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半導體光學檢測龍頭,中科飛測:專注前道量檢測內建電路專用裝置

作者:岱華智君

(報告出品方/分析師:财通證券 張益敏 )

1公司簡介:多年深耕工業檢測和量測領域

1.1 主營業務基本情況

晶圓廠品質控制使用的量檢測裝置,是內建電路産線的核心裝置之一,也是保證晶片生産良品率的關鍵。

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內建電路品質控制包括前道檢測、中道檢測和後道測試。相比于後道封裝測試裝置,前道檢測與中道檢測所使用的量檢測裝置,國産化率更低。中科飛測是國内少數實作規模化生産的量檢測裝置生産商。

公司的産品主要用于前道晶圓制造和先進封裝,分為檢測裝置和量測裝置兩大類。檢測裝置包括無圖形晶圓缺陷檢測裝置、 有圖形晶圓缺陷檢測裝置;量測裝置包括三維形貌量測裝置、薄膜膜厚量測裝置、套刻測量裝置等。

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1.2 發展曆史:專注于前道量檢測內建電路專用裝置

2014年12月嶺南晟業、中科院微電子所、蘇州翌流明共同出資設立中科飛測有限公司,後于2020年變更為股份公司。中科飛測是國内領先的高端半導體品質控制裝置公司,自成立以來始終專注于檢測和量測兩大類內建電路專用裝置的研發、生産和銷售,目前裝置産品已應用于國内28nm及以上制程的內建電路産線中。

公司依托在光學檢測技術、大資料檢測算法和自動化控制軟體等領域的深耕積累和自主創新,向內建電路前道晶圓制造、先進封裝等企業以及相關裝置、材料廠商提供關鍵品質控制裝置。公司産品已廣泛應用于中芯國際、長江存儲、士蘭集科、長電科技、華天科技、通富微電等企業的國内主流産線。

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1.3 股權結構:陳魯、哈承姝夫婦為公司實際控制人

蘇州翌流明持有公司15.75%的股份,CHEN LU(陳魯)、哈承姝夫婦合計持有蘇州翌流明100%股份;小納光持有公司7.86%股份,蘇州翌流明為小納光執行事務合夥人,CHENLU(陳魯)、哈承姝夫婦通過蘇州翌流明對小納光享有控制權;同時,哈承姝直接持有公司6.93%股份。是以,CHEN LU(陳魯)、哈承姝夫婦合計控制公司30.54%股份,為公司實際控制人。

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1.4 公司營業收入快速增長,盈利水準受研發費用影響波動較大

公司2020至2022年度的營業收入分别為2.38、3.61、5.09億元,同比增長324.39%、51.76%、41.24%。随着産品出貨量的快速增加,公司的營收規模快速增長。

公司2020至 2022年度的歸母淨利潤分别為0.40、 0.53、0.12億元,同比增長140.61%、34.96%、-78.02%。2022年公司歸母淨利潤有所下降,主要原因系公司研發投入規模急劇擴大,抵消了公司收入增長帶來的額外利潤。

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1.5 公司主營業務毛利率呈現上升态勢

2019年-2022年,随着公司業務規模的快速增長,量檢測裝置國産化穩步推進,公司主營業務毛利率分别為33.84%、41.10%、48.94%及48.70%,主營業務毛利率總體呈上升趨勢。

公司營業收入主要來源于檢測裝置産品,2019-2022年銷售收入分别為0.33億元,1.56億元,2.65億元,3.84億元。銷售收入快速增長,主要系自2017年SPRUCE-600型無圖形晶圓缺陷檢測裝置研發成功,并經下遊知名客戶驗證通過後,迅速獲得市場廣泛認可,出貨量快速增加。

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1.6 公司重視研發投入,研發人員創新能力突出

公司持續加大研發投入,2019年-2022年,研發投入分别為5598.80萬元、4617.16萬元、9503.90萬元和20575.18萬元,占營業收入的比例分别為100.01%、19.43%、26.36%和40.40%。研發費用比例呈快速增加态勢。

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公司不斷加強科研創新,建構了适應企業發展的技術創新體系。截至2022年12月31日,公司擁有研發人員324 人,占公司總員勞工數的43.03%。充裕的研發費用,有力保障了公司的技術創新能力,有助于裝置産品的開發和順利推廣。

2 量檢測裝置市場受制于美企,國産裝置亟待發力

2.1 量檢測貫穿全過程,種類多市場規模持續擴大

量檢測裝置市場是除光刻、薄膜沉積、刻蝕大類外,最大的半導體裝置細分類市場之一。

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量檢測裝置是保證晶片生産良品率的關鍵。随着內建電路工藝制程更新,工藝步驟數量不斷增加,工藝中産生的緻命缺陷數量也會增加。

是以每道工序的良品率都要保持在極高水準,才能保證最終成品晶片的良品率。量檢測裝置是晶圓廠提升并保持內建電路生産良率的關鍵。

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在前道晶圓制造中,內建電路量檢測裝置主要使用光學和電子束等非接觸式手段,針對光刻、刻蝕、薄膜沉積、清洗、CMP 等環節。

中道檢測面向先進封裝,主要使用光學等非接觸式手段,針對重布線結構、凸點與矽通孔等環節。後道測試主要使用接觸式的電性手段,對晶片進行功能和參數測試,包括晶圓測試和成品測試兩個環節。

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在量檢測裝置市場中,電子束裝置約占19%,X射線裝置占比約2%。

X射線裝置用于特定金屬成分和超薄膜測量等特定場景;電子束裝置精度較高,但檢測速度慢,中科飛測暫未涉足上述領域。絕大數量檢測仍采用光學原理進行。

光學量檢測裝置中:有圖形檢測裝置占比31%;無圖形檢測裝置占比10%,掩膜版量檢測裝置占比13%,光學關鍵尺寸量測占比約10%,套刻誤差量測占比7%,薄膜測量占比3%。中科飛測在光學量檢測領域覆寫較為廣泛。

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量檢測裝置市場呈現出高度壟斷的格局,行業前5名分别為科磊(KLA)、應用材料(AMAT)、日立(Hitachi)、泰雷光電(Lasertec)創新科技(Onto,原Nanometrics和Rudolph)。

市場占比分别為50.8%,11.5%,8.9%,5.6%,5.6%,行業TOP3占據超70%的市場佔有率。美國科磊公司牢牢占據行業的龍頭地位,市場整體被美日系企業把控。

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随着內建電路工藝制程的進步,量檢測裝置的市場規模逐年上升,2021年全球市場規模達到104.1億美元,相比于2020年的76.5億美元增長36.5%。據中微公司估計,2022年全球市場規模超800億人民币。

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中國大陸晶圓廠擴産,推動國内量檢測裝置需求不斷上升;2020年市場規模已達21億美元,占全球量測裝置市場總額的27.4%;随着中國大陸晶圓廠建設規模持續擴大,其量檢測裝置市場需求有望快速增長,中科飛測發展面臨重要機遇。

2.2 量檢測裝置存在較高技術壁壘

量檢測裝置具有極高的技術壁壘;特别是中科飛測所布局的光學領域,明場納米有圖形光學檢測裝置難度比肩于光刻機。國内企業起步晚,技術積累薄弱,與科磊公司(KLA)等海外龍頭相比差距較大。

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量檢測裝置的靈敏度、精确性、産能與反應速度等性能名額,随着制程進步不斷提升。

同樣大小的缺陷在成熟制程中是非緻命的,在先進制程中卻有可能是導緻電路失效的緻命性缺陷,這對量檢測裝置的靈敏度提出了更高的要求。一些特殊的內建電路結構,如超薄膜(厚度小于10埃)、極高深寬比、非破壞性的圖形等結構的測量,也對量檢測裝置的3D成像能力、多次測量一緻性等名額提出了特殊的要求。

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內建電路構造不斷縮小,量檢測裝置的分辨率精度要求提升。

光學量檢測裝置和光刻機類似,采用短波長光源能提升裝置的檢測精度上限。目前最先進的量檢測裝置已使用DUV(深紫外)波段光源,能夠檢測小于14納米的缺陷,并實作0.003納米的膜厚測量;展望未來,量檢測裝置可能使用波長更短的VUV、EUV光源進一步提升精度;光源光譜範圍的拓寬和光學系統數值孔徑的提升,也是重要發展方向。

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資料處理與算法是量檢測裝置的另一項核心技術。

在不間斷運作的內建電路産線上,量檢測裝置需要為各類裝置的參數微調提供依據,并預警裝置異常,保證每道工藝的結果均落在允許的工藝視窗内。是以,量檢測裝置具備智能圖像識别能力,進而快速準确鎖定待測量區域,自動處理資料并實時上傳至終端系統。

量檢測算法包括理論譜線建庫與計算、光譜庫比對分析、3D圖形模組化、納米圖形對比分析等。算法專業性強、難度大,需要較長時間的工藝經驗積累。

量檢測裝置企業均在自家産品上研發算法和軟體,算法不對外單獨出售。随着量檢測所需分析與産生的資料量持續增長,對資料處理與算法的性能要求會持續提升。

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2.3 美企科磊(KLA)把控量檢測裝置市場

美國企業科磊公司(KLA)是全球最大的量檢測裝置生産商。2022年實作營業收入92.12億美元,同比增長33.14%;其中服務收入19.10億美元,占比20.74%; 裝置收入73.01億美元,占比79.26%。公司2022年的研發支出達11.05億美元。

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科磊公司産品種類豐富,覆寫幾乎全部量檢測裝置細分類。在宏觀晶圓形貌檢測,無圖形缺陷檢測,有圖形缺陷檢測、掩膜版檢測、刻套誤差測量等領域,科磊具有較強的技術優勢,市場占比很高。

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2022财年,科磊公司有26.6億美元的收入來自中國大陸,占比28.88%;來自中國台灣的收入為25.28億美元;占比27.45%。科磊公司來自中國大陸收入不斷升高,展現出國内內建電路産業對其存在較大依賴。

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3中科飛測:國産半導體量檢測裝置先行者

3.1 國内光學量檢測裝置領軍标兵

2022年中國大陸光學類半導體量檢測裝置的進口額為33.14億美元(220.56億元)。同期,中國大陸電子顯微鏡與衍射儀進口額12.26億美元(80.21億元,有部分電子顯微鏡與衍射儀用于內建電路生産),進口替代空間十分廣闊。

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由于量檢測裝置難度較大,2020年量檢測裝置國産化率隻有2%。海外供應鍊風險加快量檢測裝置國産化程序;據我們估算,2022年綜合國産化率接近4%。但由于賽騰股份、天準科技有部分半導體量檢測裝置收入來自海外市場;進口電子束(電鏡)裝置最終用途難以區分;國内部分公司量檢測裝置收入未知,結果可能略有偏差。

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作為半導體量檢測裝置龍頭企業,中科飛測的營收金額居國内首位,規模遠大于其他國産量檢測企業。未來中科飛測有望借助規模優勢,繼續加大研發投入,覆寫更多光學量檢測細分類市場,取得更大的布局優勢。

3.2 自主研發技術實力強勁,多型關鍵裝置有望突破

中科飛測擁有完善的研發管理和人才體系,并不斷吸引行業内優秀人才,公司研發團隊的研發實力持續增強。公司研發人員涵蓋光學、算法、軟體、機械、電氣、自動化控制等多學科。通過建構多領域的專業人才隊伍,中科飛測具備了将多個複雜子系統,內建為光學量檢測裝置的整機設計與內建能力。

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為突破光學檢測裝置的關鍵技術和核心器件,公司承擔了多個國家和地方重大專項,實作了多項裝置關鍵子產品的自主化開發。

研發過程中,公司技術創新能力得到顯著提升,打破了國外企業在多個量檢測細分領域的壟斷地位。

目前,公司已掌握深紫外成像掃描技術、高精度多模式幹涉量測技術等 9 項核心技術。

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通過承擔重大專項和自主研發并行,中科飛測有望擴充産品種類,并進軍更高端裝置領域。

作為國内光學量檢測裝置領域的領軍企業,公司已有多種産品實作量産,同時積極布局明暗場有圖形檢測等高價值裝置,開展六項前沿技術的研發工作。

展望未來,中科飛測有望實作技術突破,将工藝覆寫範圍從封裝與成熟制程,延伸到先進制程等高難度領域,實作營收規模與市場佔有率進一步提升。

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随着內建電路3D結構的不斷發展,晶圓級封裝重要性提升,衍生出和先進封裝相關的量檢測工藝。先進封裝工藝指在未切割的晶圓表面通過制程工藝以實作高密度的引腳接觸,實作系統級封裝以及 2.5/3D 等內建度更高、尺度更小的器件的生産制造。

相比與內建電路前道量檢測,先進封裝難度略低;中科飛測裝置産品已實作先進封裝領域量檢測的廣泛覆寫,有望在三維異構、chiplet等新型架構中充分發力,進一步開拓市場空間。

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除不斷擴充工藝覆寫外,中科飛測在半導體品質控制裝置靈敏度、重複性精度、吞吐量、功能性等關鍵的性能名額上實作了持續提高和突破,使得公司産品整體上可以與國際競品相媲美,滿足了客戶持續提升産品良率和降低客戶成本等方面的需求。

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3.3 優質的客戶群體為發展提供持續動力

中科飛測在內建電路領域,産品打入中芯國際、長江存儲、士蘭集科、長電科技、華天科技、通富微電等知名客戶的産線,在精密加工領域,供貨藍思科技等知名廠商。

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公司為大客戶建立了專屬的服務團隊,以提供及時的駐廠技術服務支援。

經驗豐富的售後團隊能夠保證快速響應客戶的需求,及時到達現場排查故障、解決問題,提供及時周到的駐廠支援服務,縮短新産品導入的工藝磨合時間。

2019年至2022年,公司前五大客戶的銷售收入占營業收入的比重分别為72.72%、51.21%、44.32%,33.27%。客戶集中度逐漸下降。中科飛測收入來源多樣化取得一定進展,抗風險和波動能力有所提升。

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綜上所述,随着公司核心技術的不斷突破,産品種類的日趨豐富,并受益于國内半導體産業的快速發展和公司市場認可度的穩步提升,中科飛測市場開拓取得良好進展。

展望未來,随着美國對華施加半導體限制,日歐企業也面臨加入壓力,中科飛測的光學量檢測裝置導入有望加快。

4報告總結與盈利預測

檢測裝置:基于中科飛測有圖形與無圖形檢測裝置的進展情況,我們預計公司該業務2023-2025年的收入增速分别為40.40%/40.74%/38.16%,毛利率為52.76%/53.11%/51.90%。

量測裝置:基于中科飛測膜厚與關鍵尺寸檢測裝置的進展情況,我們預計公司該業務2023-2025年的收入增速分别為27.64%/40.00%/52.38%,毛利率為40%/42%/43%。

其他主營業務:我們預計公司其他主營業務2023至2025年的收入增速分别為12.52%/37.50%/36.36%,毛利率為46%/46%/46%。

綜上,我們預計中科飛測2023至2025年營收為6.98/9.81/13.85億元,同比增長37.1%/40.5%/41.2%,毛利率為49.94%/50.65%/49.79%。

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我們預計公司2023年至2025年的歸母淨利潤為0.27/0.64/0.93億元,選取精測電子、長川科技、華峰測控作為可比公司,2023至2025年對應的平均PE值為52.05/39.54/32.24倍。

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5風險提示

行業景氣度下行,客戶需求放緩:

光學量檢測裝置的需求量與下遊晶圓廠擴産進度密切相關。2022年下半年以來,全球各大晶圓廠開始逐漸削減産能和資本開支,國内晶圓廠的産能使用率也出現下滑,可能拖累國産量檢測裝置的需求。

研發進度不及預期:

中科飛測所生産的量檢測裝置涉及到光學、電子學、算法等領域的高難度技術;頻譜與缺陷算法和資料庫,需要長時間的積累與改進。新産品驗證周期長,研發難度大,若研發進度不及預期,會拖累中科飛測未來的業績。

行業競争加劇:

量檢測裝置國産化的緊迫性提升,更多國内企業開始切入量檢測裝置賽道。若未來競争加劇,中科飛測的盈利能力将受到影響。

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報告來自【遠瞻智庫】

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