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国内半导体清洗设备龙头盛美上海研究报告

老范说评   / 2022-03-17 10:29 发布

1 盛美上海:技术差异化、产品平台化、客户全球化,国内半导体清洗设备龙头迎来加速成长

1.1 国内半导体清洗设备龙头,技术差异化打开国际市场

专注半导体设备研发,成长为国内清洗设备龙头。盛美上海成立于2005年,是国内少 数具有一定国际竞争力的半导体专用设备制造商,主要产品包括半导体清洗设备、半 导体电镀设备、先进湿法封装设备和立式炉管设备,产品覆盖前道芯片制造和后道先 进封装环节。其中,清洗设备是公司的拳头产品,公司通过自主研发且全球领先的 SAPS兆声波清洗技术、时序能激气穴震荡TEBO兆声波清洗技术,可应用于28nm及 以下技术和节点的晶圆清洗领域,成功进入海力士、长江存储、华虹集团、中芯国际 等国内外半导体制造企业产线。据Gartner2020年数据,公司在全球清洗设备的市场份 额已升至 4%,其中单片、槽式清洗设备的全球市场份额达到 5.2%,是国内半导体 清洗设备龙头。

差异化方案打开国内外市场,客户拓展至行业多家龙头公司。公司控股股东美国 ACMR成立于1998年,成立起即从事半导体专用设备研发,主要技术布局包括多阳极 局部镀铜技术、无应力铜抛光(SFP)技术。2005年盛美上海成立后选择了与电镀、 抛光同属于湿法工艺的清洗设备领域,并采用差异化竞争战略,选择与主流清洗技术 不同的技术进行重点研发。2008年公司兆声波清洗技术SAPS研发成功,2009年SAPS 清洗设备成功进入全球十大半导体企业、全球存储器龙头企业韩国海力士(无锡)开 展产品验证,2011年用于12英寸45nm工艺的SAPS清洗设备首次获得海力士订单,并 于2013年获得海力士多台重复订单。2015年公司取得长江存储、中芯国际及华虹集团 等国内领先客户SAPS订单。在先进封装湿法设备、电镀设备、无应力抛光设备、立 式炉管设备领域,公司也取得了客户的认可:2013年取得国内封装测试龙头企业长电 科技先进封装湿法设备订单,2018年取得长电科技后道先进封装电镀设备和订单, 2019年前道铜互连接电镀设备取得华虹集团订单、无应力抛光设备取得长电科技订 单,2020年公司立式炉管取得华虹集团订单。

1.2 产品布局不断延伸,平台化战略不断打开市场空间

从湿法工艺起步,逐步向平台化发展。公司从湿法工艺起步,研发了以清洗设备、先 进封装湿法设备、电镀设备为代表的湿法工艺设备,2018年开始干法设备的研发,于 2020年推出立式炉管设备,完成了从湿法工艺设备进入干法工艺设备的跨越,逐步向 半导体设备平台发展。根据公司估计,公司目前的产品线所处市场空间约80亿美元。 据公司2021年年报,公司预计2022年再推出两款设备,产品可服务市场规模将翻倍。 预计该两款产品2022年可进入客户端验证。

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产品线日臻丰富,覆盖晶圆制造和先进封装等领域。半导体产业链中技术难度最高、 附加值最大、工艺最为复杂的为集成电路制造,应用于集成电路领域的设备通常可分 为前道工艺设备(晶圆制造)和后道工艺设备(封装测试)两大类。公司通过持续的 研发投入和长期的技术、工艺积累,产品线从晶圆制造领域扩展到先进封装领域。日 益丰富的产品推动公司销售收入不断增长,公司的竞争力不断提升。

公司拥有三大产品线,包括半导体清洗设备、先进封装湿法设备、半导体电镀设备和 立式炉管设备,分别占2021年公司营收的65.1%、13.4%和16.9%。

(1) 半导体清洗设备:半导体清洗设备为公司核心产品,主要包括单片清洗设备、 槽式清洗设备和单片槽式清洗设备,其中单片清洗设备2020年占清洗设备营 收的87.7%。单片清洗设备主要依靠公司两项特有专利技术——空间交变相 位移(SAPS)技术和时序能激气穴震荡(TEBO)技术,实现先进技术节点的平 面和图形晶圆、3D图形和极小尺寸高宽深比结构的良好清洗。公司清洗设备 已进入海力士、华虹集团、长江存储等多家国内外集成电路制造企业。

(2) 先进封装湿法设备:主要包括湿法刻蚀设备、涂胶设备、显影设备、去胶设 备、先进封装刷洗设备和无应力抛光设备,主要客户包括长电科技、通富微 电、中芯长电、Nepes、华进半导体和中国科学院微电子研究所等封装企业和 科研院所。

(3) 半导体电镀设备和立式炉管设备:1)电镀设备:主要包括前道铜互连电镀设 备和后道先进封装电镀设备。公司是目前全球少数几家掌握芯片铜互连电镀 铜技术核心专利并实现产业化的公司之一,前道电镀设备可应用于55/40/28和 28纳米以下的大马士革铜金属层沉积,2021年设备已获得主要集成电路制造 商demo订单。后道先进封装电镀设备已获得重复订单。2)立式炉管设备:公 司研发的立式炉管设备首先集中在 LPCVD 设备,再向氧化炉和扩散炉发展, 最后逐步进入到 ALD 设备应用。立式炉管设备已获得华虹集团订单。

1.3 放眼全球半导体设备市场,稳扎稳打推进客户全球化

坚持全球化战略,积极拓展海内外新客户。2021年公司新增五家大陆地区以外的知名 客户及国内多家客户,客户拓展上取得了良好成绩。自2021年10月下旬以来,公司获 得了多家海内外客户的新订单,产品范围包括清洗设备、去胶设备、镀铜设备。逐步 实现国内外新客户的突破,全球化战略卓有成效。2018年-2021年度,公司前五大最 终客户分别占比为92.49%、87.33%和83.36%、54.97%,前五大客户占比逐步降低,公 司客户群体不端扩大,新客户拓展效果显著。

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1.4 股权结构、研发团队稳定,高度重视研发投入

股权结构稳定,员工持股绑定公司利益。公司控股股东为美国ACMR,公司董事长兼 CEO HUI WANG通过ACMR持有公司82.5%股权,为公司实际控制人。根据公司招股 说明书,截至2021年6月30日,HUI WANG合计持有ACMRA类股0.95%、B类股67.17%, 合计持有44.59%投票权。公司通过设立员工持股平台芯时咨询和芯港咨询实现公司 员工持股,覆盖核心业务人员87人次,实现员工与公司的发展成果共享。公司下设三 家全资子公司,子公司香港清芯为公司半导体设备销售平台,其全资子公司之一盛美 韩国主要负责半导体专用设备的研发、生产和销售及半导体设备零部件的研发及采 购,全资子公司之二盛美加州主要负责公司半导体设备零部件的采购;子公司盛美无 锡负责设备售后服务;子公司盛帷上海尚未开展实际业务,拟从事半导体设备的研发、 生产和销售。公司参股三家公司,其中盛美科技主要负责半导体专用设备零部件的生 产与销售;石溪产恒负责创业投资、咨询及管理服务,青岛聚源负责股权投资和产权 管理。

公司核心技术人员专业能力强,团队稳定。公司创始人、CEO王晖为清华大学精密仪 器系本科及日本大阪大学工学专业硕士及博士。1998年在硅谷创办ACM Research, 发明多阳极局部电镀铜、无应力铜抛光技术及工艺。1998 年 5 月至今任美国 ACMR 董事长、首席执行官、盛美半导体董事长。公司总经理王坚为机械专业、计算机科学 专业硕士,成功研发无应力铜抛光和电化学镀铜技术,参与申请发明专利100余项,负 责多项重大科研项目。副总经理陈福平为材料学专业硕士。曾任海力士半导体工程师、 副总。参与并成功研发了先进封装湿法设备、SAPS 单片清洗设备、TEBO 单片清洗 设、Tahoe 单片槽式组合清洗设备、全自动槽式清洗设备。电气工程副总裁王俊为电 子与通信工程专业硕士,负责公司多项重大项目的研发。

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保持高研发投入,重视研发团队建设。半导体设备制造属于典型的高精尖装备,产品 技术先进性相较于其他设备行业尤为重要。公司高度重视技术研发,2018年至2021年, 公司研发费用金额分别为0.79、0.99、1.41、2.78亿元,占营业收入的比例分别为14.4%、 13.1%、14.0%和17.2%,研发投入较高,公司预计未来仍将保持17%左右的研发费用 率。公司高度重视技术研发团队建设和培养,鼓励自主创新和独立研发。公司自设立 以来,持续培养和引进全球行业内的专业人才,经过多年的积累,公司拥有了一支国 际化、专业化的技术研发团队。同时,公司在韩国组建了专业的研发团队,依靠韩国 在机械电子领域的技术人才,与中国大陆的研发团队取长补短。截至2021年12月31日, 公司拥有技术研发人员391人,比2020年末增加163人,研发人员占比为44.99%,高比 例的研发人员为公司新产品开发提供了人才保障。

公司多项自主研发核心技术保持国际、国内领先。通过多年的技术研发,公司在清洗 设备、电镀设备和先进封装设备领域均掌握了相关核心技术,并在持续提高设备工艺 性能、产能,提升客户产品良率和降低客户成本等方面不断进行创新,形成公司产品 的竞争力。截至 2021 年 12 月 31 日,公司及控股子公司拥有已获授予专利权的主 要专利 347 项,其中境内授权专利 156 项,境外授权专利 191 项,发明专利共计 342项。并获得“上海市集成电路先进湿法工艺设备重点实验室”称号;公司是“20-14nm 铜互连镀铜设备研发与应用”和“65-45nm铜互连无应力抛光设备研发”等中国“02专项” 重大科研项目的主要课题单位;2020年12月,公司“SAPS(空间交变相位移)兆声波 清洗技术”获得上海市科学技术奖一等奖。(报告来源:未来智库)

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1.5 收入利润高速增长,在手订单保障公司业绩

产品线不断拓宽+客户认可度提升,公司营业收入保持快速增长。公司凭借技术与工 艺积累、新产品丰富度及成熟度的提升、客户认可度的提高等因素,2017年-2021年 营业收入保持快速增长,年复合增长率达59.0%。2017年,公司收入来源于单片清洗 设备与先进封装湿法设备;2018年,首台后道先进封装电镀设备实现销售;2019年, 公司成功实现了槽式清洗设备、单片槽式组合清洗设备以及前道铜互连电镀设备三 类首台设备的销售。2020年立式炉管设备自推向市场即取得了华虹集团的订单。目前, 前道刷洗设备、无应力抛光设备均已成功研发了首台设备,并顺利进入客户端验证。 公司不断增加成熟产品单片清洗设备、先进封装湿法设备的销售数量,持续推出了多 项新产品,不断进入新市场和新客户,实现了营业收入的快速增长。

利润端增速超收入端增速。近年来公司归母净利润实现快速增长,2017年公司归母净 利润为0.11亿元,2021年达2.66亿元,2017-2021年归母净利润复合增长率高达122.5%, 利润增速高于收入增速,反映出公司盈利能力提升。

各业务线不断贡献利润,半导体清洗设备营收占比逐年降低。随着公司新产品的推 出,半导体清洗设备营收占比逐年降低,从2018年的91.1%降低到2021年65.1%。2021 年受益于半导体行业景气以及公司产品结构多元化的发展策略,公司半导体清洗设 备收入为10.56亿元,同比增长29.34%;其他半导体设备(电镀、立式炉管、无应力抛 铜等设备)收入为2.74亿元,同比增长352.44%;先进封装湿法设备收入为2.18亿元, 同比增长120.95%。

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半导体专用设备定制化程度较高,下游客户对规格型号、产品标准、技术参数等方面 的要求较高,具有较高的技术壁垒、市场壁垒和客户验证壁垒,上述产品和行业特性 决定了公司具备相对较高的毛利率水平。2018年-2021年,公司综合毛利率分别为 44.19%、45.14%、43.78%和42.53%,毛利率略有下降的主要原因是公司部分新产品 形成销售,相对清洗设备毛利率略低。

(1)半导体清洗设备:2018-2021年,公司半导体清洗设备毛利率分别为 44.50%、 45.34%、45.01%和 44.31%,相对平稳且保持在较高水平,主要原因为:①半导体清洗设备属于公司成熟产品,毛利率相对平稳;②公司半导体清洗设备的定制化程度较 高,行业壁垒较高因此具有相对较高的毛利率;③公司为我国半导体清洗设备龙头企 业,在中国大陆具有较强的竞争优势;④公司半导体清洗设备成功打入了全球前十大 半导体企业海力士的生产线并持续向其销售。

(2)半导体电镀设备:2018年-2020年(2021年未披露半导体电镀设备毛利率),半 导体电镀设备的毛利率分别为16.68%、39.25%、24.65%,毛利率波动的主要原因为: ①2018年,后道先进封装半导体电镀设备处于市场推广初期,毛利率较低;②2019 年, 公司实现首台前道铜互连电镀设备的销售,前道电镀设备高于后道先进封装电镀设 备,带动毛利率提升;③2020年,公司销售产品的主要为后道先进封装半导体电镀设 备,使电镀设备整体毛利率下降。

(3)先进封装湿法设备:2018-2021年,先进封装湿法设备毛利率分别为42.73%、 44.73%、34.07% 和25.2%,2020年先进封装湿法设备毛利率较低的主要原因为销售 先进封装刷洗设备较多,该产品毛利率较低,拉低了先进封装湿法设备整体毛利率。

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公司期间费用率优于行业平均水平。2018年-2021年,公司期间费用率分别为28.6%、 27.8%、32.7%、31.5%,近两年期间费用率有所上升。2020年期间费用较高受当年财 务费用较高影响,主要是当年美元兑人民币汇率大幅下降,公司销售形成的汇兑损失 金额较大导致当年财务费用率较高。我们选取了国内四家可比公司北方华创、中微公 司、至纯科技、芯源微,2018年-2021年前三季度行业平均期间费用率为29.5%、31.7%、 32.2%、29.1%,对比来看公司期间费用率小于行业内可比公司。

公司在手订单充足,保障公司短期业绩。2021年公司合同负债和存货大幅增长,分别 为3.64亿元和14.43亿元。公司合同负债/预收账款呈上升趋势,主要系公司经营规模 逐年增加,新签订合同增加所致。公司存货主要包括原材料、在产品、库存商品和发 出商品,定制化生产下,公司一般无产成品备货,产品经公司检验后即发货,库存商 品金额较小。公司存货大幅增加主要原因为发出商品大幅增加。

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头部客户稳定,集中度逐渐降低。从客户结构来看,近年来前五大客户占比逐渐减少, 2018年-2021H1公司前五大最终客户占比分别为92.49%、87.33%、83.36%和78.96%, 2021年全年前五大客户占比54.97%。2020年,公司前五大客户为华虹集团、长江存储、 中芯国际、海力士和长电科技,分别占比33.46%、22.14%、12.65%、9.92%和5.19%。 头部客户持续贡献稳定收入的同时新客户不断拓展,减小了对头部客户依赖风险。

我们选取了国内主要的半导体设备公司的重点财务数据。从营业收入来看,公司2020 年营收10.1亿元,位于可比公司第四位,同比增速33.1%,位于可比公司第六位。从 毛利率来看,2020年公司毛利率43.8%,在前道设备公司中排名首位,净利率19.5%, 在前道设备公司中仅次于中微公司。公司研发费用率位于可比公司中游水平。

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2 半导体设备行业:行业景气度高,半导体国产化迎机遇

2.1 全球半导体产业市场规模巨大,目前产业逐步向中国转移

信息化推动全球半导体行业景气上行,预计2022年产业规模达6015亿美元。在以物联 网、人工智能、汽车电子、智能手机、智能穿戴、云计算、大数据和安防电子等为主 的新兴应用领域强劲需求的带动下,全球半导体产业收入规模持续上升。2020年以来, 疫情催生居家办公设备需求放量,同时人工智能、5G产品迭代、新能源汽车的发展也 为半导体产业带来强劲需求。根据WSTS统计,全球半导体产业规模由2000年2044.0 亿美元增长至2020年4403.9亿美元,复合增长率10.8%,预计2021年、2022年半导体 产业规模达5529.6亿、6014.9亿美元,同比增长25.6%、8.8%。

全球半导体产业逐步向中国转移。纵观全球半导体产业的发展历程,经历了由美国向 日本、向韩国和中国台湾地区及中国大陆的几轮产业转移。目前中国大陆正处于新一 代智能手机、物联网、人工智能、5G 通信等行业快速崛起的进程中,已成为全球最 重要的半导体应用和消费市场之一。未来几年将是中国大陆半导体产业的快速发展 期。

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2.2 全球半导体行业资本开支增加,设备国产替代空间广阔

行业高景气下,全球半导体设备销售额快速增长。SEMI预计2021年半导体设备销售 额将达到1027.9亿美元,同比增长44.7%,首破千亿大关;预计2022年全球半导体设 备市场规模将达到1143.4亿美元。分设备环节来看,2021年晶圆制造设备销售额约 880.1亿美元,同比增长43.8%,封装设备销售额69.9亿美元,同比大增81.6%,检测设 备销售额77.9亿美元,同比增长29.6%。

行业资本开支22年有望继续增加,全球近两年预计建设29座晶圆厂。据IC insights数 据,2021年全球半导体行业资本开支1539亿美元,同比增长36.1%,预计2022年半导 体行业资本支出将增长至历史新高1904亿美元,同比增长23.7%,实现自2020年以来 连续三年的正增长。从拟建设的晶圆厂情况来看, SEMI预测全球半导体厂商将在去 年及今年建设29座晶圆厂。从地域分布看,中国处于领先地位:中国大陆和台湾地区 将各新建8个晶圆厂;美洲地区将新建6个,欧洲和中东共有3个,日本和韩国各有2个。 预计29座晶圆厂的设备支出预计将超过1400亿美元。受益于行业资本开支增加,半导 体设备行业的需求持续景气。

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中国大陆成为全球最大半导体设备市场,2020年市场份额26%。随着国际产能不断向 我国大陆地区转移,部分国际大厂陆续在我国大陆地区投资建厂,同时在政府与资本 市场的引导下,我国大陆集成电路生产线建设热情高涨,对半导体设备的需求巨大。 2016-2020 年,我国大陆的半导体设备市场规模从64.5亿美元增长至187.3亿美元,期 间年复合增长率达30.5%。2020年中国大陆半导体设备销售额全球占比达26%,首超 中国台湾成为全球最大半导体设备市场。

我国半导体设备国产化率低,亟需国产替代。根据SEAJ(日本半导体装置协会)数 据,2020年全球半导体设备销售额711.8亿美元,其中中国大陆半导体设备销售额为 187.3亿美元。根据中国电子专用设备工业协会数据,2020年我国半导体设备(含集成 电路设备、太阳能电池设备、LED设备、分立器件设备及其他)销售收入242.9亿元, 同比增长41.8%。据此我们测算,2020年中国半导体设备在全球半导体设备市占率为 4.9%,在中国大陆市场占有率为18.8%。集成电路主要设备投资中,薄膜沉积设备、 光刻设备、刻蚀设备为关键制程设备,技术难度高、投资额占比较大。随着国内晶圆 厂的扩产以及国产设备技术迭代,众多细分领域逐步实现了关键技术的突破。在刻蚀 设备、热处理设备、清洗设备领域,国产化率为20%左右,主要代表公司为中微公司、 北方华创、屹唐半导体、盛美上海;PVD设备国产化率为10%,主要代表厂家为北方 华创;CMP设备国产化率为10%,主要代表厂家为华海清科。目前集成电路设备国产 化率低仍然较低,国产替代空间广阔。

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3 国产清洗设备龙头进军平台型公司,可服务市场规模 80 亿 美元

3.1 国产清洗设备领头羊,兆声波清洗技术全球领先

3.1.1清洗是芯片制造重要环节,制程缩小、结构复杂化带动清洗设备价值量提升

清洗环节是影响芯片成品率、品质及可靠性的重要因素之一。半导体清洗是芯片制造 过程中的重要环节,用于去除半导体硅片制造、晶圆制造和封装测试中可能存在的杂 质,避免杂质影响芯片良率和芯片性能。随着芯片制造工艺先进制程的持续提升,对 清洗的质量要求也不断提升。从具体环节来看:(1)硅片制造中,需要清洗抛光后的 硅片,保证表面平整度和性能,提高良品率;(2)晶圆制造中,光刻、刻蚀、沉积等 关键环节后需要进行清洗,去除晶圆上的化学杂质,减少缺陷率;(3)封装环节,根 据封装工艺进行TSV清洗、UBM/RDL清洗。

先进制程带来清洗步骤增加,清洗设备价值量约占6%。随着制程推进及芯片复杂度 的提高,芯片对杂质含量敏感度相应提高,微小杂质也会影响芯片良率。目前,清洗 步骤数量占到所有芯片制造工序的30%以上,是芯片制造工艺中占比最大的工序,且 随着技术节点的推进,清洗步骤将随之增加。根据公司招股书,90nm所需清洗步数 为90次左右,20nm则需要215次左右。目前清洗设备约占到芯片制造主要设备投资的 6%,未来相同产能下清洗设备投资额可能随着制程的缩小而增加。

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芯片结构由2D向3D发展,有望继续提升清洗设备价值。随着芯片制造的精密化和集 成化不断提高,半导体器件结构趋于复杂,对清洗的技术要求也随之提升。例如存储 器领域的 NAND闪存,当工艺尺寸到达14nm后,目前的Flash存储技术将会达到尺寸 缩小的极限,存储器技术将从二维转向三维架构,进入3D时代。3D NAND制造工艺 中,主要是将原来2D NAND中二维平面横向排列的串联存储单元改为垂直排列,通 过增加立体层数,解决平面上难以微缩的工艺问题,堆叠层数也从32层、64层向128 层发展。芯片结构3D化要求清洗设备在清洗晶圆表面的基础上,还需无损清洗内部 污染物,这对清洗设备提出了更高的技术要求,进而带动清洗设备价值量的提高。

芯片工艺的进步及芯片结构的复杂化带来清洗设备价值的持续提升。根据Gartner数 数据,2020年全球清洗设备市场规模为33.41亿美元,随着全球半导体行业需求上行, 预计2022年市场规模预计提升至43.24亿美元。

3.1.2全球清洗设备市场集中度高,公司差异化竞争优势打开市场

全球半导体清洗设备CR4达97.7%,公司市占率国产品牌中居首。在全球清洗设备市 场中,日本公司占据龙头地位。2020年,日本DNS、TEL全球清洗设备市占率分别为 45.1%、25.3%,韩国SEMES和美国LAM分别占据14.8%、12.5%,盛美及其他公司市 占率为2.3%。从国内市场来看,2019年国内半导体清洗设备招标中,DNS市占率为 48.0%,盛美市占率排名第二为20.5%,北方华创、芯源微市占率分别为1.0%和0.5%。

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湿法清洗是主流的技术路线,占芯片制造清洗步骤数量的 90%以上。根据清洗介质 的不同,常见的清洗技术分为湿法清洗和干法清洗。湿法清洗是针对不同的工艺需求, 采用特定的化学药液和去离子水,对晶圆表面进行无损伤清洗,以去除晶圆制造过程 中的颗粒、自然氧化层、有机物、金属污染、牺牲层、抛光残留物等物质,可同时采 用超声波、加热、真空等辅助技术手段;干法清洗是指不使用化学溶剂的清洗技术, 主要包括等离子清洗、超临界气相清洗、束流清洗等技术。干法清洗主要是采用气态 的氢氟酸刻蚀不规则分布的有结构的晶圆二氧化硅层,虽然具有对不同薄膜有高选 择比的优点,但可清洗污染物比较单一,目前在28nm及以下技术节点的逻辑产品和 存储产品有应用。

专有的兆声波清洗技术,成功打开市场。兆声波技术并非新技术,全球各大清洗设备 厂商曾尝试兆声波清洗,但由于兆声波会对芯片关键结构产生破坏,各大厂商放弃了 对该技术的布局。为了在全球清洗设备中打开市场,公司坚持研发兆声波清洗技术, 成功解决了声波能量在晶圆上均匀分布及实现图形结构无损伤的全球性难题,最终 成功进入多家国内外客户供应链。

3.1.3竞争优势:兆声波技术领先全球,今年可覆盖 90%清洗工艺步骤

SAPS和TEBO兆声波技术全球领先,有效提升产品良率。公司自主研发并具有全球 知识产权保护的SAPS和TEBO兆声波清洗技术,相较于传统单片喷射清洗和超声波清 洗具有技术优势。SAPS兆声波技术优势:1)能量传送均匀。采用扇形兆声波发生器, 通过精确匹配晶圆旋转速度、液膜厚度、兆声波发生器的位置、交变位移及能量等关 键工艺参数,使兆声波能量在晶圆表面的均匀分布,减少损伤及提升清洗效果。2) 提升高深宽比的深孔清洗效率。传统清洗工艺中,晶圆表面的清洗液边界层厚度较大, 表面的液体运动无法影响到深孔内部。而在兆声波的作用下,晶圆表面的边界层厚度 变得非常薄,液体可以对流方式以及气穴震荡进入到深孔的内部,加快清洗化学成份 的交换从而提高清洗效率。TEBO兆声波清洗技术优势:控制气泡稳定震荡不会内爆, 有效提升产品良率。可用于28nm 及以下的图形晶圆清洗,更为精细的具有3D 结构 的FinFET、DRAM 和新兴3D NAND等产品,以及未来新型纳米器件和量子器件等。

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清洗产品组合不断扩大,覆盖工艺步骤从80%增加到90%。公司不断扩大清洗产品类 型,从关键清洗延伸到次关键清洗,现有清洗产品包括单片、槽式、刷洗设备,可覆 盖80%以上的清洗工艺,预计今年年底覆盖工艺步骤提升到90%。

3.2 先进封装湿法设备:把握先进封装机遇,取得多家客户认证

封装行业正经历传统封装向先进封装的迭代。半导体封装是芯片制造的后道环节,指 将晶圆上的电路引脚用导线接引到外部实现外部电路连接,并起到固定、密封、保护 芯片以及增强电热性能等作用。先进封装是指当前较前沿的封装形式和技术,主要有 两个发展方向:一个是减少封装实体面积,降低成本,如WLP(晶圆级封装);另一 种是将多个芯片整合在同一封装实体内,增加封装内部的整合程度,主要的封装形式 包括SiP(系统级封装)和2.5D/3D封装等 。

受益于下游产品市场扩张,先进封装增速高于传统封装市场。在消费电子、物联网以 及5G通信等产品需求持续增长的背景下,半导体先进封装市场需求未来几年有望实 现持续快速的增长。根据Yole数据,2020年全球先进封装市场规模约300亿美元,预 计2026年将达到475亿美元。从2020-2026年复合增长率来看,整个封装市场复合增长 率为6%,传统封装市场为4.3%,而先进封装市场为8%。根据公司招股说明书引用 Gartner数据,预计2024年全球先进封装设备市场需求23亿美元。

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基于前端湿法技术,产线扩张至先进封装湿法设备。公司坚持差异化竞争战略,基于 前端湿法清洗设备技术,将产品应用拓展至先进封装领域,产品覆盖先进封装领域全 部单片湿法设备。以先进封装的凸块(bumping)封装的典型工艺流程为例,在整个 工艺流程中涉及的单片湿法设备包括清洗设备、涂胶设备、显影设备、去胶设备、湿 法刻蚀设备、无应力抛光设备等。

先进封装湿法设备进入多家客户产线,销售规模不断提升。公司先进封装湿法设备于 2013年首先打入长电科技产线,后于2018获得长电科技首张订单。随后公司逐步打入 通富微电、中芯长电、华进半导体等知名企业产业链,客户数量和销售收入同步提升。 2020年在芯片需求紧张、国内芯片产能严重不足的情况下,多家半导体公司增加了先 进封装设备的投入,公司先进封装湿法设备销售量和收入大幅增加。

3.3 电镀设备:前后道设备均实现批量销售,22 年产品放量可期

电镀的目的是各元件互连形成电路。半导体的导电性处于导体与非导体之间,因此电 流可掌控。通过基于晶圆的光刻、刻蚀和沉积工艺构建出晶体管等元件后,需要将它 们通过金属连接起来才能实现电力与信号的发送与接收。半导体电镀是指将导电材 料(如铝或铜)电镀到晶圆表面的过程,导电材料制成的连线将电信号传输到芯片的 不同部分,形成电路连接各元件,称为“互连”。互连也被用作芯片上的器件和整个 封装之间的普通金属连接。

目前电镀技术中铜电镀占据主导地位。互连工艺主要使用铝和铜,铜互连逐渐取代铝 互连。随着半导体工艺精密度的提升以及器件尺寸的缩小,铝电路的连接速度和电气 特性逐渐无法满足要求。铜凭借电阻更低、更好的抗电迁徙性能、更高的集成密度和 更少的工艺步骤等优点,能够实现更快的器件连接速度和更小的功耗,因而逐步取代 铝互连。目前半导体电镀已经不限于铜的沉积,还有锡、锡银合金、镍、金等金属, 但是金属铜的沉积依然占据主导地位。

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电镀设备市场主要由国外垄断,2024年全球半导体电镀设备市场规模约5亿美元。在 前道电镀设备领域,全球市场主要被LAM垄断,公司是全球少数掌握芯片铜互连电 镀铜技术核心专利并实现产业化的公司。在后道先进封装领域,全球主要设备商包括 美国AMAT、LAM、日本EBARA CORPORATION和新加坡的ASM Pacific Technology Limited。

前后道设备均获得客户认可并取得批量订单。公司电镀设备包括前道铜互连电镀铜 设备和后道先进封装电镀设备,目前均已获得客户批量订单。2021年,公司完成4 台 半导体电镀设备(3台Ultra ECP map 电镀设备、1 台 Ultra ECP 3d 电镀设备)量产 验证并进入量产,应用于 28nm、40nm、55nm、65nm 技术节点和 TSV A:R=10:10 工 艺。2022年2月,公司公布获得了13台Ultra ECP map前道铜互连电镀设备订单和8台 Ultra ECP ap后道先进封装电镀设备的多个采购订单。这是公司首次获得电镀设备的 批量订单,证明了公司铜互连设备的性能的先进性。

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(1) 前道铜互连电镀铜设备:公司自主开发前道铜互连设备Ultra ECP map,可覆 盖28-14nm及以下技术节点。公司的多阳极局部电镀技术采用新型的电流控 制方法,实现不同阳极之间毫秒级别的快速切换,在超薄籽晶层上完成无空 穴填充,同时通过对不同阳极的电流调整,在无空穴填充后实现更好的沉积 铜膜厚的均匀性。

(2) 后道先进封装设备:公司在半导体先进封装领域进行差异化开发,解决了在 更大电镀液流量下实现平稳电镀的难题,并采用独创的第二阳极电场控制技 术更好地控制晶圆平边或缺口区域的膜厚均匀性控制,可以达到更好的片内均匀,实现高电流密度条件下的电镀,凸块产品的各项指标均满足客户要求。 在针对高密度封装的电镀领域可 以实现2μm超细RDL线的电镀以及包括铜、 镍、锡、银和金在内的各种金属层电镀。公司自主开发的橡胶环密封专利技 术可以实现更好的密封效果,避免电镀液泄露和镀出问题。(报告来源:未来智库)

3.4 立式炉管设备:进军干法工艺市场,市场空间打开

公司从湿法工艺设备跨入干法工艺设备领域,自主研发立式炉管设备。立式炉管设备 领域指的是半导体制造中的炉管设备,为重要的半导体前道设备。根据工艺种类的不 同用,大致可以分为扩散设备、低压力化学气相沉积设备(LPCVD)与原子层沉积设 备(ALD)。炉管设备构造相似,根据工艺需要,可以灵活配置氧化、退火、LPCVD 和 ALD 功能。公司研发的立式炉管设备首先集中在 LPCVD 设备,再向氧化炉和 扩散炉发展,最后逐步进入到 ALD 设备应用。根据Gartner数据,2024年全球炉管市 场超20亿美元。

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积极拓展炉管设备应用领域,已取得客户订单。2020年,盛美推出了首台立式炉产品 Ultra Furnace。根据盛美,盛美的第一台SiN LPCVD已于2020年初交付给一家 重要的逻辑制造客户,并在该工厂进行了大规模量产验证。同时,另一台微托级超高真空功能的合金退火工艺立式炉设备已于2020年底交付给一家功率器件制造客户, 并已完成生产能力的验证。2021年3月,盛美将立式炉产品拓展到了非掺杂的多晶硅 沉积、掺杂的多晶硅沉积、栅极氧化物沉积、高温氧化和高温退火,并已取得了多台 立式炉设备订单。

4 盈利预测

目前公司主要产品为半导体清洗设备、先进封装湿法设备、其他半导体设备(电镀、 立式炉管、无应力抛光设备)。我们预计公司22-24年营业收入分别为26.40/37.37/50.37 亿元,同比增长62.9%/41.6%/34.8%;归母净利润分别为4.10/6.06/8.31亿元,同比增长 54.1%/47.6%/37.2%。具体收入及关键假设如下:

1. 半导体清洗设备

(1) 单片清洗设备:公司凭借自主研发并具有全球知识产权的SAPS兆声波清洗技 术、时序能激气穴震荡TEBO兆声波清洗技术研发了三款设备,产品已进入长 江存储、海力士、华虹集团、中芯国际等客户产线。SAPS、TEBO 清洗设备 相较于普通清洗具有技术优势,TEBO在器件结构从2D转换为3D的技术转移 中,可应用于更为精细的具有3D 结构的FinFET、DRAM和新兴3D NAND 等 产品,以及未来新型纳米器件和量子器件等,可以提高产品良率,未来市场 空间广阔。基于此,我们假设2022-2024年销售收入9.4/11.75/14.10亿元,毛利 率假设45.5%、46.0%、46.0%。

(2) 槽式清洗设备:公司槽式清洗设备产品已进入华虹集团产线,且根据公司公 众号,22年2月公司取得了29台槽式清洗设备批量订单。随着客户的不断拓展, 公司槽式清洗设备销售额预计稳步上升。我们假设2022-2024年销售收入 3.2/4.8/6.4亿元,毛利率分别为35.5%、35.0%、34.0%。

(3) 单片槽式组合清洗设备:Tahoe清洗设备已进入华虹集团产线。Tahoe清洗设 备的清洗效果与工艺适用性可与单片清洗设备相媲美,同时可大幅减少硫酸 使用量,降本且环保,未来有望向14nm以下技术节点延伸。我们假设2022- 2024年销售收入1.98、3.3、6.6亿元,毛利率假设稳定在41%。

2. 先进封装湿法设备:先进封装产品覆盖先进封装领域全部单片湿法设备,包括刷 洗设备、涂胶设备、显影设备、去胶设备、湿法刻蚀设备、无应力抛光设备等, 且设备已实现通富微电、中芯长电、华进半导体等多家企业销售,客户数量不断 扩张。随着先进封装对传统封装替代的推进,公司先进封装湿法设备预计渗透率 逐步扩大。基于此,我们假设2022-2024年销售收入3.06/4.08/5.10亿元,毛利率假 设25.5%、26.0%、26.0%。

3. 其他半导体设备:

1) 半导体电镀设备:公司电镀设备包括前道铜互连电镀铜设备和后道先进封装 电镀设备,已进入华虹集团、长电科技产线,且已获得客户批量订单。2022 年2月,公司公布获得了13台Ultra ECP map前道铜互连电镀设备订单和8台 Ultra ECP ap后道先进封装电镀设备的多个采购订单,证明了公司铜互连设备 已获得客户认可。基于此,我们假设2022-2024年销售收入7.0/11.0/14.95亿元, 且预计前道设备销售占比逐渐提升,带动毛利率提升,毛利率假设为43%。

2) 立式炉管设备:公司从湿法工艺设备跨入干法工艺设备领域,自主研发立式 炉管设备,已完成客户端的验证并取得华虹集团的订单。考虑到炉管设备已 经进入客户产线且未来客户将进一步扩产,我们假设2022-2024年销售收入 0.8/1.2/1.6亿元,毛利率假设稳定在26%。

4. 其他业务:我们假设2021-2023年公司其他业务收入增长率为30%,毛利率维持在 70%。

5. 费用率假设:我们认为规模效应下销售费用率、管理费用率呈下降趋势,研发费 用率基本维持。基于此,我们假设公司2022-2024年销售费用率为9.5%/9.4%/9.3%, 管理费用率为3.8%/3.7%/3.6%%,研发费用率为17%/16%/15%。

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