深度解析半导体清洗设备行业——盛美上海

1 国产半导体清洗设备龙头，品类扩张持续

1.1 国产半导体清洗设备龙头，引领行业创新

盛美专注于半导体专用设备的设计和研发，主要产品包括半导体清洗设备、半 导体电镀设备和先进封装湿法设备等。其产品可以覆盖前道后道流程中的各个清 洗步骤。通过自主研发的单片兆声波清洗技术、单片槽式组合清洗技术、电镀技术、 无应力抛光技术和立式炉管技术等，公司向全球晶圆制造、先进封装及其他客户提 供定制化的设备及工艺解决方案，有效提升客户的生产效率、提升产品良率并降低 生产成本。目前公司与多家半导体产业链龙头公司合作密切，前端制造厂客户主要 包括长江存储、上海华力、SK 海力士、中芯国际、长鑫存储等，后端封测厂客户 包括长电科技、通富微电等。其中，公司还通过入股青岛聚源芯星 1 亿元，间接参 与中芯国际 A 股上市战略投资，产业链上下游合作进一步加深。2021 年 1 月首台 12 寸单晶圆薄片清洗设备也成功通过厦门士兰集科的验收。21 年 10 月以来，公 司多次宣布收到全球主要半导体制造商的电镀、清洗、去胶设备订单，国际客户拓 展顺利。

出海创业多年，业务最终回归国内。1998 年创始人王晖于硅谷成立盛美半导 体设备有限公司（ACMR），最开始主要研究无应力抛铜技术。ACMR 于本世纪初 开始销售产品，2005 年成立盛美上海协助母公司完成在亚太区域的设备销售。从 2007 年开始，盛美的主战场转向国内，开始让盛美上海接手母公司核心业务。其 采用独立研发、运营和销售部门，主营方向也转变为半导体清洗机。目前，盛美上 海已成为集团的主体公司，负责全部的设计研发与制造业务，而母公司仅负责协助 北美市场的销售对接。此次 IPO 仅为盛美上海于科创板上市。

差异化竞争战略专攻兆声波清洗技术，先于细分领域取得重大突破。2008 年， 公司成功研发出全球首创的可移动兆声波清洗技术（SAPS），次年韩国存储大厂海 力士开展产品验证，2011 年公司用于 12 英寸 45nm 工艺的 SAPS 清洗设备首次 取得海力士的正式订单，并于 2013 年获得了海力士的多台重复订单。同时，随着 中国大陆半导体行业的快速发展，对半导体设备需求增长迅速，公司凭借在国际行 业内取得的业绩和声誉，于 2015 年后顺利取得了长江存储、中芯国际及华虹集团 等中国大陆领先客户的订单。2015 年，公司又研发出电气泡震荡兆声波清洗技术 （TEBO），不仅可以用于 FinFET 图形硅片的清洗，也可以用于 DRAM 以及 3D Flash 等关键工艺的清洗，实现覆盖 16nm-19nm 的制程。2018 年，公司发布了 Ultra-C Tahoe 高温硫酸设备，再次延伸了公司的单晶圆清洗设备产品系列。经过 二十余年的技术储备，目前公司已成长为国内清洗设备领军企业，国内市场份额占 比高，产品线完备。

此外，公司在先进封装湿法设备、电镀设备和无应力抛光设备等领域也取得了 一系列重大进展。其中，先进封装湿法设备领域，公司经过多年的技术积累，于 2013 年获得了国内封装测试龙头企业长电科技的订单。电镀设备和无应力抛光设 备领域，是公司发展早期的业务方向之一，历经多年的研发和市场推广，公司分别 于 2018 年及 2019 年取得了长电科技订单。前道铜互连电镀设备领域，公司于 2019 年取得华虹集团的订单。此外，为进一步扩大可覆盖的半导体设备市场规模， 2018 年公司在湿法工艺的基础上，开始干法设备的研发，并于 2020 年推出了立 式炉管设备，已对华虹集团实现销售，进一步丰富了公司的产品线。

1.2 收入高速增长，产品品类丰富

受益于公司技术积累与市场景气度提升，公司业绩持续高增长。公司潜心研究 半导体专用设备二十余年，先后突破了兆声波清洗、无应力抛铜、化学机械研磨等 关键性技术。随着技术的不断突破与更新换代，公司的设备产品市场竞争实力突出。 近年来，下游市场新兴需求涌现，国际半导体产业向中国转移，中国的晶圆厂和封 测厂资本开支增加，半导体设备需求持续增长。受益于半导体设备进口替代趋势及 公司领先的兆声波技术与其他工艺积累，近年来公司产品逐渐通过了市场大客户 的验证，开始实现大规模销售。公司 2017-20 年分别实现业务收入 2.54 亿、5.50 亿、7.57 亿元、10.07 亿元，年复合增速达 58.27%。21 年前三季度实现营收 10.88 亿元，同比增长 78.89%。

盈利能力方面，公司 2018-2021 年 Q3 毛利率 44.19%、45.14%、43.78% 和 41.15%，相对稳定，21 年伴随清洗以外新业务的拓展略有波动。

公司采取差异化战略，先于半导体清洗设备领域取得重大突破，目前该产品为 公司营收主要构成，2018 至 2020 年清洗设备占公司营业收入比例分别为 91.11%、82.62%、81.02%。其中，单片清洗设备为公司核心产品，销量稳定增 长，2017-2020 年从 11 台增长至 31 台。同时，公司进一步丰富了清洗设备产品 线，槽式清洗设备和组合清洗设备于 2019 年成功实现销售。

此外，公司还生产销售半导体电镀设备、先进封装湿法设备和立式炉管设备。 2018 年，公司首台后道先进封装半导体电镀设备成功获得客户验证并实现销售。 2020 年公司后道先进封装半导体电镀设备销量继续增加。先进封装湿法设备方面， 近年来公司销量较为稳定，2018-20 年分别为 6 台、7 台和 20 台。2020 年 Q2， 首个前道镀铜设备完成交付。

公司核心业务清洗设备的毛利率稳定在 45%左右，贡献主要竞争力，电镀设 备业务毛利率提升明显。清洗设备是公司的主要业务，毛利率稳定在 45%左右。 先进封装设备也是公司较大的一项业务，因出货结构改变，毛利率有所波动。半导 体电镀设备是公司 18 年才实现销售的业务，2021H1 毛利率为 29.59%。

技术进步使得公司各项业务的产品价格不断提升。就产品单价来看，单片清洗 设备单价呈稳步提升趋势，2017 年平均单价约为 1953.86 万元/台，而 2019 年 单价提升至 2504.52 万元/台。单片式清洗设备销售单价与腔体数量相关，2017 年销售的单片清洗设备以 8 腔为主，而 2018 年 12 腔单片清洗设备占比提升，因 此整体单价也随之提升。半导体电镀设备方面，公司的前道铜互连电镀设备开始实 现销售，相比于后道先进封装半导体电镀设备而言，前道设备技术难度更高，全球 仅有少数企业有能力生产，市场竞争激烈程度较低，因此其单价也较高。而先进封 装湿法设备方面，近年来单价在 400-500 万元/台之间，存在一定波动，主要与新 产品推广、产品组合、设备自身配置（包括腔体数量、功能差异、客户定制化要求 等）存在一定差异有关。

1.3 股权集中度高，员工持股与公司利益深度绑定

公司股权集中度高，董事长兼CEO王晖博士为实际控制人。王晖是美国ACMR 的实际控制人，目前持有美国 ACMR 16.8 万股 A 类股股票和 114.7 万股 B 类股 股票，合计持有美国 ACMR 投票权不低于 35%，并通过美国 ACMR 间接控制盛 美上海 91.67%的股权。王晖作为公司的董事长，负责公司整体战略规划，并作为 核心技术人员为公司的技术研发方向提供指导和支持。其余股东方面，芯维咨询持 股比例为 1.22%；上海集成电路产投持股 1.18%，其有国家集成电路投资基金持 股，因此“大基金”对盛美间接持股；浦东产投持股比例为 1.18%，其具有上海浦 东新区国资背景；海通旭初持股比例为 0.59%，其背后有招商集团和海通证券控 股。此外，太湖国联和张江科创投分别与江苏省投资基金和浦东新区国资委有关。

员工持股人数占比近四分之一，公司上下同心协力。公司拥有两家员工持股公 司，分别是芯港咨询和芯时咨询，两家公司分别由 48 名和 37 名高级核心人员构 成。此外，盛芯公司中另有 29 名核心员工持股，其中有 24 人同时在持股平台中 持股。持股计划中的员工人数占公司总员工数的比重为 25.14%。核心业务、管理、 技术人员持有公司股票能够很好地实现核心人员与公司利益的绑定，进而激发公 司员工工作积极性。

1.4 多品类技术布局，专利储备雄厚

公司常年维持 13%以上研发投入，保障研发支出不断增长，为产品的竞争力 和公司的成长打下基础。半导体专用设备的技术复杂，客户对设备的技术参数、运 行的稳定性有苛刻的要求，因此常年高研发投入积累是产品推陈出新和公司维持 竞争优势的基础。2018-2021 年（Q1-Q3），公司研发费用分别为 0.79 亿元、0.99 亿元、1.41 亿元和 1.84 亿元，公司研发投入逐年快速增加。研发费用率也维持在 较高水平，2021 年 Q1-Q3 为 16.92%。高水平的研发投入保障了公司产品的多 样性和竞争力，为公司的业绩的成长打下基础。

高比例的技术人才储备和强大的核心管理团队保障研发高效进行。公司十分 重视公司团队的研发能力，得益于公司过硬的技术研发实力和二十余年坚持不懈 的努力，公司产品种类不断丰富、销售业绩迅速攀升。截至 2021 年 6 月 30 日， 公司拥有技术研发人员 295 人，占公司员工人数的比例为 42.02%。近年来公司核心技术研发团队稳定，具有较强的技术研发团队优势。公司核心技术研发团队以 王晖博士为核心，主要的核心技术人员大多有海外求学或从业经验，拥有国际化的 视野和思维，有利于学习和掌握国际先进技术。同时，公司在韩国组建了专业的研 发团队，依靠韩国在机械电子领域的技术人才，与中国大陆的研发团队取长补短。

公司坚持差异化的战略，针对性地攻坚兆声波技术，保障技术优势地位。自 1998 年母公司成立开始，公司一直以产品为核心，不断注入资金和心血研发新产 品。上海盛美从 07 年开始承担研发和生产任务以来，自主研发出了多项世界领先 的技术。公司于 09 年推出 SAPS 技术，16 年推出 TEBO 技术，公司成功利用兆 声波清洗技术解决了能量不易均匀分布的全球性难题，不仅提高了清洗效率，也大 大减小了晶圆的损伤概率。凭借多项自主研发的专项技术，公司实现了技术上的弯 道超车，目前已成为中国半导体清洗机领域的重要企业。

公司专利储备雄厚，国家专项支持攻克关键领域。公司的核心技术 SAPS 及 TEBO 兆声波清洗、单片槽式组合清洗、先进电镀和无应力抛光等技术，均为自主 研发并建立了全球知识产权保护。截至 2021 年 6 月 30 日，公司及控股子公司拥 有已获授予专利权的主要专利 322 项，其中境内授权专利 152 项，境外授权专利 170 项，其中发明专利共计 317 项，并获得“上海市集成电路先进湿法工艺设备 重点实验室”称号；公司是“20-14nm 铜互连镀铜设备研发与应用”和“65-45nm 铜互连无应力抛光设备研发”等中国“02 专项”重大科研项目的主要课题单位。

1.5 高管团队经验丰富

公司的主要管理团队主要由王晖、王坚兄弟和其他公司高管组成。王晖是盛美 集团的董事长兼首席执行官，也是盛美上海的实际控制人，毕业自清华大学本科， 后获得大阪大学工程学博士。董事长王晖不仅是公司的主要决策者，也是核心技术 人员。在其带领下，公司开发出了 SAPS 和 TEBO 两项重要技术，成功解决了芯 片清洗的难题，也使得盛美成为国内最大的单片清洗设备供应商。

王坚，盛美上海的总经理。1986 年 7 月至 1987 年 4 月任杭州西湖电视机厂 技术员，1996 年 4 月至 1999 年 12 月任日本富士精版印刷株式会社技术员， 2001 年 12 月至 2019 年 4 月历任盛美半导体工艺工程师、副总经理，2019 年 5 月至今任盛美半导体总经理，带领团队成功研发无应力铜抛光和电化学镀铜技术， 参与申请发明专利 100 余项，负责多项重大科研项目。

陈福平，中国国籍，材料学专业硕士。2006 年 4 月至 2010 年 1 月历任海力 士半导体（中国）有限公司工程师、副经理，2010 年 1 月至 2017 年 12 月历任 盛美半导体项目经理、技术经理、技术总监、资深总监。2018 年 1 月至今任盛美 半导体副总经理，参与并成功研发了先进封装湿法设备、SAPS 单片清洗设备、 TEBO 单片清洗设备、Tahoe 单片槽式组合清洗设备、全自动槽式清洗设备，期间 发表学术论文 5 篇，参与申请发明专利 100 余项。

SOTHEARACHEAV，美国国籍，无其他国家永久居留权，电子技术专业学士。 2007 年 3 月至 2014 年 12 月历任盛美半导体制造部经理、制造部总监。2015 年 1 月至今任盛美半导体副总经理。

2 景气度上行驱动半导体设备需求，国产替代进程提速

2.1 半导体设备种类繁多，晶圆厂高资本开支推升设备需求

半导体集成电路的前后道工艺都十分复杂，涉及多种工艺和设备。具体来看， 前道工艺（晶圆制造）生产的主要步骤有氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄 膜生长、清洗与抛光（Clean & CMP）、金属化（Metalization），所对应的专用 设备主要包括氧化/扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、 薄膜沉积设备、机械抛光设备等。其中，光刻设备、沉积设备与薄膜沉积设备占晶 圆厂设备支出的比例最大，一般可以达到总设备支出的 50%以上。而后道工艺（封 装测试）可以大致分为背面减薄、晶圆切割、贴片、引线键合、模塑、电镀、切筋 /成型和终测等 8 个主要步骤，主要涉及减薄机、贴片机、注塑机、电镀设备与退 火炉等设备。

半导体设备是半导体制造的基石，业内有“一代设备，一代工艺，一代产品” 的说法。半导体设备是集成电路产业链的支撑环节，主要为集成电路的生产服务。 集成电路生产过程中所涉及设备种类众多，应用于集成电路领域的设备通常可分 为前道工艺设备（晶圆制造设备）和后道工艺设备（封装测试设备）两大类。其中， 前道制造设备在半导体设备市场中占比为 80%左右，后道封装测试设备占比为 20% 左右。

全球半导体市场持续景气，驱动设备行业整体规模快速增长。2011 年以来， 全球市场半导体市场规模持续扩张。根据 WSTS 数据，2021 年全球半导体销售额 预计为 8494.52 亿美元同比增长 24.15%。半导体制造产业的繁荣带动晶圆制造、 封装的需求，进而为设备厂商带来持续的订单，带动设备市场的规模增长。据 SEMI 统计，2020 年全球半导体设备销售额为 711.9 亿美元，同比增长 19%。中国的 市场规模为 187.2 亿美元，同比增长 39%。

中国承接半导体产业转移，大量新建晶圆厂，半导体设备需求规模将高速增长。 随着我国承接国际半导体产业转移加速，大量晶圆厂项目在中国落地，将带来可观 的硅片市场需求。国际半导体产业经历了多轮产业转移，目前正处于产业从日韩和 中国台湾地区向中国大陆转移的趋势中。根据国际半导体协会（SEMI）的统计数 据，21 年全球新建 19 座高产能晶圆厂，22 年将再开工 10 座。大量的晶圆厂项 目新建投产带来的资本开支，使得中国半导体设备的市场规模快速增长。SEMI 的 数据显示，中国在国际市场中的重要性也进一步提升，中国半导体设备市场在全球 的占比从 2012 年的 6.74%提升到了 2020 年的 26.31%。

美国和日本企业在半导体设备领域拥有绝对领先优势，两地设备出货量显示 目前设备市场热度仍处于历史最高水平。目前全球半导体设备企业中，营收排名前 十的企业除荷兰的 ASML 和欧洲 ASM 国际外，其余全为美国和日本企业。两地 在半导体设备领域拥有绝对领先优势，因此北美地区和日本的设备出货量对于全 市场的影响也最大。2020 年 11 月以来，北美及日本半导体设备出货量持续增长， 连续多月创新高，北美出货量更是连续七个月刷新历史记录，我们看好全球设备出 货量维持高位运行。（报告来源未来智库）

2.2 清洗设备市场海外垄断，工艺进步推动价量齐升

2.2.1 清洗工艺进步推动清洗设备量价齐升，国内企业收复市场

（1）清洗是半导体生产工艺中的重要环节

清洗是贯穿半导体制造的重要工艺，是提高芯片良率、产品性能的关键环节。 芯片制造主要的思路就是在硅片上逐层铺设各种材料，每铺设一层材料就需要将 其他不需要的材料清洗掉；此外，封装过程也需要清理掉芯片表面影响性能的物质， 否则会影响封装产品的性能，因此如果清洗设备出现问题，芯片质量也会直线下降。 在单晶硅片制造阶段，通过对抛光后硅片的清洗，可以保障其表面平整度与性能； 在晶圆制造过程中，光刻、刻蚀、沉积等关键工序前后均需进行清洗，以去除晶圆 沾染的化学杂质，减小缺陷率；在封装阶段，需根据封装工艺进行 TSV 清洗、 UBM/RDL 清洗等。

（2）湿法单片式清洗是半导体清洗的主流技术

按工艺方式划分，半导体清洗可以分为干法清洗与湿法清洗两种工艺，其中湿 法占主流。干法清洗是指不使用化学溶剂的清洗技术，具体包括等离子清洗、超临 界气相清洗、束流清洗等；湿法清洗是指采用特定的化学药液和去离子水，对晶圆 表面进行无损伤清洗的工艺手段，用以去除晶圆制造过程中的颗粒、自然氧化层、 金属污染、牺牲层、抛光残留物等物质，湿法工艺可以辅以超声波、加热、真空等 技术手段，提升清洗效率与效果。两种清洗方法都会在半导体制造中被使用，但由 于湿法清洗在晶圆表面洁净度与平滑度方面有优势，目前已成为主流清洗技术，占 工艺清洗步骤的 90%以上。

将湿法工艺细分，半导体清洗机主要有单片式和多片式两种，其中单片式是主 流。在湿法工艺路线下，目前清洗设备主要有单片式清洗设备、槽式清洗设备、组 合式清洗设备。单片式清洗设备将每片晶圆置于独立的腔体中进行清洗，清洗过程 可控、清洗复杂晶圆结构的效果好；不足是清洗速度慢，清洗液消耗大。槽式清洗 设备是将多片（100-200 片）晶圆放在同一清洗槽中同时进行清洗，优点是清洗 效率高，节省清洗液；缺点是交叉污染风险大。组合式清洗设备（单片槽式清洗设 备）将单片式与槽式清洗设备组合起来，先将晶圆置于槽式模块中清洗，后在保持 晶圆表面湿润的条件下通过机械手臂传送至单片模块中进行单片清洗，结合了两 种清洗设备的优点，缺点是造价比较昂贵。由于芯片的结构不断复杂化，清洗难度 不断加大，清洗可控与清洗效果变得愈加重要。单片式清洗设备以更好的可操控性 和更高的清洗质量，成为湿法清洗的主流选择，槽式清洗设备用于工艺标准要求较 低的环节；组合式清洗设备是盛美首创的技术，目前正在推广中。

兆声波清洗相对普通超声波清洗效果更好，但技术难度更高。超声波清洗是半 导体工业中广泛应用的一种清洗方法。超声波清洗的主要机理是超声波空化效应、 辐射压和声流超声波清洗具有清洗速度快，质量高，不受清洗件表面复杂形状的限 制，主要用于孔内清洗（TSV 清洗）。兆声波清洗设备一般会结合特定清洗液使用， 其主要难点在于能量的均匀传递和有效利用空化效应。兆声波清洗主要用于较为 平整的表面的颗粒清理，这些颗粒一般都是附着在一层黏滞层上的。黏滞层越厚， 颗粒就越难以去除。兆声波可以很好地将声波的能量传递到晶圆表面，通过声波震 动的能量，使得黏滞层软化松动，进而去除附着的颗粒。但是兆声波由于其携带能 量过高，易使得表面的气泡剧烈震荡引发内爆，进而伤害晶圆表面的结构。因此， 能否使能量均匀传播并有效利用空化效应就成为了兆声波清洗技术的难点。

（3）芯片技术的进步使得清洗工艺需求量增多、清洗工艺价值量提升

一方面，芯片制程的减小使得清洗需求大幅提高。随着工艺先进程度的持续提 升，芯片制程越来越小，对杂质含量的敏感度相应提高，对清洗工艺的需求也就越 来越大。芯片制程到了 20nm 以下时，在整个工艺每进行两步就要进行一次清洗， 在光刻、刻蚀、沉积等工序后都设置了专门的清洗环节，清洗步骤总次数达到 200 次，占工艺总步骤数的 30%以上。

另一方面，芯片结构的复杂化使得清洗工艺难度提升，清洗设备价值量也随之 提升。具体来看随着芯片结构从 2D 发展到 3D，以及 FinFet 芯片的晶圆表面从 平坦变为带有图形结构，杂质颗粒清洗难度上升，而且要求清洗工艺不能对表面图 形结构造成损伤。更高的工艺难度也有望持续推高清洗设备的价格。

（4）清洗设备行业规模预期回升

根据 Gartner 统计数据和预测，2018 年全球半导体清洗设备市场规模为 34.17 亿美元，2019 年和 2020 年受全球半导体行业景气度下行的影响，有所下 降，分别为 30.49 亿美元和 25.39 亿美元，预计随着 2021 年全球半导体行业复 苏，全球半导体清洗设备市场将呈逐年增长的趋势，22 年将达 28.9 亿美元，2024 年将达到 31.93 亿美元。

（5）清洗设备市场集中度高，本土设备正在崛起

目前全球清洗设备市场集中度较高且由日系厂商主导。2020 年全球半导体清 洗设备市场日系厂商占据绝对的主导地位，其中迪恩士（Screen）市场份额 45%、 东京电子市场份额 25%，其他企业有美国泛林半导体，韩国 SEMES 等。前四大企 业占据全球总市场份额超过 90%。 国产替代渐行渐近。根据国际招标网最新的招标数据，国内半导体清洗机企业 在 2019 年的招标中市占率已接近 22%，其中盛美是国产替代的主力，约 20%的 国产化率都是由其贡献。