2024年半导体前道量检测设备行业研究：先进制程关键设备

1、电子束检测是先进制程关键设备

量检测设备是芯片良率的关键保障

根据不同工序，半导体检测分为前道量检测、后道检测及实验室检测，其中，前道量检测主要应用于晶圆加工环节，目前以厂内产线在线监控为主；后道检测主要应用于晶圆加工后的芯片电性测试及功能性测试，目前主要分为第三方测试和厂内产线在线监控；实验室检测主要针对失效样品进行缺陷定位和故障分析，目前主要分为第三方实验室检测和厂内自建实验室。

前道量检测设备具有两大类功能，一是确保IC产线量产良率，二是定量监控生产设备，为设备验收、维保提供依据。按技术手段，前道量检测设备主要分为光学检测、电子束检测以及X光检测设备，本文旨在分析电子束检测设备的基本原理、发展趋势、供求状况。

电子束检测助力先进制程发展

光学检测存在分辨率瓶颈。分辨率是指仪器能够清晰分开两点间的最小距离，根据abbe公式，仪器分辨率的提升方式主要包括：1）减小照明波长，2）增大孔径角。入射波长是影响光学显微镜分辨率的主要因素，受可见光波长范围（400-760nm）的限制，光学显微镜的极限分辨率约为200nm。

先进制程对光学检测提出较大挑战。光学检测目前是半导体质量控制的主要技术，具有速度快、无接触、易于在线集成等优势。为了提高检测精度，目前最先进的量检测设备所使用的光源波长已包含DUV波段，同时不再单纯依靠解析晶圆上的图案来捕捉缺陷，而是通过结合深度的图像信号处理软件和算法，在有限的信噪比图像中寻找微弱的异常信号，能够检测的制程水平进一步提升。然而随着工艺节点继续发展，相比真正的缺陷，噪声在检测结果中的比例显著提升，光学检测在先进节点应用中的可靠性降低。

二次电子是扫描电子显微镜的主要成像信号。扫描电子显微镜（SEM）的基本原理是，利用电子枪发射电子束经聚焦后在试样表面作光栅状扫描，通过检测电子与试样相互作用产生的各类信号（二次电子、背散射电子、吸收电子、俄歇电子和特征X射线等），分析试样表面的成分、形貌及结构。在扫描电子显微镜（SEM）中，用于成像的信号主要是二次电子，其次是背散射电子和吸收电子，用于分析成分的信号主要是X射线和背散射电子。

多电子束方案能够提升检测速度。传统SEM的最大成像速度始终受到库伦相互作用、探测器带宽的限制，可以通过多电子束方案提升检测效率，是电子束检测的重要方向；然而，根据《集成电路产业全书》，若要达到与光学检测相同的检测速度，需要实现数百甚至数千电子束的并行运行，设备成本将会大幅提升，研究热点是在系统复杂性、整机成本与检测效率之间取得平衡。

电子束检测市场有望快速增长。根据VLSI统计，2023年全球半导体前道量检测设备市场中，光学、电子束、X光技术占比分别为81.4%、14.2%、2.3%。相比光学检测技术，电子束技术速率较慢、设备成本较高，然而检测精度较高。根据MMR，2022年全球电子束检测市场中，1nm以下应用占比过半，随着集成电路工艺节点减小，缺陷尺寸减小、缺陷密度增加、漏检风险逐渐提升，电子束检测技术具有显著的分辨率优势，且对于电性缺陷具有独特的识别能力，2022-2029年全球电子束检测市场有望快速增长，CAGR预计为19.9%，2029年10nm以上应用将成为电子束技术的主要市场。

2、国内电子束检测设备市场有望快速发展

先进制程及配套产业链有望加速发展

国家集成电路产业投资基金三期（简称“大基金三期”）于2024年5月24日正式成立，注册资本3440亿元，资金规模超过大基金一期（987.2亿元）、大基金二期（2041.5亿元）总和。 大基金一期：主要聚焦于集成电路制程环节，根据皮书数据库，截至2018年6月，制造、设计、封测和装备材料等领域投资占比分别为63%、20%、10%和7%。 大基金二期：在产业链上游设备、零部件及材料的投资力度加大，根据芯思想统计，截止2022年3月31日，晶圆制造、集成电路设计工具及芯片设计、封装测试、装备/零部件/材料、应用等领域投资占比分别为75%、10%、2.6%、10%和2.4%。大基金三期：考虑我国在先进制程上的短板，以及配套的上游设备、零部件、材料、EDA及IP等供应链存在“卡脖子”问题，先进制程及其配套产业链或将成为大基金三期的重点发力方向。半导体前道量检测设备目前国产化率仅个位数，电子束检测设备是先进制程芯片良率的关键保障，未来有望加速发展。

2024年全球/中国大陆量检测设备市场空间为159/55亿美元

根据VLSI统计，2020/2023年全球量检测设备市场空间为76.5/128.3亿美元，CAGR为18.8%；2023年全球半导体量测/检测设备市场空间分别为39.5/87.1亿美元，光学/电子束/X光检测设备市场空间分别为104.4/18.2/3.0亿美元。

我们测算，2024/2025年全球半导体量检测设备市场空间分别为159/196亿美元，中国大陆半导体量检测设备市场空间分别为55/68亿美元，全球电子束量检测设备市场空间分别约为25/34亿美元，其中，电子束关键尺寸量测市场空间分别为11/15亿美元，电子束缺陷检测市场空间分别为6/8亿美元，电子束缺陷复查设备市场空间分别为8/10亿美元。

假设1：2023年全球半导体设备市场中，半导体量检测设备的市场份额为12%，2024/2025年逐年+1%。

假设2：2024/2025年全球量测/检测设备的市场份额维持2023年30.8%/67.9%；量测设备中，关键尺寸/套刻精度/晶圆薄膜/掩膜版/三维形貌量测设备的市场份额维持2023年15.5%/6.7%/4.5%/1.1%/0.6%，其中，晶圆介质薄膜量测/晶圆金属薄膜量测设备的市场份额维持2023年3.9%/0.6%；检测设备中，图形晶圆/掩膜版缺陷检测/无图形晶圆缺陷检测设备的市场份额维持2023年35.6%/14.1%/10.3%，其中，明场纳米图形晶圆缺陷检测/暗场纳米图形晶圆缺陷检测/晶图形晶圆缺陷检测设备的市场份额维持2023年19.5%/8.4%/7.7%；

假设3：随着先进制程、复杂器件的持续发展，电子束检测技术优势愈发明显，2024/2025年电子束技术的市场份额相比2023年14.2%逐年+1.5pct，光学技术的市场份额相比2023年81.4%逐年-1.3pct，X光技术的市场份额相比2023年2.3%逐年-0.2pct；电子束技术中，2023年电子束关键尺寸量测/电子束缺陷检查/电子束缺陷复查设备设备的市场份额分别为6.6%/3.3%/4.3%，2024/2025年逐年+0.5pct/+0.5pct/+0.5pct。

假设4：2024/2025年中国大陆半导体设备的全球市场份额维持2023年的34.4%，量检测设备的全球市场份额与半导体设备一致。

3、电子束检测设备国产替代空间广阔

全球：国际巨头主导电子束检测设备市场

全球电子束检测设备市场集中度较高，欧美、日本企业处于垄断地位。根据VLSI数据统计，2023年全球半导体量检测设备行业CR5超过84%，主要包括KLA、应用材料、日立等，其中柯磊半导体市占率高达55.8%。电子束检测设备方面，根据应用材料统计，2021年应用材料、日立、阿斯麦、KLA等企业市占率分别为50%、28%、15%、6%。

国内：电子束检测设备国产替代空间广阔

电子束检测设备国产供应商稀缺。中国大陆半导体量检测市场中，设备国产化率较低，国际巨头处于市场主导地位，根据VLSI数据统计，2023年KLA市占率达55.8%。国产半导体量检测设备供应商主要包括上海精测、中科飞测、上海睿励等，2023年上海精测、中科飞测收入分别为3.32亿元、8.91亿元，国内市占率分别为1.06%、2.84%。电子束检测设备领域，目前国内主要供应商包括上海精测、东方晶源。

精测电子：明场检测持续发展，DR-SEM国内领先

先进制程DR-SEM实力领先。电子束检测方面，公司是国内极少数拥有完全自主知识产权的扫描电子显微镜企业，开发和突破了超高分辨率扫描电子显微镜技术，适用于1x nm先进集成电路的工艺缺陷的自动检测。公司电子束设备已取得国内一线客户的批量订单，电子束缺陷复查设备已取得先进制程重复性订单。

中微公司：刻蚀设备国内领跑者，加速布局量检测赛道

持续丰富关键设备品类，或将发力电子束检测市场。中微公司成立于2004年，主营产品包括刻蚀设备、MOCVD设备、薄膜沉积设备及VOC设备等，据科创板日报，未来5-10年公司计划覆盖50%-60%的集成电路关键设备。中微公司通过投资睿励仪器布局量检测赛道，未来会考虑涉足电子束检测设备市场。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）