半导体设备行业系列研究十六：再生晶圆行业乘风而起，本土厂商有望快速崛起.pdf

识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 28 Table_Page 行业专题研究 |机械设备 2020 年 7 月 16 日 证券研究报告 Table_C ontacter 本报告联系人： Table_Title 半导体设备行业系列研究十 六 再生晶圆行业乘风而起，本土厂商有望快速崛起 Table_Author 分析师： 周静 分析师： 罗立波 分析师： 代川 SAC 执证号： S0260519090001 SAC 执证号： S0260513050002 SAC 执证号： S0260517080007 SFC CE.no: BOS186 021-60750636 021-60750636 021-60750615 zhoujinggf luolibogf daichuangf 请注意，周静 ,罗立波并非香港证券及期货事务监察委员会的注册持牌人，不可在香港从事受监管活动。 Table_Summary 核心观点 ： 下游持续扩张， 晶圆再生行业乘风而起 。 根据 SEMI， 2018 年全球再生晶圆市场规模 6.03 亿美元，同比增长19%，其中 12 寸再生晶圆占市场销售额的 75.8%，总体上全球 8 寸再生晶圆需求平稳， 12 寸再生晶圆是行业发展趋势以及成长动力。 总体上， 半导体、原始硅片 、再生晶圆的出货量的需求增速趋势保持较高一致性 。而先进制程产品需求提升 有望 推动再生晶圆 比例提升、以及 晶圆厂基于成本节约考虑 更多的 选择将晶圆再生外包 ，都有望推动再生晶圆需求的进一步提升。 此外，硅片价格上涨有望推动再生晶圆价格提升。 市场高度聚焦，立足国内、走向国际 。 再生晶圆行业 伴随下游发展而崛起 。 由于地域性较强，本土再生晶圆厂商具备较高的竞争优势。 根据 SEMI， 2013 年全球再生晶圆市场中，有 62%的需求由国内厂商供应。 由于行业特性、以及半导体产业链高集中度特点，全球再生晶圆市场也呈现高集中度。目前 全球再生晶圆产能集中于日本与中国台湾 ，根据 RST， 2019 年全球 12 英寸再生晶圆市场中， 按照产能计算， 日本 3 家公司 市场占有率 合计达到 60%左右， 3 家中国台湾的公司 市场占有率 达到 30%左右。 从 0 到 1，国内本土厂商有望迅速崛起 。 根据 SEMI，我国大陆已投产 12 寸晶圆产线超过 20 条，在建的有 8条，建成后全国产能将超过 239 万片 /月。 其中 2020Q1 产能 为 66.95 万片 /月，预计到 2021Q4 将达到 101.5万片 /月。 由此计算， 2021 年底 国内再生晶圆需求将达到 20 30 万片 ；而满产需求有望达到 5070 万片 。 2020年之前，大陆在晶圆再生领域几乎为空白，大部分大陆晶圆厂都是将测试晶圆送去 中国 台湾或者日本进行再生加工 。当前 国内企业例如至纯科技 积极 布局晶圆再生业务，作为大陆再生晶圆的先行者，有望 快速崛起。 投资建议： 国内晶圆厂积极扩产，预计未来两年下游 12 寸晶圆产能仍将保持迅速扩张，将有力催生再生晶圆需求。此前国内半导体产业链并没有能提供稳定产能及高品质的再生晶圆厂，随着国内厂商积极 布局再生晶圆产能，凭借地理优势、先发优势，有望迅速打开国内市场。建议关注积极向清洗设备与晶圆再生领域拓展的高纯工艺系统龙头至纯科技。 风险提示 ： 行业投资波动带来的收入不确定性；行业竞争加剧导致毛利率下滑；技术研发及国产化趋势推进不及预期；国家产业扶持政策变化或扶持力度不及预期。 Table_Report 相关研究 ： 半导体设备系列研究十五 :从盛美股份看国产半导体设备成长路径与发展潜力 2020-07-03 机械设备行业 2020 年中期策略 :高端装备经历疫情考验，更加聚焦技术创新驱动 2020-06-19 机械设备行业 :对需求持续性再评估，利润率恢复更值得期待 2020-06-08 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 28 Table_PageText 行业专题研究 |机械设备 Table_impcom 重点公司估值和财务分析表 股票简称 股票代码 货币 最新 最近 评级 合理价值 EPS(元 ) PE(x) EV/EBITDA(x) ROE(%) 收盘价 报告日期 （元 /股） 2020E 2021E 2020E 2021E 2020E 2021E 2020E 2021E 至纯科技 603690 CNY 47.34 2020/7/5 买入 50.67 0.90 1.50 42.61 31.56 40.75 24.70 13.51 18.45 数据来源： Wind、广发证券发展研究中心 备注 ：表中估值指标按照最新收盘价计算 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 28 Table_PageText 行业专题研究 |机械设备 目录索引 一、下游持续扩张，晶圆再生行业乘风而起 . 6 （一）晶圆再生：针对挡控片进行回收加工，是材料成本管理的重要一环 . 6 （二）产能与价格双驱动，再生晶圆需求向上 . 11 二、市场高度聚焦，立足国内、走向国际 . 14 （一）伴随下游崛起，全球再生晶圆产能集中于日本与中国台湾 . 14 （二）地域性较强，本土企业具备天然优势 . 15 （三） RS TECHNOLOGIES：全球再生晶圆市场龙头 . 18 三、从 0 到 1，国内本土厂商有望迅速崛起 . 22 （一）下游积极扩产，国内晶圆再生需求快速增长 . 22 （二）积极布局，国内厂商有望快速崛起 . 23 四、投资建议与风险提示 . 26 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 28 Table_PageText 行业专题研究 |机械设备 图表索引 图 1：控片在晶圆制程中的部分应用 . 6 图 2：全球工具及存储产品市场结构（按产品分类） . 7 图 3：全球工具及存储产品市场结构（按市场分类） . 7 图 4：挡控片在晶圆制程中的需求量 . 7 图 5：晶圆再生工艺流程 . 8 图 6：化学机械研磨工艺流程 . 9 图 7：超声波清洗法清洗过程 . 9 图 8：中砂延性研磨与普通研 磨对比 . 10 图 9：中砂延性研磨与普通研磨效果对比 . 10 图 10：全球再生晶圆市场规模（亿美元） . 11 图 11：全球半导体、硅片、再生晶圆出货量年增速 . 11 图 12：全球硅片出货量 . 12 图 13：全球硅晶圆价格走势（美元 /平方英寸） . 13 图 14：全球硅片与再生晶圆市场规模（亿美元） . 13 图 15： 2018 年全球再生晶圆产能分布（按供应商国别） . 14 图 16：晶圆再生产业发展与半导体产业地域转移 . 15 图 17：全球 12 英寸再生晶圆市场竞争格局 . 15 图 18：全球晶圆再生市场发展 . 15 图 19： 2018 年全球再生晶圆出货量占比（ 12 寸） . 16 图 20： 2018 年全球再生晶圆出货量占比（ 8 寸） . 16 图 21：全球各区域再生晶圆份额（按照收入划分） . 16 图 22： 2019 年中国台湾再生晶圆市场格局（按产能计算） . 17 图 23：台湾 3 家晶圆再生企业营业收入（亿人民币） . 17 图 24：升阳晶圆再生业务营业收入（亿新台币） . 18 图 25：中砂晶圆再生业务营业收入（亿新台币） . 18 图 26： RS Technologies 业务 . 19 图 27： 2019 年 RS Technologies 收入结构 . 19 图 28： RS Technologies 收入（亿日元）及增速 . 19 图 29： RS Technologies 营业利润（亿日元）及增速 . 19 图 30：中砂晶圆再生业务营业收入（亿新台币） . 20 图 31： RS Technologies2018 年 12 寸、 8 寸晶圆再生业务客户占比 . 20 图 32： 2018 年 RST 公司 12 寸晶圆再生业务各地份额 . 21 图 33： 2018 年 RST 公司 8 寸晶圆再生业务各地份额 . 21 图 34： RS Technologies 扩产计划 . 21 图 35： RS Technologies 扩产计划 . 22 图 36：至纯科技合肥工厂周边晶圆厂 . 24 表 1：化学腐蚀重要参数 . 9 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 28 Table_PageText 行业专题研究 |机械设备 表 2： RS Technologies 和中砂工艺优势对比 . 10 表 3：国内再生晶圆市场空间测算（百万美元） . 22 表 4：国内再生晶圆产能规划 . 23 表 5：至纯科技在晶圆再生领域主要掌握技术 . 24 表 6：至纯科技募投项目再生晶圆预计产能 . 24 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 28 Table_PageText 行业专题研究 |机械设备 一、下游持续扩张，晶圆再生行业乘风而起 （一）晶圆再生：针对挡控片进行回收加工，是材料成本管理的重要一环 晶圆制程中控片挡片起监控测试和维持稳定作用，为必需部件。 硅片按照在晶圆厂的应用场景不同，可以分为两大类：（ 1）正片（ Prime Wafer），被直接用于半导体加工，包括抛光片、外延片等；（ 2）用于监控测试的硅片，包括控片（ monitor wafers）、挡片（ dummy wafers） /测试芯片（ Test Wafer）。 制造晶圆的精细要求极高，硅片表面的平整度将直接关系到芯片的性能质量，所以晶圆厂需要时刻对制造设备的性能进行监测测试以及维持稳定，以保证最终的成品率。由于这些测试和维持稳定都是破坏性的，直接使用产品测试以及维持稳定的成本较高，于是厂商一般会使用较便宜的无图形硅片，这些用于测试和维持稳定的无图形硅片就是控片和挡片。 图 1： 控片在晶圆制程中的部分应用 数据来源： 中砂官网 ，广发证券发展研究中心 控片主要用来监控机台的制程能力是否稳定、生产环境是否洁净。通过使用控片，可以对离子注入、薄膜沉积、光刻、刻蚀和研磨等制程中的例如电阻率、薄膜沉积速率、刻蚀速率、研磨速率以及均匀性等进行监测。简单来说，需要量测的就属于控片。测试方式包括离线测试和在线测试两种。离线测试是指在正式生产之前，先用控片测试，通过控片的测试结果来看机台的工艺是否符合标准。在线测试是指控片和产品一起进入生产线，通过控片最后的效果来判断这一批生产是否符合标准。 挡片的作用主要是维持机台的稳定性。使用对象包括炉管、暖机挡片、传送挡片等。在炉 管中，挡片被用于隔绝制程条件较差的地方以及填充产品不足时空出的位置，对炉管内的气流进行阻挡分层并使炉管内温度均匀分布，从而使气流中的反应气体与被加工硅片均匀接触、均匀受热，发生化学物理反应，沉淀或生长均匀的高质量薄膜。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 28 Table_PageText 行业专题研究 |机械设备 图 2： 全球工具及存储产品市场结构（按产品分类） 图 3： 全球工具及存储产品市场结构（按市场分类） 数据来源： 半导体制造中硅片重复利用技术的研究，杨波 ，广发证券发展研究中心 数据来源： 半导体制造中硅片重复利用技术的研究，杨波 ，广发证券发展研究中心 挡控片用量大，且随着制程推进，需求有扩大趋势，推动晶圆再生需求。 在前段制程中，为了维持产品良率，挡控片大量被使用。一般而言在每道制程都需要挡控片以追求产品正常。而随着晶圆厂制程的推进，基于精度要求及良率的考量，需要在生产过程中增加监控频率。根据观研网的数据， 65nm制程的晶圆代工厂每 10片正片需要加 6片挡控片， 28nm及以下的制程每 10片正片需要加 15-20片挡控片。 图 4： 挡控片在晶圆制程中的需求量 数据来源： 观研网， 广发证券发展研究中心 挡控片的来源可分为全新晶圆以及再生晶圆。（ 1）全新晶圆：一般是由晶棒两侧品质较差处所切割出来。（ 2）可再生晶圆（ Reclaimed Wafer）：指那些回收重复利用的挡控片。由于挡控片的消耗量大，如果每次都要用全新的挡控片则测试成本过高，于是就有了晶圆再生。晶圆再生就是将用过的挡片，控片回收，经过化学浸泡，物理研磨等处理方法将挡片、控片表面因测试而产生的氧化膜、金属颗粒残留等去掉，使他们能够重新具备测试和稳定机台稳定性的功能。 挡控片的使用存在分级制，由于使用次数或者制造程序都会影响到晶圆的品质，从全新晶圆下线后，需要经过回收站清洗以判断其等级，如果品质已受到影响，则会识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 28 Table_PageText 行业专题研究 |机械设备 被降级为次等级晶圆提供给较后段的或较易污染的制程使用，但若使用到一定程度后，其规格已经无法再度被运用时，便会决定委外研磨或者报废。一般来说，挡片通过研磨抛光可以进行重复使用，循环次数在 5次左右；控片则需要根据具体情况，用在某些特殊制程的控片无法回收使用。 再生晶圆工艺主要包括化学腐蚀、机械研磨和清洗。 控片挡片在使用完之后表面会形成不同的膜层和不同程度的颗粒残留，晶圆 再生就是要去掉这些膜层与残留，使控片挡片能够重新达到使用要求。业界普遍的做法是，如果有膜层就需要先化学腐蚀去除膜层，硅面露出后，再用机械研磨使表面平整化，最后清洗硅片去除表面的残留颗粒。 图 5： 晶圆再生工艺流程 数据来源： RST 官网 ， 广发证券发展研究中心 化学腐蚀即使用化学溶液将硅片表面的膜层腐蚀掉，其中膜层主要包括氧化膜层、氮化物膜层、金属膜层、多晶硅膜层等，针对不同的膜层需要使用不同的化学试剂进行腐蚀，例如二氧化硅膜层一般使用 HF进行腐蚀。化学试剂腐蚀有自己的目标腐蚀对象，不会对其他非目标层造成损伤。化学试剂腐蚀的控制难度较高，主要体现在溶液的浓度上，因为溶液的浓度一直在变化很难控制，效果也不稳定。 在利用化学腐蚀去除表面的膜层之后，还需使用研磨使硅面表面平整化，业界使用的比较多的方式是化学机械研磨。化学机械研磨是在研磨液的配合下，使用压力、旋转等机械作用对硅面进行研磨处理。在这个过程中，研磨液与硅面表面形成较容易去除的物质，然后研磨液中的研磨颗粒对新生表面进行摩擦从而将它去除，这两个过程不断交替进行，从而起到对硅面抛光的作用。化学机械研磨被广泛用于氧化膜、多晶硅、钨以及铜等金属的研磨。 硅面平整化之后，表面会有研磨液研磨之后的颗粒残留，会大大影响成品率，所以还需要使用清洗液对表面进行清洗，业界主要使用 的方法有机械刷片法和超声波清识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 28 Table_PageText 行业专题研究 |机械设备 洗法。机械刷片法使用聚乙烯醇制成的刷子，可以有效去除硅片表面残留物且不损伤硅片表面，但对去除金属杂质作用不突出。毛刷与硅片转速、毛刷与硅片之间的压力都是影响最终清洗效果的重要因素。超声波清洗利用几百至几千压强的微激波击碎残留物，同时使有机物迅速分解乳化。这种方法的优点是速度快，适用于去除大颗粒残留，但对小于 1um的颗粒残留清洗效果下降。声波的频率、能量、清洗液的化学成分以及浓度是影响清洗效果的主要因素。 表 1： 化学腐蚀重要参数 主要参数 说明 控制难易程度 浓度 溶液浓度 难，溶液浓度一直在变化 时间 硅片浸在腐蚀槽中的时间 易 温度 腐蚀槽设定的温度 易 搅动 溶液槽的搅动 较易 硅片数量 为了保证适当的溶液浓度和腐蚀后颗粒情况，一定数量后必须更换溶液 较易 数据来源： 半导体制造中硅片重复利用技术的研究，杨波， 广发证券发展研究中心 图 6： 化学机械研磨工艺流程 图 7： 超声波清洗法清洗过程 数据来源： 半导体制造中硅片重复利用技术的研究，杨波 ，广发证券发展研究中心 数据来源： 半导体制造中硅片重复利用技术的研究，杨波 ，广发证券发展研究中心 主流厂商工艺优势不同。 RS technologies和中砂是全球晶圆再生市场的两大领军企业，这两家厂商的工艺流程大体相同，但在具体的工艺处理上都有各自的优势。根据 RS technologies官网，其工艺优势主要在于其在脱膜步骤中独特的化学浸泡脱膜技术以及在清洗步骤中的先进的脱铜技术，此外， RS technologies是目前唯一可以做 18寸晶圆再生的企业。而对于砂轮业务发家的中砂来说，其工艺优势主要在研磨部分，不同于传统研磨，中砂采用延性研磨 (Ductile Mode Grinding)的方式，能够有效降低研磨对晶圆有效部分的损伤、提升加工精度至 nm级并且降低化学污染。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 28 Table_PageText 行业专题研究 |机械设备 不同于半导体设备的高行业壁垒，晶圆再生的行业壁垒相对较低。晶圆再生是对测试晶圆进行脱膜、研磨、清洗，和正式晶圆制程一些步骤相似，但不需要正式晶圆制程那么高的精度，所以对一些原先从事晶圆抛光、清洗等相关工艺的企业来说进入并不是十分困难。以如今的四大晶圆再生企业为例，中砂和升阳 在 20世纪 90年代末才进入这个行业，相比 1984年就从事晶圆再生的 RS Technologies来说起步较晚，但其进入后直接面向当时最先进的 8寸再生制程，与 RS Technologies几乎同一起点。辛耘直到 2006年才进入晶圆再生行业，起步较晚，但其进入后也是直接面向最先进的 12寸晶圆再生制程。 表 2： RS Technologies和中砂工艺优势对比 企业名称 工艺优势所在制程 技术特点 可加工尺寸 RS Technologies 脱膜、清洗 独特化学浸泡技术、先进脱铜技术 5、 6、 8、 12、 18 英寸 中砂 研磨 延性研磨 8、 12 英寸 数据来源： RST官网 ， 中砂官网 ， 广发证券发展研究中心 图 8： 中砂延性研磨与普通研磨对比 图 9： 中砂延性研磨与普通研磨效果对比 数据来源： 中砂官网， 广发证券发展研究中心 数据来源： 中砂官网， 广发证券发展研究中心