一、半導體檢測和量測設備概述
1、產業概述
檢測指在晶圓表面上或電路結構中，檢測其是否出現異質情況，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構缺陷；量測指對被觀測的晶圓電路上的結構尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、關鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數的量測。
檢測和量測應用示意圖，資料來源：中科飛測招股書，華經產業研究院整理
2、分類狀況
從技術原理上看，檢測和量測包括光學檢測技術、電子束檢測技術和X光量測技術等。目前，在所有半導體檢測和量測設備中，應用光學檢測技術的設備占多數。光學檢測技術基于光學原理，通過對光信號進行計算分析以獲得檢測結果。在生產過程中，晶圓表面雜質顆粒、圖案缺陷等問題的檢測和晶圓薄膜厚度、關鍵尺寸、套刻精度、表面形貌的測量均需用到光學檢測技術。
檢測和量測技術分類狀況，資料來源：公開資料整理
二、檢測和量測技術背景
1、檢測
在檢測環節，光學檢測技術可進一步分為無圖形晶圓激光掃描檢測技術、圖形晶圓成像檢測技術和光刻掩膜板成像檢測技術。
檢測環節光學檢測技術分類情況，資料來源：公開資料整理
2、量測
在量測環節，光學檢測技術基于光的波動性和相干性實現測量遠小于波長的光學尺度，集成電路制造和先進封裝環節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、關鍵尺寸量測等。
量測環節光學檢測技術分類狀況，資料來源：公開資料整理
三、全球檢測和量測設備現狀
1、市場規模
全球半導體檢測和量測設備市場規模來看，隨著半導體下游消費電子和PC等需求2020-2021年市場回暖尤其是2021年明顯增長，量檢測設備全球市場空間持續擴張。根據數據，全球市場2020年半導體檢測與量測設備市場規模為76.5億美元，2016-2020年CAGR12.6%，2021年整體半導體產業大增，估計檢測和量測設備規模提升明顯。
2016-2020年全球半導體檢測和量測設備市場規模及增長率，資料來源：中科飛測招股書，華經產業研究院整理
2、細分市場
量測設備細分品類較多。根據數據，2020年半導體檢測和量測設備市場各類設備占比中，檢測設備包括無圖形晶圓缺陷檢測設備、圖形晶圓缺陷檢測設備（可細分為微米級和納米級）、掩膜檢測設備等；量測設備包括三維形貌量測設備、薄膜膜厚量測設備（晶圓介質薄膜量測設備）、套刻精度量測設備、關鍵尺寸量測設備、掩膜量測設備等。
2020年全球半導體檢測和量測設備細分設備規模及占比，資料來源：中科飛測招股書，華經產業研究院整理
3、技術結構
量檢測設備分為光學和電子束技術路線，其中光學占主流。2020年全球半導體檢測和量測設備市場中，光學、電子束占比分別為75.2%、18.7%。由于下游廠商對量產高速的需求，光學檢測技術設備仍然占據了主要的市場份額。
2020年全球半導體檢測和量測設備技術結構占比，資料來源：中科飛測招股書，華經產業研究院整理
四、中國檢測和量測設備現狀
就國內檢測和量測設備現狀而言，目前國內整體半導體檢測和量測設備市場規模占比全球市場25%左右且保持持續提升趨勢，數據顯示，2021年我國檢測和量測設備規模為29億美元，同比2020年增長61.1%，增速遠高于全球規模，占比全球份額持續提升，但目前國內市場仍主要被國際企業占據主要市場，技術和企業之間適配性待提升。
2016-2021年中國檢測與量測設備市場規模及增長率，資料來源：公開資料整理
五、檢測和量測設備競爭格局
1、競爭格局
全球半導體檢測和量測設備市場呈現國外設備巨頭壟斷格局。根據數據，全球市場中，2020年科磊半導體市占率超過50%，應用材料、日立、雷泰光電、創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%。
本土企業市場份額較低，其中中科飛測產品主要包括無圖形晶圓缺陷檢測設備系列、圖形晶圓缺陷檢測設備系列、三維形貌測量設備系列和薄膜膜厚量測設備系列等產品，已應用于國內28nm及以上制程的集成電路制造產線。上海睿勵致力于集成電路生產前道工藝檢測領域設備研發和生產，產品主要為光學膜厚測量設備和光學缺陷檢測設備，以及硅片厚度及翹曲測量設備等。上海精測半導體前道檢測設備領域，以橢圓偏振技術為核心開發了適用于半導體工業應用的膜厚測量以及光學關鍵尺寸量測系統的產品，目前中科飛測、精測電子、上海睿勵2021年在國內檢測量測設備市場份額僅1.9%、0.7%、0.2%。
2020年全球半導體檢測和量測設備市場格局，資料來源：中科飛測招股書，華經產業研究院整理
2、主要企業
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體，總部位于美國硅谷。該公司聚焦于檢測設備的研發、生產和銷售，其產品線涵蓋了質量控制全系列設備。根據科磊半導體2022年年報披露顯示，其檢測和量測設備實現營業收入79.25億美元，占比企業整體營收86%左右。
2019-2022財年科雷半導體半導體過程控制營收，資料來源：企業公報，華經產業研究院整理
康特科技成立于1987牛，總部位寸以色列米格達勒埃姆克。該公司是半導體行業高端檢測和量測設備的制造商，其產品應用于前道、先進封裝等領域，為眾多行業內領先的全球IDM、OSAT和代工廠提供服務。根據康特科技2021年年報披露顯示，其全年實現營業收入2.70億美元，其中檢測和量測設備營收2.59億美元，占比96.2%。
2017-2021年康特科技檢測和量測設備營收變動，資料來源：企業公報，華經產業研究院整理
阿斯麥（荷蘭）量測業務優勢領域在套刻誤差測量、電子束檢測，應用材料（美國）優勢領域也在電子束檢測，新星測量儀器（以色列）優勢領域在膜厚檢測設備，日立（日本）則主要是CD-SEM（關鍵尺寸量測-電子束）處于行業領先地位，雷泰光電（日本）則聚焦EUV掩模版檢測，創新科技（美國）優勢在于關鍵尺寸測量和缺陷檢測。
六、發展趨勢
1、技術趨勢
隨著集成電路器件物理尺度的縮小同時逐漸向三維結構發展，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在持續滲透。
為滿足檢測和量測技術向高速度、高靈敏度、高準確度、高重復性、高性價比的發展趨勢和要求，行業內進行了許多技術改進，例如增強照明的光強、光譜范圍延展至DUV波段、提高光學系統的數值孔徑、增加照明和采集的光學模式、擴大光學算法和光學仿真在檢測和量測領域的應用等，未來隨著集成電路制造技術的不斷提升，相應的檢測和量測技術水平也將持續提高。
2、國產化趨勢
整體半導體設備領域存在較高的技術、資金及產業協同等壁壘。與國外企業相比，本土企業進入該領域時間較晚，整體實力和規模與國外競爭對手存在較大差距。然而，經過多年來的不懈追趕，本土企業技術水平迅速提高，檢測和量測設備從無到有，中科飛測等國產企業帶動量檢測設備國產化持續突破，目前在28nm已實現突破并向2Xnm以下節點推進。
