晶盛机电:迈向半导体+碳化硅设备龙头,设备+零部件布局铸造高壁垒

（报告撰写/作者：浙商证券、邱士良、王华军、李思阳）

1 半导体大硅片设备：大硅片时代已经到来，国产替代是大势所趋1.1 半导体硅片设备：长晶、切片、研磨、抛光、外延设备是关键设备行业发展趋势。重复的方向。半导体硅片的尺寸按照摩尔定律从2英寸（50毫米）4英寸（100毫米）6英寸（150毫米）8英寸（200毫米）12英寸（300毫米）变化。目前12英寸大硅片是市场主流，2021年全球12英寸大硅片出货面积占比68.5%，8英寸大硅片出货面积占比68.5%预计占世界总量。硅片占比24.6%，8英寸和12英寸产品合计占比90%以上。扩大规模的关键是降低成本。随着硅片尺寸的增大，单个硅片上可制造的芯片数量增多，芯片的单位制造成本降低。据上海硅业股份有限公司公告，在同等工艺条件下，12英寸半导体硅片的可用面积是8英寸硅片的两倍以上，而可用面积（可用芯片数量）低于每单位晶圆的产量）约为8英寸晶圆的2.5倍。规模化需求拉动装备优先半导体硅片的制造工艺与太阳能电池硅片的制造工艺类似，包括长晶设备、切片设备、研磨设备、抛光设备、外延设备等，是半导体硅片生产的核心，但也有一些区别： 1）太阳能长晶炉占全线总产值80%以上，而单晶炉、切割抛光设备、外延炉占全线产值较高；2）技术壁垒较高，单个半导体硅片的价值远高于太阳能的价值。晶体生长工艺：核心设备是单晶炉，主要用于将多晶硅拉制成单晶硅棒。制造单晶硅的方法主要有两种：直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法），目前85%以上的单晶硅是采用直拉法制造的。直拉法的原理是将多晶硅放入石英坩埚中，在惰性气体环境中加热熔化，将单晶硅籽晶悬浮在坩埚上方，插入熔体中，其思路是缓慢旋转它。并将其拉起。它向上移动形成单晶硅。区域熔化法是利用热能在多晶硅棒的一端形成熔化区，调节温度，使熔化区缓慢向单晶硅籽晶的端部移动，进行焊接。由此形成单晶硅。单晶炉的技术挑战在于控制硅片尺寸增加对热场设计（调整纵向和径向温度梯度）、产量和功率效率的影响。单晶炉未来的发展方向是通过热屏结构设计和工艺设计来适应大硅片的需求，并不断提高自动化程度。切片工艺：核心设备是切片机，主要用于切割单晶硅棒并加工成硅片。我们经历了切片机技术的发展历程：内圆锯切割松散磨料砂浆切割金刚石线切割。金刚石线是一种利用电镀将金属镍沉积到钢丝基材上，使金刚石颗粒附着在金属镍表面的直切削工具。切片机技术的改进提高了原材料利用率和切割效率，降低了切割成本。随着硅片变得越来越大、越来越薄，切片设备的技术问题包括：1）大硅片比小硅片断裂率更高；2）薄硅片断裂率更高。它在制造过程中很容易出现碎片、边缘碎裂和划痕，从而导致损坏、TTV、线痕、弯曲、边缘扭曲和其他问题。

为了满足硅片更大、更薄的需求，切片机工艺的发展方向是薄型化、生产线高速化、自动化、智能化，可以减少对硅片表面的损伤。高线速度降低了细线切割时断丝的风险，提高了切割效率，提高了设备生产率。自动化和智能化提高了切割质量并降低了劳动力成本。

研磨工序：核心设备是倒角机和研磨机，主要用于修整硅片的边缘和表面。倒角机主要用于硅片边缘的抛光修边，防止硅片边缘裂纹产生机械应力和错位。倒角机的技术难点在于控制速度（研磨线速度）和精度（研磨深度、硅片边缘轮廓形状）。倒角机的技术趋势包括提高磨削效率、提高精度和自动化。磨床主要用于去除硅片切片时留下的损伤，使硅片两面高度平行、平整。这种研磨机采用双面机械研磨盘，并利用带有垫圈的旋转压力和含有磨料的浆料来完成该过程。研磨机的技术难点在于避免硅片在研磨过程中出现翘曲、碎裂等问题。未来磨床的发展方向将是超精密、高效、自动化。抛光工艺：核心设备是抛光机，主要用于在硅片上形成高度平坦、光滑的表面。抛光工艺主要采用化学机械平坦化（CMP）。 CMP利用机械研磨和化学蚀刻使硅片表面高度平坦和光滑。 CMP由抛光液和抛光垫组成，但抛光垫的技术难点在于优质聚氨酯的孔隙率、沟槽的设计以及试错成本高，而抛光的技术难度大液体是配方，正在调整中。未来，随着芯片制造工艺的进步，抛光次数预计将增加数倍。 28nm工艺所需的CMP次数为12至13次，10nm工艺所需的CMP次数为25至30次。此外，随着技术节点达到30-20nm甚至14nm，钴互连技术、Fin FET（鳍式场效应晶体管）、TSV（硅通孔技术）等将是CMP技术的发展方向。减薄工艺：核心设备是减薄设备，主要用于去除硅片背面多余的衬底材料。硅片减薄可以减小体积、改善散热并提高器件性能。减薄设备经历了从转盘减薄（采用CREEP-Feed技术）到硅片自动旋转减薄（采用IN-Feed技术）的发展过程。旋转减薄硅片可以更好地避免因旋转台减薄力不均匀而导致硅片翘曲等问题。减薄工艺的技术难点在于，硅片一旦减薄到一定程度就容易产生翘曲和碎片。随着chiplet（利用先进安装技术将具有各种功能的裸芯片集成到单个芯片中）和3D安装技术使芯片组变得更薄，预计前工序对薄型化设备的需求是可想而知的。自动化和集成化（如一体式减薄抛光机）是未来减薄机技术发展的方向，自动化和集成化将可以降低成本并提高效率，同时自动化将减少碰撞、损坏在减薄过程中还可以避免损坏、损坏等。 1.2市场规模：未来三年，我国半导体大硅片设备年均市场规模将达到230亿元，2021年，我国半导体硅片市场规模预计将达到119亿元。受益于半导体国产替代加速，日本半导体硅片市场快速增长。据中商情报网预测，我国半导体硅片市场规模将从2019年的77亿元增长至2021年的119亿元，2019年至2021年复合年增长率为24%。硅片规模占比占全球半导体硅片市场规模的10%，且这一比例逐年增加，从2019年的9.6%增至2021年的13.2%。半导体硅片设备中，长晶设备、切片设备、研磨设备、抛光设备、外延设备占比较高。根据立昂微公布的8英寸和12英寸扩产项目的资金投入预估，12英寸硅片的资金投入约为8英寸的4倍（考虑国产化率差异）长晶炉、切割/研磨/抛光设备、外延设备占比较高。

12英寸硅片设备投资额约为22.2亿元/10万片/月，其中长晶、切/磨、抛光、外延设备占比8%、8%、60%、24%。正在占领。 每个。 8英寸硅片设备投资额约为5.1亿元/10万片/月，其中长晶、切割/研磨、抛光、外延设备占比19%、7%、29%、32%。 每个。市场规模测算：预计2023-2025年我国半导体大硅片设备年平均市场规模将达到230亿元。基本假设： 12+8英寸硅片新增产能：根据我国主要半导体硅片厂商产能扩张情况统计计算。根据TCL中环私下公布的计划，硅片生产线的建设周期为两到三年，因此预计硅片制造商将在未来三年内完成其扩产计划。大型半导体晶圆设备投资：立昂微是我国第三大半导体晶圆制造商，据智研咨询预计，立昂微2021年国内市场份额将达到17%。因此，作为大型半导体晶圆设备投资的先决条件，我们选取了立昂微公布的8英寸和12英寸扩产项目的资金投资数据。 （研磨、抛光等设备）投资额分别为167.8万元、3.45亿元/10万件/月。根据我们测算，2023年-2025年我国大型半导体晶圆设备年平均市场面积预计将达到230.21亿元，其中12英寸/8英寸半导体年平均市场面积大晶圆设备平均市场面积分别达到203.32亿元和26.89亿元。细分市场测算：预计2023-2025年我国半导体大硅片生长、切割/研磨、抛光设备年平均市场面积分别达到30亿元、23亿元和172亿元。主要前提条件：新增12+8英寸硅片产能：根据此前测算，2023-2023年我国12英寸/8英寸硅片产量平均为1212/77.9万片/月，预计将扩大。 2025E。大型半导体晶圆设备投资：立昂微是我国第三大半导体晶圆制造商，据智研咨询预计，2021年立昂微国内市场份额将达到17%。因此，作为大型半导体晶圆设备投资的先决条件，我们将选取立昂微公布的8英寸、12英寸扩产项目的设备投资数据。投资额分别为18.4亿元、17.0亿元、13.24亿元/月/10万片，8英寸硅片生长、切割、研磨、抛光等资金投入分别为96万元、3300万元、分别为1.47亿元、0.69亿元/10万件。每个/月。根据我们测算，2023-2025年我国半导体大硅片生长、切磨、抛光设备年均市场面积分别为29.75亿元、23.19亿元、171.91亿元预计达到10000元。 1.3竞争环境：长晶设备国产化率高，切割、研磨、抛光设备进口替代空间大。单晶炉国产化率高，替代进口空间大国内替代。切割、研磨、抛光设备制造。根据有研硅业2021年半导体硅抛光片主要设备进口替代情况，单晶炉进口替代率达到72%，相对较高，切割、研磨、抛光设备已进入实验试制阶段。大规模、国内规模替代尚未实现，未来可能会有所改善。单晶炉：国内产能利用率较高，国内厂商占有30%的份额。海外竞争对手主要为S-TECH Co. Ltd.（韩国）和PVA TePla AG（德国），国内市场份额约为70%，销售主要为上海硅业（上海新硅）和易思维。国内硅片制造供应设备主要厂家有晶盛机电、联成数控、晶盛股份等，国内市场占有率约30%，主要为上海硅业（上海新森）、立昂微（金盛）等。瑞虹），TCL中央。切片机：国外厂家垄断，国内厂家正在逐步取代。半导体切片机对精度和稳定性要求较高，因此国产设备与国外设备存在较大技术差异，目前的情况是仍然依赖进口。

海外厂商方面，内圆切割机的主要制造商是东京精密（日本），多线切割机的主要制造商是小松NTC（日本）和Slicing Tech（瑞士）。国内切片机主要生产厂家有精盛机电、联成数控、高车股份、宇精股份等。目前，晶盛机电已成功研发出6-8英寸硅片切片机，目前正在开发12英寸半导体切片机。高彩8英寸半导体切片机已经客户量产，12英寸半导体切片机样机已推出。

倒角/磨床：国内厂家对这些机器具有垄断性，因此国产替代空间很大。半导体级倒角磨床市场主要由海外厂商主导。倒角机方面，海外主要厂商有东京精密（日本）、Speed Fam（日本），国内主要厂商有京森电机。磨床方面，目前国外主要厂商有Speedfam（日本）、Hamai（日本）、Lapmaster Wolters（美国）、PR Hoffman（美国）、Kermit（英国）等。国内主要厂家有晶盛机电、宇晶公司等。有限公司，赫里特等人。抛光机：海外厂商继续占据主导地位，国内厂商不断挺进。抛光机市场主要由海外厂商主导，包括美国应用材料公司和日本荏原公司，这两家公司的CMP设备市场份额占全球90%以上。国内抛光机厂家主要有精盛电机、华海庆科、舒科精科等。目前，精盛机电已成功研发出12英寸磨边机、双面抛光机、最终抛光机等设备。华海青科主要生产12英寸、8英寸CMP设备，2020年国内CMP设备市场份额达到12.64%，主要客户包括中芯国际、长江存储、华虹集团、大连英特尔、厦门联通、长鑫等仓储、广州粤新、上海吉塔等。硕科微制造的8英寸CMP设备已由中芯国际和华虹集团验证并销售，首台12英寸CMP设备预计将于2021年2月验证。打薄机：日本厂商垄断，国产替代进展迅速。目前，全球减薄机市场主要由DISCO（日本）、东京精密（日本）等公司主导，其中DISCO占全球减薄机市场70%以上。国内厂家主要有京盛机电、华海庆科等。目前，晶盛机电已成功研发出12英寸硅片减薄设备。 2023年5月，华海清科新一代超精密12英寸晶圆减薄设备Versatile-GP300量产机出货，实现了业界首创将晶圆减薄与化学机械抛光相结合的12英寸晶圆减薄做到了。集成晶圆减薄和化学机械抛光的系统可使12 英寸晶圆内的总厚度变化小于1 m。

2 外延设备：进口替代率低，国产替代前景看好2.1 外延：用于半导体和碳化硅领域的薄膜外延生长半导体外延是指在硅片衬底上生长单晶薄膜的过程。外延层和衬底具有相同的晶体取向，可以由相同（同质外延）或不同（异质外延）材料制成。高频大功率硅片制造要求较低的饱和压降（即集电极区较高的击穿电压和较小的串联电阻），较高的集电极区击穿电压需要较高的电阻率，以及较小的串联电阻。是必须的。电阻率较低。通过在低电阻率衬底上生长高电阻率外延层可以降低硅片的饱和压降。同时，外延片可以是P型或N型，可以与衬底形成PN结。 PN结具有单向导电性，并且可以整流。半导体外延主要应用于半导体和碳化硅领域。半导体外延片：硅产业链包括衬底、外延、设计、制造、封装、测试等。根据工艺不同，半导体硅片可分为研磨片、抛光片、外延片、SOI（在顶层硅片和支撑衬底之间引入绝缘埋氧层）等。其中，半导体外延是重要的。外延晶片的一部分。半导体外延设备：主要用于在衬底上生长外延层。外延生长方法主要分为气相外延（VPE）、固相外延（SPE）、液相外延（LPE）、分子束外延（MBE），其中气相外延最为成熟，占据主流。外延生长过程。气相外延是包括外延层材料在内的物质在气相中在衬底上发生化学反应以生长外延层的过程。金属有机化合物气相外延（MOVPE）是VPE中较为先进的外延技术，主要利用有机金属化合物的热分解反应在衬底上形成气相外延。液相外延是降低温度以降低饱和熔体的溶解度并在底部沉积外延层的方法。固相外延是指通过高温退火将衬底上的非晶（或多晶）薄膜（或区域）转变为单晶的方法。分子束外延是在真空中用分子束或原子束直接照射单晶衬底，逐层形成外延层的方法。

半导体外延设备的技术壁垒较高，只有少数设备供应商能够满足对设备的高需求。据Yole统计，2020年全球外延设备市场（含碳化硅）主要由Aixtron（德国）、Veeco（美国）、AMEC（中国）主导，全球市场份额分别为39%、12%、11% ， 分别。 。CR3的市场份额达到62%。碳化硅外延设备：海外厂商垄断，国内替代空间很大。碳化硅外延技术壁垒较高，目前碳化硅外延设备主要由海外厂商主导。根据萨科微半导体的数据，LPE（意大利）、Aixtron（德国）和Nuflare（日本）的全球市场份额分别为34%、33%和20%，合计约为87%。国内厂商主要有京盛机电、北方华创、纳舍智能、中国电力55所、普星电子、三安集成、西科半导体等。国内许多外延炉厂家采用单腔、水平气流、手动式，月产能在300500台左右。

3 半导体核心部件：设备国产化、进口替代的重要环节3.1 半导体核心部件：阀门、磁流体、腔室、电源、泵是核心部件，半导体阀门主要应用于半导体流体和真空系统。压力和流量控制。半导体阀门是用于半导体流体系统和真空系统中用于开启和关闭管道、控制流动方向、调节和控制输送介质参数（温度、压力、流量）的管道配件。半导体阀按其驱动方式分为截止阀、止回阀、调节阀、分配阀、安全阀等特殊用途，并分为自动阀和动力阀（电动阀、液压阀、气动阀）。 ）、手动阀门；按结构特点可分为闸阀式、闸阀式、旋启式、旋塞球式、圆盘式、滑阀式、屋顶式、管夹式等。形状；根据公称压力可分为真空阀、低压阀、中压阀、压力阀、高压阀、超高压阀；根据阀门的工作温度，可以正常高温阀门、高温阀门，分为超高温阀门、低温阀门、超低温阀门。磁流体密封是防止气体泄漏的密封。磁流体密封装置是一种将磁性流体固定在旋转轴上的液体“O型圈”，可用于密封气体。磁流体密封具有长寿命、无污染、高真空、耐高压、高速旋转等特点，为半导体制造设备等设备中的真空密封提供了巨大的好处。真空室是内部保持真空的容器。半导体工艺必须在真空环境中进行，以防止空气中的杂质对半导体制造产生负面影响。真空室可以在半导体工艺中提供稳定的真空环境，广泛应用于光刻设备、薄膜沉积设备、离子注入设备等半导体设备中。 RF电源是与等离子体兼容的高频交流电源。射频电源是一种能产生固定频率正弦波和特定频率的高频电源，主要由射频信号源、射频功率放大器和阻抗匹配装置组成。与电源（电子、离子、含有原子和原子团的气体分子的混合物）兼容。射频电源广泛应用于半导体加工设备（蚀刻、薄膜沉积、离子注入、清洗、除胶）。真空泵是指利用机械、化学或其他方法抽吸空气以获得真空的装置。半导体工艺必须在真空环境下进行，真空泵用于制造前端工艺的四大核心工艺设备中的三个：——薄膜、刻蚀、离子注入（约占主要工艺的70%） 。 我可以。集成电路制造工艺所需的超洁净真空环境。 3.2 竞争格局：国外厂商占据主导，国产替代不断进步阀门：海外厂商占据主导，国内替代不断进步真空阀门主要以VAT（瑞士）为主，流体阀门主要以世伟洛克（美国）、派克汉尼汾（美国）、富士金（美国）为主。日本）。国内厂家主要有新来材料、晶盛机电、九天真空等。磁流体密封设备：国内厂商具有垄断地位，因此国产替代空间很大。全球主要磁流体密封器件制造商包括Ferrotec（日本）和NOK（日本），前三名公司占据全球70%以上的市场份额。我国铁磁流体密封设备的主要生产厂家有湖南威格、合肥安泽、杭州威肯、自贡兆强、北京深兰、京盛电机等。射频电源：国外厂商垄断，进口替代空间很大。全球半导体电源主要以海外厂商为主，主要厂商包括MKS（美国）、AE（美国）、DAIHEN（日本）、XP Power（新加坡）等。

据衡州成思统计，全球前五名厂商的市场份额合计约为80.5%。目前，国内高频电源产能利用率较低，我国半导体电源主要厂商有英杰电气、恒运昌、北华双（北光科技旗下）等。

真空泵：国外厂商垄断，国产替代正在进行中。目前，半导体真空泵主要由海外厂商制造，世界真空泵制造商有Edwards（瑞典Atlas旗下子公司）、Ebara Corporation（日本）、Pfeiffer（德国）、Kenzan Kogyo（日本）等，主要为国外公司。据华精产业研究院统计，2019年全球真空泵市场中，爱德华兹、荏原、普发分别占据49%、25%、14%的市场份额，合计占比88%。国内半导体真空泵厂家主要有汉中精机、中科科仪、中科科仪等。

4 晶盛机电：半导体“设备+材料”领军企业，持续探索成长空间4.1 半导体大硅片装备：半导体硅片装备领军企业，8+12英寸产品线全面拓展业务面：公司是半导体领军企业“设备+材料”，持续探索生长空间在硅片设备领域，我们基本实现了8英寸长晶、切片、抛光、CVD等设备和12英寸长晶设备的全覆盖、切片、研磨、抛光、CVD等其他设备也批量销售，产品已达到国际先进水平。 2022年，公司定增发行14.2亿，新增12英寸集成电路大硅片装备测试实验线项目、年产80台套半导体材料抛光减薄装备制造项目。进一步加强您的业务。企业产品研发与布局。订单方面：截至2022年底，未完成半导体设备合同金额33.92亿元，比上年增长217.6%。公司客户包括中环领先、友研半导体、神工科技、合晶科技、中晶科技、上海新生、易思微等国内主流半导体晶圆厂。未来预计公司将重点关注硅晶圆设备和晶圆封装设备（碳化硅外延等），半导体订单将持续上升。 4.2外延设备：碳化硅领域持续发展，8英寸外延设备大踏步在功率半导体领域，我们于2023年6月成功研发出8英寸单片碳化硅外延生长设备。 2023年2月，公司发布6英寸双片碳化硅外延设备。与单晶圆设备相比，新设备的单位产能可提高70%，单晶圆运营成本可降低30美元以上。公司在外延产能、运营成本等方面已达到国际一流优势，单片6英寸碳化硅外延设备已实现批量销售。在先进制造领域，我们拥有12英寸外延（常压外延、减压外延）和LPCVD设备。 4.3核心零部件：向上游拓展零部件业务，拓展平台布局空间，公司正在积极开发半导体芯片制造和封装制造设备的一些工艺环节，包括坩埚、金刚线等，增强半导体核心零部件的供应能力阀门、管件、磁流体、上游腔体等业务，通过平台布局解决海外瓶颈问题，拓展成长空间。目前，公司高品质、大规格石英坩埚无论规模和技术均已达到行业顶尖水平，在半导体、太阳能发电领域占有较大份额。公司在金刚线领域实现差异化技术进步，进入规模化批量生产阶段。

5 盈利展望作为长晶设备龙头企业，公司下游业务涵盖光伏设备、半导体设备、蓝宝石材料、SiC 材料四大领域。基于以下判断，我们预计2023年至2025年公司设备及服务收入将同比增长20%/10%/37%，毛利率为41%/42%/43。 %，材料业务同比增长411%/35%/6%，毛利率增长45%/45%/40%，其他业务同比增长20%/20%/20%。为26%/26%/26%。