2024年中科飞测研究报告：前道制造+先进封装双轮驱动，检量测新品打开成长天花板

1、国内半导体检、量测设备龙头，卡位前道制造+先进封装

中科飞测九大检/量测设备系列卡位前道制造+先进封装，三大良率管理软件全部 应用在国内头部客户。公司是国内半导体检、量测设备龙头，已量产检/量测设 备包括六大类，即无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备、套刻精度 量测设备、介质薄膜膜厚量测设备、金属薄膜膜厚量测设备、三维形貌量测设备， 已经在国内头部客户批量量产应用，市占率稳步快速增长；另外三大类设备完成 样机研发，其中明场纳米图形晶圆缺陷检测设备和光学关键尺寸量测设备已出货 客户开展产线工艺验证和应用开发，暗场纳米图形晶圆缺陷检测设备正在进行客 户样片的工艺验证和应用开发中，并与多家国内头部客户达成客户现场评估意向； 另外，公司开发的三大系列智能软件已全部应用在国内头部客户，并不断提高在 不同应用领域的覆盖度。

2023 年全球检/量测设备市场空间达 128.3 亿美元，全球市场被美、日企业垄断。 根据 VLSI，2023 年全球检测、量测设备市场空间共 128.3 亿美元，其中检测设 备占比 67.9%，包括纳米图形晶圆缺陷检测设备、无图形晶圆缺陷检测设备、图 形晶圆缺陷检测设备等；量测设备占比为 30.8%，包括关键尺寸量测设备、套刻 精度量测设备、薄膜膜厚量测设备、三维形貌量测设备等。检/量测设备在前道制程领域主要用于薄膜沉积、光刻、掩模、刻蚀、离子注入环节，在先进封装领 域主要用于 CMP、清洗、光刻、刻蚀、电镀、键合领域。2022 年国内半导体检、 量测设备市场空间预计为 40 亿美元，2023 年预计进一步提高。全球检、量测设 备厂商包括 KLA（科磊）、AMAT（应用材料）、Hitachi（日立）等，根据 VLSI 统计，2023 年全球前五大公司合计份额占比超 84%，均来自美国和日本，其中 KLA 和 Camtek 分别在前道和后道领域占据主要份额。

公司已量产和在验证设备覆盖的市场空间达 67%，工艺覆盖度不断提升。根据 公司 2023 年报，公司目前已经量产或正在验证的设备覆盖全球市场空间达 66.7%。公司收入主要来自无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备、 三维形貌量测设备，新增长点来自光刻套刻精度量测设备以及金属/介质薄膜膜 厚量测设备，针对 2xnm 节点的明场和暗场设备正在客户端工艺验证，未来将进一步打开市场天花板，针对 1xnm 的设备也在布局中。

2、公司在前道领域长期对标 KLA，明场和暗场检测设备将 显著提升市场空间和国产化率

前道检/量测最核心的工序为晶圆缺陷检测，KLA 凭借明+暗场检测技术建 立领先优势

在前道领域，晶圆缺陷检测设备是提高良率最核心的设备，包括图形和无图形晶 圆检测设备。图形缺陷检测设备用于正面已形成电路结构的晶圆的正面检测，无 图形缺陷检测设备用于无图形结构的裸硅片或有一些空白薄膜的硅片，以及有图 形晶圆的背面和边缘检测等。图形晶圆缺陷检测设备更加复杂，需要将光线扫描 到晶圆表面的每个点后得到信号，与记录的完好的正片的相同位置所得型号进行 对比，进而判断被检片是否存在缺陷，因此图形晶圆检测需要收集和计算的信息 量是无图形晶圆检测的指数倍。 光学检测技术是晶圆表面检测最常用的方法，光学方法中散射法应用较为广泛。 晶圆表面缺陷可采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子 力显微镜（AFM）及光学检测技术，其中 SEM、TEM、AFM 尽管都可以实现纳 米级尺度的尺寸量测与缺陷检测，但缺点是速度慢、成本高、设备操作复杂等， 而光学检测技术凭借测量速度快、无接触、非破坏、易于在线集成等优点，成为 最主要的检/量测技术。光学检测技术可分为衍射法、干涉法和散射法，其中散射法利用缺陷对入射光的散射特性进行缺陷检测，是应用广泛的缺陷检测方法。

按照照明方法与成像原理不同，散射法又可分为明场和暗场散射： 1）明场检测：直接用反射的可见光测量晶圆表面的缺陷，优点是清晰度高，能 够形成整体图案形貌。明场检测的照明光角度和采集光角度完全相同或部分相同， 在光电传感器上最终形成的图像是由照明光入射圆片表面并反射回来的光形成 的。采用明场检测时，晶圆水平表面反射大部分光，而倾斜或竖直方向几乎不反 射，明场检测设备通过收集反射光信息进行分析，能够形成晶圆整体形貌； 图形晶圆成像检测一般采用明场检测为主、暗场检测为辅。图形的表面散射减少 了探测器的总通光量，晶圆检测需要更长的积分时间，对检测速度要求不如无图 形晶圆那么高。由于明场检测直接采集反射光信息，能够形成晶圆图片，对晶圆 整体形貌刻画较好，因此图形晶圆成像检测一般多采用明场检测技术，并结合暗 场检测技术； 2）暗场检测：检测位于晶圆表面的缺陷散射出来的光，优点是能够找出微小缺 陷并且检测速度更快。暗场检测的照明光角度和采集光角度完全不同，所以在光 电传感器上最终形成的图像是由照明光入射晶圆表面并被图形表面的 3D 结构散 射回来的光形成的。暗场检测表现为在所有平坦表面都是黑色的，在不平整处出 现亮线，但无法形成晶圆整体形貌； 无图形晶圆更多采用暗场检测技术。无图形晶圆的表面由于没有图案，因此需要 的检测时间更短，相较于明场检测，暗场散射检测具有更快的检测速度，更加适 用于高频的空间形貌，并且可以检测远小于系统分辨率和光斑尺寸的缺陷，因而 尤其适用于生产线上无图形晶圆表面的微纳缺陷检测。

KLA 凭借明场/暗场检测技术优势在前道领域一家独大，后道先进封装贡献新增 长点。KLA 2023 日历年收入为 96.7 亿美元，同比下滑 3%；按财年口径测算， 公司 2023 财年检测设备收入 41.5 亿美元，占比 39.6%，量测设备收入为 21.7 亿美元，占比 20.7%，据此测算 2023 年市场份额占比近 50%。公司毛利率基本 稳定在 60%左右，净利率有所波动，近三年保持 30%及以上水平。在前道领域， KLA 具备全球领先的明场/暗场检测技术，量测系统覆盖几乎全工艺，在前道领 域份额可能达一半以上；在后道封装领域，公司布局 2.5/3D、扇出型、键合等先 进封装领域的量测系统，未来先进封装有望成为公司新增长点。

在前道领域，KLA 检测设备旗舰产品基本均支持明场或暗场检测技术。1）图形 晶圆缺陷检测设备：KLA 旗舰产品包括 39xx、29xx、Puma、Voyager、Circl 等，其中 39xx、29xx 采用明场检测方法，使用等离子体进行图形晶圆缺陷检测， 3935和3920EP可用于5nm及以下节点，Puma和Voyager采用暗场检测方法， 使用激光扫描进行图形晶圆缺陷检测，CIRCL 系列搭载正面、边缘、轮廓、背面 四个模块，因此可以对晶圆全表面进行检、量测；2）无图形晶圆缺陷检测设备： KLA 产品主要为 Surfscan 系列，最先进产品 SP7XP 可用于 5nm 节点及 3D NAND 特有的厚膜结构，主要采用暗场检测，也可以搭配明场方法进行检测； KLA 量测设备覆盖几乎全部主流工艺。包括套刻精度量测、关键尺寸量测、三 维形貌量测、薄膜膜厚量测等设备，其套刻精度量测系统 Archer ATL 和 700、 关键尺寸量测和形貌量测系统 SpectraShape 11K、薄膜膜厚量测系统 SpectraFilm F1 均可支持 7nm 及以下逻辑节点和先进存储节点。

先进封装为 KLA 新增长点，公司指引 2024 年先进封装领域收入达 4.5-5 亿美元。 在先进封装领域，公司布局过程控制、检测与量测设备，例如，Kronos 1190 设 备可在 3D IC 和高密度扇出型封装领域实现业界最高灵敏度的关键缺陷检测； CIRCL-AP 可用于 2.5/3D 集成、晶圆级芯片尺寸封装和扇出型晶圆封装；图形 晶圆缺陷检测设备 PWG5 可为晶圆间键合应用中的超厚晶圆提供完整的高密度 晶圆形状、平整度和双面纳米形貌量测数据；Zeta-5/6xx 能够测量凸块高度、RDL 关键尺寸、UBM 台阶高度、晶圆翘曲等。另外，公司还布局少量晶圆制程设备， 例如硅等离子刻蚀设备、PVD 设备、PECVD 设备、等离子切割设备等，用于先 进封装特有的 TSV、RDL 等结构。公司预计 2024 年先进封装领域收入达到 4.5-5 亿美元，2019-2024 年收入 CAGR 为 25%，同时指引 2 年内该部分收入达 2023 年 5 倍，新产品市占率达 50%以上。

中科飞测明场和暗场检测设备客户端验证顺利，有望显著提升市场空间和国 产化率

在前道领域，公司明场/暗场晶圆缺陷检测设备正在头部客户端进行验证，未来 有望进一步打开成长天花板。纳米级明场图形晶圆缺陷检测设备目前已经完成适 用于逻辑、存储芯片等领域的样机研发，积极开展国内多家主流客户的多种复杂 图形工艺样片的验证测试，并小批量出货到多家国内头部客户产线上进行工艺开 发与应用验证工作；纳米级暗场图形晶圆缺陷检测设备目前完成设备样机研发， 正积极开展国内多家主流客户的多种复杂图形工艺样片的验证测试，包括逻辑、 存储、功率、2.5D HBM 芯片等。根据前文所述，前道晶圆缺陷检测是最核心设 备，明场和暗场检测是晶圆缺陷检测的核心技术，考虑到公司原有图形和无图形 晶圆检测设备面向的市场空间占比为 18%，而明场和暗场晶圆缺陷检测设备占全 部市场空间的 28%，随着公司未来明场和暗场设备逐步放量，未来公司检测设备 可面向的市场空间有望翻倍以上增长。 公司量测设备工艺覆盖度不断提升，光学关键尺寸量测设备验证顺利。公司 2023 年之前量测产品以三维形貌量测设备为主；2023 年光刻套刻精度量测和金属/介 质薄膜膜厚量测设备开始贡献新增长动力；2024 年光学关键尺寸设备已完成设 备样机研发，在国内多家连接、存储、功率主流客户机型样片验证测试，在部分 产线进行工艺开发和应用验证，未来公司量测工艺覆盖度将进一步提升。

公司长期对标 KLA，国产化率有显著提升空间。根据 VLSI，2022 年国内检、 量测设备市场空间为 40 亿美元，2023 年仍将进一步成长。根据 KLA 财报，2022 年公司检、量测设备收入大约 70 亿美元，中国大陆收入占比大约 32%，据此测 算仅 KLA 一家 2022 年在国内份额就达到 56%；按照中科飞测和精测（半导体 业务）等国内公司收入体量测算，国内半导体检、量测设备市场空间预计不足 5%。考虑到公司突破明场和暗场检测技术，长期看有望对标 KLA 的技术优势和 行业地位，未来国产化率有显著提升空间。

3、公司在后道领域长期对标 Camtek，持续受益于国内先进 封装产线扩产

后道先进封装精细化结构提升检/量测设备需求，Camtek 凭借领先的 3D 量 测能力占据主要份额

在先进封装领域，Bump/RDL/TSV 等特殊结构提升检、量测需求，难点在于 2.5/3D 量测能力。在 2.5/3D、扇出型等先进封装应用中，Bumping/RDL/TSV 等 特殊结构对检/量测提出了更精细化的新要求。以 2.5D CoWoS 封装为例，硅中 介层（Interposer）间距从 0.4um 微缩至 0.2um，Die 到中介层的间距从 25um 缩小至 15um，中介层到基板的间距从 90um 缩小至 70um，检量测难点在于 RDL 表面缺陷、TSV 形状等；以 3D SOIC 为例，微凸点、TSV、Gap Fill 等结构的 间距都更小，检量测难点在于键合间的洁净度、晶圆和 die 的翘曲性等。

1）针对 Bumping 工艺，量测设备需要识别凸块的形状和缺陷，凸块尺寸减小 和 I/O 数量提升要求更高的量测设备性能。一方面，量测设备要识别凸块的高度、共面性、直径、位置，还要识别凸块是否存在缺失、桥接等缺陷；另一方面，凸 块直径和间距的缩小要求量测设备性能提升，单颗 die 上 I/O 数量的增多要求量 测设备吞吐量的提升。例如，对于高度 100um 的凸块可以接受±10um 的误差， 而对于 25um 的凸块允许的误差减少至 1um 以内，意味着检测设备必须有更高 的性能；目前单颗 die 上凸块数量超过 2 万个，未来逐步增加到 5 万个以上，要 求量测设备吞吐量的提升。

2）针对 TSV 工艺，刻蚀、衬底/阻挡层沉积、填充和 CMP 等每一个工艺步骤均 需要测量和缺陷检查。例如，TSV 的衬底和阻挡层是采用纳米级薄膜沉积工艺制 造的，关键尺寸（CD）的精确测量和控制需要 TSV 横截面的高分辨率扫描电子 显微镜（SEM）图像；对于 TSV 特定的缺陷机制，包括裂缝、不完全体填充和 绝缘体壁上的针孔等，这些纳米级的结构缺陷需要通过高压 SEM 来进行量测； 另外，随着堆叠芯片数量的增加，3D 结构中需要更小的 CD 尺寸，由此将产生 D2W 或 W2W 键合、及 TSV 未对准产生的纳米尺寸缺陷或孔洞，该类量测需求 也不断增加。

3）针对 RDL 工艺，更精细的电路布线增加检/量测设备需求。HBM 中硅中介层 上排列多层 RDL 布线，支持极其精细的线路，可以互连芯片上间距为 55um 甚 至 40um 的微凸点。随着需要互联的凸点增多，RDL 互连的凸点间距进一步缩小， 增加更加精细和先进的检/量测设备需求。

Camtek 为先进封装量测设备龙头，主力产品 Eagle 系列支持 2D 和 3D 检测。 Camtek 位于以色列，在后道先进封装检/量测领域占据主要市场份额。公司主力 产品为 Eagle 系列，在前端制程领域拥有 Eagle-i 和 Eagle-i Plus 型号，可用于 大规模 2D 检测，包括电镀 bump、电测针印、划片后的检测等，还可用于 CMOS、 MEMS、LED 等器件的检测；在先进封装领域，公司设备包括 Eagle-AP 和 Golden Eagle 型号，主要面向 Bump、RDL、TSV 等工艺，以及扇出型 PLP 封装面板 等应用。公司设备 2D 检测精度 0.2um，3D 检测高度精度 0.05um（量测范围 2-100um），检测速度为量测单片 5000 万点的 Bump。

3D 量测是 Camtek 在先进封装领域核心竞争力。公司 Eagle-i 和 Eagle-I PLUS 产品，主要针对大规模 2D 前道检测，包括电镀 bump 前后的检测、电测针印大 小的检测、划片后的检测等；Eagle-AP 系列提供 2D 和 3D 检量测能力，3D 量 测是其核心竞争力，可用于各类 Bump 的高度、厚度量测和 TSV 的开口深度量 测等。

Camtek 主要增长动力来自先进封装领域，24Q1 收入创历史新高。Camtek 为 先进封装尤其是 HBM 领域的量测设备龙头，收入从 2017 年的 0.93 亿美元增长 至 2023 年 3.15 亿美元，2023 年收入中 65%来自先进封装互联应用，其中大部 分来自 HBM 和小芯片模块，其余 35%分别用于功率器件、CIS 和过程控制应用 等；24Q1 公司实现收入 9700 万美元，创历史新高，超过 9300-9500 万美元的 指引，其中 80%来自高级互连封装应用（其中 40%来自 HBM、20%来自 Chiplet、 20%来自其他高级封装应用），其余 20%来自功率、CIS 等领域；2023 年公司毛 利率和净利率分别为 47%和 25%，24Q1 毛利率和净利率分别提升至 50.6%和 32.3%，主要系先进封装收入占比提升所致。

Camtek 大部分收入来自中国地区，大客户覆盖三大存储原厂、台积电、英特尔 等。2023 年收入 47%来自中国地区，公司客户 70%以上业务面向 Tier1 厂商， 包括台积电、联电、三星、SK 海力士、美光、英飞凌、日月光、安靠等。2023 年 11 月，Camtek 以 1 亿美元完成对德国 FormFactor（FRT）公司的收购，FRT 是先进封装和 SiC 市场高精度计量设备领先厂商，具有独特的混合多传感器 SurFaceSens 技术。

Camtek 持续获得先进封装客户订单，指引 24Q2 收入继续创历史新高。Camtek 自 2023 年 Q3 开始不断接收一级制造商客户的订单，大部分来自先进封装领域 的异构集成、HBM、扇出型封装等。2023 年 7 月，公司公告称收到了多家一级 制造商的 42 套系统订单，很大一部分用于异构集成的小芯片模块和 HBM，这些 订单将于 23H2 交付；8 月底，公司公告自 2023 年 8 月以来已收到约 45 套系统 的订单，30%用于 HBM 和 Chiplet 应用；2023 年 11 月，公司公告收到一家一 级制造商的 28 套系统新订单，用于高带宽的检测、HBM、异构集成（HI）应用 程序；2023 年 12 月，公司公告收到一家领先的 OSAT 客户的 25 套系统订单， 预计将于 2024 年交付客户；2024 年 5 月，公司公告收到来自一家 HBM Tier1 厂商的 2500 万美元的订单，大多数系统将于 24H2 交付。展望 24Q2，公司预 计收入 1-1.02 亿美元，继续创历史新高；展望 2024 年，公司预计整体收入创历 史新高，HBM、Chiplet 领域收入占比将至少为 30%。

中科飞测覆盖国内先进封装头部客户，具备晶圆级封装、HBM 领域 2.5/3D 封装等技术能力

在先进封装领域，公司覆盖主流工艺领域，面向国内头部封测客户。公司主要面 向长电科技、华天科技、通富微电、华天科技等客户，2021 年长电先进、华天 昆山收入占比合计为 20%。 1）无图形晶圆缺陷检测设备已全面覆盖包括晶圆级封装、2.5D/3D 封装等领域 的技术要求； 2）图形晶圆缺陷检测设备已全面覆盖晶圆级先进封装领域中的量产需求，在该 领域的国内头部客户中占据绝大部分市场份额；在新兴的先进封装技术如应 用在 HBM 的 2.5D、3D 封装领域，公司图形晶圆缺陷检测设备亦能满足该 领域的技术需求，有效地解决由于封装技术的提升带来的检测难度的显著提 升，例如 RDL 线宽不断变窄、表面粗糙度干扰不断提升导致所需检测能力的 提升，以及 3D 封装带来的 microbump 的高度检测需求；公司图形晶圆缺陷 检测设备 BIRCH-60/100，可应用于晶圆表面亚微米量级的二维、三维图形 缺陷检测，客户包括长电先进等； 3）三维形貌量测设备 CYPRESS-T910/U950，主要用于晶圆纳米级三维形貌量 测、双/多层薄膜厚度测量、关键尺寸和偏移量量测，有效解决 RDL 小线宽 和 TSV 工艺的涂胶、光刻、薄膜、电镀、刻蚀等全面需求，客户包括长电先 进、长江存储、长电绍兴等； 4）公司介质薄膜膜厚量测设备和金属薄膜膜厚量测设备均能满足晶圆级封装和 2.5D/3D 封装的技术要求； 5）针对如 HBM 的 2.5/3D 封装对套刻精度量测设备的技术要求，公司开发了针 对性的红外照明解决方案，能够有效解决封装中键合对准的工艺管控。

国内加速先进封装扩产，未来产能有望得到数倍提升。摩尔定律制程进步趋缓， 芯片性能提升除了依靠制程外，更多转向依靠封装工艺进步实现。当前高算力 GPU 和 HBM 普遍采用 CoWoS、SOIC 等 2.5/3D 先进封装技术，但技术和产能 主要由海外厂商掌握，国内先进封装技术大多仅迭代至FC-BGA、FC-CSP、Bump 等，在 2.5D 及以上领域布局较少。考虑到国内未来算力要求提升对 HBM 等领 域的先进封装需求持续提升，长期看国内先进封装产能将至少有数倍提升空间，例如国内传统 OSAT 厂商长电科技已掌握 WLP/2.5D/3D/SiP 等封装技术，通富 微电绑定国际 CPU/GPU 大厂，华天科技已掌握 FO/TSV/SiP/3D 等封装技术， 甬矽电子布局中高端先进封装；另外，国内一级公司如盛合晶微、长电绍兴、华 进半导体、安牧泉等也在三维多芯片集成、WLCSP、Fan-out 等高端封装领域 有持续扩产规划。

4、公司收入快速增长，盈利能力有望大幅提升

公司历年营收高速增长，无图形和图形晶圆检测设备贡献主要收入。公司营收从 2019 年的 0.56 亿元增长至 2023 年的 8.9 亿元，CAGR 近 100%；2023 年公司 订单持续增长，收入同比增长 75%；24Q1 公司实现收入 2.36 亿元，同比增长 45.6%。从产品结构来看，在 2022 年及之前，公司收入主要由无图形晶圆检测、 图形晶圆检测、三维形貌量测、3D 曲面玻璃量测四大类设备贡献，其中 2022 年检测和量测设备收入分别占比 75.6%和 23.2%。根据公司招股书，公司无图形 晶圆缺陷检测设备 600 款单价略超 300 万元，800 款单价超千万元；图形晶圆 缺陷检测设备单价大约 200-300 万元；三维形貌量测设备按型号区分分别为超 200 万元和超 400 万元不等。2023 年至今，公司套刻精度和薄膜膜厚量测设备 开始贡献收入新增长点，明场、暗场检测和光学关键尺寸量测设备完整样机研发 并在客户端验证顺利。

公司毛利率呈整体上升趋势，2023 年至今盈利能力同比明显提升。随着规模效 应逐步提升，公司毛利率整体呈上升态势，2023 年毛利率达 52.6%，超过 Camtek， 但与 KLA 60%的毛利率水平仍有一定差距，24Q1 实现毛利率 54.3%，进一步得 到提升；公司 2023 年之前一直亏损或小幅盈利，2023 年实现归母净利润 1.4 亿 元，扣非净利润 0.32 亿元，扣非净利率 3.6%，同比明显扭亏，24Q1 公司分别 实现归母净利润和扣非净利润 0.34 和 0.08 亿元。

公司发布 2024 年股权激励方案，彰显长期收入增长信心。根据公司 2024 年股 权激励方案设定的收入目标，2024/2025/2026/2027 年收入考核触发值分别不低 于 10.7/16/22.3/28.9 亿元，分别同比+20%/50%/39.4%/29.2%；收入考核目标 值分别不低于 11.5/17.2/24.1/31.3 亿元，分别同比+29%/49.8%/40.4%/29.8%。

伴随未来收入放量和产品拓展，公司盈利能力有较大提升空间。对比国内中微公 司、拓荆科技、盛美上海三家设备厂商来看，中科飞测毛利率要高于四家可比公 司，但扣非净利率明显低于可比公司，主要系中科飞测当前收入体量较小，规模 效应尚未体现。中微公司 2020 年收入为 22.7 亿元，扣非净利率达 10.3%；拓 荆科技 2022 年收入为 17 亿元，扣非净利率达 10.4%；盛美上海 2021 年收入为 16.2 亿元，扣非净利率达 12%，基本上收入体量需达到 15 亿元及以上，扣非净 利率能够保持 10%以上水平。考虑到中科飞测当前在手订单充沛，未来收入有望 快速增长，同时明场/暗场检测等更先进的产品放量将带来机台 ASP 提升，公司 规模效应有望持续显现，24Q1 扣非净利率仅为 3.6%，盈利能力有显著提升空间。

编辑：火腿肠