（報告出品方/作者：國海證券，姚健、杜先康）
1、電子束檢測是先進制程關鍵裝置
量檢測裝置是晶片良率的關鍵保障
根據不同工序，半導體檢測分為前道量檢測、後道檢測及實驗室檢測，其中，前道量檢測主要應用于晶圓加工環節，目前以廠内産線線上監控為主；後道檢測主要應用于晶圓加工後的晶片電性測試及功能性測試，目前主要分為第三方測試和廠内産線線上監控；實驗室檢測主要針對失效樣品進行缺陷定位和故障分析，目前主要分為第三方實驗室檢測和廠内自建實驗室。
前道量檢測裝置具有兩大類功能，一是確定IC産線量産良率，二是定量監控生産裝置，為裝置驗收、維保提供依據。按技術手段，前道量檢測裝置主要分為光學檢測、電子束檢測以及X光檢測裝置，本文旨在分析電子束檢測裝置的基本原理、發展趨勢、供求狀況。
電子束檢測助力先進制程發展
光學檢測存在分辨率瓶頸。分辨率是指儀器能夠清晰分開兩點間的最小距離，根據abbe公式，儀器分辨率的提升方式主要包括：1）減小照明波長，2）增大孔徑角。入射波長是影響光學顯微鏡分辨率的主要因素，受可見光波長範圍（400-760nm）的限制，光學顯微鏡的極限分辨率約為200nm。
先進制程對光學檢測提出較大挑戰。光學檢測目前是半導體品質控制的主要技術，具有速度快、無接觸、易于線上內建等優勢。為了提高檢測精度，目前最先進的量檢測裝置所使用的光源波長已包含DUV波段，同時不再單純依靠解析晶圓上的圖案來捕捉缺陷，而是通過結合深度的圖像信号處理軟體和算法，在有限的信噪比圖像中尋找微弱的異常信号，能夠檢測的制程水準進一步提升。然而随着工藝節點繼續發展，相比真正的缺陷，噪聲在檢測結果中的比例顯著提升，光學檢測在先進節點應用中的可靠性降低。
二次電子是掃描電子顯微鏡的主要成像信号。掃描電子顯微鏡（SEM）的基本原理是，利用電子槍發射電子束經聚焦後在試樣表面作光栅狀掃描，通過檢測電子與試樣互相作用産生的各類信号（二次電子、背散射電子、吸收電子、俄歇電子和特征X射線等），分析試樣表面的成分、形貌及結構。在掃描電子顯微鏡（SEM）中，用于成像的信号主要是二次電子，其次是背散射電子和吸收電子，用于分析成分的信号主要是X射線和背散射電子。
多電子束方案能夠提升檢測速度。傳統SEM的最大成像速度始終受到庫倫互相作用、探測器帶寬的限制，可以通過多電子束方案提升檢測效率，是電子束檢測的重要方向；然而，根據《內建電路産業全書》，若要達到與光學檢測相同的檢測速度，需要實作數百甚至數千電子束的并行運作，裝置成本将會大幅提升，研究熱點是在系統複雜性、整機成本與檢測效率之間取得平衡。
電子束檢測市場有望快速增長。根據VLSI統計，2023年全球半導體前道量檢測裝置市場中，光學、電子束、X光技術占比分别為81.4%、14.2%、2.3%。相比光學檢測技術，電子束技術速率較慢、裝置成本較高，然而檢測精度較高。根據MMR，2022年全球電子束檢測市場中，1nm以下應用占比過半，随着內建電路工藝節點減小，缺陷尺寸減小、缺陷密度增加、漏檢風險逐漸提升，電子束檢測技術具有顯著的分辨率優勢，且對于電性缺陷具有獨特的識别能力，2022-2029年全球電子束檢測市場有望快速增長，CAGR預計為19.9%，2029年10nm以上應用将成為電子束技術的主要市場。
2、國内電子束檢測裝置市場有望快速發展
先進制程及配套産業鍊有望加速發展
國家內建電路産業投資基金三期（簡稱“大基金三期”）于2024年5月24日正式成立，注冊資本3440億元，資金規模超過大基金一期（987.2億元）、大基金二期（2041.5億元）總和。 大基金一期：主要聚焦于內建電路制程環節，根據皮書資料庫，截至2018年6月，制造、設計、封測和裝備材料等領域投資占比分别為63%、20%、10%和7%。 大基金二期：在産業鍊上遊裝置、零部件及材料的投資力度加大，根據芯思想統計，截止2022年3月31日，晶圓制造、內建電路設計工具及晶片設計、封裝測試、裝備/零部件/材料、應用等領域投資占比分别為75%、10%、2.6%、10%和2.4%。大基金三期：考慮大陸在先進制程上的短闆，以及配套的上遊裝置、零部件、材料、EDA及IP等供應鍊存在“卡脖子”問題，先進制程及其配套産業鍊或将成為大基金三期的重點發力方向。半導體前道量檢測裝置目前國産化率僅個位數，電子束檢測裝置是先進制程晶片良率的關鍵保障，未來有望加速發展。
2024年全球/中國大陸量檢測裝置市場空間為159/55億美元
根據VLSI統計，2020/2023年全球量檢測裝置市場空間為76.5/128.3億美元，CAGR為18.8%；2023年全球半導體量測/檢測裝置市場空間分别為39.5/87.1億美元，光學/電子束/X光檢測裝置市場空間分别為104.4/18.2/3.0億美元。
我們測算，2024/2025年全球半導體量檢測裝置市場空間分别為159/196億美元，中國大陸半導體量檢測裝置市場空間分别為55/68億美元，全球電子束量檢測裝置市場空間分别約為25/34億美元，其中，電子束關鍵尺寸量測市場空間分别為11/15億美元，電子束缺陷檢測市場空間分别為6/8億美元，電子束缺陷複查裝置市場空間分别為8/10億美元。
假設1：2023年全球半導體裝置市場中，半導體量檢測裝置的市場佔有率為12%，2024/2025年逐年+1%。
假設2：2024/2025年全球量測/檢測裝置的市場佔有率維持2023年30.8%/67.9%；量測裝置中，關鍵尺寸/套刻精度/晶圓薄膜/掩膜版/三維形貌量測裝置的市場佔有率維持2023年15.5%/6.7%/4.5%/1.1%/0.6%，其中，晶圓媒體薄膜量測/晶圓金屬薄膜量測裝置的市場佔有率維持2023年3.9%/0.6%；檢測裝置中，圖形晶圓/掩膜版缺陷檢測/無圖形晶圓缺陷檢測裝置的市場佔有率維持2023年35.6%/14.1%/10.3%，其中，明場納米圖形晶圓缺陷檢測/暗場納米圖形晶圓缺陷檢測/晶圖形晶圓缺陷檢測裝置的市場佔有率維持2023年19.5%/8.4%/7.7%；
假設3：随着先進制程、複雜器件的持續發展，電子束檢測技術優勢愈發明顯，2024/2025年電子束技術的市場佔有率相比2023年14.2%逐年+1.5pct，光學技術的市場佔有率相比2023年81.4%逐年-1.3pct，X光技術的市場佔有率相比2023年2.3%逐年-0.2pct；電子束技術中，2023年電子束關鍵尺寸量測/電子束缺陷檢查/電子束缺陷複查裝置裝置的市場佔有率分别為6.6%/3.3%/4.3%，2024/2025年逐年+0.5pct/+0.5pct/+0.5pct。
假設4：2024/2025年中國大陸半導體裝置的全球市場佔有率維持2023年的34.4%，量檢測裝置的全球市場佔有率與半導體裝置一緻。
3、電子束檢測裝置國産替代空間廣闊
全球：國際巨頭主導電子束檢測裝置市場
全球電子束檢測裝置市場集中度較高，歐美、日本企業處于壟斷地位。根據VLSI資料統計，2023年全球半導體量檢測裝置行業CR5超過84%，主要包括KLA、應用材料、日立等，其中柯磊半導體市占率高達55.8%。電子束檢測裝置方面，根據應用材料統計，2021年應用材料、日立、阿斯麥、KLA等企業市占率分别為50%、28%、15%、6%。
國内：電子束檢測裝置國産替代空間廣闊
電子束檢測裝置國産供應商稀缺。中國大陸半導體量檢測市場中，裝置國産化率較低，國際巨頭處于市場主導地位，根據VLSI資料統計，2023年KLA市占率達55.8%。國産半導體量檢測裝置供應商主要包括上海精測、中科飛測、上海睿勵等，2023年上海精測、中科飛測收入分别為3.32億元、8.91億元，國内市占率分别為1.06%、2.84%。電子束檢測裝置領域，目前國内主要供應商包括上海精測、東方晶源。
精測電子：明場檢測持續發展，DR-SEM國内領先
先進制程DR-SEM實力領先。電子束檢測方面，公司是國内極少數擁有完全自主知識産權的掃描電子顯微鏡企業，開發和突破了超高分辨率掃描電子顯微鏡技術，适用于1x nm先進內建電路的工藝缺陷的自動檢測。公司電子束裝置已取得國内一線客戶的批量訂單，電子束缺陷複查裝置已取得先進制程重複性訂單。
中微公司：刻蝕裝置國内領跑者，加速布局量檢測賽道
持續豐富關鍵裝置品類，或将發力電子束檢測市場。中微公司成立于2004年，主營産品包括刻蝕裝置、MOCVD裝置、薄膜沉積裝置及VOC裝置等，據科創闆日報，未來5-10年公司計劃覆寫50%-60%的內建電路關鍵裝置。中微公司通過投資睿勵儀器布局量檢測賽道，未來會考慮涉足電子束檢測裝置市場。
報告節選：
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精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站