半導(dǎo)體刻蝕機行業(yè)專題報告:國產(chǎn)替代空間充裕
(1)半導(dǎo)體加工是指在一個晶圓上完整構(gòu)造多層集成電路(Integrated Circuit,IC) 的過程。通過一系列特定的工藝,晶體管、二極管、電容器、電阻器等一系列元器件被按照 一定的電路互聯(lián)并集成在半導(dǎo)體晶片上,封裝在一個外殼里,使之能夠執(zhí)行特定功能,這也 就是人們常說的芯片。一般來說,集成電路上可容納的元器件數(shù)目越多,芯片性能就越好。 一個先進的集成電路器件通常包含幾十層的復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu),加工時需要一層一層地建造,總 計可以達到數(shù)百至上千個步驟,復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和步驟需求對半導(dǎo)體加工設(shè)備的成功率提出了極 高的要求。
本文引用地址:http://www.2s4d.com/article/202312/453674.htm(2)薄膜沉積、光刻和刻蝕是半導(dǎo)體制造的三大核心工藝。薄膜沉積工藝系在晶圓上 沉積一層待處理的薄膜,勻膠工藝系把光刻膠涂抹在薄膜上,光刻和顯影工藝系把光罩上的 圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠,刻蝕工藝是把光刻膠上圖形轉(zhuǎn)移到薄膜,去除光刻膠后,即完成圖形從 光罩到晶圓的轉(zhuǎn)移。一片晶圓的制造需要數(shù)十層光罩,通過不斷循環(huán)這三個步驟,所有光罩 表面的圖形被逐層轉(zhuǎn)移到晶圓上,使其具備所需要的結(jié)構(gòu)和功能,由此可用于后續(xù)封裝測試。 在每一層的加工過程中,刻蝕工藝、被刻蝕的材料、以及操作深度等都可能有所不同。
1.2.刻蝕工藝方法多樣,多種技術(shù)路線并行
(1)刻蝕設(shè)備是半導(dǎo)體器件加工的上游核心環(huán)節(jié)之一,上游零組件逐步國產(chǎn)化,下游 晶圓擴產(chǎn)逐步帶動國產(chǎn)設(shè)備技術(shù)進步與占有率提升。1)刻蝕機產(chǎn)業(yè)鏈的上游為各類零件及 系統(tǒng)的生產(chǎn)供應(yīng)商,主要分為預(yù)真空室、刻蝕腔體、供氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)四大部分,各個環(huán) 節(jié)均涉及一定的核心零部件。目前國內(nèi)已有多家廠商涉足相關(guān)核心零件的生產(chǎn),未來有望實 現(xiàn)全方位的國產(chǎn)替代。2)產(chǎn)業(yè)鏈下游則為半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠商,根據(jù)其經(jīng)營模式可分為 Fabless 模式下的晶圓制造商,及垂直整合模式下的制造商。前者受芯片設(shè)計廠商的委托, 提供晶圓制造服務(wù),如臺積電、中芯國際等。后者則獨立完成集成電路設(shè)計、晶圓制造、封 測等全部環(huán)節(jié),只有如英特爾、三星等少數(shù)大型企業(yè)采取此模式。
(2)當(dāng)前,干法刻蝕占據(jù)市場規(guī)模的 90%左右,在圖形轉(zhuǎn)移中占據(jù)主導(dǎo)地位,濕法刻 蝕獨具成本優(yōu)勢,二者各有用途、長期并存。刻蝕技術(shù)可分為干法等離子刻蝕與濕法化學(xué)浴 刻蝕兩大類。1)干法刻蝕通常是通過等離子體或高能離子束對晶圓表面進行轟擊,包括化 學(xué)性的等離子刻蝕、物理性的濺射刻蝕、以及物理化學(xué)性的反應(yīng)離子刻蝕。干法刻蝕能實現(xiàn) 各向異性刻蝕,保證細小圖形轉(zhuǎn)移后的高保真性,因此一個完整的干法處理流程通常是器件 設(shè)計者的首要選擇。2)濕法刻蝕則通過化學(xué)試劑與晶圓的接觸進行腐蝕,在集成電路的加 工中對小于 3μm 的尺寸難以精確控制刻蝕的形貌,會對設(shè)定的線寬造成影響,但濕法刻蝕 在成本、速度等方面更具優(yōu)勢,常用于特殊材料層的去除和殘留物的清洗。濕法刻蝕還可以 用于制造光學(xué)器件和 MEMS(微機電系統(tǒng))等領(lǐng)域。
(3)根據(jù)被刻蝕的材料不同,刻蝕工藝又可分為介質(zhì)刻蝕、硅刻蝕和金屬刻蝕。在晶 圓加工的流程中,不同的材料被應(yīng)用于不同部位。對一片晶圓的加工同時涉及到針對多種材 料的刻蝕工藝。對刻蝕設(shè)備的選擇需要對材料及加工目的進行綜合考慮。
在當(dāng)前的應(yīng)用中,電容性等離子刻蝕 CCP 與電感性等離子刻蝕 ICP 是最常見的刻蝕技 術(shù),在不同材料領(lǐng)域都有所覆蓋。
CCP:能量高、精度低,常用于介質(zhì)材料刻蝕,諸如邏輯芯片的柵側(cè)墻、硬掩 膜刻蝕、中段的接觸孔刻蝕、后端的鑲嵌式和鋁墊刻蝕等,以及 3D 閃存芯片 工藝(氮化硅/氧化硅)的深槽、深孔和連線接觸孔的刻蝕等。
ICP:能量低、精度高,主要用于硅刻蝕和金屬刻蝕,如硅淺槽隔離(STI)、鍺 (Ge)、多晶硅柵結(jié)構(gòu)、金屬柵結(jié)構(gòu)、應(yīng)變硅(Strained-Si)、金屬導(dǎo)線、金屬 焊墊(Pad)、鑲嵌式刻蝕金屬硬掩模和多重成像技術(shù)中的多道刻蝕工藝。
(4)在等離子刻蝕的基礎(chǔ)上,業(yè)內(nèi)新熱點原子層刻蝕(Atomic Layer Etching,ALE) 在先進制程中應(yīng)用場景廣闊,有望成為未來趨勢。ALE 是一種新的刻蝕工藝技術(shù),能夠?qū)⒖?蝕精確到一個原子層(0.4nm),要求刻蝕過程均勻地、逐個原子層地進行,并停止在適當(dāng)?shù)?時間或位置。其優(yōu)點在于刻蝕選擇性極高,且可以將對晶圓表面的損傷控制到最小。ALE 可 能的應(yīng)用范圍非常廣泛,包括要求對硅表面零損壞的界面氧化物刻蝕及鰭狀柵(FinFET)相 關(guān)刻蝕,要求去除極少量材料的鰭結(jié)構(gòu)和淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的修正,要求零殘留物的側(cè) 墻式多次成像工藝中的刻蝕等。以 FinFET 為例,隨著行業(yè)從 10nm 向 7nmFinFET 發(fā)展, 鰭片之間的溝槽或間隙將縮小到 10 至 15 ?;?5 個原子寬。較現(xiàn)有技術(shù)而言,ALE 可以更 有選擇性地去除部分原子,而不損傷周圍結(jié)構(gòu)。然而,目前的 ALE 設(shè)備距離理想應(yīng)用仍有 一定距離,并不能完全實現(xiàn)零損壞。此外,其多轉(zhuǎn)換步驟的循環(huán)方式造成刻蝕速率極低,這 在生產(chǎn)應(yīng)用上也是一大弱點。更精確的調(diào)控能力、更低的等離子體流能量、更少的循環(huán)步驟 等都是 ALE 當(dāng)前的發(fā)展方向。
1.3.先進邏輯與存儲芯片技術(shù)對刻蝕性能與數(shù)量均有提升
(1)邏輯芯片領(lǐng)域,隨著先進制程不斷發(fā)展,柵極寬度越小,加工過程中對刻蝕步驟 的數(shù)量需求越高。更小的制程是集成電路研發(fā)生產(chǎn)的不懈追求。工藝越先進,晶體管柵極寬度納米數(shù)越小,芯片的性能也將隨之提升。當(dāng)前國際上高端量產(chǎn)芯片從 7nm 向 5nm、3nm 甚至更小的尺寸發(fā)展,其核心工藝必須借助刻蝕機的多次刻蝕來實現(xiàn)。據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié) 會測算,一片 7nm 集成電路所經(jīng)歷刻蝕工藝 140 次,較 28nm 生產(chǎn)所需的 40 次增加 2.5 倍。此外,更多的步驟、更小的尺寸以及不同的材料對刻蝕機的數(shù)量、精度、重復(fù)性等都提 出更高的要求。
(2)3D NAND 存儲芯片堆疊層數(shù)不斷增長,涉及的刻蝕步驟繁多,對設(shè)備的性能及數(shù) 量都提出需求。1)基于 NAND 閃存芯片的產(chǎn)品能夠快速處理數(shù)據(jù),是當(dāng)今存儲卡、USB、 固態(tài)硬盤等數(shù)字數(shù)據(jù)存儲方式背后的核心元件。當(dāng)下主流的 3D NAND 存儲是在垂直層面上 增加存儲單元,從而倍數(shù)擴張晶圓上的單元數(shù)量,增大存儲容量;2)3D NAND 的構(gòu)建極大 程度上依賴沉積和刻蝕工藝,無論是已經(jīng)投入量產(chǎn)的 64 層和 128 層,還是正在研發(fā)中的超 300 層 3D NAND,都是增加了堆疊的層數(shù),這對刻蝕設(shè)備的深寬比提出了要求;3)在現(xiàn)有 技術(shù)下,堆疊層數(shù)越高,重復(fù)工藝次數(shù)越多,溝道孔洞等非重復(fù)性節(jié)點單次操作耗時更長, 導(dǎo)致部分加工節(jié)點對刻蝕設(shè)備的需求可隨堆疊層數(shù)的增加而同比例增長。3D NAND 的技術(shù) 發(fā)展將為刻蝕設(shè)備的需求帶來新的增長動力。
(3)高深寬比刻蝕是 3D NAND 生產(chǎn)中的核心難點。在晶圓上交替沉積多層不同材料 形成的薄膜后,刻蝕設(shè)備要在其上蝕刻出狹長的垂直孔狀結(jié)構(gòu),形成溝道孔。一片 3D NAND 晶圓上包含數(shù)十億的溝道孔,每個孔的深寬比超過 40:1,即高度約為寬度的 40 倍。在實 際加工過程中,深度不足、上下寬度不一致、通道扭曲等都是常見的技術(shù)難點。要實現(xiàn)均勻 一致的溝道孔,生產(chǎn)層數(shù)更多的 3D NAND 產(chǎn)品,除芯片設(shè)計及加工流程上的改進外,也要 求刻蝕設(shè)備在高深寬比(High Aspect Ratio, HAR)特征上的不斷提升。階梯刻蝕則是在整 個 3D 堆疊上的每對介質(zhì)膜邊緣制造出等寬的“階梯”,是將存儲單元連接到器件底部的關(guān)鍵步驟。由于這一過程具有廣泛的重復(fù)性,所以按嚴格的工藝控制和高吞吐率進行刻蝕至關(guān) 重要。
(4)堆疊層數(shù)的增加同時帶來了對刻蝕設(shè)備數(shù)量需求的增長,在溝道孔洞等加工節(jié)點, 刻蝕設(shè)備用量與堆疊層數(shù)呈同比例增加。刻蝕設(shè)備的數(shù)量在 3D NAND 的生產(chǎn)所需設(shè)備中占 比較高,并且隨著堆疊層數(shù)的增加,刻蝕設(shè)備用量不斷攀升。以某種 3D NAND 技術(shù)路線為 例,在 150 k/月假定產(chǎn)能下堆疊層數(shù)由 32 層增加至 128 層,刻蝕設(shè)備占比由 34.90%升至 48.40%。就加工節(jié)點而言,溝道孔洞、階梯、狹縫對刻蝕設(shè)備的需求受層數(shù)影響最大,階梯 刻蝕的設(shè)備用量與堆疊層數(shù)完全呈同比例增長關(guān)系。除堆疊層升高帶來的重復(fù)性步驟增加外, 待刻蝕膜厚增加帶來的單次刻蝕加工時間延長也迫使工廠采購更多的刻蝕設(shè)備以維持產(chǎn)能。
2.受晶圓代工產(chǎn)業(yè)波動影響,需求恢復(fù)可期
2.1.半導(dǎo)體行業(yè)快速增長帶動刻蝕設(shè)備需求
(1)半導(dǎo)體行業(yè)雖具有一定的周期性,但整體仍呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢,以 AI 和 5G 為代 表的技術(shù)創(chuàng)新將帶來新需求,為半導(dǎo)體行業(yè)帶來新的增長動力。根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù),中國半 導(dǎo)體市場銷售規(guī)模從 2014 年的 913.75 億美元增長至 2021 年的 1925 億美元,年復(fù)合增長 率為 11.23%。我國對半導(dǎo)體的需求隨著信息技術(shù)的不斷進步和消費水平的不斷提高而同步 增長。2021 年,中國市場的半導(dǎo)體銷售額占據(jù)全球市場總額的 34.6%。在以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù) 據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G 等為代表的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā) 展下,中國及世界范圍內(nèi)對半導(dǎo)體器件的需求仍將不斷擴張。
(2)中國刻蝕設(shè)備未來市場規(guī)模依然可期,短期內(nèi)面臨增速放緩壓力。據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研 究院統(tǒng)計,刻蝕設(shè)備市場規(guī)模在各類半導(dǎo)體設(shè)備中增速最高,2011-2021 年年復(fù)合增長率達 16.39%,2022 年中國刻蝕設(shè)備市場規(guī)模為 375.28 億元,預(yù)計 2023 年有望達到 500 億元, 在全球刻蝕設(shè)備增長遇冷的環(huán)境下,我國 2023 年刻蝕設(shè)備市場增速也有所放緩。根據(jù) Gartner 統(tǒng)計數(shù)據(jù),全球集成電路制造干法刻蝕設(shè)備市場規(guī)模在 2020-2025 年期間發(fā)生一定 波動,預(yù)計 2025 年市場規(guī)模約為 181.85 億美元,年復(fù)合增長率約為 5.84%。但隨著集成 電路技術(shù)不斷發(fā)展,對刻蝕設(shè)備的性能和數(shù)量要求不斷提高,以及當(dāng)下核心設(shè)備國產(chǎn)化的主 流趨勢,刻蝕行業(yè)前景依然可期。
2.2.當(dāng)前晶圓代工產(chǎn)能擴張放緩,大陸市場有望迎來升溫
(1)全球晶圓代工產(chǎn)業(yè)進入一定程度的增速放緩時期,預(yù)計 2024、2025 兩年資本支 出增長率為-2.1%和-9.2%。據(jù) Gartner 統(tǒng)計預(yù)測數(shù)據(jù)顯示,全球晶圓代工產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了一段 時間的快速增長后,迎來一定程度的周期波動,產(chǎn)線產(chǎn)能擴張減緩,資本開支投入呈下降態(tài) 勢,預(yù)計 2026 年可能出現(xiàn)溫和回升。2022 年,行業(yè)內(nèi)貢獻了超半數(shù)以上資本開支的臺積電 兩次宣布下調(diào)對當(dāng)年資本開支的預(yù)算,由年初的 440 億美元減到最終的 360 億美元。
(2)中國大陸晶圓廠仍處于產(chǎn)能擴張階段,12 英寸產(chǎn)線擴產(chǎn)空間較大,保障刻蝕設(shè)備 需求。據(jù)全球半導(dǎo)體觀察不完全統(tǒng)計,大陸預(yù)計至 2024 年底將建立 32 座大型晶圓廠,包 括正在建設(shè)中的晶圓廠 22 座,以及未來中芯國際、晶合集成、合肥長鑫、士蘭微等廠商計 劃建設(shè) 10 座,其中在建或計劃中 12 英寸晶圓廠共計 24 座,占擴產(chǎn)比例的 75%。具體產(chǎn)能 方面,大陸目前 12 英寸晶圓月產(chǎn)能 160.7 萬片,規(guī)劃月產(chǎn)能 423.3 萬片,現(xiàn)有產(chǎn)能占比 37.96%,8 英寸月產(chǎn)能 99.1 萬片,規(guī)劃月產(chǎn)能 155 萬片,現(xiàn)有產(chǎn)能占比 63.94%。長期來 看,12 英寸產(chǎn)線產(chǎn)能擴張空間可觀。大陸晶圓代工巨頭中芯國際、華虹公司均于三季度宣 布產(chǎn)能擴建計劃,體現(xiàn)國內(nèi)晶圓廠在當(dāng)前國際環(huán)境下逆勢擴張的強勁信心。晶圓代工行業(yè)擴 產(chǎn)計劃的不斷推進也為刻蝕設(shè)備的需求增長保證了充足空間。
(3)在產(chǎn)能分布方面,成熟制程芯片占七成以上,關(guān)注 28nm 及以上刻蝕設(shè)備的需求 增長。據(jù) TrendForce 集邦咨詢統(tǒng)計,2023-2027 年全球晶圓代工成熟制程(28nm 及以上) 及先進制程(16nm 及以下)產(chǎn)能比重大約維持在 3:1 左右。中國大陸由于致力推動本土 化生產(chǎn)等政策與補貼,擴產(chǎn)進度最為積極,預(yù)估中國大陸成熟制程產(chǎn)能全球占比將從今年的 29%成長至 2027 年的 33%。在此背景下,值得關(guān)注對 28nm 及以上刻蝕設(shè)備的需求增長。
3.寡頭壟斷格局,國產(chǎn)替代空間廣闊
3.1.海外龍頭主導(dǎo)刻蝕市場
刻蝕設(shè)備市場格局高度集中,海外三大廠商占據(jù)總市場份額的 90.24%,呈寡頭壟斷格 局。2020 年,刻蝕行業(yè)前三大廠商 Lam Research(LRCX)、東京電子(TEL)及應(yīng)用材料 (AMAT)的市場份額分別為 46.71%,26.57%,16.96%。占據(jù)前十地位的中國企業(yè)包括中 微公司、北方華創(chuàng)、屹唐股份,占比分別為 1.37%,0.89%和 0.1%。就我國本土市場而言, 據(jù)智研咨詢統(tǒng)計,現(xiàn)階段中國刻蝕設(shè)備國產(chǎn)化率約在 20%左右,較全球份額相比有所提升。 究其原因,海外廠商普遍成立時間較早,在技術(shù)經(jīng)驗、客戶資源、生態(tài)體系等方面均有較深 積累,國產(chǎn)廠商均在千禧年后成立,且主要客戶均為國內(nèi)晶圓廠,經(jīng)驗資源仍然欠缺。但在 當(dāng)前國內(nèi)廠商技術(shù)研發(fā)不斷突破、國產(chǎn)替代趨勢不斷深入,這一寡頭壟斷格局終將迎來變革。 中國海關(guān)進口數(shù)據(jù)顯示,自 2022 年起我國進口刻蝕設(shè)備數(shù)量有所下降,設(shè)備單價逐漸升高, 側(cè)面反應(yīng)國產(chǎn)刻蝕設(shè)備逐漸滿足我國晶圓廠的生產(chǎn)需求,在出廠數(shù)量和技術(shù)水平上均有所提 升。
3.2.高技術(shù)壁壘決定高行業(yè)集中度
刻蝕設(shè)備工藝復(fù)雜,行業(yè)技術(shù)壁壘較高,我國廠商仍有追趕空間。刻蝕設(shè)備的研發(fā)涉及 等離子體物理、射頻及微波學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、微觀分子動力學(xué)、光譜及能譜學(xué)、真空機械傳輸 等多種科學(xué)技術(shù)及工程領(lǐng)域?qū)W科知識的綜合應(yīng)用。在高水平刻蝕機的研發(fā)生產(chǎn)過程中,核心 know-how 掌握、持續(xù)的研發(fā)投入與人才積累、多年的實驗和實踐經(jīng)驗積累、上游優(yōu)質(zhì)零部 件供給、下游頭部客戶評價反饋等因素缺一不可。我國刻蝕設(shè)備企業(yè)相對創(chuàng)立較晚,面對海 外寡頭廠商的技術(shù)、經(jīng)驗、資源積累,仍有一定的追趕空間。
(1)刻蝕設(shè)備的研發(fā)需要持續(xù)的資金投入和研究積累。龍頭地位的背后往往是持續(xù)多 年的研發(fā)投入積累。2022 財年,Lam Research 的研發(fā)費用為 16.04 億美元,應(yīng)用材料的研 發(fā)及工程費用為 27.71 億美元。2022 年度,中微公司的研發(fā)費用為 6.05 億元人民幣,總研 發(fā)投入(包含資本化支出)9.29 億元人民幣,北方華創(chuàng)的研發(fā)費用為 18.45 億元,總研發(fā)投 入(包含資本化支出)35. 66 億元人民幣。對比來看,我國刻蝕設(shè)備企業(yè)無論在歷史投入積 累還是當(dāng)下研發(fā)費用上,都還和海外龍頭企業(yè)有一定差距。
(2)在先進制程領(lǐng)域,我國刻蝕設(shè)備廠商仍有追趕空間。作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游的核 心環(huán)節(jié)之一,刻蝕設(shè)備的研發(fā)設(shè)計需要超前于芯片生產(chǎn)。1)邏輯芯片方面,中微公司自 CCP 發(fā)家,正處于追趕研發(fā) 5nm-3nm ICP 刻蝕設(shè)備的階段,北方華創(chuàng)則專注 ICP 刻蝕,目前 14nm 刻蝕設(shè)備已在客戶端得到驗證并量產(chǎn),同時于 2022 年首次推出 CCP 刻蝕設(shè)備,完善 產(chǎn)品結(jié)構(gòu);2)存儲器刻蝕方面,國內(nèi)當(dāng)前僅有中微公司針對 128 層 3D NAND 進行相關(guān)研 發(fā),相比之下,國際存儲廠商已開發(fā)出超 200 層的存儲器結(jié)構(gòu),東京電子(TEL)于 2023 年 6 月宣布已成功開發(fā) 400 層堆疊 3D NAND 閃存芯片通孔技術(shù)。在長江存儲等芯片公司 被列入實體清單的大背景下,國內(nèi)先進存儲刻蝕設(shè)備的研發(fā)更顯得尤為重要。
(3)中國等離子刻蝕設(shè)備已打破海外壟斷,具備一定的國際競爭力。2015 年 2 月,美 國商務(wù)部工業(yè)安全局評估中國已有企業(yè)有能力量產(chǎn)同等水平的干法等離子刻蝕設(shè)備,原出口 管制條例不再具有實際意義,由此取消相關(guān)限制。中微公司的介質(zhì)刻蝕設(shè)備已進入臺積電 7nm-5nm 生產(chǎn)線,是唯一一家進入臺積電產(chǎn)線的國產(chǎn)刻蝕設(shè)備生產(chǎn)商。兩個案例均側(cè)面證 明我國部分刻蝕機已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平,可以和海外龍頭企業(yè)同臺競技。
3.3.Lam Research :專注刻蝕的海外龍頭
(1)專注刻蝕設(shè)備研發(fā),外延并購?fù)卣巩a(chǎn)品平臺。Lam Research 成立于 1980 年,次 年推出首款支持 1.5μm 制程的刻蝕設(shè)備 AutoEtch,是歷史上第一款單晶圓片的等離子刻蝕 機。1997 年前后,公司曾試圖拓展產(chǎn)品線,發(fā)展 CVD 和 FPD 領(lǐng)域,但由于業(yè)務(wù)過度分散 化,并未收獲預(yù)期效果。1998 年,公司將注意力轉(zhuǎn)回到刻蝕領(lǐng)域,至今已先后推出 Kiyo 系 列,F(xiàn)lex 系列,Syndion 系列等行業(yè)領(lǐng)先產(chǎn)品。自 2006 年起,Lam Research 多次通過外 延并購方式擴充產(chǎn)品布局,最終奠定其半導(dǎo)體設(shè)備龍頭地位。公司于 2006 年收購全球最大 高純度硅元件和組件供應(yīng)商 Bullen Semiconductor(現(xiàn)為 Silfex, Inc.),2008 年收購全球領(lǐng) 先晶圓清潔和干刻設(shè)備供應(yīng)商 SEZ AG(現(xiàn)為 Lam Research AG),2012 年與以 33 億美金 與表面沉積公司 Novellus Systems 合并,自此布局薄膜沉積與表面加工業(yè)務(wù),2017 年收購 MEMS 自動化軟件供應(yīng)商 Conventor,依靠仿真技術(shù)助力設(shè)備研發(fā)與創(chuàng)新,2022 年公司收 購 SEMSYSCO,拓展其在先進封裝領(lǐng)域的清洗和電鍍設(shè)備組合。
(2)快速布局海外市場,實現(xiàn)全球龍頭地位。公司自 1985 至 2000 年期間,先后在歐 洲、韓國、中國大陸、中國臺灣、新加坡、日本及印度設(shè)立辦事處或研發(fā)中心,實現(xiàn)美、歐、 亞三洲布局,基本覆蓋半導(dǎo)體設(shè)備主要市場。如今,亞洲市場已成為 Lam Research 的核心 收入來源。自 2020 年起,中國大陸及中國臺灣的收入貢獻占比快速增長,超越韓國和日本 成為公司的頭號客戶市場。受國產(chǎn)替代和地緣政治影響,2023 財年中國大陸收入占比在過 往三年中由 35.13%下降至 25.61%,收入金額也由 2021 財年的 51.38 億美元下降至 2023 財年的 44.62 億美元。中國臺灣、日本以及美國本土的收入提升使得公司在 2023 財年收入 仍有 1.2%的增長。地域上的多元布局確保公司不必過分依賴單一市場,更有助于公司樹立 全球范圍內(nèi)的領(lǐng)導(dǎo)地位。
(3)存儲器件相關(guān)設(shè)備占據(jù)主導(dǎo)地位。2019 年,存儲相關(guān)設(shè)備帶來的收入占公司總營 收高達 70%,后雖有所回落,但仍占據(jù)過半比例。這一方面得益于先進存儲器對薄膜、刻蝕 用量較大,且對刻蝕設(shè)備的要求越來越高,另一方面也體現(xiàn)公司在存儲領(lǐng)域逐步確立的市場 領(lǐng)導(dǎo)地位。
(4)總結(jié) Lam Research 的歷史經(jīng)驗可知,注重產(chǎn)品研發(fā),外延并購實現(xiàn)產(chǎn)品互補, 關(guān)注海外市場布局,以及對下游應(yīng)用趨勢的判斷是刻蝕設(shè)備公司成功的關(guān)鍵。對于我國刻蝕 企業(yè)而言,1)可加大研發(fā)投入以不斷推陳出新;2)通過外延并購尋求新的增長動力,關(guān)注 可實現(xiàn)產(chǎn)品互補與協(xié)同的表面處理、沉積行業(yè),以及可以提升設(shè)備水平的工藝流程細分領(lǐng)域; 3)關(guān)注全球半導(dǎo)體晶圓代工產(chǎn)業(yè)分布,實現(xiàn)多國家布局;4)關(guān)注邏輯芯片、存儲芯片、先 進制程、成熟制程等細分應(yīng)用場景,根據(jù)下游需求及時調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)研發(fā)的重點方向。
4.公司介紹
4.1.中微公司:國產(chǎn)刻蝕設(shè)備先進制程領(lǐng)導(dǎo)者
(1)中國半導(dǎo)體刻蝕、MOCVD 設(shè)備龍頭,客戶覆蓋海內(nèi)外知名廠商。中微公司成立 于 2004 年,2019 年成功登陸科創(chuàng)板。公司主要業(yè)務(wù)是開發(fā)加工微觀器件的大型真空工藝設(shè) 備,包括等離子體刻蝕設(shè)備和薄膜沉積設(shè)備,其產(chǎn)品覆蓋了半導(dǎo)體集成電路制造、先進封裝、 LED 生產(chǎn)、MEMS 制造等領(lǐng)域。
1)刻蝕設(shè)備方面,公司主要產(chǎn)品關(guān)注 CCP 與 ICP 兩大技術(shù)路線。在邏輯集成電路制 造環(huán)節(jié),公司開發(fā)的 12 英寸高端刻蝕設(shè)備已運用在國際國內(nèi)知名客戶 65 nm 到 5 nm 及下 一代更先進的芯片生產(chǎn)線上;同時,公司根據(jù)先進集成電路廠商的需求,持續(xù)開發(fā) 5 nm 及 更先進刻蝕設(shè)備用于若干關(guān)鍵步驟的加工,并已獲得行業(yè)領(lǐng)先客戶的批量訂單。在 3D NAND 芯片制造環(huán)節(jié),公司的等離子體刻蝕設(shè)備可應(yīng)用于 64 層和 128 層的量產(chǎn),滿足更高 深寬比的刻蝕設(shè)備正在研發(fā)中。公司主要客戶包括臺積電、英特爾、聯(lián)華電子、格羅方德、 海力士、意法半導(dǎo)體、華力、華虹、中芯國際、博世、長江存儲、長鑫存儲等。
2)MOCVD 方面,設(shè)備主要應(yīng)用于 LED 外延片及功率器件的生產(chǎn)。 用于藍光 LED 的 Prismo A7?設(shè)備已在全球氮化鎵基 LED MOCVD 市場中占據(jù)領(lǐng)先地位。用于 Mini-LED 生產(chǎn)的 MOCVD 設(shè)備 Prismo UniMax?,具有行業(yè)領(lǐng)先的高產(chǎn)能和高靈活性的特點,已在領(lǐng) 先客戶端開始進行規(guī)模化生產(chǎn)。公司 MOCVD 設(shè)備的主要客戶包括三安光電、晶元光電、華 燦光電、乾照光電、三星、兆馳股份等知名 LED 企業(yè)。
(2)充足訂單保證短期增長空間,積極擴張產(chǎn)能以填補晶圓廠擴產(chǎn)需求。自 2020 年起,中 微公司合同負債快速增長,2023 上半年度預(yù)收銷售商品款金額 18.05 億元,已接近 2022 全 年的 21.95 億元水平,公司在手訂單充足,側(cè)面反應(yīng)晶圓廠需求旺盛。2020-2022 年,公司 產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量分別為 295 腔、491 腔、708 腔,2021 年增長率為 66.44%,2022 年增長率 為 44.20%。2023 年七月,用于生產(chǎn) MOCVD 設(shè)備的中微公司南昌新廠正式落成啟用。預(yù) 計在未來兩年內(nèi),公司將建成共計 45 萬平方米的生產(chǎn)和研發(fā)基地,面積是當(dāng)前上??偛康?15 倍。
(3)業(yè)績穩(wěn)步增長,盈利能力可觀。得益于公司產(chǎn)品打磨成熟,市場認可度不斷提升, 2018-2022 年間,中微公司營業(yè)收入逐年快速增長,增速水平穩(wěn)步提升。2022 年,公司營 業(yè)收入達 47.4 億元,同比增長 52.51%。利潤端方面,公司 2022 年歸母凈利潤 11.7 億元, 同比增長 15.73%。增速較往年有所下降,主要系 2022 年非經(jīng)常性損益上年同期減少約 4.37 億元所致。非經(jīng)常性損益變動主要包括政府補助減少,以及因股權(quán)投資產(chǎn)生的公允價 值變動收益和處置收益較去年有所下降。2022 年扣非后歸母凈利潤為 9.19 億元,同比增 加約 183.44%,反應(yīng)公司產(chǎn)品良好的競爭優(yōu)勢。
(4)盈利水平不斷提升,費率控制成效顯著。2018-2022 年間,中微公司毛利率不斷 上升,2022 年達到 45.74%。公司凈利率水平總體呈上升態(tài)勢,在 2022 年的短暫波動后, 2023 年有望繼續(xù)提升。各項費用方面,公司的銷售費用與管理費用得到有效控制,在過去 五年間費率呈不斷減少趨勢。此外,公司持續(xù)加強技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)投入,研發(fā)費率(未計入 資本化研發(fā)投入)占比穩(wěn)定在 12%-13%之間,增強核心技術(shù)的積累和新產(chǎn)品的更新迭代的 同時,也提高了公司的市場競爭力。
(5)刻蝕設(shè)備仍是主要收入來源,MOCVD 設(shè)備收入逐步提升。公司主營業(yè)務(wù)按產(chǎn)品 可分為專用設(shè)備、備品備件、服務(wù)收入三大類。專用設(shè)備即為公司所生產(chǎn)的半導(dǎo)體加工設(shè)備, 其中刻蝕設(shè)備收入占比最高,且呈現(xiàn)逐年快速增長態(tài)勢。2022 年,公司刻蝕設(shè)備收入 31.47 億元,占總收入比重 66%,MOCVD 設(shè)備收入 7.00 億元,占總收入比重 15%。
(6)公司主要關(guān)注要素:1)邏輯芯片刻蝕領(lǐng)域,公司產(chǎn)品在 65nm-5nm 芯片生產(chǎn)線 上已得到廣泛應(yīng)用,公司的 CCP 刻蝕設(shè)備在國際先進 5nm 芯片生產(chǎn)線及下一代更先進的生 產(chǎn)線上也實現(xiàn)了多次批量銷售;2)存儲器件刻蝕領(lǐng)域,公司設(shè)備已在 64 層、128 層的 3D NAND 生產(chǎn)中得到廣泛使用,高深寬比刻蝕已在客戶端驗證具有刻蝕 60:1 深寬比結(jié)構(gòu)的能 力;3)MOCVD 設(shè)備方面,公司 LED 相關(guān) MOCVD 設(shè)備已達到國際領(lǐng)先水平,裝機量穩(wěn)步 提升。
4.2.北方華創(chuàng):半導(dǎo)體加工一體化方案供應(yīng)商
(1)國內(nèi)主流高端電子工藝裝備供應(yīng)商,打造平臺式一體化布局。1)北方華創(chuàng)由七星 電子與北方微電子戰(zhàn)略合并而成,其前身涉及數(shù)座老牌國營電子廠的資源整合。公司深耕于 芯片制造刻蝕領(lǐng)域、薄膜沉積領(lǐng)域近 20 年,現(xiàn)已成為國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體高端工藝裝備及一 站式解決方案的供應(yīng)商。2)通過內(nèi)生研發(fā)與外延并購,公司業(yè)務(wù)版圖不斷擴展。目前,公 司主營半導(dǎo)體裝備、真空裝備及鋰電裝備,以及精密元器件業(yè)務(wù),為半導(dǎo)體、新能源、新材 料等領(lǐng)域提供解決方案。
(2)半導(dǎo)體設(shè)備實現(xiàn)全平臺布局,刻蝕方面,公司在國產(chǎn) ICP 刻蝕技術(shù)方面具備領(lǐng)先 地位。1)在半導(dǎo)體工藝裝備領(lǐng)域,北方華創(chuàng)的主要產(chǎn)品包括刻蝕、薄膜、清洗、熱處理、 晶體生長等核心工藝裝備,廣泛應(yīng)用于邏輯芯片、存儲芯片、先進封裝、第三代半導(dǎo)體、半 導(dǎo)體照明、微機電系統(tǒng)、新型顯示、新能源光伏、襯底材料等工藝制造過程,覆蓋除光刻外 全部前道工藝;2)刻蝕設(shè)備方面,公司于 2005 年推出我國第一臺自主研發(fā)的干法刻蝕設(shè)備,如今在 ICP 領(lǐng)域已具備領(lǐng)先地位,應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域的硅刻蝕機已突破 14nm 技術(shù), 進入主流芯片代工廠。2022 年,公司首次推出 CCP 刻蝕產(chǎn)品,并實現(xiàn)了對硅刻蝕、金屬刻 蝕、介質(zhì)刻蝕全領(lǐng)域覆蓋。
(3)半導(dǎo)體相關(guān)設(shè)備成公司核心收入來源,充足在手訂單反應(yīng)成熟制程擴張趨勢。公 司年報顯示,2022 年,北方華創(chuàng) 77.99%的收入來自于全資子公司——北京北方華創(chuàng)微電子 裝備有限公司,其主要業(yè)務(wù)為半導(dǎo)體設(shè)備。2019-2023H1 期間,公司預(yù)收銷售商品款穩(wěn)定增 長,截止 2023 年 H1,公司有在手訂單 85.86 億元,較 2022 全年相比增長 19.27%。旺盛 的訂單需求反應(yīng)下游晶圓廠擴建預(yù)期,也保障了北方華創(chuàng)在短期內(nèi)的業(yè)績增長動力。作為應(yīng) 對,北方華創(chuàng)積極擴產(chǎn),其在建工程中的“半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)化基地擴產(chǎn)項目(四期)”預(yù)計 將用于集成電路設(shè)備、新興半導(dǎo)體設(shè)備、LED 設(shè)備及光伏設(shè)備生產(chǎn)。
(4)營收與利潤水平快速增長,跨入“百億級”發(fā)展新階段。2022 年,公司營業(yè)收入 達 146.9 億元,首次邁入百億級階段。在當(dāng)前半導(dǎo)體周期波動背景下,這一提升更體現(xiàn)公司產(chǎn)品實力及合理的產(chǎn)品布局。利潤端方面,2022 年公司歸母凈利潤為 23.53 億元,同比增 長 118.37%,盈利能力增長強勁。
(5)費用把控成效明顯,規(guī)模效應(yīng)逐步體現(xiàn)。自 2018 年以來,北方華創(chuàng)毛利率在 36%- 43%之間波動,凈利率自 8.5%穩(wěn)步提升至 20.39%,銷售費率穩(wěn)定保持較低水平,管理費率 與研發(fā)費率持續(xù)下降。自并購重組以來,得益于公司各項產(chǎn)品趨于成熟,管理水平不斷提升, 公司進入低費率、高增長階段。
(6)公司主要關(guān)注因素:1)刻蝕設(shè)備領(lǐng)域,公司實現(xiàn)硅刻蝕、金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕的 全覆蓋。其中硅刻蝕與金屬刻蝕設(shè)備均用于集成電路制造,在 200mm 硅片,90-40nm 集成 電路、40-14nm 集成電路、28-14nm 集成電路等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。介質(zhì)刻蝕主要應(yīng)用于 LED 半導(dǎo)體照明領(lǐng)域;2)在真空及鋰電裝備領(lǐng)域,北方華創(chuàng)研發(fā)的晶體生長設(shè)備、真空熱 處理設(shè)備、氣氛保護熱處理設(shè)備、連續(xù)式熱處理設(shè)備、磁控濺射鍍膜設(shè)備、多弧離子鍍膜設(shè) 備在材料熱處理、真空電子、新能源光伏、半導(dǎo)體材料、磁性材料、新能源汽車等領(lǐng)域取得 廣泛應(yīng)用;3)在精密電子元器件領(lǐng)域,北方華創(chuàng)研發(fā)的石英晶體器件、石英微機電傳感器、 高精密電阻器、鉭電容器、微波組件、模擬芯片、模塊電源等產(chǎn)品,應(yīng)用于高鐵、智能電網(wǎng)、 通信、醫(yī)療電子、精密儀器、自動控制等領(lǐng)域,推動元器件向小型化、輕量化、高精密方向 發(fā)展。
4.3.屹唐股份:關(guān)注刻蝕設(shè)備業(yè)務(wù)拓展及上市進程
(1)收購海外資產(chǎn),面向全球經(jīng)營的干法去膠與快速熱處理龍頭。屹唐股份成立于 2015 年,于 2016 年以約 3 億美元總價收購總部位于美國硅谷的半導(dǎo)體設(shè)備公司 Mattson Technology, Inc.(MTI),由此形成總部位于中國北京,以中國、美國、德國三地作為研發(fā)、 制造基地,面向全球經(jīng)營的半導(dǎo)體設(shè)備公司,主要從事集成電路制造過程中所需晶圓加工設(shè) 備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,面向全球集成電路制造廠商提供包括干法去膠設(shè)備、快速熱處理設(shè) 備、干法刻蝕設(shè)備在內(nèi)的集成電路制造設(shè)備及配套工藝解決方案。2020 年,公司獲國家高 新技術(shù)企業(yè)稱號。2021 年,公司 IPO 過會并提交注冊,目前仍在排隊中。
1)Gartner 統(tǒng)計顯示公司 2020 年干法去膠設(shè)備市占率全球第一,高達 31.29%,國內(nèi) 市場依然占據(jù)絕對領(lǐng)先地位。全球集成電路制造干法去膠設(shè)備領(lǐng)域呈現(xiàn)多寡頭競爭的發(fā)展趨 勢,主要參與者包括屹唐股份、比思科、日立高新、Lam Research、泰仕半導(dǎo)體等,其 2020 年全球市場份額分別為 31.29%,25.90%,19.16%,11.93%,5.28%。在中國大陸的干法 去膠市場,屹唐股份依然占據(jù)領(lǐng)先地位。2020 年,長江存儲通過招投標(biāo)采購的 27 臺去膠設(shè) 備中,屹唐股份產(chǎn)品占比為 88.89%;華虹集團通過招投標(biāo)采購的 11 臺去膠設(shè)備中,屹唐股 份的產(chǎn)品占比高達 90.91%。公司的去膠設(shè)備產(chǎn)品主要客戶包括臺積電、三星電子、中興國 際、長江存儲、格羅方德、美光科技。
2)快速熱處理設(shè)備全球市場份額 11.50%,位列第二。根據(jù) Gartner 統(tǒng)計數(shù)據(jù),全球前 五大廠商占據(jù)快速熱處理設(shè)備的全球所有市場份額,應(yīng)用材料與屹唐股份占據(jù)其中前兩名的 位置,市占率分別為 69.72%和 11.50%。公司在該領(lǐng)域的主要客戶包括臺積電、三星電子、 中興國際、長江存儲等。
3)刻蝕設(shè)備占比較低,仍處于技術(shù)追趕階段,產(chǎn)品已進入頭部晶圓廠生產(chǎn)線。公司刻 蝕設(shè)備生產(chǎn)銷售占比相對較低,2018 年-2021 年 H1 期間,公司刻蝕設(shè)備產(chǎn)量占比不足全部 產(chǎn)品產(chǎn)量的 10%,銷量占比不足 5%。2020 年,公司共售刻蝕設(shè)備 8 臺,為報告期內(nèi)數(shù)量最高點,當(dāng)年全球市占率為 0.10%。產(chǎn)品方面,屹唐股份現(xiàn)有兩款刻蝕設(shè)備,主要覆蓋存儲 芯片的制備。2007 年推出 ParadigmE 系列,2020 年推出高選擇比刻蝕和原子層級材料移 除設(shè)備 Novyka 系列,二者目前均已研發(fā)至先進 10nmDRAM 芯片和 256 層 3D 閃存芯片制 造,公司在干法刻蝕領(lǐng)域仍處于追趕國際先進水平階段。目前,公司刻蝕設(shè)備的主要客戶為 三星電子和長江存儲。
(2)境外收入占比過半,國內(nèi)收入不斷提升。2018-2020 年期間,隨著公司業(yè)務(wù)拓展效果 的顯現(xiàn),中國大陸收入占比有所上升,由 21.12%上升至 42.12%,大陸晶圓廠商對公司產(chǎn)品 的認可度不斷上升。
(3)營收與利潤增長迅速,凈利潤水平較行業(yè)龍頭相比仍有較大提升空間。公司 2020 年 營業(yè)收入 23.13 億元,較去年同期相比增長 46.96%。2021 年上半年度,公司歸母凈利潤 0.95 億元,是報告期內(nèi)最高值。2019-2021H1 年間,公司歸母凈利潤水平快速提升,轉(zhuǎn)負 為正,但其數(shù)值較中微公司、北方華創(chuàng)等國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備龍頭企業(yè)仍有一定差距。
(4)凈利率扭負為正,各項費用把控穩(wěn)定。市場開拓過程中,公司毛利率下降至 33%上下, 但得益于各項費用控制成果顯著,2019-2021H1 期間,公司凈利率由負轉(zhuǎn)正,達 6.72%。 公司管理費用與銷售費用均降至 10%以下,研發(fā)費用相對較高,體現(xiàn)公司持續(xù)注重研發(fā)投 入,關(guān)注長期研發(fā)技術(shù)積累優(yōu)勢。
(5)公司關(guān)注因素:1)屹唐股份仍處于 IPO 排隊狀態(tài),關(guān)注上市動態(tài);2)干法去膠及快 速熱處理設(shè)備龍頭,產(chǎn)品可用于 90nm-5nm 邏輯芯片、10nm 系列 DRAM 芯片、 32 層到 128 層 3D 閃存芯片制造中若干關(guān)鍵步驟的大規(guī)模量產(chǎn);3)干法刻蝕領(lǐng)域,推出原子層表面 處理設(shè)備,并有相關(guān)技術(shù)改進研發(fā)課題進行中。
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