半导体设备系列：从KLA看量测设备的护城河

　　半导体设备呈现周期波动，2016~2021年经历了5年快速成长期，驱动力(行情838275,诊股)来自产能的扩张、技术节点的进步。2005~2021年半导体装备市场CARG=7.4%，呈现了周期波动的特征，2016年行业进入快速成长期，2016~2021年CARG=20%。半导体量测设备，2021年市场规模77.9亿美元， 2016~2021年CARG=19%，远高于2005~2015年6.6%的复合增速。成长提速的驱动力：1）终端需求多样化带来产能的持续扩张；2）工艺的进步：7nm及以下节点量产，往逻辑器件的FinFET和GAA（Gate-All-Around）结构迈进。行业龙头KLA将21~26年的长期复合增长目标设定为9~11%。

　　为了提升良率和产能，所有芯片制造阶段都需要过程控制，研发和HVM的挑战体现在精确度和速度上。1）更高的空间分辨精度。目前最先进的检测和量测设备所使用的光源波长已包含 DUV 波段，能够稳定地检测到小于14nm的晶圆缺陷，能够实现 0.003nm的膜厚测量重复性。光学检测技术发展的重要趋势包括：检测系统光源波长下限进一步减小和波长范围进一步拓宽、提高光学系统的数值孔径以提升光学分辨率。2）提升检测速度和吞吐量，降低集成电路制造厂商的平均晶圆检测成本，实现降本增效。3）大数据检测算法和软件重要性凸显。技术手段光学检测（占比75%）占主导，电子束检测技术作为辅助，核心技术涉及光学、图像分析算法、大数据检测算法及精密运动控制及软件等。

　　2020年全球半导体量测设备KLA一家独大，市场份额50.8%。5年来，KLA在全球5大半导体设备企业（AMAT、LAM、ASML、TEL）中，表现出了相对更稳定的成长性和更高的盈利能力，其核心竞争力是：1）创新是命脉，50年来公司持续领跑各种复杂尖端的量测技术，研发投入占比高达15%，21年达到9亿美元。2）全面的产品组合，满足客户对精确度和吞吐量的双重要求；3）强大的服务体系和供应链管理：KLA全球装机量近6万台，平均使用寿命12年，服务收入占比1/4左右。深厚的供应商关系确保了供应的连续性和高质量，与KLA设计和制造业务密切协调，确保无缝的客户体验。KLA基于强大的持续改进文化的指标管理，用严格的组织和独特的系统来管理复杂的全球供应链。

　　科技脱钩使得全球重塑芯片行业供应链体系，21年本土量测设备国产化率仅2%，存在较大替代空间。预计26年中国晶圆厂产能将是22年底的2.8倍，国内领先量测设备厂家的部分产品已进入一线产线验证，推动国产化发展，差距有望持续缩小：1）产品覆盖度：国内龙头的产品覆盖度为27.2%，国内龙头企业加大产品研发力度，有望尽早实现50%以上的产品覆盖度。2）工艺节点上：国内企业已能覆盖28nm及以上制程，持续研发28mn以下制程。同时三代化合物半导体衬底产能将达到600万片/年（6英寸），由于其材料特性，某些制造工艺流程需要特定设备开发，多数环节存在空白或补链的机会。

　　产业链梳理：海外领先厂商有KLA、应用材料、日立、雷泰光学、创新科技；国内厂商有中科飞测、上海睿励、上海精测、【赛腾股份(603283)、股吧】(行情603283,诊股)（Optima）、东方晶源、埃芯半导体、优睿谱等。

　　风险提示：下游需求持续未复苏，技术进步的速度低于预期。