1、寻找中国的寻找中国的KLAKLA 华西证券机械团队 刘菁（SAC NO：S01） 俞能飞、田仁秀、李思扬 再看赛腾股份半导体设备业务再看赛腾股份半导体设备业务 2020年07月31日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 仅供机构投资者使用仅供机构投资者使用 证券研究报告证券研究报告 核心内容核心内容公司相关产品订单不及预期;中美贸易摩擦超预期等。 2 目录目录 contents 02 芯片制造环节检测设备 03 封装测试环节检测设备 04 赛腾股份（Optima）半导体设备进展 附录KLA-Tencor深析 01 KLA-Tencor

2、是谁？ 05 盈利预测与投资建议 06 风险提示 3 0101KLAKLA- -TencorTencor是谁？是谁？ 半导体制程检测设备领域绝对王者， 光学检测技术独步天下。 1.1 1.1 独步天下的光学检测设备，全球半导体设备公司前五独步天下的光学检测设备，全球半导体设备公司前五 4 资料来源：Wind，华西证券研究所 近年排名全球前五的半导体设备企业分别为应用材料（Applied Materials，美国）、阿斯麦（ASML，荷兰）、 东京电子（Tokyo Electron，日本）、拉姆研究/泛林研究（Lam Research，美国）、科磊半导体（科磊半导体（KLAKLA，美，美 国）：

3、国）： 1）从收入和利润角度来看，应用材料、阿斯麦、东京电子和拉姆研究属于第一集团，科磊半导体属于第二集团，科磊半导体属于第二集团， 且与前四的有一定差距，这与公司所处的半导体设备环节较为一致。且与前四的有一定差距，这与公司所处的半导体设备环节较为一致。 2）从毛利率水平来看，科磊半导体毛利率要显著高于排名前四的半导体设备企业科磊半导体毛利率要显著高于排名前四的半导体设备企业，另外同为半导体检测设备供 应商的泰瑞达和爱德万测试的毛利率水平同样较高。 公司公司收入收入利润利润毛利率毛利率 中文名中文名代码代码20000182019

4、200019 应用材料应用材料AMAT.O966.32 1199.26 1033.50 228.27 230.29 191.45 44.9%45.3%43.7% 阿斯麦阿斯麦ASML.O706.33858.81923.79165.29 203.37 197.17 45.0%46.0%44.7% 东京电子东京电子8035.T667.81778.03 738.87120.71 151.09 121.3942.0%41.2%41.2% 拉姆研究拉姆研究LRCX.O546.83 717.83 663.65 115.85 154.28 150.65 45.0%

5、46.6%45.1% 科磊半导体科磊半导体KLAC.O235.75 267.09 314.10 62.74 53.08 80.78 63.0%64.1%59.1% 泰瑞达泰瑞达TER.O139.61 144.18 160.10 16.84 31.01 33.43 57.3%58.1%58.4% 爱德万测试爱德万测试6857.T152.76200.42197.9113.3540.4438.451.44%54.54%- 表表 全球重要半导体设备企业对比，全球重要半导体设备企业对比，KLAKLA- -TencorTencor位居第五位位居第五位( (单位：亿元人民币单位：亿元人民币) ) 1.2 1

6、.2 半导体制程检测量测设备占比过半，绝对的王者半导体制程检测量测设备占比过半，绝对的王者 5 资料来源：Wind，华西证券研究所 1、半导体检测量测设备领域，全球主要企业有科磊、应用材料、日本日立、Nano、Nova等等，根据SEMI 数据，科磊占比过半（约为科磊占比过半（约为52%52%）、稳居行业第一）、稳居行业第一，堪称半导体检测设备领域王者，其次是应用材料和日 立的市占率也超过10%，前三市占率合计达到75%。 2、KLA-Tencor的产品线非常丰富，涵盖了半导体制程的各个环节和技术节点，包括晶圆表面缺陷、光罩、包括晶圆表面缺陷、光罩、 薄膜、关键尺寸等等薄膜、关键尺寸等等；应用材

7、料主要是缺陷检测及复查、CD量测等，日立主要为CD-SEM量测、缺陷检测 等。KLA-Tencor的设备也同时提供数据的分析和储存。 3、具体产品应用包括晶片制造、晶圆制造、光罩制造、互补式金属氧化物半导体晶片制造、晶圆制造、光罩制造、互补式金属氧化物半导体(CMOS)(CMOS)和图像感应器制和图像感应器制 造、太阳能制造、造、太阳能制造、LEDLED制造，资料储存媒体制造，资料储存媒体/ /读写头制造、微电子机械系统制造及通用读写头制造、微电子机械系统制造及通用/ /实验室应用实验室应用等。公 司主要客户包括Intel,Tsmc,SMIC 等诸多全球知名半导体企业, 销售及服务网络遍及美洲

8、、欧洲及亚洲。 公司主要设备市场份额 KLA-Tencor缺陷检测，Overlay, CD量测 , 膜厚52% Applied Materials, PDC缺陷检测及复查；CD量测12% HitachiCD-SEM 量测，缺陷检测（Review SEM）11% NanometricsCD; 膜厚测量4% Nova膜厚测量2.60% 其他19% 注：注：20192019年年1010月月NanometricsNanometrics与与RudolphRudolph公司成功合并为公司成功合并为Onto InnovationOnto Innovation。 表表 全球半导体检测量测设备重要企业市占率，全

9、球半导体检测量测设备重要企业市占率，KLAKLA- -TencorTencor稳居第一，占比过半稳居第一，占比过半 1.3 1.3 广义检测贯穿全制程，制程不断进步对检测设备需求量将倍增广义检测贯穿全制程，制程不断进步对检测设备需求量将倍增 6 切磨抛离子注入 扩散 镀膜抛光刻蚀曝光 清洗 验证测试（可靠 性分析、失效分 析、电性测试、 电路修改等） CP测试 FT测试 第三方实验室测试： 中国赛宝、胜科纳米 、苏试试验/宜特、 闳康等。 第三方晶圆/成品测 试：京元科技、利扬 芯片、华岭股份等。 surface scan 掩模版检测 残留/玷污检测 wafer-sites 套准测量 几何尺寸

10、测量 有效性验证：对 晶圆样品、封装 样品有效性验证 功能和电参数性能 测试： CP（封装前）、 FT测试（封装 后） 泰瑞达、爱德万、东 晶电子、东京精密、 华峰测控、长川科技 、精测电子 广义检测 设计 前道：晶圆生产中道：晶圆制造后道： 晶圆封测 相关公司 第三方检测 缺陷检测 无图形缺陷检测 缺陷检测 KLA、AMAT、 Hitachi、汉微科、 Optima 有图形缺陷检测 review SEM 测试 WAT测试：Wafer Acceptance Test，硅片完成所 有制程工艺后的电性测试。 WAT测试 E-Beam 量测 膜厚 量测： KLA、AMAT、 Hitachi、NANO

11、、睿 励、中科飞测 四探针电阻 膜应力 掺杂浓度 关键尺寸 资料来源：华西证券研究所整理 随着技术的进步发展，制程的步骤越来越多，工艺也更加复杂化，例如在14nm, 采用EUV光刻技术的制程步骤将 超过700步，而采用多重图形技术的步骤则为1000步甚至更多，工艺窗口的挑战要求几乎“零缺陷”， 对工艺控 制水平提出了更高的要求。因此我们判断随着制程越来越先进、加工环节不断增加，检测设备需求量将倍增。因此我们判断随着制程越来越先进、加工环节不断增加，检测设备需求量将倍增。 表表 广义“检测”贯穿半导体整个制程广义“检测”贯穿半导体整个制程 1.4 1.4 检测设备的分类检测设备的分类 7 资料来

12、源：华西证券研究所整理 光学（光学（OpticalOptical） 电子束（电子束（E E- -BeamBeam） 离子束离子束 技术原理技术原理 宽波段光谱（可见光到UV到DUV、 EUV，SP1-SP2-SP3SP7 激光X射线等 适用制程适用制程 前道前道 中道中道 后道后道 图形化、无图形化、光刻套刻等 应用场景应用场景 物性量测物性量测 缺陷检测缺陷检测 AOI、三维表面形貌测量等 AOI、X射线检测等 关键尺寸、光学套刻、 应力测量、介质膜测量等 无图形晶圆光学缺陷检测、图形晶圆光学缺陷检测、 宏观检测、电子束检测、电子束复检等 检测方式检测方式 图形化表面检测图形化表面检测 无图

13、形化表面检测无图形化表面检测 光刻套刻对准测量光刻套刻对准测量 图形晶圆光学明/暗场缺陷检测、图形晶圆电子束缺 陷检测、图形晶圆光学关键尺寸量测等 无图形晶圆激光扫描表面检测、光谱陀偏薄膜厚度和 折射率测量、宏观缺陷检测等 光学衍射套刻测量 8 0202芯片制造环节检测设备芯片制造环节检测设备 先进制程将催生检测设备需求量大增 2.1 2.1 前道制程工艺中的检测量测设备前道制程工艺中的检测量测设备 9 晶圆裸片扩散薄膜沉积光刻掩膜离子注入刻蚀清洗CMP进/出厂检测 前道制程工艺前道制程工艺 无图形裸片缺陷检测无图形裸片缺陷检测/ /控片污染检测控片污染检测 表面粗糙度表面粗糙度 厚度厚度/

14、/均匀性均匀性 晶圆翘曲度晶圆翘曲度 膜厚厚度膜厚厚度/ /均匀性均匀性 膜厚反射率膜厚反射率/ /折射率折射率 膜层内应力膜层内应力 明场图形缺陷检测明场图形缺陷检测 暗场图形缺陷检测暗场图形缺陷检测 电子束图形缺陷检测电子束图形缺陷检测 电子束图形缺陷复检电子束图形缺陷复检 套刻测量套刻测量关键尺寸测量关键尺寸测量晶圆形貌测量晶圆形貌测量 膜厚测量膜厚测量注入注入/ /退火均匀性测量退火均匀性测量 暗场图形缺陷检测暗场图形缺陷检测 集成电路前道制程工艺主要检测分类集成电路前道制程工艺主要检测分类 1、晶圆表面的颗粒和残留异物检查，以及工艺过程中晶圆的缺陷和异物的检查。 2、薄膜材料的厚度和

15、物理常数（如折射率、消光系数、组分和应力等）的测量。 3、晶圆在光刻胶曝光显影后、刻蚀后和CMP工艺后的关键尺寸（CD）和形貌结构的参数测量。 4、套刻对准的偏差测量。 2.2 2.2 不同分类方法的对应关系不同分类方法的对应关系 10 资料来源：华西证券研究所整理 图形晶圆光学明场缺陷检测图形晶圆光学明场缺陷检测 图形晶圆光学暗场缺陷检测图形晶圆光学暗场缺陷检测 图形晶圆光学关键尺寸测量图形晶圆光学关键尺寸测量 图形晶圆电子束缺陷检测图形晶圆电子束缺陷检测 图 形 化 表 面 检 测 图 形 化 表 面 检 测 图形晶圆电子束关键尺寸测量图形晶圆电子束关键尺寸测量 光罩光学缺陷检测光罩光学缺

16、陷检测 光罩电子束缺陷检测光罩电子束缺陷检测 光罩空间成像检测光罩空间成像检测 无图形晶圆激光扫描表面检测无图形晶圆激光扫描表面检测 光谱陀偏薄膜厚度和折射率测量光谱陀偏薄膜厚度和折射率测量 光学衍射套刻测量光学衍射套刻测量 无图形表无图形表 面检测面检测 光刻套刻光刻套刻 对准测量对准测量 缺陷检测缺陷检测 （2020年全球 约44.6亿美元， 大陆约10.9亿 美元） 物性量测物性量测 （2020年全球 约22.3亿美元， 大陆约5.5亿 美元） 2.3 2.3 物性量测（物性量测（MetrologyMetrology）与缺陷检测（）与缺陷检测（Defect InspectionDefec

17、t Inspection） 11 资料来源：上海睿励，华西证券研究所 集成电路制造检测可分为物性量测与缺陷检测两大类： 1、物性量测物性量测：指对被观测对象的结构尺寸和材料特性做出的量化描述，如关键尺寸（CD）、刻蚀深度、 侧壁坡度、薄膜厚度等物性参数的量测。 2、缺陷检测缺陷检测：指相对一个正常的参考样本，检测出待测样本中出现的异质情况，如颗粒污染、表面划伤、 开短路等特征结构损伤。 图图 缺陷检测与量测主要分类缺陷检测与量测主要分类 2.4.1 2.4.1 图形化表面检测具体设备图形化表面检测具体设备 12 检测类型检测类型检测分类检测分类简称简称原理原理说明说明国际公司及产品系列国际公司

18、及产品系列国内企业国内企业 图 形 化 表 面 检 测 图 形 化 表 面 检 测 针对具有 图形的晶 圆表面或 者光罩表 面的检测 图形晶圆图形晶圆 光学明场光学明场 缺陷检测缺陷检测 BFIBFI 对晶圆表面重复区域进行快速成像扫描，通 过将每个芯片的图像信号与参考芯片的图像 信号比较，获得缺陷的尺度、分布和分类等 信息。 照明光路和采集光路在临 近硅片端共用一显微物镜 KLA-TENCOR的3900系列； Applied Materials的 Uvision系列 中科飞测（研 发）、上海睿 励（研发） 图形晶圆图形晶圆 光学暗场光学暗场 缺陷检测缺陷检测 DFIDFI 在晶圆表面进行扫描

19、图像拍照，通过对每个 芯片的图像信号与参考的图像信号进行比较 和分析，获得缺陷的尺度、分布和分类等信 息。 照明光路和采集光路在物 理空间上完全分开 KLA-TENCOR的Puma系列； Hitachi High-Tech的IS 系列 中科飞测（研 发） 图形晶圆图形晶圆 电子束缺电子束缺 陷检测陷检测 EBIEBI 用聚焦电子束扫描表面产生样品图像的电子 显微镜，将新品信号与参考芯片的图像信号 进行对比，获得缺陷的尺度、分布和分类等 信息，包括单电子束技术和多电子束技术。 分辨率可以达到1nm，但 检测效率与光学检测相比 低 HMI（被ASML收购）的 eScan系列； Applied Ma

20、terials的 PROVISION系列 中科晶源（研 发） 图形晶圆图形晶圆 光学关键光学关键 尺寸测量尺寸测量 OCDOCD 利用光学散射测量法测量图形线宽等关键尺 寸的测量技术，测量对象为具有光栅结构的 图形特征，可以精确地测量CD、轮廓、线高 度或沟槽深度等，包括集成式OCD检测设备 （与刻蚀机等工艺设备集成使用）和独立式 OCD检测设备（具有独立的传送机构）。 优点：不需要真空、测量 速度快、非破坏性等； 缺点：不能测量单立的光 栅结构，如高纵横比结构、 3DFinFET、TSV等。 Nanometric的 Atlas/Impuse系列； KLA-Tencor的 SpectraSha

21、pe系列； Nova的HelioSense系列 上海睿励 图形晶圆图形晶圆 电子束关电子束关 键尺寸测键尺寸测 量量 CDCD- -SEMSEM 使用SEM图像的灰度级（对比度）信号进行 CD的分析，通过测量指定位置的线轮廓来获 取指定位置的尺寸。 能够实现沟槽中的深槽和 孔的底部尺寸的测量，以 及3D NAND、NAND Flash、 FinFET等三维结构的测量。 Hitachi的CG/CV系列； Applied Materials的 VeritySEM系列 中科晶源的 SEpA系列 光罩光学光罩光学 缺陷检测缺陷检测 MODIMODI 用于检测光罩上的图形缺陷，原理与图形晶 圆缺陷检测技

22、术的原理相同 KLA-TENCOR的Teron系列； Applied Materials的 Aera系列； Hitachi的CG/CV系列； Nuflare的NPI系列； Lasertec的MATRICS系列 光罩电子光罩电子 束缺陷检束缺陷检 测测 MEDIMEDI与图形晶圆电子束缺陷检测技术原理相近 Hermes Microvision的 eXplore系列 光罩空间光罩空间 成像检测成像检测 AIMSAIMS 用空间成像测量系统生成一个放大的掩模图 像。 Carl Zeiss的AIMS系列 表表 缺陷检测中图形化表面检测主要检测类型及重要企业缺陷检测中图形化表面检测主要检测类型及重要企业

23、 13 资料来源：集成电路产业全书，华西证券研究所 检测类型检测类型检测分类检测分类英文简称英文简称原理原理分辨率进度分辨率进度/ /优缺点优缺点国际公司及产品系列国际公司及产品系列国内企业国内企业 无图形表无图形表 面检测面检测 针对无图形的 晶圆表面、薄 膜晶圆表面或 者光罩表面的 检测 无图形晶圆 激光扫描表 面检测 利用激光照射晶圆表面，散射光通过多 通道采集，并经过表面背景噪声抑制后， 通过算法提取和比较多的通道的表面缺 陷信号，最终获得缺陷的尺寸和空间分 布。 检测内容包括颗粒 污染、表面凹坑、 表面划伤、表面粗 糙度、水印、CMP突 起、晶坑等。 KLA-TENCOR的Surfs

24、can 系列； Hitachi的LS系列 中科飞测的 Spruce系列 光谱陀偏薄 膜厚度和折 射率测量 椭偏术通过测量反射或透射时的偏振变 化，将其与模型进行比较，反演出模型 的物理量数值，从而获得测量结果。 测量材料组分、粗 糙度、厚度（深 度）、晶体性质、 掺杂浓度、电导率 和其他材料特性。 Nanometric的Atlas系 列； KLA-Tencor的 SpectraFilm系列； N&K的Olympian系列 上海睿励 光刻套刻光刻套刻 对准测量对准测量 对需要叠加的 两个图形，实 现精密的空间 平面对准的检 测 光学衍射套 刻测量 通过获取上下两层叠加的光栅结构的衍 射信号，利用

25、不同对准情况下衍射效果 的不同，测量上下两层叠加光栅的对准 情况。 KLA-TENCOR的Archer系 列； ASML的YieldStar系列 其他其他 缺陷复检扫 描电镜 DR-SEM 采集半导体晶圆缺陷检测系统所检测到 的缺陷，采用高倍数放大的方法得到高 分辨图像，并对其进行检查和分类。 Applied Materials的 SEMVision系列； Hitachi的HighTech SEM CR系列； KLA-TENCOR的eDR系列； 2.4.2 2.4.2 无图形化无图形化& &光刻套刻测量光刻套刻测量 表表 缺陷检测中无图形化表面检测及光刻套刻对准测量主要检测类型及重要企业缺陷检

26、测中无图形化表面检测及光刻套刻对准测量主要检测类型及重要企业 2.5.1 2.5.1 重点缺陷检测：电子束检测设备重点缺陷检测：电子束检测设备VSVS光学缺陷检测设备光学缺陷检测设备 1 1、从技术原理上看，从技术原理上看，电子束检测与光学检测是用于定位晶片缺陷的两项主要技术，目前电子束检测 和光学检测在检测流程上功能互补，各有优缺点。目前晶圆厂的主力检测技术为光学检测技术目前晶圆厂的主力检测技术为光学检测技术，占据 目前其在集成电路生产高级节点上已经达到极限的分辨率，然而基于电子成像的图像检测比深紫外波 长光学检测图形成像具有更高的空间分辨率。 2、现阶段电子束检测多用于研发团队的工程分析、

27、光学检测多用于晶圆厂的在线检测，未来在尺寸 较小且光学分辨率有限的情况下，电子束检测将发挥更大的作用。 3、与光学缺陷检测检测设备相比，虽然电子束检测设备在性能上占有，但因逐点扫描的方式导致其 检测速度太慢，所以不能满足圆片厂对吞吐能力的要求，无法大规模替代光学设备承担在线检测任务， 目前主要用于先进工艺的开发。 4、主要供应商：汉民微测科技（ASML收购）、应用材料。 14 主要在售产品系列制造厂商主要性能指标参考价格工作模式 eScan、eP、 PROVision 汉民微测科技、应 用材料 常用工作电压：500-3000V 常用工作电流：1-200nA 最小分辨率：1-2nm 扫描速率：小

28、于100平方里面/h 400-800万美元抽样检测 资料来源：集成电路产业全书，华西证券研究所 表表 电子束检测设备主要供应商电子束检测设备主要供应商 2.5.2 2.5.2 重点缺陷检测之光学图形化检测：光学明场重点缺陷检测之光学图形化检测：光学明场& &光学暗场光学暗场 15 资料来源：百度图片 1 1、技术原理：、技术原理： 晶圆光学明场检测中光柱垂直照射到样品的表面，暗场检测中光线倾斜照射到样品的表面；暗场照明方 式以更低角度入射的暗场照明，空间采集角度也主要为更低角度的暗场角度，从而对部分缺陷具有更加 优异的灵敏度和分辨能力。 2 2、光源种类及位置：、光源种类及位置： 暗场光源采用

29、激光，明场光学检测采用等离子体光源；晶圆暗场缺陷检测技术照明光路和采集光路在物 理空间上是完全分开的，晶圆明场缺陷检测技术的照明光路和采集光路在临近硅片端共用一显微物镜。 3 3、衍生、衍生灰场检测技术灰场检测技术 通过光阑的调节可以实现明场、暗场和明暗场结合的三种主要照明方式。 图图 光学明场与暗场缺陷检测设备原理对比光学明场与暗场缺陷检测设备原理对比图图 光学明场与暗场缺陷检测设备效果对比光学明场与暗场缺陷检测设备效果对比 资料来源：百度图片 2.5.3 2.5.3 重点缺陷检测之宏观缺陷检测重点缺陷检测之宏观缺陷检测 1、基于光学图像检测技术，结合多种光学量测方法，可以实现尺度大于0.5

30、微米的图片缺陷检测。 两种方式： 1）全圆片表面成像，光学系统能够实现整个300mm圆片表面的一次性成像探测，检测速度快； 2）局部圆片表面成像，光学视场仅限于圆片表面局部，具有更高的空间分辨率，测试中通过对圆片表 面的定位或连续扫描，拍摄圆片表面的完整图像信息，通过“Die-to-Die”比对图像等图像计算方法 （灰阶比对、图像相减等）获得检测结果。 照明系统：包括明场照明、暗场照明、灰场照明；光源可为疝灯闪光灯或LED光源，为了适应更小节距 的圆片结构，可采用DUV和UV的深紫外光源来提高检测分辨率。 2、宏观缺陷检测设备主要用于光刻、宏观缺陷检测设备主要用于光刻、CMPCMP、刻蚀、薄膜

31、、复合、刻蚀、薄膜、复合3D3D测量能力后的出货检验（测量能力后的出货检验（OQCOQC）/ /入厂检入厂检 验（验（IQCIQC），晶圆级芯片尺寸封装（），晶圆级芯片尺寸封装（WLCSPWLCSP）和扇出晶圆级封装（）和扇出晶圆级封装（FOWLPFOWLP）等工艺制程中）等工艺制程中，主要检测项目 有4类： 1）、正面检测正面检测：包括颗粒污染、划伤、离焦缺陷、光刻胶缺失、掩膜板ID、套刻错误等。 2）、背面检测背面检测：包括圆片背面的污染和刮伤缺陷。 3）、边缘检测边缘检测：包括边缘去除的覆盖度、同心度、均匀性检测，以及边缘缺口、边缘裂纹的检测。 4）、圆片几何形状检测圆片几何形状检测。

32、3、主要供应商：KLA-Tencor的（CirCL系列）、Nanometrics（Spark系列）、Rudolph（NSX系列）、睿 励科学仪器的（FSD系列）等。 16 2.5.4 2.5.4 重点缺陷检测之缺陷检测复检重点缺陷检测之缺陷检测复检 17 资料来源：集成电路产业全书，华西证券研究所整理 在一些关键的生产工艺之后：1）加入缺陷检测站点，先使用明场、暗场光学缺陷检测设备或电子束缺陷 检测设备对圆片表面进行臊面检测，缺陷检测设备会根据扫描区域的图形信号特征对比，发现并标记潜 在缺陷的坐标信息； 2）缺陷管理系统再将缺陷坐标信息传入缺陷分析扫描电子显微镜，后者根据导入的坐标信息找到对应

33、位 置的缺陷，通过高倍率电子显微镜观测缺陷的形貌特征、尺寸、缺陷所在位置的背景环境，并通过能量 色散X射线光谱分析的方法确定缺陷的元素成分，从而判断缺陷产生的原因及对应的工艺步骤，并进行针 对性的缺陷改善。 工艺步骤一 工艺步骤二 工艺步骤三 明场光学检测 暗场光学检测 电子束扫描检测 缺陷分析扫描电 子显微镜 标记 坐标 缺陷形貌； 缺陷尺寸； 缺陷元素 成分； 缺陷所在 背景环境 2.6.1 2.6.1 重点量测之关键尺寸测量（重点量测之关键尺寸测量（OCDOCD） 18 资料来源：上海睿励，华西证券研究所 1 1、图形晶圆光学关键尺寸测量（、图形晶圆光学关键尺寸测量（OCDOCD）是指利

34、用光学散射测量法测量图形线宽等关键尺寸的测量技术，光 源照射角度分垂直入射和倾斜入射两种角度。 测量对象测量对象是具有光栅结构的图形特性，可以精确地测量CD、轮廓、线高度或沟槽深度及侧壁角度，全面确 定截面轮廓。 优点优点：不需要真空、测量速度快、非破坏性等优点。 缺点缺点：不能测量单立的光栅结构，如硅锗通道应力、高纵横比结构、3D FinFET、硅通孔（TSV）等。 OCDOCD设备有两种：设备有两种： 1 1）、集成式）、集成式OCDOCD，主要与刻蚀机等工艺设备集成 使用，单价相对较低。 2 2）、分立式）、分立式OCDOCD，具有独立的晶圆传送机构，在 晶圆厂中独立使用，单价相对较高。

35、 主要企业及产品系列：主要企业及产品系列： Nanometric的Atlas/Impuse系列；KLA-Tencor的 SpectraShape系列；Nova的HelioSense系列等。 2 2、图形晶圆电子束关键尺寸测量（、图形晶圆电子束关键尺寸测量（CDCD- -SEMSEM） 扫描电子显微镜在关键尺寸测量中的应用拓展， 可以实现更高的精度，能够实现沟槽中的深槽和 孔的底部尺寸的测量，以及3D NAND、NAND Flash、 Fin FET等三位结构的测量；缺点在于测量速度较 慢。 主要企业及产品系列：主要企业及产品系列： Hitachi的CG/CV系列；应用材料的VeritySEM系

36、列 等。 图图 OCDOCD软件成像软件成像 2.6.2 2.6.2 重点量测之膜厚测量重点量测之膜厚测量 19 资料来源：上海精测，华西证券研究所 在集成电路制造过程中，晶圆需要进行多次、多种材质的薄膜沉积，因此薄膜厚度和性质（折射率、消 光系数等）需要精确地确定，以确保每道工序均满足设计规格。 最常用的设备是光学薄膜测量设备，最常用的设备是光学薄膜测量设备，优点是快速、精确，对被测样品无损伤，可测量各种透明介质膜 （氧化物薄膜、氮化物薄膜等）、半导体薄膜（多晶硅薄膜、SiGe薄膜等）及很薄的导电类薄膜（TiN薄 膜、Ti薄膜、Ta薄膜、TaN薄膜等）。 测量方式有两种：椭圆偏振和垂直反射两

37、种。测量方式有两种：椭圆偏振和垂直反射两种。 图图 两种测量方式原理及优缺点对比两种测量方式原理及优缺点对比 2.7.1 2.7.1 各种成像原理的检测设备发展挑战各种成像原理的检测设备发展挑战 1 1、光学技术：传统光学检测技术越来越接近分辨率极限。、光学技术：传统光学检测技术越来越接近分辨率极限。 1）基于光学成像的设备发展方向为提高分辨率，采用DUV、VUV、EUV等波长更短的光源，以获取更高的 分辨率。 2）采用Actinic方法（EUV波段检测）进行光罩检测的需求量增加，其主要原因是对于EUV波段，其他波 长检测方式的缺陷检出类型同EUV波段的缺陷检出类型存在差异，同时由于EUV光罩

38、保护层的存在，导致 无法采用部分光学波段进行光罩缺陷检测。 2 2、电子束技术：电子束等超高分辨率检测技术需要时间以突破、电子束技术：电子束等超高分辨率检测技术需要时间以突破 基于E-Beam成像技术的设备发展方向为提高吞吐量，由采用单一电子束发展为采用多通道电子束。 20 探测信号载体波长主要问题主要技术领域 传统光学检测技术（Optimal）190-1000nm分辨率限制 图形/非图形晶圆缺陷检测、CD测量、 光罩缺陷检测 EUV波段检测技术（Actinic）13.5nm整体产业链能力光罩检测 X射线检测技术（X射线）100pm，通常利用吸收特性整体产业链能力关键尺寸测量、薄膜测量 电子束

39、检测技术（E-Beam）10pm多通道电子束技术图形晶圆缺陷检测、光罩缺陷检测 1 1）14nm14nm及以下节点工艺步骤增加。及以下节点工艺步骤增加。由于采用多层套刻技术，工艺步骤增加至近千道工序，每一道的良 品率都要保持在非常高的水平才能保证最终的良品率，根据根据YOLEYOLE统计数据，工艺节点每缩减一代，工艺统计数据，工艺节点每缩减一代，工艺 中产生的致命缺陷数量会增加中产生的致命缺陷数量会增加50%50%。 2 2）三维器件结构检测需求提升。）三维器件结构检测需求提升。集成电路基础结构逐渐向诸如FinFET、Multi-Gate、3D NAND、3D Interconnect等三维结

40、构转化，给检测技术提出了新的要求和挑战三维结构转化，给检测技术提出了新的要求和挑战。 资料来源：集成电路产业全书，华西证券研究所 表表 各种技术主要应用领域及发展的问题各种技术主要应用领域及发展的问题 2.7.2 2.7.2 检测量测未来发展目标检测量测未来发展目标 检测设备的重要指标：灵敏度、准确性、稳定性、吞吐量灵敏度、准确性、稳定性、吞吐量 为了获取尽量搞的芯片成品率，必须严格控制晶圆之间（Wafer to Wafer）、同一晶圆上芯片之间 （Die to Die）的工艺一致性，因此对工艺过程中晶圆进行在线检测成为必然，这就要求检测设备必须 具备智能化的图像识别功能，能够快速、准确地找到

41、工艺流程中规定的测量区域去完成检查和测量，并 且自动地将数据实时上传至生产线控制终端系统，为各工艺段的生产设备的参数微调提供依据，并预警 设备异常，从而保证每道工艺均落在容许的工艺窗口内，使整条生产线平稳连续地运行。 21 2020年2025年2030年 前道图形化检测 （图形缺陷检测、CD测量） 1、缺陷灵敏度达5nm； 2、采用单电子束成像技术、深紫外 光学图像技术和深紫外光学尺度量 测技术 1、缺陷灵敏度达3nm； 2、采用单/多电子束成像技术和真 空紫外光学尺度量测技术； 3、将Actinic光学技术应用于极紫 外光刻光罩检测 1、缺陷灵敏度达1nm； 2、采用多电子束成像技术和X射线

42、 光学尺度量测技术； 3、将Actinic光学技术应用于光罩 检测 前道无图形化检测 （颗粒检测、膜厚检测） 1、缺陷灵敏度达5nm，采用深紫外 光学技术； 2、膜厚分辨率为0.1A，采用深紫外 光学技术 1、缺陷灵敏度达3nm，采用真空紫 外光学技术； 2、膜厚分辨率为0.05A，采用深紫 外光学技术 1、缺陷灵敏度达1nm，采用真空紫 外光学技术； 2、膜厚分辨率为0.02A，采用紫外 光学技术/X射线反射技术 前道光刻套刻采用深紫外光学技术采用真空紫外光学技术采用真空紫外光学技术 中道检测 目标：1m线对和三维结构检测， 可见光/紫外光学技术 目标：0.5m线对和三维结构检测， 紫外光学

43、技术 目标：0.2m线对和三维结构检测， 深紫外光学技术 后道检测可见光及X射线检测技术紫外光及X射线检测技术紫外光及X射线检测技术 表表 检测设备主要测量技术未来发展目标检测设备主要测量技术未来发展目标 2.8 2.8 各种设备大约占比各种设备大约占比 市场规模和各种设备规模：市场规模和各种设备规模：根据产业信息网报告数据，通常晶圆级检测设备占集成电路制造设备市场通常晶圆级检测设备占集成电路制造设备市场 规模的规模的13%13%左右左右，主要具体设备占比如下，市场空间较大、同时难度也较高的有图形晶圆光学缺陷检 测、光照检测、关键尺寸测量等。 22 图形晶圆光学缺陷检测 32% 光罩检测 15

44、% 关键尺寸扫描电镜 11% 光学套刻检测 10% 光学尺度测量 7% 无图形晶圆光学缺陷检测 7% 电子束检测 7% 电子束复检 6% 宏观检测 3% 光罩测量 2% 图图 缺陷检测和量测主要设备市场规模占比缺陷检测和量测主要设备市场规模占比 资料来源：中国产业信息网，华西证券研究所 2.9.1 2.9.1 市场空间测算市场空间测算宏观视角宏观视角 2020年4月，国际半导体产业协会SEMI报告指出，2019年全球半导体制造设备销售额达到598亿美元，比 2018年的645亿美元的历史高点下降了7，其中中国大陆同比略增3%至134.5亿美元，来到全球第二。 此前SEMI预计2020年全球半导

45、体设备销售额将达到608亿美元，其中中国大陆以149亿美元居次席；而在 2021年全球半导体设备销售额将创下668亿美元的历史新高，展望2021年，中国大陆将以160亿美元的销 售额跃升至全球第一大设备市场。 根据SEMI数据，2018年半导体检测&量测设备约占半导体设备投资总额的11%，我们在此基础上对我国半 导体检量测设备市场空间进行测算，则预计预计20202020、20212021年全球缺陷检测检测年全球缺陷检测检测& &测量市场空间约为测量市场空间约为66.966.9、 73.573.5亿美元、中国大陆该市场规模约为亿美元、中国大陆该市场规模约为16.416.4、17.617.6亿美元

46、。亿美元。 同时我们判断，在检测设备中，缺陷检测与量测部分占比分别约为缺陷检测与量测部分占比分别约为2/32/3、1/31/3，则相应，则相应20202020年全球半导体年全球半导体 缺陷检测、量测设备的市场规模约为缺陷检测、量测设备的市场规模约为44.644.6、22.322.3亿美元，亿美元，20212021年分别约为年分别约为4949、24.524.5亿美元；中国大陆亿美元；中国大陆 20202020年两者分别约为年两者分别约为10.910.9、5.55.5亿美元；亿美元；20212021年分别约为年分别约为11.711.7、5.95.9亿美元。亿美元。 23 20172017年年201

47、82018年年20192019年年20202020年年(E)(E) 20212021年（年（E E） 检测量测设备占半导体设备总投资占比 11%11%11%11%11% 量测设备在检量测设备中占比 1/31/31/31/31/3 缺陷检测设备在检量测设备中占比 2/32/32/32/32/3 全球半导体设备市场 566.2 645.5 597.5 608.0 668.0 全球检测量测设备市场空间全球检测量测设备市场空间 62.3 71.0 65.7 66.9 73.5 全球量测设备市场空间全球量测设备市场空间 20.8 23.7 21.9 22.3 24.5 全球缺陷检测设备市场空间全球缺陷检

48、测设备市场空间 41.5 47.3 43.8 44.6 49.0 中国大陆半导体设备市场82.3131.1134.5149160 中国大陆检测量测设备市场空间中国大陆检测量测设备市场空间 9.1 14.4 14.8 16.4 17.6 中国大陆量测市场空间中国大陆量测市场空间 3.0 4.8 4.9 5.5 5.9 中国大陆缺陷检测设备设备市场空间中国大陆缺陷检测设备设备市场空间 6.0 9.6 9.9 10.9 11.7 表表 全球及中国大陆缺陷检测、量测设备市场规模测算（单位：亿美元）全球及中国大陆缺陷检测、量测设备市场规模测算（单位：亿美元） 资料来源：SEMI，华西证券研究所 2.9.

49、1 2.9.1 市场空间测算市场空间测算宏观视角宏观视角 24 分类分类设备设备占比占比 2020E2020E市场空间市场空间 （亿美元）（亿美元） 2021E2021E市场空间市场空间 （亿美元）（亿美元） 主要厂商主要厂商 及市占率及市占率 量测设备量测设备 关键尺寸10%6.7 7.4 日立80%+ 掩膜检测设备13%8.7 9.6 科磊65%+ 掩膜测量设备2%1.3 1.5 卡尔蔡司50%+ 镀膜测量设备4%2.7 2.9 科磊90%+ 薄膜测量设备12%8.0 8.8 科磊40%+ 光学测量设备1%0.7 0.7 科磊50%+ 缺陷检测设备缺陷检测设备 无图形检测设备5%3.3 3.7 科磊70%+ 有图形晶圆光学检测设备32%21.4 23.5 科磊80%+ 有图形晶圆电子束检测设备3%2.0 2.2 HMI80%+ 宏观缺陷检测设备3%2.0 2.2 科磊40%+ 缺陷检测扫描电子显微镜5%3.3 3.7 应用材料60%+ 过程控制软件过程控制软件过程控制软件2%1.3 1.5 科磊30%+ 其他其他其他7%4.7 5.1 合计合计66.90 66.90 73.50 73.50 表表 全球主要检测设备（量测、缺陷检测等）主要设备种类市场规模及主要公司市占率（单