测试设备与检测设备的区别(2023年量测设备行业报告：寸辖制轮，事得其要)

Posted 2023-05-31

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测试设备与检测设备的区别(2023年量测设备行业报告：寸辖制轮，事得其要)

报告出品/作者：信达证券、莫文宇

以下为报告原文节选

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量测/检测设备行业：长期高回报、空间机会足

量测/检测设备作为晶圆制造工艺全过程的控制系统，此类设备不仅确保产品出货的稳定性和可预期性，同时有助于监控生产过程中各类生产设备（如光刻、刻蚀、沉积等）的参数性能，帮助工程师及时优化调整，继而提升整条生产线的运行效率。此类设备是保证生产线迅速进入量产阶段同时确保产品良率的重要工具。鉴于国内大力发展芯片制造产业，量测/检测设备行业同步迎来了发展窗口期。

回顾KLA46年发展历程，内生外延打造全球龙头

KLA成立于1976年，总部设在美国旧金山，公司主要提供先进的过程控制装备及使用过程解决方案的相关服务，旨在实现客户的生产率目标，包括良率管理及减少浪费。KLA企业涵盖四大业务部门：半导体过程控制部门、半导体工艺部门、PCB、显示和元件检测部门以及其他部门。客户主要包含亚洲、美国和欧洲领先的半导体、半导体相关和电子设备制造商，其产品销往全球约20个国家和地区。截止2022年6月30日，公司共有约14000名员工，其中近半数从事研发及服务工作。经过20年多年的发展，目前KLA已经成为全球最具规模的量测/检测设备生产企业。

纵观KLA的发展历程，并购模式是其主要发展战略。公司在1976年成立之际便敏锐识别芯片制造的检测需求，当时芯片制造普遍良率较低，在增加薄膜层数及种类后良率进一步下降，缺陷检测工作急需展开。KLA的第一个产品是一台掩膜检测设备，该设备实现了机器检测零的突破，减少检测时长的同时提高覆盖范围，随后公司深耕晶圆检测设备开发，在稳定实现量产工艺后大举展开并购业务。在1997年公司与Tencor合并，Tencor主要从事薄膜量测设备开发工作，与KLA一样致力于成品检测领域，由于双方的业务互补优势明显，与其竞争不如利用并购实现共赢，两家业界翘楚的合并有助于进一步完善KLA-Tencor（科天）前道制程工艺的全覆盖，真正实现了1+1>2的效果。此后，公司开始了大举收购并进一步掌握丰富的先进技术。根据KLA官网并购信息梳理，KLA共计完成并购25次，这些并购全部围绕检测、量测设备、相关零部件以及提供服务的软件展开，公司通过多次并购进一步巩固其垄断地位。并购战略的实施有助于KLA的业务互补与技术升级，借此机会引入大量科研人才，为加深其研发厚度打下坚实基础。在产品端进一步得到完善后，KLA真正构建了以量测/检测设备为核心，良率服务为增值业务的完整结构。2019年，KLA察觉到半导体过程控制装备的业务发展已经接近饱和，便收购了以色列的光学检测企业Orbotech，促使KLA继续朝着泛半导体业务的多元化道路继续发展。

目前公司在工艺控制领域的相关业务主要由过程控制部门主导。KLA的设备可为各类型的芯片提供质量检测，包括logic、DRAM、3D NAND、MEMS等。设备包括膜厚量测及形貌系统（SpectraFilm系列、Aleris系列、ATL系列等）、图形晶圆缺陷检测系统（29xx宽光谱等离子、Puma激光扫描、39xx系列超分辨率宽光谱等离子、Surfscan系列等）、套刻量测系统（Archer750、ATL100等）等，几乎实现前道制程的控制全覆盖。

目前来看，全球量测/检测设备行业以美国、日本发展最为先进，包括KLA、应用材料、日立等。在各企业的激烈竞争格局下，KLA以52%的市场占比稳居第一，远超其他企业，部分细分领域（晶圆形貌检测、无图形晶圆检测、有图形晶圆检测领域）甚至可实现垄断。由此，我们可通过KLA的业绩表现一定程度看出整个量测/检测设备行业的大致属性。

对比全球半导体设备领先厂商，长期来看KLA在整体股市表现相较于ASML与AMAT呈现更加稳定增长的态势；从基本面角度出发，2010年-2022年，KLA总收入从18.21亿美元增长至92.11亿美元，CAGR为14.47%；净利润从2.12亿美元增长至33.22亿美元，CAGR为25.76%；2010年-2021年，ASML收入从59.94亿美元增长至210.75亿美元，CAGR为12.11%；净利润从13.59亿美元增长至66.62亿美元，CAGR为15.55%；2010年-2022年，AMAT收入从95.49亿美元长至257.85亿美元，CAGR为8.63%；净利润从9.38亿美元增长至65.25亿美元，CAGR为17.54%。其中具体到各部门而言，过程控制业务对KLA总收入的贡献自2019年以来持续位列四大部门之首，收入占比稳定在公司总收入80%以上。

无论是市场反应还是财务数据，KLA对比同类半导体厂商都具有更明显的成长优势及高回报趋势。这一方面反映出近年来市场对于过程工艺控制设备及其相关服务的重视程度不断提升，同时也体现出量测/检测设备本身的优势所在。

从毛利率角度来看，KLA的毛利率一直大幅高于ASML、AMAT等企业，其净利率也在近几年与主营光刻机业务的ASML持平。可见目前晶圆制造商对于量测/检测设备的需求旺盛，同时推断此类设备的综合盈利能力较高。

KLA在全球设立了许多分公司及分支机构从事销售、营销及相关服务业务，公司不仅利用设备分析晶圆制造过程中的缺陷及计量问题，同时可为客户提供信息及服务，帮助客户更好解读数据并分析生产线及制造工艺中的问题，这种良率管理的服务有助于进一步帮助企业形成规模优势，进一步构建更高的生态壁垒，此类提供产品加服务的商业模式更是坡长雪厚的优势赛道，有助于与客户建立深入的长期关系。这也为其他半导体设备厂商提供可借鉴思路，各企业不仅要在核心竞争产品的技术质量上进一步有所提升，同时需配备灵活的定制化服务，进一步稳定客户群体，提升粘性。

量测/检测设备行业空间广阔，行业发展潜力足

根据2021年ASMI对半导体设备细分市场占有率分析，过程诊断设备（检测/量测设备）市场占比11%，略少于刻蚀&清洗、薄膜沉积类设备的一半。在行业增长与国产需求的双重驱动下，目前国内该行业仍存在较大需求缺口，市场规模具备较大成长空间。

量测/检测设备贯穿晶圆制造全过程，国产需求迫在眉睫

在集成电路芯片的制造过程中，几乎每一环节都需要工艺检测设备的加入。根据量测/检测设备的监控内容差异可将此类设备分为两大类：Metrology测量关键参数：膜厚测量、套壳误差测量、关键尺寸测量、晶圆形貌测量；Inspection检测关键缺陷：无图案检测、有图案检测、缺陷复检、光罩/掩模板检测。从实现手段出发，可将工艺控制设备分为：光学、电子束、电性、X光等，其中光学相关的设备市场份额占比为75.2%。在集成电路芯片前道制造过程中，工艺检测设备需要对生产过程中每一环节的产出品均进行无损伤的定量测量及缺陷检测工序，以确保圆片在进入下一道工艺前的各项参数及性能可以达到相关指标要求，对于后续可能出现缺陷的圆片进行分类同时剔除不合格的产品，确保制造过程的稳定性，有助于避免后续工艺的浪费。

膜厚及关键参数测量设备：晶圆片在制造过程中需要经历多次各种材料的薄膜沉积步骤，薄膜的厚度及均匀度会最终影响产品的性能，因此生产过程中需实时检测薄膜的厚度及其重要参数指标的情况，确保产品良率客观。目前基于多界面光学干涉原理的光学薄膜测量设备是最为常用的设备，通过对薄膜实测光谱的回归迭代最终得出薄膜厚度及光学常数。在实际操作过程中，对光谱的测量方式中最常用的是椭圆偏振技术，光源发出的光以一定角度入射圆片表面，最终接收端通过对反射光的分析得出最终结果，得益于较高的精确度与稳定性，可适应目前的复杂多层膜结构及超薄膜结构的测量。未来随着芯片制程精度的提升，芯片上的可监控范围不断缩小、薄膜种类进一步增多，对光学薄膜测量设备的要求逐渐向灵敏度更高、测量稳定性更好的方向发展。

面形貌测量设备：目前的形貌测量主要通过接触式测量的方式对表面的圆片表面的形貌进行测试，通过仪器的探针在圆片表面划过，形貌的数据信号便可传递到终端设备，当遇到有起伏的表面时便可得到有起伏的信号输出结果。但此类设备未来需考虑如何减少探针头接触圆片带来的损伤问题以及探针头本身的损伤问题，同时由于探针头较为坚硬的，对于一些软质表面存在无法测量的问题。

关键尺寸（CD）的测量设备：在集成电路芯片中，栅极的尺寸精确度尤为重要，在光刻和刻蚀工艺后要求栅极尺寸基本不发生变化，作为电路中最微小的结构，栅极的细微变化会对整体性能产生巨大影响，此时便需要对关键尺寸进行测量。该功能主要通过电子显微镜（CD-SEM）实现，该设备可利用电子束移动快速且精准的识别图形进而完成线宽的测量。在未来，集成电路芯片的关键尺寸将越来越小、图形也会逐渐趋向3D形态发展，量产后扫描速度要求更快，这些趋势将给CD-SEM的升级提出的更多挑战。

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精选报告来源：报告派