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国产刻蚀设备龙头企业,产品覆盖海外一线大厂及国内头部厂商
中微成立于2004年,公司核心高管及技术人员多数具有国际半导体大厂从业经验,CEO尹志尧博士是近300项海内外专利的主要发明人。公司主营等离子体刻蚀设备、薄膜沉积设备以及空气净化设备,产品覆盖了半导体集成电路制造、先进封装、LED生产、MEMS制造等领域。公司2022年全年预计实现营收47.4亿元,同比增长52.5%,实现归母净利润区间为11.70亿元,同比增长15.66%;实现扣非归母净利润9.19亿元,同比增长183.44%。
刻蚀机业务高速发展,CCP市占率不断提升,ICP设备快速放量
公司CCP设备性能先进,在国产设备中处于绝对领先地位,已切入国际知名厂商5nm产线,国内市场份额持续提升,2022年公司已累计有2320个反应台在生产线运转;ICP设备2022年上半年收入4.13亿元,同比增长414.08%,截至2022年6月底,ICP Nanova设备已经顺利交付超过 220 台反应腔,在客户端完成验证的应用数量也在持续增加。截至2022年中,本土刻蚀设备国产化率约两成,中美贸易摩擦持续刺激国产设备的需求,公司作为国产刻蚀设备龙头有望持续受益。
MOCVD设备保持领先地位,LPCVD、EPI、ALD有望成为业绩新增长点
公司MOCVD在Mini-LED中的蓝绿光生产线取得绝对领先地位,针对Micro-LED的新品设备也在积极研发,布局于金属钨填充的LPCVD设备、锗硅外延生长的Epi设备和原子层沉积的ALD设备研发顺利,部分已经进入样机制造和调试阶段,预计将于23年陆续推出,有望成为公司新的业务成长点。
投资布局量测设备,有望成为国产替代新军主力
量测设备贯穿整个晶圆制造环节,设备价值约占产线价值的13%,也是前道国产化率最低的环节之一,截至2022年国产化率仅约1%。KLA的退出提高了国产量测设备环节的重要性,国产量测设备有望进入国产替代加速期,中微22年对睿励仪器追加1.08亿元现金投资,持股比例从20.4%变更为29.4%,持续投资布局工艺检测设备领域,有望成为国产量测设备主力,同时与制造设备形成良性协同作用。
盈利预测与估值:目标价151.7-161.8元,上调至“买入”评级
我们预计2022-2024年公司归母净利润为12.19、15.59、19.22亿元(YoY 20.5%、27.9%、23.3%),根据相对估值,目标价为151.7-161.8元,上调至“买入”评级。
风险提示
下游需求不及预期;新产品研发失败风险;行业竞争加剧风险等。
内容目录
中微公司:国产集成电路制造高端设备领军者
专注于集成电路和泛半导体微观加工,客户覆盖全球知名企业
中微半导体设备(上海)股份有限公司是国内服务于集成电路和泛半导体行业的微观加工高端设备公司。公司主营等离子体刻蚀设备、薄膜沉积设备以及空气净化设备等的研发、生产和销售,其产品覆盖了半导体集成电路制造、先进封装、LED生产、MEMS制造等领域。尤其聚焦小线宽先进制造刻蚀领域,成功打入国际先进生产线,为国产刻蚀设备的发展提供了有力支撑。
中微公司成立于2004年,2004年5月,中微亚洲出资创立中微有限,并于同年8月推出了首台甚高频等离子体刻蚀机;2007年6月,公司研制成功首台CCP刻蚀设备;2011年9月,CCP设备进入45nm生产线;2012年11月,公司首台MOCVD设备Prismo D-BLUE研制成功;2013年6月,CCP设备进入22nm生产线;2016年11月,公司首台ICP设备研发成功;2017年7月,CCP设备进入国际先进7nm生产线;2019年7月,中微登陆科创板上市。
中微第一大股东为上海创业投资有限公司。截至2022年,上海创业投资持股比例15.64%,隶属于上海国资委;第二大股东巽鑫投资持股15.15%,隶属于国家大基金。其他主要股东中,中国香港中央结算有限公司持股5.52%,嘉兴智微企业管理合伙企业、advanced Micro Fabrication Equipment Inc. Asia、国家集成电路产业投资基金二期、诺安成长混合型证券投资基金持股比例分别为4.97%、4.03%、3.97%、2.9%。
中微主要为集成电路、LED芯片等产品制造企业提供刻蚀设备、MOCVD设备以及其他设备。主要产品包括CCP电容性刻蚀机、ICP电感性刻蚀机、MOCVD设备以及VOC设备。CCP电容性刻蚀机主要用于集成电路领域氧化硅、氮化硅及低介电系数膜层等电介质材料的刻蚀,ICP电感性刻蚀机主要用于集成电路中硅材料的刻蚀及金属刻蚀,MOCVD设备主要应用于LED外延片及功率器件的生产,VOC设备则主要应用于平板显示生产线等工业用的空气净化。
中微公司客户覆盖全球知名企业。高端设备应用于全球主流晶圆厂商。刻蚀机主要客户包括台积电、英特尔、联华电子、格罗方德、海力士、意法半导体、华力、华虹、中芯国际、博世、长江存储、长鑫存储等,2019年公司CCP刻蚀机进入了台积电5nm产线,2020年至2022年与长江存储开启了深度合作。MOCVD主要客户包括三安光电、晶元光电、华灿光电、乾照光电、三星、兆驰股份等知名LED企业。
中微公司实际控制人系核心技术人员。公司CEO尹志尧博士深耕半导体行业近40年,曾任职于应用材料、泛林等国际知名大厂近20年,有力推动了等离子体刻蚀设备的快速发展。司副总裁杜志游博士曾任 Praxair Inc 董事总经理、梅特勒-托利多上海子公司总经理,有丰富的行业经验和公司管理经验。公司副总裁倪图强博士曾在泛林半导体担任技术总监,是 Lam2300 系列刻蚀产品的发明者之一。公司其余多位董事高管也具有半导体相关学术背景与工作履历,具备丰富的行业经验。
全球化人才招募不断提速,专业人才占比提升。中微公司在人才招募方面遵循全球化的发展战略,目前管理层来自6个不同国家和地区,外籍员工占比达到了9%,截至2021年,公司共有员工1048人,随着营收规模增长,公司人才招募趋向于高端化、专业化。公司共有研发人员415人,占公司员工比例的39.6%,其中博士人数77人,硕士人数127人,分别占比18%和31%,本科及以上人数高达92%。
刻蚀设备与MOCVD双向并行,盈利能力比肩国际大厂
刻蚀设备与MOCVD双向并行,公司盈利能力持续提升。随着公司刻蚀设备和MOCVD设备技术不断成熟,产品的市场认可度逐渐升高。公司2017年实现净利润扭亏为盈,营业收入逐年快速增长,公司22年预计全年实现营收47.4亿元,同比增长52.5%,实现归母净利润区间为11.70亿元,同比增长15.66%;实现扣非归母净利润9.19亿元,同比增长183.44%。
毛利率方面,主营业务中刻蚀设备毛利率基本持平,接近45%;MOCVD设备毛利率先降后升,在2017-2020年呈下降趋势,原因是2017年公司为推广新型MOCVD设备Prismo A7,采用较优惠的价格开拓市场,拉低了毛利率。21年推出的Unimax MOCVD设备以出色的性能在市场获得了很好的议价能力,带动毛利率快速回升。
公司业务收入主要来源于专用设备销售、备品备件销售以及服务收入三个部分,其中专用设备销售收入占比约80%。2021年,公司专用设备销售额25.07亿元,同比增长39%,备品备件销售额5.56亿元,同比增长25%,主要业务收入维持高增速。
业绩进入高速增长期,盈利能力比肩国际刻蚀大厂,高于行业平均。2019-2021年,公司净利与毛利率均迅速上升:2021中微毛利率43.36%,净利率32.54%,接近国际一线刻蚀大厂LAM(毛利率46.53%,净利率26.72%)与TEL(毛利率40.38%,净利率17.36%)水平,高于行业平均水平(毛利率42.38%,净利率17.95%)。其主要原因是公司产品不断成熟,市场认可度不断提升,订单持续放量,盈利能力进入快速增长期。
国产刻蚀设备龙头企业,引领国产化设备革新
CCP设备供应国际一线厂商,ICP设备快速放量
刻蚀工艺是集成电路制造的关键环节,刻蚀设备在整个生产线价值占比约为20%。薄膜沉积、光刻、刻蚀是集成电路制造中工艺难度最高、重复性最多、应用最广的三道工艺,根据SEMI数据,薄膜沉积、光刻、刻蚀设备在整个生产线中价值占比超过60%,其中刻蚀设备价值占比约为20%。先进制程的集成电路制造中,要通过薄膜沉积、光刻、刻蚀三大工艺反复循环成百上千次,薄膜沉积实现材料沉积,光刻将图案转移到掩膜上,刻蚀按照掩膜完成材料去除,方可将设计好的图案转移到晶圆上,因此,刻蚀是生产线中最关键的设备之一。
刻蚀是用化学方法或物理方法完成材料去除的过程,分为干法刻蚀和湿法刻蚀两类。干法刻蚀是借助等离子体与硅片发生物理及化学反应,从而达到材料去除的目的,干法刻蚀的特点是各向异性(各个方向速度不同)和高度的工艺可控性。湿法刻蚀是以化学试剂与硅片表面材料发生反应来完成材料去除,特点是各向同性(各个方向刻蚀速度相同),不容易进行精细控制。随着集成电路线宽不断缩小,刻蚀环节对于刻蚀精度要求不断提高,湿法刻蚀逐渐无法满足刻蚀工艺要求。在先进制程中,干法刻蚀已基本取代湿法刻蚀,占据了90%以上的市场。
干法刻蚀机主要分为CCP刻蚀机、ICP刻蚀机两条路线。CCP刻蚀机是电容性耦合等离子体刻蚀机,ICP刻蚀机是电感性耦合等离子体刻蚀机,干法刻蚀按照被刻蚀材料分类,通常可分为介质刻蚀,金属刻蚀和硅刻蚀,CCP刻蚀机多用来完成介质刻蚀,特点是等离子体由两个平行板电容器产生,通常配有比较高的偏压功率;ICP刻蚀机主要用来完成金属刻蚀和硅刻蚀,特点是等离子体由电感线圈产生,具有比较高的等离子体浓度。
公司CCP刻蚀机打入国际一线厂商,国内28nm以上制程基本可以全覆盖,ICP订单迅速增长。中微从2004年起研制CCP刻蚀机,至今积累发展接近20年,目前已进入多家国内和国际一线晶圆代工厂商和存储厂商,先进制程进入国际知名晶圆代工厂商5nm生产线,国内28nm以上制程基本可以全覆盖。ICP设备于2016年推出首台,此后市场认可度不断提升,截止至2021年底,已完成超15家客户100多个ICP工艺验证。2021年推出双台ICP刻蚀机Twin-star,在生产速度和成本端更具优势,已在国内厂商完成验证。截止2022年6月底,ICP Nanova设备已经顺利交付超过 220 台反应腔,且在客户端完成验证的应用数量也在持续增加,进入迅速放量期。
先进制程驱动,NAND迅速增长,国产化加速刺激刻蚀设备需求
先进制程线宽缩小,促使刻蚀工艺步骤数和设备需求数量不断提升。随着全球高端量产芯片从14nm向7nm、5nm和3nm发展,由于光波长会限制光刻可传递的尺寸精度,而短波长的EUV目前成本居高不下,因此主流厂商多采用多重模版工艺来达到尺寸需求。多重模板工艺是通过重复沉积、光刻、刻蚀工艺,来达到实现更小尺寸的目的,三大工艺步骤会显著增加。以逻辑器件的刻蚀工艺为例,28nm刻蚀步骤约40步,5nm刻蚀步骤提升至160步。刻蚀步骤数增加,对应的设备需求量也显著提升。中微作为优秀国产设备供应商,在先进制程的发展过程中将持续受益。
3D NAND存储芯片产量显著增长,刺激刻蚀设备需求。当线宽缩小到一定物理极限后,继续向小线宽发展的难度和成本很高,并且小线宽的邻近存储单元易发生串扰问题,存储器开始由“细微化”转向“多层化”,通过增加介质层堆叠的层数来提高电容集成度,3D NAND闪存是其中的典型产品。3D NAND是英特尔和镁光的合资企业所研发的一种新兴的闪存类型,通过把内存颗粒堆叠在一起来解决2D或者平面NAND闪存带来的限制,3D NAND发明以来,国际知名厂商镁光、Intel、三星及海力士等不断提高堆叠层数,2022年国内知名NAND厂商长江存储已经实现232层堆栈,进入了国际一线行列,其使用的Xtacking技术进一步缩小了NAND的面积。NAND中由于使用了大量的介质层堆叠,用到了更多的薄膜沉积设备和刻蚀设备,根据东京电子统计,3D NAND刻蚀设备资本开支占比从2D NAND的15%提升到50%。随着NAND存储芯片的快速增长,对刻蚀设备的需求量也将进一步提升。
公司刻蚀设备能力突出,与北方华创携手打破国际垄断。刻蚀设备的全球市场特点是高度集中化,泛林、东京电子、应用材料等公司在刻蚀市场占比超过90%。中微刻蚀设备能力突出,为国产设备打破国际垄断提供了主要助力。2015年,美国商务部工业安全局评估中国厂商有能力供应高质量的离子刻蚀机,取消了相关出口管制。目前国内晶圆厂相应政策号召,推进设备国产化,中微和北方华创其中占比较高。以长江存储2017-2021年设备招标台数统计,中微和华创分别占比12.9%和5.3%。
2025年全球刻蚀设备市场将超过180亿美元,其中ICP空间更大,国内CCP市场占比相对更高。据统计,2021年全球刻蚀设备市场规模约为175亿美元,其中用于硅刻蚀和金属刻蚀的ICP刻蚀设备占比刻蚀设备总体市场份额的62%,用于介质刻蚀的CCP刻蚀设备占比份额为38%。市场占比方面,ICP设备占比相对更高,主要原因是先进制程中,线宽和刻蚀精度要求提升,沉积的膜厚变薄,ICP作为低能离子刻蚀,对刻蚀结构表面损伤更小,因此市场占比提升更多。Gartner预测2025年全球集成电路制造刻蚀设备市场规模预计将增长至 181.85 亿美元,年复合增长率约为5.84%。而国内集成电路制造市场由于起步较晚,目前以成熟制程为主,相较于国外市场CCP刻蚀机市场相对更大。
公司设备零部件来源广泛,国产化率接近60%。中微设备零部件主要来源为中国、日本、美国、欧洲,一直努力实现高程度国产化,由于刻蚀设备属于高精度加工设备,对设备零部件加工精度和材料能力要求较高,部分零部件由于设备技术需求,暂未实现国产化。根据公司公告,截至2021年,CCP、ICP国产零部件价值比重分别为61.44%和59.48%,国产化率约为60%,第二大零部件来源国是日本,约占20%。
美国制裁新规将进一步刺激国产替代需求。集成电路制造由于高精密性,对设备的尺寸精度控制能力、均匀性控制能力要求很高。我国集成电路制造起步较晚,在设备的研发程度上相较于国际一线设备厂商仍有差距,也成为了国外厂商制约我国芯片制造发展的一种手段。美国BIS于2022年10月7日出台管制新规,管制措施适用于将美国设备或零部件出口到中国国内的特定先进逻辑或存储芯片晶圆厂,主要是16/14nm以下节点的逻辑集成电路、128层以上的NAND存储器集成电路、18nm及以下的DRAM集成电路。进一步限制中国集成电路产业发展,短期来看对整个产业链存在较大影响,但长期来看中国集成电路产业必将走上独立自主创新之路,管制新规将进一步催化半导体设备国产化趋势,中微作为半导体刻蚀设备龙头,将持续受益于国产替代需求,成为设备国产替代的中流砥柱。
公司设备能力领跑国内,是刻蚀环节国产替代领军者。公司CCP设备在国内处于绝对领先,设备性能对标海外大厂,已切入国际知名厂商5nm产线,国内市场份额持续提升,2022年公司已累计有2320个反应台在生产线运转;ICP设备也进入国内外知名厂商生产线,截止22年6月底,已经顺利交付超过 220 台反应腔。
在美国制裁的压力下,部分先进工艺的研发压力必须由国产厂商突破承接,随着3D NAND层数增加到128层及更多,通道深宽比达到60:1以上,在刻蚀过程中,随着深度增加,粒子能量会不断减弱,控制性会下降,要提高粒子能量,并保持刻蚀形貌,对刻蚀设备需要更高的性能要求,先进制程的发展也对线宽和均匀性的精度控制,以及表面损伤程度等提出了更高的要求,中微在刻蚀环节的出色能力,有望成为集成电路制造国产化的有力支撑。
世界知名MOCVD设备供应厂商,应用空间广阔
MOCVD是LED外延片制备的核心设备,价值占比超过50%
外延是在单晶衬底上再生长一层新的单晶衬底的过程。按照生长材料与衬底材料是否相同分为同质外延和异质外延,相较衬底,外延层具有更好的晶体结构,更利于材料的加工开发。外延工艺具有工艺温度低,易掺杂,界面电阻低,纯度高等特点,缺点是对界面的洁净度要求很高,生长速度较慢。
外延设备按照外延材料状态可分为液相外延设备(LPE),气相外延设备(VPE)和分子束外延设备(MBE)。液相外延外延速度较快,但控制性差,气相外延相较于液相外延具有较好的控制性,在外延精度要求提高后逐渐成为外延的主流设备,分子束外延具有更为出色的控制能力,能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜,但真空度和成本更高,目前市场以气相外延为主流技术。
MOCVD是起源于VPE的新型气相外延生长技术。生长方式是在反应腔内混合Ⅱ、Ⅲ族化合物和Ⅳ、Ⅴ族氢化物,将混合气体流过加热的衬底时会发生热分解反应,外延生长成为化合物的单晶薄膜。MOCVD主要由4部分构成:气体操作系统、反应室、加热系统、监测和尾气处理系统,气体操作系统主要控制气体的供给量,反应室提供反应空间,加热系统提供反应条件,监测和尾气处理系统提供管理和后处理作用。
MOCVD是LED外延片制备的核心设备,主要用于GaAs,GaN,InP的外延工艺。LED外延片产线主要分为衬底加工,LED外延片制造,芯片制造和器件封装四部分,衬底加工设备包括单晶炉与多线切割机,外延设备主要是MOCVD,芯片制造设备包括光刻机和刻蚀机,器件封装设备包括贴片机,固晶机,焊线台,灌胶机等。LED外延片制造是LED制造中的重要环节,主要通过MOCVD实现。
根据Gartner数据,2020年MOCVD在外延市场价值占比61%。此外,HT CVD是硅基器件和碳化硅器件的主流外延技术,占比约为33%,MBE技术主要应用在GaAs,InP射频元件的外延上,能够替代部分MOCVD,占比约7%。
MOCVD设备在LED产业链中占比价值超过50%。LED照明产业链中,衬底制作和外延片制作两部分占总成本70%以上。主要系LED芯片包含100多层沉积层,晶圆外延片的质量会对LED发光颜色和发光效率产生直接影响,是LED产业链中最重要的环节。根据2020年聚灿光电募集说明书,蓝绿LED和MiniLED产线设备价值中,外延设备占比分别为68.5%和46.4%,而MOCVD占据外延设备成本约90%。外延片的制作主要依靠MOCVD设备完成,因此LED厂商的产能主要由MOCVD的设备量和生产效率决定,MOCVD设备数量是LED生产状况的直观指标之一。
Mini LED市场空间提升,功率器件迅速发展驱动MOCVD需求增长
LED目前已成为照明市场主流,处于替换白炽灯的加速阶段。2009年,全球LED照明渗透率为1.5%,2021年已经达到了66%。LED具有稳定、连续、高效、均匀的工作状态,相对白炽灯应用更为多变灵活,逐步取代白炽灯的市场空间。我国LED市场起步略晚,但发展迅速,2012年照明渗透率为3%,2020年达到78%。
Mini LED发展迅猛,是促进MOCVD发展的强大动力。近几年,小间距LED、Mini LED、Micro LED应用广泛,显著推动了显示技术的发展。小间距LED屏具备无缝拼接、宽色域、低功耗和长寿命等优点,而MiniLED在继承小间距LED优点的基础上,还在耗能、反应时间、可视角上有进一步的提升。Mini LED采用局部调光设计,用既有的LCD技术基础、结合了同样成熟的RGB LED技术,使得Mini LED的画面更加精细,在新一代背光设计中有大量应用。Micro LED是Mini LED更进一步的发展,在尺寸,色域和平均能耗上更具优势。Mini LED的迅速增长也会驱动外延设备需求增长,尤其是作为外延片核心设备的MOCVD。
功率器件进入迅速发展期,驱动MOCVD设备需求增长。由于GaN、SiC相比传统的硅器件拥有更高的功率密度和效率,GaN、SiC器件年来快速放量。GaN适配功率为80-650V,应用范围为消费产品,服务器,工业电源等,SiC适用于650-3300V,应用范围是汽车逆变器,太阳能发电厂和大型三相电网转换器等,根据Yole预测结果,SiC和GaN在2026年市场规模分别达到11.1亿美元和33.9亿美元。功率器件的外延生长同样是采用MOCVD设备,因此,功率器件的迅速发展会驱动MOCVD设备需求增长。
中微MOCVD全球领先,市场份额不断提升
中微公司是MOCVD全球三大设备寡头之一,MOCVD市场比重不断提升。Aixtron、Veeco和中微是MOCVD设备全球三大寡头,2020年合计占据全球外延设备市场60%以上,MOCVD占外延设备市场95%以上。其中,Aixtron在激光二极管和GaAs LED领域领先,Veeco和中微在GaN LED领域领先。
2017年中微发布新型MOCVD设备,在GaN领域市场逐渐替代Veeco,比重稳步提升,而Veeco同比下降。21年针对高端显示应用所需的Mini LED大规模生产推出的Unimax MOCVD设备性能优秀,预计会带动公司MOCVD市场提升。
中微MOCVD品类丰富,客户订单稳定,装机量稳定增长。中微针对不同客户需求目前推出四种成熟MOCVD设备,分别是Prismo D-BLUE®,Prismo A7,Prismo HiT3及Prismo UniMax®。Prismo D-BLUE®是首台被主流LED生产线采用并进行大批量LED外延片生产的国产MOCVD设备,Prismo A7每个反应腔的产量是前一代MOCVD 设备的2倍多,极大地提高了单位产能,Prismo HiT3是用于深紫外LED外延片量产的MOCVD设备,Prismo UniMax®是专门为高端显示应用所需的Mini LED大规模生产提供的MOCVD外延解决方案。其中,前三种型号目前均已进入国内外头部厂商,Prismo UniMax®也在客户端开始进行规模生产。功率器件方面,中微目前MOCVD设备主要服务于GaN的外延片制造,制造Micro LED应用的新型MOCVD 设备以及用于碳化硅功率器件应用的外延设备等也正在开发中。
中微MOCVD设备产品性能已经达到国际领先,2021年零部件国产化率达到80%以上。中微MOCVD设备经过国内外头部厂商验证,设备产能,沉积厚度均匀性,控温设计等均已达到国际领先水平,公司设备优化速度迅速,2007年设备波长均匀性为1.51nm,2021年推出的Prismo UniMax®型号波长均匀性已提升至0.71nm,达到国际领先水平。根据公司公告,公司国产化零部件价值占比达到81%,日产零部件占比10%,美产零部件占比5%,实现高度国产化,供应链安全稳定。
中微自2017年MOCVD设备取得突破以来,装机量稳步提升,2022年总装机量预计达到500腔。中微2013年首台MOCVD设备交付供货,2017年新款Prismo A7上线大规模供货,超越Veeco成为GaN LED市场份额最大的设备供应商。2021年针对Mini LED推出Prismo UniMax®,截至2022年,Prismo UniMax®已取得180腔订单,其中包括兆驰52腔,预计2022年MOCVD总装机量达到500腔。
切入LPCVD市场,EPI、ALD协同布局
薄膜沉积是晶圆制造的主要工艺之一。薄膜沉积是指在硅片衬底上沉积一层待加工的薄膜材料,主要材料包括介质材料,金属材料和硅材料。沉积方式主要分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和电镀。电镀主要应用于铜的沉积,两大主流沉积路线是PVD和CVD。PVD主要用于金属材料沉积,在高真空环境下,以蒸镀、溅射或离子镀方式产生沉积物粒子,完成薄膜沉积,特点是薄膜质量高,形成的金属电阻低。CVD是将不同气体通入反应室,通过化学反应形成沉积物,再完成薄膜沉积,特点是拥有更好的台阶覆盖率,通常用来沉积电介质材料和部分金属,如W、TI、TiN等。
多重曝光工艺及3D NAND堆栈层数的增多,显著扩容薄膜沉积市场。Gartner统计2021年全球薄膜沉积市场规模为190亿美元,预计2022年市场规模约220亿美元,随着制程演进,逻辑电路工艺步骤的复杂化和精度要求不断提升,集成电路制造中薄膜沉积的环节数量和成膜质量要求也不断上升,对薄膜沉积设备需求和能力要求变得更高。根据 Gartner数据,在薄膜沉积设备中,PECVD占比达到34%为最高,ALD占据13%,LPCVD占据7%;属于PVD溅射和电镀ECD分别占据21%和4%市场份额。
薄膜沉积设备市场被国际巨头垄断,国产化能力相对薄弱。薄膜沉积设备不同路线市场长期被国际巨头占据,2020年,PVD市场应用材料占比87%,CVD市场应用材料、泛林半导体占比超过70%,ALD市场先晶半导体和东京电子占比超过70%,国内沉积设备市场很低。随着国内集成电路产业的日益壮大,近年来国产薄膜沉积设备国产化率稳步攀升,以长江存储薄膜沉积国产化率为例,2019年占比2.1%,2020年3.3%,2021年9.5%,如北方华创、拓荆科技等国产薄膜沉积设备的优秀公司产品逐渐进入国内产线。
中微着力于布局LPCVD,主要应用于先进逻辑器件和3D NAND中金属互连层钨制程沉积,已进入客户工艺验证阶段,预计将于2022-2023年推出。中微同时针对锗硅外延生长工艺布局了Epitaxy单晶外延设备,已完成样机的初步设计,进入调试阶段,预计于2023年推出,未来有望形成新的增长点。
中微切入薄膜沉积市场的优势有两点,一是设备技术方面,薄膜沉积设备与刻蚀设备有很多共通之处,刻蚀设备对精度控制能力要求更高,中微具有优秀的刻蚀设备研发技术,为薄膜沉积设备的研发提供很大的技术支持,如在等离子体精细控制,温度分区控制,气流分布等方面。二是中微持有拓荆科技11.2%股份,为拓荆科技第三大股东,双方在技术开发和产品布局方面形成一定协同作用。拓荆科技是国内领先的薄膜沉积设备企业,可以对中微的薄膜沉积设备开发提供支持。
投资布局量检测设备,有望成为国产替代主力
量测设备贯穿整个晶圆制造流程。应用于前道制程和先进封装的质量控制根据工艺可细分为检测(Inspection)和量测(Metrology)两大环节。检测指在晶圆表面上或电路结构中,检测其是否出现异质情况,如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷;量测指对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出的量化描述,如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数的量测。
集成电路制造的量检测按照测量内容和方式的不同,主要分为缺陷检测、薄膜测量、关键尺寸测量和套刻误差检测四类,其中缺陷检测手段包括有图形检测、无图形检测、电子束检测(E-beam)及缺陷分析扫描电镜(SEM)检测等,薄膜测量手段包括椭偏仪测量、傅里叶红外色谱仪 (FTIR) 测量和薄膜应力测量等,关键尺寸测量包括光学关键尺寸(OCD)测量及关键尺寸扫描电镜(CD-SEM)等,套刻误差检测主要通过光学显微成像系统结合数字图像算法来获得套刻误差。
缺陷检测中有图形检测主要有光学亮场检测和暗场检测,通过深紫外到可见光波段的宽光谱照明或者深紫外单波长高功率的激光照明,获取晶圆表面电路的图案图像,无图形检测一般用于检测没有形成图案的晶圆,借助激光束的反射来确定晶圆表面缺陷及种类,EBI原理是利用电子扫描显微镜对晶圆进行缺陷检测,其核心部件电子扫描显微镜,通过聚焦离子束对晶圆表面进行扫描,接收放射回来的二次电子和背散射电子,经过计算处理后将其转换为晶圆形貌的灰度图像。
薄膜测量设备主要包括椭偏仪及傅里叶红外色谱仪 (FTIR)等,其中椭偏仪是测量膜厚的主要手段,其原理是将光源发出的光以一定角度入射晶圆片表面,被薄膜层和衬底层反射的光经过光学系统和检偏器,最终由质谱仪接收质谱仪收集光学信号后,软件系统依据光学色散模型,及多界面光学干涉原理,对入射信号进行算法处理,最终得到精确的薄膜厚度。傅里叶红外色谱仪 (FTIR)用于测量膜厚及膜成分,其工作原理是由红外光源发出的红外光经准直为平行红外光束进入干涉系统(由定镜和动镜组成),由于光程差形成干涉,干涉光信号到达探测器上,经过傅里叶变换处理得到红外光谱图,进而得到化学成分等所需信息。主要应用工艺环节包括光刻、薄膜沉积、刻蚀、CMP等。
关键尺寸测量是测量电路线宽的重要方式,主要设备包括光学显微镜(OCD),扫描电镜(CD-SEM),透射电镜(TEM),CD-SEM主要原理是被测物体的原子被显微镜电子枪发射的电子束激发,产生二次电子,由于斜坡处入射电子有效作用面积大,产生的二次电子数量最多,转换为电镜图像时,图像边缘亮度高,可以此为依据计算关键尺寸,电子扫描并完成成像后,会将图像和数据上传到系统中,系统依据算法构建出集成电路结构的2D或3D图形,主要应用的环节是光刻及刻蚀工艺。
套刻误差测量主要用来保证层与层之间的对准,主要设备包括光学显示成像(IBO),光学衍射成像(DBO)和扫描电镜(SEM),IBO原理是通过光学显微系统获得两层套刻目标图形的数字化图形,然后通过软件算法定位每一层图形的边界位置,进一步计算出中心位置,从而获得套刻误差;DBO原理是将一束单色平行光,照射到不同层套刻目标的光栅上,通过测量衍射射束强度的不确定性来确定误差;SEM通常用来确认刻蚀后的最终套刻误差。主要应用环节包括光刻、刻蚀等。
量检测设备价值占比高,国产化率低。在整条产线中,量检测设备价值约占13%,仅次于光刻、刻蚀和薄膜沉积,在前道制造设备中举足轻重。2020 年全球市场规模达到 76.5 亿美元,2016-2020年的年均复合增长率为12.6%,保持高速增长。细分市场中,检测设备占比相对较高,达到62.6%,量测设备33.5%,其中有图形晶圆检测设备占比最高,达到34%。
全球半导体量检测设备市场主要被国外企业垄断,KLA占比超过一半,国产化率仅约1%。全球范围内主要检测和量测设备企业包括科磊半导体、应用材料、日立等。根据 VLSI Research 的统计,KLA在检测与量测设备的合计市场份额占比为 50.8%,全球前五大公司合计市场份额占比超过了 82.4%,均来自美国和日本,市场集中度较高。量检测设备也是前道国产化率最低的环节之一,实际国产化率仅约1%,国内主要量检测公司包括精测电子、中科飞测、睿励仪器等。
睿励科技成立于2005年6月,致力于集成电路生产前道工艺检测领域设备研发和生产,主营产品为光学膜厚测量设备和光学缺陷检测设备以及硅片厚度及翘曲测量设备等,是国内少数几家进入国际领先的12英寸生产线的高端装备企业之一,并且是国内唯一进入某韩国领先芯片生产企业的国产集成电路设备企业。目前,睿励科技正在开发下一代可支持更高阶芯片制程工艺的膜厚和OCD测量设备以及应用于集成电路芯片生产的缺陷检测设备,进一步扩大可服务的市场规模.
2022年3月,中微对睿励科技追加1.08亿元现金投资,持股比例从20.4%变更为29.4%,持续投资布局工艺检测设备领域,中美贸易竞争压力下,KLA的退出提高了国产量检测设备环节的重要性,国产量检测设备有望进入国产替代加速期,睿励仪器有望成为国产量测设备新军主力,同时与中微的制造设备形成良性协同作用,有助于中微提高在高端芯片设备的战略布局。
盈利预测
假设前提
公司主营业务主要分成专用设备销售,备品备件销售和设备维护三方面,其中专用设备销售占比约八成,主要来自于刻蚀设备和MOCVD设备,CVD/EPI/ALD设备预期在2022-2024年陆续推出。备品备件销售和设备维护是公司另外两部分主营业务。我们的盈利预测基于以下假设条件:
刻蚀设备:公司专精于刻蚀设备近20年,在国产刻蚀设备领域一直处于领先地位,CCP刻蚀机市占率不断提升,ICP刻蚀机迅速放量,持续看好公司未来刻蚀设备的业务发展。我们预计公司将持续收受益于先进制程和3DNAND的不断扩张,以及国产替代需求,预计2022-2024年刻蚀设备收入增长59.7%,37.5%,34.5%,毛利率45%,45%,45%。
MOCVD设备:考虑到MiniLED和功率器件的发展,中微MOCVD市场仍有上升空间,考虑LED景气度周期,根据公司公开数据,预计2022-2024年MOCVD设备收入增长19.3%、8.3%、7.7%,毛利率为35%、35%、35%。
CVD/EPI设备:中微布局LPCVD和EPI外延设备已取得一定成果,目前已分别进入客户验证阶段和样机的调试阶段,有望成为新的业务增长点。预计2022-2024年CVD/EPI设备收入达到2000万、8000万、1.5亿,2023-2024年收入增长300%、87.5%。
备品备件:随着专用设备的不断放量,公司备品备件收入会不断上升。预计2022-2024年备品备件收入增速微30%、30%、30%。毛利率为47%、47%、47%。
设备维护:设备维护同样受益于设备销售的不断放量,预计2022-2024年增速为45%、40%、35%,毛利率为60%、58%、58%。
主要费率:根据募投项目,由于公司将加大研发力度,致力于先进制程的刻蚀设备、MOCVD设备及薄膜沉积设备的研发和产业化,我们假设研发费在2022-2024年将显著上升44.9%、39.5%、29.6%至5.77、8.05、10.44亿元,由于营收提升带来的规模效应,研发费用率将保持至小幅下降。公司销售模式和管理模式成熟稳定,经营费用精细化管控,促使各期销售费用、管理费用规模整体水平较低且较为稳定。
未来3年业绩预测
综上,我们预计2022-2024年公司营收同比增长49.1%/34.5%/31.7%至46.36/62.35/82.11亿元,归母净利润同比增长20.5%/27.9%/23.3%至12.19/15.59/19.22亿元。
盈利预测的情景分析
我们对盈利预测进行情景分析,以前述假设为中性预测,乐观预测将营收增速提高10pct,悲观预测将营收增速降低10pct。
估值与投资建议
公司主营业务主营等离子体刻蚀设备、薄膜沉积设备以及空气净化设备等的研发、生产和销售,其产品覆盖了半导体集成电路制造、先进封装、LED生产、MEMS制造等领域。A股上市公司中,北方华创(002371.SZ)、盛美上海(688082.SH)、华海清科(688120.SH)、拓荆科技(688072.SH)和中微公司均属于集成电路设备公司,经营模式、上下游产业、研发模式等类似;从产品属性看,可比上市公司均具有相类似集成电路制造设备产品;在集成制造设备领域,上述可比公司在较长时期内将一直是同行业竞争对手或产业链合作对象,根据业务相似性原则,选择北方华创(002371.SZ)、盛美上海(688082.SH)、华海清科(688120.SH)、拓荆科技(688072.SH)为可比公司,采用A股设备公司估值中常用的PS估值法。
因此,对比可比公司类似产品,公司刻蚀设备及MOCVD设备毛利率稳定且19-21年稳定提升。随着产品研发进度推进和市场空间打开,公司产品向更高性能领域迈进以及产品销量持续增长有望带动公司业绩和毛利率持续成长。
综上,2023年可比公司平均PS为11.14倍,考虑到公司在刻蚀设备中的龙头地位及国产替代能力,给予2023年PS15-16倍,对应目标价为151.7-161.8元,相对于公司2023年3月11日收盘价有22.8%-31.0%溢价空间。上调至“买入”评级。
风险提示
估值的风险
我们采取了PS相对估值方法,得出公司的合理估值在151.7-161.8元之间,但该估值是建立在相关假设前提基础上的,特别是可比公司的估值参数的选定,存在导致估值出现偏差的风险,具体来说:
可比公司盛美上海、华海清科主营业务领域微为清洗和CMP环节,中微公司主营刻蚀环节,产品在集成电路制造领域的重要性和需求程度存在差别;同时,芯片设备公司整体估值较高,存在行业整体估值下修的风险。
盈利预测的风险
l 我们假设公司未来3年收入增长49.1%/34.5%/31.7%,可能存在对公司产品销量及价格预计偏乐观、进而高估未来3年业绩的风险。
l 我们预计公司未来3年毛利率分别为42.3%/42.6%/43.8%,可能存在对公司成本估计偏低、毛利高估,从而导致对公司未来3年盈利预测值高于实际值的风险。
经营风险
1、主要零部件供应及价格波动风险。公司部分零部件来自于美国和日本,如果中美贸易摩擦持续升温,如果公司的关键零部件供应商出现较大的经营变化或外贸环境出现重大不利变化,将导致相关零部件供应不足或者价格出现大幅波动,可能对公司的盈利水平产生较大影响。
2、规模扩张引发的管理风险。随着经营规模快速增长,公司的产销规模快速扩张,对公司的组织结构、管理体系以及经营管理人才均提出了更高的要求。如果公司不能在管理方式上及时创新,以适应其规模快速扩张的需要,可能会出现竞争力削弱及经营成本上升等风险。
3、新产品市场拓展不利的风险。新产品市场的渠道建设、宣传推广和客户的认同需要一定时间周期,产品的生产及物流组织亦需要持续的资金和人力投入。若新产品市场开拓不及预期,将对公司业绩增长产生不利影响。
市场的风险
1、汇率波动风险。公司境外销售主要使用美元等外币结算,相应公司持有美元等外币货币性资产及负债。尽管公司未来将平衡外币货币性资产及负债规模以降低汇兑损益对经营业绩的影响,但如果相关外币兑人民币的结算汇率短期内出现大幅波动,仍将对公司的经营业绩产生较大影响。
2、行业竞争加剧的风险。如果未来设备市场竞争加剧,而公司无法持续保持产品创新并提高产品品质和服务水平,从而在激烈行业竞争环境中持续保持市场领先竞争优势,公司亦将面临市场地位下滑,毛利率水平下降风险,进而导致公司整体盈利能力下降风险。
财务预测与估值
国信电子团队
胡剑:电子行业首席分析师,复旦大学电子系学士,复旦大学世界经济系硕士,法国EDHEC商学院交换生。2021年8月加入国信研究所,之前任华泰研究所消费电子行业首席,2018年第一财经最佳分析师电子行业第3名,2019年证券时报金翼奖分析师电子行业第2名,2019年II China科技行业入围,2019年新浪财经金麒麟新锐分析师电子行业第1名,2020年II China科技行业第2名。(执业资格编号:S0980521080001)
胡慧:电子行业高级分析师,上海财经大学会计学士,北京大学物理博士,CPA、CFA,发表多篇SCI论文,并获得1项国家发明专利,2021年8月加入国信研究所,之前任华金研究所电子组长,主要覆盖半导体板块。(执业资格编号:S0980521080002)
周靖翔:美国犹他大学计算机工程硕士学位,电子工程学士学位,应用数学学士学位。2021年10月加入国信研究所,拥有5年半导体行业研发经验,曾先后就职于中芯国际和华为海思,参与多项国内领先半导体工艺开发及全球领先SoC芯片开发项目。(执业资格编号:S0980522100001)
李梓澎:武汉大学金融学士,中国人民大学金融硕士。2021年10月加入国信研究所,曾就职于华泰证券研究所,主要覆盖消费电子、面板板块。(执业资格编号:S0980522090001)
叶子:北京师范大学化学学士,香港中文大学材料科学与工程博士,香港中文大学物理系博士后,武汉大学物理科学及技术学院兼职研究员,南方科技大学深港微电子学院访问学者,主要从事半导体物理与薄膜沉积技术、光伏器件及光电化学电池研究。2020年成为国信证券博士后,2022年加入国信证券经济研究所,主要覆盖功率器件、碳化硅等半导体板块。(执业资格编号:S0980120100136)
杨宇凯:北京航空航天大学学士,北京航空材料研究院硕士。2022年8月加入国信研究所,拥有1年半航空材料研发经验和近3年半导体行业研发经验,曾先后就职于北京航空材料研究院和中微半导体设备有限公司担任研发工程师,深度参与了多家国内外晶圆大厂半导体制造项目,主要覆盖半导体板块。(执业资格证:S0980122080334)
詹浏洋:清华大学电子工程系工学学士、硕士,清华大学经管学院经济学学士(第二学位),中级经济师(金融专业)。曾参与国家高技术研究发展计划(863计划)科研项目,发表SCI论文1篇,并赴国外参加相关学术会议报告。2022年6月加入国信研究所,之前任华润置地投资管理主管。(执业资格编号:S0980122060008)
李书颖:香港中文大学(深圳)统计学学士,悉尼大学金融硕士,2022年8月加入国信研究所。(执业资格证:S0980122080309)
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