润金额（亿美元）与增速 科磊公司产品种类丰富，覆盖几乎全部量检测设备细分类。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、刻套误差测量等领域，科磊具有较强的技术优势，市场占比很高。 图23.科磊公司的量检测产品种类全面 2022财年，科磊公司有26.6亿美元的收入来自中国大陆，占比28.88%；来自中国台湾的收入为25.28亿美元；占比27.45%。科磊公司来自中国大陆的收入不断升高，体现出国内集成电路产业对其存在较大依赖。 图24.科磊公司各地区收入金额（亿美元） 3中科飞测：国产半导体量检测设备先行者 3.1国内光学量检测设备领军标兵 2022年中国大陆光学类半导体量检测设备的进口额为33.14亿美元（220.56亿元）。 同期，中国大陆电子显微镜