北方华创系列报告之一：整合Akrion，占据清洗机大市场

【泛半导体 亦庄三杰 灯芯屏 陈杭】

投资要点

清洗工艺步骤占所有工艺步骤数30%，是半导体性能的重要保证。晶圆加工工
艺十分复杂，20nm技术节点工艺步骤约1000步，7nm技术将超过1500步。每
经过一道芯片制造工艺，晶圆表面或多或少会被污染，因此几乎所有制程之前
或后都需要清洗，清洗工艺约占所有步骤的30%。清洗工艺不仅需要超强去污，而且不能对晶片表面的精细图形结构造成损伤，因此半导体清洗设备也有较高的行业进入壁垒。随着设备尺寸缩小到20纳米以下，制程复杂性会进一步提升，清洗步骤数量会不断大幅度增长，清洗工艺的重要性大幅提升。

北方华创清洗机设备覆盖整个泛半导体行业，收购Akrion将如虎添翼。北方华
创可提供多种类型的单片清洗设备和槽式清洗设备，已广泛应用于集成电路、
半导体照明、先进封装、MEMS和功率器件等领域。北方华创自主研发的应用于IC制造中铜互连清洗工艺的新一代Saqua系列单片清洗机达到国际同类型产品先进水平。2016年12月，Saqua系列12英寸清洗机在中芯国际完成52万片生
产线流片。2017年2月，再次获得中芯国际二次订单，进入中芯国际B2芯片生
产线。同年7月，Saqua单片清洗机进驻中芯北方28纳米生产线。2017年8月，
北方华创以1500万美元现金拟收购美国半导体硅片清洗设备公司Akrion，12
月收购事项通过美国外资投资委员会审核。本次收购将使得北方华创清洗机产
品线得以补充，形成种类众多、产品广泛的8-12英寸批式和单片清洗机产品线，极大地拓展了北方华创在清洗机设备领域的产销体系。
全球半导体晶圆清洗设备市场高端垄断，2016-2024复合年增长率将达到7.7%。全球半导体晶圆清洗设备市场的前三名厂商Lam Research、东京电子和DNS在2015年占据市场87.7%的份额。随着下游消费电子的快速增长，TMR预计全球半导体晶圆清洗设备市场2016-2024年复合年增长率将达到7.7%，2016年半导体晶圆清洗估值为40.2亿美元，到2024年底将达到72.8亿美元。亚太地区半导体产业市场广阔、政府扶持，未来将主导晶圆清洗设备市场。
盈利预测与投资建议：预计2017-2019年EPS分别为0.27元、0.67元、0.94
元，考虑公司所处半导体设备行业的高景气值，公司作为行业稀缺标的，给予
公司2018年70倍估值，对应目标价46.9元，给予“买入”评级。
风险提示：集成电路装备行业随集成电路产业的周期性波动而波动；半导体装
备业务增速或不及预期。

1 清洗机：北方华创新的利润增长点

1.1半导体清洗工艺-保证半导体良率的前提
     半导体制造工艺的极其复杂，一般集成电路生产需经过几十步甚至上千步的工艺。在20nm技术节点，集成电路产品的晶圆加工工艺步骤约1000步，在7nm时将超过1500步。每经过一道芯片制造工艺，晶圆表面或多或少会被沾染超微细颗粒污染物、金属残留、有机物残留物等，另外，在去光阻工艺中光阻的残留也是重要污染物之一，所以几乎所有工艺之前或后都需要清洗，份量约占所有工艺步骤的30%。半导体对杂质极为敏感，百万分之一甚至十亿分之一的微量杂质，就对半导体的物理性质产生影响，微量的有害杂质可由各种随机的原因进入器件，从而破坏半导体器件的正常性能。为了清除随机污染建立了特殊的半导体工艺-清洗工艺。

清洗工艺一般采用化学和物理作用力相结合的方法实现，在清洗时既要有很好的腐蚀选择性，高效的去除超微细颗粒物及各种残留物的能力，又不能对晶片表面的精细图形结构造成损伤。湿法腐蚀速率，腐蚀均匀性，晶圆正、反面交叉污染的控制，清洗效率等都是至关重要的工艺要素。

颗粒是指粘附在硅片表面的粒子，通常是在工艺中引进的，工艺设备、环境、气体、化学试剂和去离子水均会引入颗粒。对粒子尺寸的要求是随着工艺技术中最小特征的减小而减小，一般粒子的尺寸只能是器件特征尺寸的十分之一。为了控制粒子，需要了解粒子的附着和去除机理。粒子的附着机理有以下几种可能的情况：静电力或范德堡力；粒子与表面间的化学键，粒子被去除的机理有溶解、氧化分解、对硅片表面轻微的腐蚀去除和粒子和硅片表面的电排斥四种。

金属杂质的来源可以是化学试剂和离子注入、反应离子刻蚀等工艺中引入，金属沾污会影响器件性能，在界面形成缺陷，在后续的氧化或外延工艺中引入层错，PN结的漏电流，减少少数载流子的寿命。一般可通过在稀释的HF中去除氧化层而去除。

有机物杂质通常来源于环境中的有机蒸汽，存储容器和光刻胶的残留，在硅表面存在有机杂质将会使硅片表面无法得到彻底的清洗，如自然氧化层和金属杂质，这会影响到后面的工艺，比如在以后的反应离子刻蚀工艺中会有微掩膜作用，残留的光刻胶是IC工艺中有机沾污的主要来源。在目前工艺中光刻胶一般是用O3干法去除，然后在SPM中处理，大部分的胶在干法时已被去除，湿法会使去除更彻底。

在半导体器件生产中，大约有30%的工序和硅片清洗有关，而不同工序的清洗要求和目的也是各不相同的，这就必须采用各种不同的清洗方法和技术手段，以达到清洗的目的。化学清洗是指利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用，或伴以超声、加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清除物体的表面脱附（解吸），然后用大量高纯热、冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。

 化学清洗又可分为湿法化学清洗和干法化学清洗，其中湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位。

半导体清洗设备虽然不如光刻机那么高的技术密集，但是也有较高的行业进入壁垒。随着半导体产品制程的逐渐降低，清洗设备也将面临越来越多的难题。在器件制造到封装的整个半导体工艺流程中, 晶圆清洗是被多次重复的关键工艺。随着设备尺寸缩小到20纳米以下以及新材料的引进，清洗步骤数量会不断大幅度增长。日益复杂的清洗过程延长了加工时间，要求提高整体效率。此外，每个工序都有不同的选择性和良率要求，这都增加了制程复杂性。对于下一代器件来说，清洗制程需要能够应对多种挑战。例如，多重成像法要求无崩溃干燥和无损粒子去除。严密控制材料损失的清洗工艺对于FinFET、3D NAND和其他3D结构至关重要。对于具有高纵横比结构的记忆体存储器件来说，残留物必须完全去除，并且不能对结构带来机械性损伤或过多的侧壁侵蚀。

在先进晶圆层级封装的整个制造流程中，湿法处理有几个主要应用，每个应用的要求都有各不相同。湿法清洗工艺必须能够有选择性地、彻底地从多种表面类型和特征形状上去除残留物，包括焊盘、凸点和大纵横比直通硅晶穿孔技术。湿法蚀刻技术也用于晶圆基底减薄和应力消除，其要求反应速度快、控制良好的工艺。此外，由于特征尺寸较大，高产出和低成本制造也很重要。

1.2北方华创清洗设备覆盖整个泛半导体领域

北方华创微电子作为北方华创集团旗下的半导体装备产业发展平台，清洗机产品经过数年的研发和产业化，12英寸单片清洗机产品已应用于集成电路芯片制程中的预清洗、再生清洗、铜互连后清洗和铝垫清洗等工艺。北方华创可提供多种类型的单片清洗设备和槽式清洗设备，已广泛应用于集成电路、半导体照明、先进封装、微机电系统、电力电子、化合物和功率器件等领域。

集成电路铜制程清洗工艺要求在颗粒控制、铜腐蚀率、金属污染控制、交叉污染控制等方面有极高的工艺标准。为了应用IC制造中铜互连清洗工艺，北方华创自主研发了新一代Saqua系列单片清洗机，该产品是继90纳米、65/55纳米产品后的又一次升级，新设备能完全满足集成电路代工厂28纳米技术代的生产工艺要求。同时，Saqua系列单片清洗机兼具通孔/沟槽刻蚀后清洗、衬垫去除后的清洗等多种工艺，支持多任务并行处理，可最大程度提高产能。Saqua系列清洗机立足于全新的模块化设计理念，先后通过了65nm、55nm、40nm等工艺验证，各类工艺指标表现优异，全面满足集成电路铜制程清洗工艺的要求，达到国际同类型产品同等技术水平。

2016年12月，Saqua系列12英寸清洗机在中芯国际完成52万片生产线流片，创造了国产12英寸集成电路清洗设备流片量纪录，设备的工艺性能及可靠性获得用户肯定。2017年2月，北方华创Saqua系列12英寸单片铜互连清洗机获得客户二次订单，进入中芯国际B2芯片生产线，标志着公司又一款28纳米工艺制程设备获得市场认可。2017年7月，北方华创Saqua系列单片清洗机正式进驻中芯北方集成电路制造有限公司28纳米生产线，标志着北方华创集成电路清洗设备综合性能达到国际同类型产品先进水平，是国产半导体设备在集成电路领域取得了又一重大突破。

EGC磨边后清洗机作为TFT-LCD应用行业湿法清洗的专用设备，在TFT-LCD装备的核心技术领域形成了自主创新能力，同时使得NAURA公司具备了其它湿法清洗设备的研制条件。设备设计制造方面填补了国内空白，技术水平达到国际同类产品的同等水平、国内领先水平，而且具有成本优势和本地化快捷服务的优势。

磨边后液晶面板的清洗主要是去除液晶面板膜面的有机物、碎屑、微粒等杂质。液晶面板一般都是超薄的玻璃基板，随着面板技术的不断进步，面板的尺寸在不断增大，目前可达3370mm×2940mm，而厚度只有0.4~1.1T，所以对玻璃基板的清洗过程不仅要去除表面杂质，还要保证玻璃基板不会破损。

1.3收购Akrion，完善清洗格局

2017年8月7日，北方华创与Akrion公司在北京正式签署并购协议，北方华创以1500万美元现金收购Akrion资产，不含现金与有息负债。Akrion公司是美国一家专注于半导体硅片清洗设备业务的公司，产品应用于集成电路芯片制造领域、硅晶圆制造领域、微机电系统和先进封装等领域，拥有多年的清洗技术积累和广泛的市场与客户基础，累计在线机台千余台。模拟调整审计之后，2016年Akrion资产总额人民币5923.63万元，负债总计人民币1511.8万元。营业总收入为人民币8655.51万元，净利润为人民币-2302.88万元。2017年12月23日，收购事项通过美国外资投资委员会审核。

本次Akrion收购事项将使得北方华创清洗机产品线得以补充，形成涵盖应用于集成电路、先进封装、功率器件、微机电系统和半导体照明等半导体领域的8-12英寸批式和单片清洗机产品线，大大提升北方华创微电子的半导体清洗机产品服务客户、提升客户价值的能力，并极大地拓展北方华创在清洗机设备领域的产销体系。借助北方华创的资金和技术支持，Akrion公司位于美国的研发和制造能力将得到大大增强，并加大对美国、欧洲和台湾等地区的市场开拓能力和客户服务能力，而北方华创微电子通过将双方在研发、市场、销售渠道、售后服务和供应链等业务环节资源的整合，充分利用双方的协同效应，从而增强清洗机业务的整体市场竞争力。 

Akrion Systems公司是半导体和其他相关行业硅晶片表面处理设备（包括V3和GAMA系列）的工艺开发、设计和制造技术领导者。Akrion公司广泛的产品线包括单晶圆和批量沉浸系统和组件。单晶片产品线包括Velocity⁶ and Velocity⁴系统。这些工具被广泛用于前端和后端清洗。Akrion公司的单晶片清洗技术专注于提供受控的物理力来降低缺陷率，从而为下一代需求增加工艺窗口。批量浸入式湿台包括GAMA系列自动化表面处理系统，用于裸露和回收半导体晶圆、光掩模和MEMS。Akrion还为SCP E200/9400和“Steag AWP”湿台提供工具，增强功能和支持。 

Velocity™单晶片产品线专注于改善缺陷去除。这包括晶圆正面，背面和边缘的颗粒和残渣的去除，去除缺陷要保证不能对敏感结构造成物理损坏，也不会导致薄膜蚀刻。Akrion利用先进的物理清洁技术-Goldfinger Megasonics, Jetstream Nano and Backside Megasonics来完成单晶片的缺陷去除。

GAMA湿台系列已经在世界各地被安装了数百个系统，是一个久经考验的产品。模块化、灵活的平台允许高度定制的流程来满足最苛刻的标准。该系统适用于生产线前端和后端工艺步骤的应用，并且可以接受各种衬底材料。GAMA采用闭环工艺控制，以确保始终如一的高品质，以促进所有晶圆尺寸的高产量。

V3是新一代的半自动湿台，旨在满足半导体和MEMS公司的需求所需要过程能力、配方灵活性、设备可靠性、公司支持和产品成功安装的知识备份。该系统特别适合于研发和工艺开发以及小批量生产。

Akrion Systems提供全系列湿处理解决方案，以支持使用晶硅片的太阳能电池制造商的需求。 GAMA-Solar Cell Processing系统集成了Akrion在过去20年里开发的超过1400多种工艺技术。

2 全球清洗机格局-前三名厂商占据85%以上市场

根据透明度市场研究（Transparency Market Research，TMR）的研究报告，全球半导体晶圆清洗设备市场的前三名厂商是Lam Research，Tokyo Electron和SCREEN Holdings(DNS)。2015年，这三个公司占据87.7%的市场份额。为跟上不断发展的半导体行业脚步，在未来获得丰厚的利润，全球半导体晶圆清洗设备龙头企业将不断加大研发投入，未来几年该市场竞争可能会非常激烈。全球的半导体晶圆清洗设备市场对于相当数量的行业新进入者来说仍然是一个问题，基础成本的高昂是影响下一代产量和厂商积极性的关键问题。

SCREEN Holdings, Shibaura Mechatronics Corporation和东京电子是主导中国在全球晶圆清洗设备市场需求的三大领先企业，而Applied Materials, Lam Research, Modutek和PVA TePla AG在世界其他地区占据主导地位。研究和开发具有更强属性和与地区参与者的合作关系的新产品是这些参与者为保持市场地位而采取的共同策略。Quantumclean，SEMES，Ultron Systems是在这个市场上的其他一些显著的厂商。

DNS：单晶片清洗设备是其支柱性产品，增加了其全球市场份额增加了13个百分点（目前已经占据市场的首位），同时销售批量式清洗设备同比翻番。关于单晶片清洗设备，DNS已经发布了SU-3300，它提供了高生产力技术处理小型化。

干法去胶工艺：在完成保护晶圆表面的特定区域免遭改变后，光刻胶必须彻底地去除掉。去除工艺必须非常温和并能彻底去除光刻胶和残留物而不改变表面材料以确保器件功能的完整性和图形转换的正确性。随着半导体行业向超浅结、多重成像、超低介电常数k值介质和3D架构迁移以及先进晶圆层级封装，去胶工艺需要有效应对更加复杂的器件结构。在晶体管层面，去胶工艺带来的薄膜的微小变化会影响到结点电阻率、结点深度和掺杂活化，因而影响器件性能。对于连接导线结构来说，低介电常数k值介质的变化可能影响到器件的性能。去胶还可能对先进存储应用中使用的材料产生负面影响。这些担忧正在推动用于先进技术的去胶工艺发展。挑战包括去除残留物，将氧化反应和硅损耗最小化，以及降低硅的晶格损伤，同时带来高产量和低拥有成本。Lam经过生产验证的GAMMA系列提供灵活性的工艺，能选择性而有效地去除前道晶圆工艺中的所有光刻胶以及先进晶圆层级封装。

斜角清洗在制造步骤之间从晶圆边缘去除不想要的粒子、残留物和薄膜。如果没有清洗，这些材料可能在后续工艺中剥落并重新沉积在晶圆表面。即使是落在设备关键部件上的单个粒子也可能损坏整个芯片。通过在关键点插入斜角清洗工艺，可以消除这些潜在缺陷并生产更多好的芯片。

通过将等离子的精准控制和灵活性同器件区域的保护技术相结合，Lam Coronus斜角清洗家族能够清洗晶圆的边缘，以增加芯片成品率。

湿法晶圆清洗用于芯片处理步骤之间，用以去除制约良率的残留和缺陷。随着设备尺寸的缩小、结构的日益复杂和新材料带来了额外缺陷去除的挑战，也推动了晶圆清洁效率提高的需求。对于先进的晶圆层级封装，封装形成和外部布线的制程之间的湿法清洗步骤有着出人意料的复杂要求。这些制程要求在数百个脆弱结构周围完全去除特定材料，并且不得影响其它他材料。Lam SP系列产品有着广泛的制程性能，能够为那些具有挑战性的WLP应用提供低成本、经过生产验证的湿法清洗/湿法蚀刻解决方案。

智能手机、笔记本电脑、平板电脑和其他便携式电子设备等消费电子需求的增长导致单晶片加工需求以及整个半导体行业的增长，从而增加了晶圆清洗设备的增长。另外随着过去几年在该领域的不断研究，对半导体工业中的缺陷和表面污染的理解已经发生了多方面的变化。此外，研究人员现在更了解颗粒粘附，测量和沉积等因素，使他们能够制定更好的清除策略。半导体技术的这种进步有望在预测期间推动晶圆清洗设备的全球市场。TMR预计全球半导体晶圆清洗设备市场2016-2024年复合年增长率将达到7.7%，2016年半导体晶圆清洗估值为40.2亿美元，到2024年底将达到72.8亿美元。 

从地区方面来看，半导体晶圆清洗设备的全球市场很可能会在预测期间由亚太地区统治，这些地区的市场增长可以归因于消费电子产品需求的增长。鉴于中国劳动力成本低叠加下游消费市场广阔带来的第三次半导体转移，中国将是亚太地区的主力战场。近几年来，中国在核心设备的自主化供应方面进行了大量的投资和政策支持，目前自主化率已不断提高。北方华创作为国产清洗机设备龙头，叠加收购Akrion，清洗机的市场竞争力大幅提升。虽然短时间内难以缩小和Lam、DNS和东京电子的市占率占据，但是北方华创有望成为余下近15%清洗机市场的龙头。

3 盈利预测与估值

3.1盈利预测

关键假设：

假设1：公司作为半导体产业链的上游核心和国内半导体设备的龙头企业，与国外的技术差距正在不断缩小中，公司半导体设备业务毛利率未来三年维持在40%的水平；

假设2：人工智能和物联网的飞速发展带动电子元器件的需求持续增长，凭借七星华创精密多年生产技术和经验，公司电子元器件业务保持43%左右的毛利水平； 

假设3：公司单晶炉经过技术革新，逐渐打入国际市场；未来三年公司真空设备业务维持高增长，毛利水平维持在20%；

假设4：由于全球进入泛半导体超景气周期，叠加半导体制造国产化的加速，北方华创的营业收入会维持高增长。

假设5：公司拟收购美国Akrion公司，提前布局18寸晶圆，预计将在2018年释放产能，叠加中芯国际、京东方等下游集成商订单充分，半导体设备营收在2018年将大幅提升。

基于以上假设，我们预测公司2017-2019年分业务收入成本如下表：

3.2相对估值

公司作为A股唯一上市半导体设备厂商，在国家出台《中国制造2025》给集成电路产业以政策支持、成立大基金给集成电路产业以资金保障的驱动因素下，一直享有较高的估值溢价水平。我们选取了公司所在半导体行业相关公司作为估值参考，分别为南大光电、长川科技、精测电子、江丰电子，预计公司2018年EPS为0.67元，考虑未来三年大陆半导体公司将持续受益于政策支持和技术推动，公司作为上游核心标的业绩催化因素确定，因此给予公司2018年70倍估值，对应目标价0.67*70=46.9元，维持“买入”评级。