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半导体设备国产化专题八:工艺控制与量测设备-国际品牌垄断市场,但国产品牌正取得突破
内容摘要
  半导体的工艺控制、良率管理、量测设备,主要包括尺寸测量和缺陷检测,尺寸测量包括膜厚检测、粗糙度测量、套刻误差测量、OCD测量、掩模板测量等,缺陷检测包括无图形晶圆检测、有图形晶圆检测、电子束复检设备等。全球工艺控制与量测设备主要被KLA、应用材料、Hitachi垄断,国产品牌上海睿励、中科飞测、上海精测半导体均在国内晶圆产线上有订单突破。

  报告要点

  全球前道工艺控制与量测设备市场规模约58亿美元。根据SEMI数据估计,2018年前道工艺控制与量测设备市场规模64亿美元,占前道工艺设备的10.8%,2019年估计降至58亿美元,同比下滑10%,中国大陆市场约13亿美元,其中本土晶圆厂的工艺控制与量测设备需求约占1/2,相当于6.5亿美元。工艺控制与量测设备市场上,尺寸测量占52%(其中,膜厚检测占12%、套刻误差测量占9%、OCD测量占10%、晶圆形貌测量占6%、掩模板测量占15%),缺陷检测占比48%(无图形晶圆检测占5%、有图形晶圆检测占32%、电子束复检设备占11%)。

  全球前道工艺控制与量测设备市场被KLA、应用材料、Hitachi垄断。根据SEMI数据,全球工艺控制与量测设备市场上,KLA市占率52%,应用材料市占率12%,日立科技市占率11%,行业前三名的市占率合计75%。分产品看,膜厚检测设备主要被KLA、Nova垄断,套刻误差测量设备被KLA、ASML垄断,OCD测量被KLA、Nano垄断,形貌测量、掩模板检测、无图形缺陷检测、有图形缺陷检测等的60%以上市场被KLA占据,电子束检测设备主要来自应用材料、ASML、KLA。

  KLA:全球高度垄断的工艺控制与量测设备供应商。KLA2019年销售收入46亿美元,净利润12亿美元,毛利率59%,净利率26%,盈利能力在全球半导体设备中较高,主要是KLA在各类工艺控制与量测设备中均处于垄断地位,其中在晶圆形貌测量占85%,在无图形晶圆检测占78%,在有图形晶圆检测占72%,掩模板测量中占66%,在套刻误差测量的市占率65%,在OCD测量占50%,在膜厚设备中占45%。目前公司市值247亿美元,PE估值为21倍。

  本土晶圆厂的工艺控制与量测设备国产化率低,高度依赖于进口。根据中国国际招标网并按销量计算,参考某本土存储厂商的采购数据,该存储厂的工艺控制与量测设备国产化率仅为2%,其中量测设备的29%来自KLA,21%来自Nanometrics,10%来自AppliedMaterials,9%来自HitachiHigh-Tech,国产设备中,仅有中科飞测供应3台光学表面三维形貌量测设备、上海睿励供应2台膜厚检测设备。国内其他主流晶圆厂的工艺控制与量测设备国产化情况基本类似。

  上海精测半导体:有望成为国产品牌后起之秀。上海精测主要聚焦半导体前道检测设备领域,以椭圆偏振技术为核心开发了适用于半导体工业级应用的膜厚测量以及光学关键尺寸测量系统。目前已有1台膜厚的设备进入半导体厂商,且预期后续会取得客户的重复性订单,电子显微镜的相关设备预计在明年推向市场,其余相关的产品目前正处于研发、认证以及扩展的过程中。上海精测成功引入国家集成电路大基金等专业投资机构,将会使上海精测的发展进入一个全新阶段。

  中科飞测:形貌量测设备、厚度量测设备等已进入主流晶圆厂。公司创始人和核心团队成员具有海外多年技术积累和管理经验,自主研发核心产品包括三维形貌量测系统CYPRESS系列、表面缺陷检测系统SPRUCE系列等。其中公司多台光学表面三维形貌量测设备进入本土存储客户,多台厚度量测设备等检测设备进入青岛芯恩产线。

  上海睿励:老牌国产工艺控制与量测设备供应商。睿励科学仪器(上海)成立于2005年,距今已有14年历史,公司曾获三星电子多台膜厚量测设备订单,以及武汉新芯、长江存储、上海华力等的数台膜厚量测设备订单。

  投资建议:上海精测的膜厚设备产业化进展较快,且电子显微镜的相关设备预计在明年推向市场,有望成为工艺控制与量测设备领域的后起之秀,我们维持对精测电子(300567)的重点推荐。

  风险因素:新产品研发进度低于预期,面板设备业务竞争进一步加剧。

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