一、半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備概述

1、產(chǎn)業(yè)概述

檢測指在晶圓表面上或電路結(jié)構(gòu)中，檢測其是否出現(xiàn)異質(zhì)情況，如顆粒污染、表面劃傷、開短路等對芯片工藝性能具有不良影響的特征性結(jié)構(gòu)缺陷；量測指對被觀測的晶圓電路上的結(jié)構(gòu)尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數(shù)的量測。

檢測和量測應(yīng)用示意圖，資料來源：中科飛測招股書，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

2、分類狀況

從技術(shù)原理上看，檢測和量測包括光學(xué)檢測技術(shù)、電子束檢測技術(shù)和X光量測技術(shù)等。目前，在所有半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備中，應(yīng)用光學(xué)檢測技術(shù)的設(shè)備占多數(shù)。光學(xué)檢測技術(shù)基于光學(xué)原理，通過對光信號進行計算分析以獲得檢測結(jié)果。在生產(chǎn)過程中，晶圓表面雜質(zhì)顆粒、圖案缺陷等問題的檢測和晶圓薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、套刻精度、表面形貌的測量均需用到光學(xué)檢測技術(shù)。

檢測和量測技術(shù)分類狀況，資料來源：公開資料整理

二、檢測和量測技術(shù)背景

1、檢測

在檢測環(huán)節(jié)，光學(xué)檢測技術(shù)可進一步分為無圖形晶圓激光掃描檢測技術(shù)、圖形晶圓成像檢測技術(shù)和光刻掩膜板成像檢測技術(shù)。

檢測環(huán)節(jié)光學(xué)檢測技術(shù)分類情況，資料來源：公開資料整理

2、量測

在量測環(huán)節(jié)，光學(xué)檢測技術(shù)基于光的波動性和相干性實現(xiàn)測量遠小于波長的光學(xué)尺度，集成電路制造和先進封裝環(huán)節(jié)中的量測主要包括三維形貌量測、薄膜膜厚量測、套刻精度量測、關(guān)鍵尺寸量測等。

量測環(huán)節(jié)光學(xué)檢測技術(shù)分類狀況，資料來源：公開資料整理

三、全球檢測和量測設(shè)備現(xiàn)狀

1、市場規(guī)模

全球半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備市場規(guī)模來看，隨著半導(dǎo)體下游消費電子和PC等需求2020-2021年市場回暖尤其是2021年明顯增長，量檢測設(shè)備全球市場空間持續(xù)擴張。根據(jù)數(shù)據(jù)，全球市場2020年半導(dǎo)體檢測與量測設(shè)備市場規(guī)模為76.5億美元，2016-2020年CAGR12.6%，2021年整體半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大增，估計檢測和量測設(shè)備規(guī)模提升明顯。

2016-2020年全球半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備市場規(guī)模及增長率，資料來源：中科飛測招股書，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

2、細分市場

量測設(shè)備細分品類較多。根據(jù)數(shù)據(jù)，2020年半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備市場各類設(shè)備占比中，檢測設(shè)備包括無圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備、圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備（可細分為微米級和納米級）、掩膜檢測設(shè)備等；量測設(shè)備包括三維形貌量測設(shè)備、薄膜膜厚量測設(shè)備（晶圓介質(zhì)薄膜量測設(shè)備）、套刻精度量測設(shè)備、關(guān)鍵尺寸量測設(shè)備、掩膜量測設(shè)備等。

2020年全球半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備細分設(shè)備規(guī)模及占比，資料來源：中科飛測招股書，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

3、技術(shù)結(jié)構(gòu)

量檢測設(shè)備分為光學(xué)和電子束技術(shù)路線，其中光學(xué)占主流。2020年全球半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備市場中，光學(xué)、電子束占比分別為75.2%、18.7%。由于下游廠商對量產(chǎn)高速的需求，光學(xué)檢測技術(shù)設(shè)備仍然占據(jù)了主要的市場份額。

2020年全球半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備技術(shù)結(jié)構(gòu)占比，資料來源：中科飛測招股書，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

四、中國檢測和量測設(shè)備現(xiàn)狀

就國內(nèi)檢測和量測設(shè)備現(xiàn)狀而言，目前國內(nèi)整體半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備市場規(guī)模占比全球市場25%左右且保持持續(xù)提升趨勢，數(shù)據(jù)顯示，2021年我國檢測和量測設(shè)備規(guī)模為29億美元，同比2020年增長61.1%，增速遠高于全球規(guī)模，占比全球份額持續(xù)提升，但目前國內(nèi)市場仍主要被國際企業(yè)占據(jù)主要市場，技術(shù)和企業(yè)之間適配性待提升。

2016-2021年中國檢測與量測設(shè)備市場規(guī)模及增長率，資料來源：公開資料整理

五、檢測和量測設(shè)備競爭格局

1、競爭格局

全球半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備市場呈現(xiàn)國外設(shè)備巨頭壟斷格局。根據(jù)數(shù)據(jù)，全球市場中，2020年科磊半導(dǎo)體市占率超過50%，應(yīng)用材料、日立、雷泰光電、創(chuàng)新科技等前五大公司合計市場份額占比超過了82.4%，市場集中度較高。中國市場中，科磊半導(dǎo)體達到58.4%，呈一家獨大格局，前五大公司合計市場份額占比達到78.1%。

本土企業(yè)市場份額較低，其中中科飛測產(chǎn)品主要包括無圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備系列、圖形晶圓缺陷檢測設(shè)備系列、三維形貌測量設(shè)備系列和薄膜膜厚量測設(shè)備系列等產(chǎn)品，已應(yīng)用于國內(nèi)28nm及以上制程的集成電路制造產(chǎn)線。上海睿勵致力于集成電路生產(chǎn)前道工藝檢測領(lǐng)域設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品主要為光學(xué)膜厚測量設(shè)備和光學(xué)缺陷檢測設(shè)備，以及硅片厚度及翹曲測量設(shè)備等。上海精測半導(dǎo)體前道檢測設(shè)備領(lǐng)域，以橢圓偏振技術(shù)為核心開發(fā)了適用于半導(dǎo)體工業(yè)應(yīng)用的膜厚測量以及光學(xué)關(guān)鍵尺寸量測系統(tǒng)的產(chǎn)品，目前中科飛測、精測電子、上海睿勵2021年在國內(nèi)檢測量測設(shè)備市場份額僅1.9%、0.7%、0.2%。

2020年全球半導(dǎo)體檢測和量測設(shè)備市場格局，資料來源：中科飛測招股書，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

2、主要企業(yè)

KLA Instruments和 Tencor Instruments相繼成立于1976年和1977年，并于1997年合并成立科磊半導(dǎo)體，總部位于美國硅谷。該公司聚焦于檢測設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，其產(chǎn)品線涵蓋了質(zhì)量控制全系列設(shè)備。根據(jù)科磊半導(dǎo)體2022年年報披露顯示，其檢測和量測設(shè)備實現(xiàn)營業(yè)收入79.25億美元，占比企業(yè)整體營收86%左右。

2019-2022財年科雷半導(dǎo)體半導(dǎo)體過程控制營收，資料來源：企業(yè)公報，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

康特科技成立于1987牛，總部位寸以色列米格達勒埃姆克。該公司是半導(dǎo)體行業(yè)高端檢測和量測設(shè)備的制造商，其產(chǎn)品應(yīng)用于前道、先進封裝等領(lǐng)域，為眾多行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的全球IDM、OSAT和代工廠提供服務(wù)。根據(jù)康特科技2021年年報披露顯示，其全年實現(xiàn)營業(yè)收入2.70億美元，其中檢測和量測設(shè)備營收2.59億美元，占比96.2%。

2017-2021年康特科技檢測和量測設(shè)備營收變動，資料來源：企業(yè)公報，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

阿斯麥（荷蘭）量測業(yè)務(wù)優(yōu)勢領(lǐng)域在套刻誤差測量、電子束檢測，應(yīng)用材料（美國）優(yōu)勢領(lǐng)域也在電子束檢測，新星測量儀器（以色列）優(yōu)勢領(lǐng)域在膜厚檢測設(shè)備，日立（日本）則主要是CD-SEM（關(guān)鍵尺寸量測-電子束）處于行業(yè)領(lǐng)先地位，雷泰光電（日本）則聚焦EUV掩模版檢測，創(chuàng)新科技（美國）優(yōu)勢在于關(guān)鍵尺寸測量和缺陷檢測。

六、發(fā)展趨勢

1、技術(shù)趨勢

隨著集成電路器件物理尺度的縮小同時逐漸向三維結(jié)構(gòu)發(fā)展，需要檢測的缺陷尺度和測量的物理尺度也在不斷縮小的同時三維空間的檢測業(yè)在持續(xù)滲透。

為滿足檢測和量測技術(shù)向高速度、高靈敏度、高準確度、高重復(fù)性、高性價比的發(fā)展趨勢和要求，行業(yè)內(nèi)進行了許多技術(shù)改進，例如增強照明的光強、光譜范圍延展至DUV波段、提高光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑、增加照明和采集的光學(xué)模式、擴大光學(xué)算法和光學(xué)仿真在檢測和量測領(lǐng)域的應(yīng)用等，未來隨著集成電路制造技術(shù)的不斷提升，相應(yīng)的檢測和量測技術(shù)水平也將持續(xù)提高。

2、國產(chǎn)化趨勢

整體半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域存在較高的技術(shù)、資金及產(chǎn)業(yè)協(xié)同等壁壘。與國外企業(yè)相比，本土企業(yè)進入該領(lǐng)域時間較晚，整體實力和規(guī)模與國外競爭對手存在較大差距。然而，經(jīng)過多年來的不懈追趕，本土企業(yè)技術(shù)水平迅速提高，檢測和量測設(shè)備從無到有，中科飛測等國產(chǎn)企業(yè)帶動量檢測設(shè)備國產(chǎn)化持續(xù)突破，目前在28nm已實現(xiàn)突破并向2Xnm以下節(jié)點推進。

審核編輯 ：李倩