【摘要】
目前我国涂胶显影及清洗设备的国产化率仅为4%/20%,广阔空间亟待国产替代,芯源微设备性能先进、客户验证顺利,是国内该细分市场的领先者。
2019年以来,贸易争端加速半导体设备国产化,国产化率达到18.8%,但整体国产化率仍较低。基于我国半导体设备对外依存度高的不足,美国对我国采取禁运等措施,国产替代需求迫切。过去两年,围绕半导体产业链的国产替代,涌现出一批优质股,今天我们介绍一家在设备领域崭露头角的公司——芯源微。
目前我国涂胶显影及清洗设备的国产化率仅为4%/20%,广阔空间亟待国产替代,公司设备性能先进、客户验证顺利,是国内该细分市场的领先者。
一、半导体专用设备龙头,多款产品成功打破国外厂商垄断
芯源微专注于半导体专用设备的研发、生产和销售。2002 年12 月17 日中科院沈阳自动化研究所发起设立了公司前身沈阳芯源先进半导体技术有限公司。自设立以来,公司一直从事半导体专用设备的研发、生产和销售。2019 年3 月12 日公司更名为沈阳芯源微电子设备股份有限公司,并于当年12 月16 日在上交所科创板上市。
公司产品包括:
(1)光刻工序涂胶显影设备,包括涂胶/显影机、喷胶机亿力医疗股票;
(2)单片式湿法设备,包括清洗机、去胶机、湿法刻蚀机亿力医疗股票;
应用领域包括:
(1)可用于8/12 英寸单晶圆处理,如集成电路制造前道晶圆加工、后道先进封装环节;
(2)可用于6 英寸及以下单晶圆处理,如化合物、MEMS、LED 芯片制造等环节。
公司多款产品性能参数与国际知名企业持平,陆续打入知名一线大厂,成功打破国外厂商垄断。
前道涂胶显影设备陆续获得上海华力、中芯绍兴、厦门士兰集科、上海积塔、株洲中车、青岛芯恩、中芯宁波、昆明京东方等多个前道大客户订单及应用,实现小批量替代;
前道Spin Scrubber 清洗机达国际先进水平,成功实现进口替代,在中芯国际、上海华力、厦门士兰集科等多个客户处通过工艺验证,在国内多个重要客户处获批量重复订单,成功实现进口替代。
后道、化合物、MEMS、LED 芯片制造等领域涂胶显影设备的下游客户覆盖国际知名晶圆制造厂--台积电,已广泛应用在国内一线大厂以及国内特种工艺代表企业,成功实现国产替代;
公司核心技术团队承担了多项国家科技重大专项及其他省部级重大科研项目,如“十一五”、“十二五”02重大专项设备研发与产业化项目。
公司同时是国家集成电路产业技术创新联盟及集成电路封测产业链技术创新战略联盟理事单位,并先后主持制定了喷胶机、涂胶机两项行业标准,其中喷胶机行业标准《喷雾式涂覆设备通用规范》(SJ/T11576-2016)已正式颁布实施,涂胶机行业标准《旋转式涂覆设备通用规范》项目已经通过申报,待工信部审批。
公司2021 年限制性股票激励计划考核目标为,基于2020 年收入, 未来三年营收增长率目标值为+60%/+140%/+260%,触发值为+40%/+100%/+200%,营收高增长业绩考核目标彰显公司未来发展信心和决心。
二、光刻工序涂胶显影设备:后道及小尺寸领域实现进口替代
光刻工序是集成电路制造中的核心步骤,其将掩膜版上的电路图形转移到硅片,八个环节分别为脱水烘烤、旋转涂胶、软烘、曝光、曝光后烘烤、显影、坚膜烘烤、显影检查,而涂胶显影设备是光刻工序中与光刻机配套使用的涂胶、烘烤及显影设备,包括涂胶机(又称涂布机、匀胶机,英文简称Spin Coater)、喷胶机(适用于不规则表面晶圆的光刻胶涂覆,英文简称Spray Coater)和显影机(英文简称Developer)。
公司生产的光刻工序涂胶显影设备包括涂胶/显影机、喷胶机:
公司生产的涂胶/显影机可与光刻机设备联机作业或者独立作业,工艺范围涵盖LED 芯片制造、集成电路制造后道先进封装制程以及前道的I-line、KrF、ArF 等制程工艺,根据不同工艺需求,可搭载不同的温湿度控制模块以及相应的涂胶和显影模块。同时,根据客户对产能要求的高低,公司开发出了单机械手平台和多机械手平台,可以根据客户需求灵活配置,从而提高产品性价比。公司生产的喷胶机可应用于圆片级封装(WLP)、3D 封装及MEMS 芯片制造等领域,适合于高深宽比尺寸的沟槽图形表面涂覆,可保证沟槽台阶表面涂覆的均匀性,独特的喷涂工艺可以处理特殊形状(如长方形、菱形等)的衬底,在处理某些轻薄易碎的衬底时可保证衬底完整不碎裂,具有优势。公司生产的涂胶显影设备产品成功打破国外厂商垄断。在集成电路制造后道先进封装、化合物、MEMS、LED 芯片制造等环节,公司产品作为国内厂商主流机型已广泛应用在国内知名大厂,成功实现进口替代;在集成电路前道晶圆加工环节,作为国产化设备已逐步得到验证及应用,实现小批量替代,填补了国内空白。
前道涂胶显影设备:未来空间广阔,国产替代将渡过起步期集成电路制造前道工艺以单晶硅片的加工为起点,以在单晶硅片上制成各种集成电路元件为终点,前道晶圆加工工艺较为复杂,其主要工艺流程包括氧化、清洗、涂胶、光刻、显影洗胶、刻蚀、去胶、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等,晶圆处理精度一般在几纳米至几微米,对加工设备精度要求极高,其中部分工序需要循环进行多次,需要用到大量的半导体设备。
TEL几乎垄断前道涂胶显影设备市场,芯源微国产替代成功起步。集成电路制造前道晶圆加工领域用涂胶显影设备主要被日本东京电子(TEL)垄断, 2018 年全球市场份额达88%,据Global Market Monitor,TEL 在大陆市场份额高达91%,芯源微占比仅为4%;芯源微生产的前道涂胶显影设备成功打破国外厂商垄断并填补国内空白,目前是国内唯一能提供中高端设备的厂商,作为国产化设备已逐步得到验证及应用;
其中前道I-line 涂胶显影机已在国内知名晶圆厂长江存储上线进行工艺验证,可满足客户0.18μm 技术节点加工工艺,前道Barc(抗反射层)涂胶设备在已通过上海华力工艺验证,可满足客户28nm 技术节点加工工艺,同时陆续获得上海华力、中芯绍兴、厦门士兰集科、上海积塔、株洲中车、青岛芯恩、中芯宁波、昆明京东方等多个前道大客户订单及应用,实现小批量国产替代。
公司的光刻工序涂胶显影设备在前端领域与国际知名企业相比,技术水平整体稍弱,同种工艺等级产品的技术原理接近,但在关键性能指标上存在差异,且公司产品在应用领域范围上较TEL、DNS 偏窄,ArFi 等工艺仍需持续研发。
公司突破多项自研核心技术,部分领域还需提升。公司在前道涂胶显影设备领域的多个关键技术取得突破,拥有五项核心技术,全部为自主研发,在28nm 及以上节点的相关技术基本达到国际先进水平,其他如28nm 以下节点相关技术、Inline 联机作业能力和远程无人化操作等有一定进步空间。
针对前道涂胶显影设备产品的更高技术要求和更大市场需要,公司持续对其中的关键核心技术及核心零部件进行研发,不断升级产品技术和性能,更高制程前道涂胶显影设备的整机研制已经在实施过程中,同时做好下游市场开拓和客户服务,以提升在下游市场的认可度和渗透率。
小尺寸/后道领域:技术成熟,成功实现进口替代公司涂胶显影设备在化合物、LED 芯片制造、先进封装等领域成功实现进口替代。作为国产光刻工序涂胶显影设备的代表,在集成电路制造后道先进封装领域和LED 芯片制造等领域,公司涂胶显影设备技术相对成熟,已实现量产,并作为主流机型成功打入包括台积电、长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技、华灿光电、乾照光电、澳洋顺昌、中芯绍兴、中芯宁波等多家国内知名一线大厂,成功实现国产替代。
公司LED、后道领域用涂胶显影设备技术先进,较ELS、韩国CND 应用更为广泛。公司的光刻工序涂胶显影设备在LED、后端领域与国际知名企业相比,技术水平较为接近,技术原理上接近,在关键性能指标上存在差异,且公司产品在应用领域范围上较台湾亿力鑫(ELS)、韩国CND 更为广泛。
公司拥有达国际先进水平的多项自研核心技术。核心技术方面,公司拥有一系列具有自主知识产权的涂胶显影设备核心技术,并广泛应用于公司产品的批量生产中;
在化合物、MEMS、LED 芯片制造领域,公司拥有的四项核心技术,全部为自主研发,基本达到国际先进水平;先进封装领域的光刻工艺胶膜均匀涂敷技术在厚胶膜涂覆均匀性方面达到国际先进水平,不规则晶圆表面喷涂技术较国际知名企业还有提升空间,如薄膜平面喷涂均匀性等。
公司LED、后道先进封装用涂胶显影设备的性能参数基本与国际知名企业持平。性能参数方面,光刻工序涂胶显影设备在行业内通行的评价标准包括产能、平均故障间隔时间、胶膜涂敷均匀性、显影精细度、热板温度均匀性(温控热处理精密度)等;LED 芯片制造、后道先进封装领域,公司涂胶显影设备性能参数基本与国际知名企业持平。
设备销售和客户进展方面,据招股书,公司LED 芯片制造领域下游主要客户华灿光电、澳洋顺昌、东莞中图等采购的涂胶显影设备均系或主要由公司提供;
公司后道先进封装领域用涂胶显影设备客户主要为及台积电、长电科技、华天科技、晶方科技等国内知名集成电路封测企业,近三年销售金额合计占中国大区(含台湾地区)销售规模的比例为25.71%;同时公司向客户发出的各型号机台凭借良好的性能基本均正常使用中,且随着公司新产品的升级换代,双方合作关系稳固,不存在被同行业其他公司相关产品所替代的情形。
三、单片式湿法设备:前道清洗设备取得知名厂商批量重复订单
集成电路制造过程中,湿法设备是使用比例最高的核心生产设备,光刻、刻蚀、沉积等每一步重复性工序过程均会带来不可控的如颗粒、有机物、金属和氧化物的污染物,清洗目的在于减少杂质对芯片良率的影响,实际生产中不仅仅需要提高单次的清洗效率,还需要在几乎所有制程前后都频繁的进行清洗。
按照清洗介质作用方式,可以分为干法清洗和湿法清洗,后者可按照设备的工作方式进一步分为槽式湿法清洗与单片式湿法清洗,槽式清洗设备可批量清洗晶圆,产率高,但是控制度差,容易造成晶圆之间的交叉污染。单片式可以避免交叉污染,但是产率较低,需要通过多腔设计提高产率。
全球及中国清洗设备被DNS、TEL 等厂商垄断,国内厂商替代空间巨大。集成电路清洗设备主要被日本迪恩士(DNS)、日本东京电子(TEL)等厂商垄断,据Gartner,2019 年全球半导体清洗设备市场中,DNS、TEL、SEMES、Lam research 市场份额分别为45.1%/25.3%/14.8%/12.5%,CR4 为97.7%,市场高度集中;
2019 年中国半导体清洗设备招标采购份额中,DNS、Lam research、TEL 各自占比48.0%/20.0%/6.0%,国内厂商盛美半导体、北方华创、芯源微合计占22.0%,国产替代空间巨大。
公司生产的单片式湿法设备主要由清洗机、去胶机和湿法刻蚀机构成,可应用于6 英寸及以下单晶圆处理及8/12 英寸单晶圆处理,其中清洗机为公司发展重点。通过持续的改进、优化,公司生产的集成电路前道晶圆加工领域用清洗机Spin Scrubber 设备的各项指标均得到明显改善或提升,已经达到国际先进水平并成功实现进口替代。
该类设备已通过中芯国际、上海华力、厦门士兰集科等多个客户的工艺验证,并获得国内多家Fab 厂商的批量重复订单。
参考资料:
民生证券-芯源微-688037-深度报告:半导体设备小巨人,加速受益国产化大浪潮-210721
本报告由研究助理协助资料整理,由投资顾问撰写。投资顾问:黄波(登记编号:A0740620120007)