【申万宏源】半导体设备行业系列报告之四：半导体检测量测设备国产替代引领者，高速成长正当时.pdf

2023-05-26

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1．中科飞测：国资背景领先半导体设备商，营收规模快速增长

1.1、高端半导体质量控制设备供应商

公司成立于 2014 年，是国内领先的高端半导体质量控制设备供应商，自成立以来始终专注于检测和量测两大类集成电路专用设备的研发、生产和销售。2017 年之后，检测和量测产品陆续通过客户认证，已应用于国内 28nm 及以上制程的集成电路制造产线。产品主要包括无图形晶圆缺陷检测设备系列、图形晶圆缺陷检测设备系列、三维形貌量测设备系列、薄膜膜厚量测设备系列等。公司曾获得 2021 中国 IC 风云榜“年度新锐公司”、2020 年度龙华区中小微创新 100 强企业、第四届“IC 创新奖”技术创新奖、2019 粤港澳大湾区新经济企业 TOP100 等。

公司产品获得多家客户认可。公司主要产品已广泛应用在中芯国际、长江存储、士兰集科、长电科技、华天科技、通富微电等国内主流集成电路制造产线。根据 ICInsights 数据统计，中芯国际为产能规模位居中国大陆排名第 1 名、全球排名第 4 名的晶圆代工厂。 2019-2021 年，公司向中芯天津和长电先进合计销售 34 台，占 2019-2021 公司向中芯国际及其关联方销售数量的 50%，占中芯天津和长电先进产线对公司同类型设备需求量的约 60%。公司本次 IPO拟募集资金主要用于扩产核心主营业务。公司本次 IPO 拟募集资金 10 亿元，其中 3.08 亿元投向高端半导体质量控制设备产业化项目，在广州市黄埔区新建现代化的洁净生产车间；1.42亿元投入研发中心升级建设项目，对深圳研发中心场地的改造升级。

1.2、股权结构相对分散，公司创始人资历深

股权结构稳定，董事长是公司核心技术人员。CHEN LU（陈鲁）、哈承姝夫妇为公司实际控制人和最终受益人。董事长兼总经理 CHEN LU（陈鲁）为布朗大学物理学博士，在半导体行业有 20 余年从业经验，曾在创新科技、科磊半导体任职，2010 年任中科院微电子所博士生导师，是公司的核心技术人员。公司成立 9 年共经过 5 轮融资，后续或与华为合作。2016 年中芯系投资入股，中芯系是公司的营收的主要来源和重要客户，2020 年华为系哈勃投资入股，目前持股比例 3.30%，公司后续和华为存在一定的合作可能。

1.3、营收快速增长，盈利能力持续提升

公司营收近 5 年复合增速超 100%。2022 年公司营收达 5.09 亿元，同比增长 41.24%， 2018-2022 年营业收入 CAGR 为 103.23%。2020 年之后公司营收快速增长，主要受益于客户验证陆续通过和国产化替代需求提升。2022 年公司归母净利润达 0.12 亿元，同比下降 78.02%，2022 年归母下降主要是由于公司研发投入持续上涨和采用新技术升级型号设备销售占比提升导致成本上升。

公司主营业务按照产品可以划分为检测和量测设备，备品备件、提供劳务、其他业务收入都是围绕检测和量测设备的生产销售进行的： (1) 检测设备：主要功能系检测晶圆表面或电路结构中是否出现异质情况，如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷。 (2) 量测设备：主要功能系对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出量化描述，如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数的量测。在精密加工领域，量测设备主要功能是精密结构件的三维尺寸量测。

检测设备为公司第一大收入来源，营收占比仍逐步提高。公司检测设备营收占比逐年提高，2022 年占比达到 75.53%，同比提高 1.97pct，量测设备 2022 占比为 23.08%，同比下降 2.98pct。检测设备和和量测设备毛利均逐年提高。2022 年公司检测设备毛利率为 52.63%，同比提高 0.97pct。产品结构优化，公司毛利率趋稳。2022 年公司毛利率为 48.67%，相比 2018 年的 23.67% 实现了翻倍提升，主要系公司产品结构逐渐优化，毛利率更高的检测设备占收入比重提高、公司设备销售规模效应等。2021 年之后公司毛利保持相对稳定接近 50%。2019 前管理费用率居高主要是股份支付影响，2019 年之后三费率波动较小保持稳定。

毛利率与行业接近，研发投入远高于同行业公司。选取中微公司、芯源微、盛美上海、华海清科、华峰测控五家公司作为同行业可比公司，中科飞测毛利率与同行业可比公司的毛利率接近，2018 年之后剪刀差不断缩小。中科飞测的研发费用率处于行业较高水平，2022 年高达 40%，公司作为一家 2014 年成立的半导体设备公司，前期需要投入大量成本进行研发，随着研发成果的逐渐资本化投入使用和下游客户验证顺利进行，预计研发费用率会逐渐与行业龙头企业接近。

2、产品对标海外大厂，研发厚积薄发转化在即

质量控制伴随 IC 生产全周期。先进封装技术成熟后，集成电路制造工艺可以分为前道制程、中道先进封装和后道封装测试三个环节，质量控制测试贯穿整个集成电路制造流程。前道、中道检测的是面向生产工艺各个环节的质量控制；后道测试主要是利用电学对芯片进行功能和电参数测试。中科飞测的检测和量测设备主要覆盖前道制程和先进封装的质量控制环节。检测指在晶圆表面上或电路结构中，检测其是否出现异质情况；量测指对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性等物理性参数的定量测试。

光学检测技术应用范围最广，检测速度较快。从技术原理上看，检测和量测包括光学检测技术、电子束检测技术和 X 光量测技术等。目前，应用光学检测技术的设备占多数，公司所研发、生产的检测和量测设备主要基于光学检测技术。目前，在所有半导体检测和量测设备中，应用光学检测技术的设备占多数，公司所研发、生产的检测和量测设备主要基于光学检测技术。

2.1、产品迭代单价提升，国内市场占比领先

公司检测设备主要包括无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备两大系列： 1）无图形晶圆检测设备：销量快速增长，系自 SPRUCE-600 型号研发成功并经下游知名客户验证通过；平均销售单价逐渐上升，主要系产品型号升级优化。2）图形晶圆检测设备：销售数量增长，系下游客户加大产线建设和 BIRCH-100 等升级型号设备入前道市场。平均单价上升，系升级型号设备销售占比提升和客户集中度下降。

公司量测设备主要包括三维形貌量测设备、3D 曲面玻璃量测设备、薄膜膜厚量测设备等系列，以三维形貌量测设备、3D 曲面玻璃量测设备为主： 1）三维形貌量测设备： 2022 年销售数量减少系部分重点客户采购数量下降，平均单价升，系推广过程中销售定价下降。销售价格上升系重点客户销售占比下降。 2）3D 曲面玻璃量测设备：销售单价上升，系根据客户量测需求，销售的部分设备功能配置提升，销售单价有所上升。

市场份额领先国内同业设备厂商，引领国产替代。中国半导体检测与量测设备国产化率较低，被海外企业高度垄断。中科飞测及国内主要竞争对手市场份额占比较小。中科飞测在国内竞争对手主要为上海睿励和上海精测，2018 年后，公司营收规模快速增长，与国内其他竞争对手拉开差距。2018-2020 中科飞测营收 CAGR 达 182.12%远超中国大陆市场规模 CAGR 的 29.61%，市场占比快速提高。

2.2、国家重大项目技术转化，部分产线实现替代

核心技术护航，兼顾高精度和高吞吐。公司 9 项核心技术覆盖了光学检测技术、大数据检测算法和自动化控制软件等技术领域。在核心技术指导下，公司能够实现纳米量级微小凹坑深度等不同重要尺度的高精度测量，同时保证较高的吞吐量。国家重大项目成果转化核心技术。中科飞测牵头承担国家科技重大专项《20-14nm 晶圆缺陷光学在线检测的研发与产业化》。在项目实施过程中，突破了深紫外激光多通道照明中的线宽压窄与焦深展宽、深紫外激光探测中的多通道高精度配准与高分辨率成像、明场与暗场的共光路融合、高灵敏度与高产率整合等关键技术，自主研发和形成了深紫外成像扫描方面的核心技术，并应用在了无图形晶圆缺陷检测设备 SPRUCE-800 中。

检测设备对标国际巨头科磊、创新科技实现相近性能。中科飞测无图形晶圆缺陷检测设备设备 SPRUCE-600 和 800 对标科磊 Surfscan SP1TBI 和 SP3，性能相当能够实现替代，灵敏度和吞吐量可以满足不同客户需求，已在中芯国际等知名晶圆制造厂商的产线上实现无差别应用。图形晶圆缺陷检测设备 BIRTH-100 对标创新科技 Rudolph F30，已在长电先进、华天科技等知名先进封装厂商的产线上实现无差别应用。量测设备对标帕克公司实现精度一致。中科飞测量测设备 CYPRESS-U950 对标帕克公司 NX Wafer，重复性精度均达到 0.1nm，能够支持 2Xnm 及以上制程工艺中的三维形貌测量，已在长江存储等知名晶圆制造厂商的产线上实现无差别应用。

2.3、国家持续补贴背景下，高研发投入模式或可持续

公司持续加大研发投入，研发人员数量不断扩张。公司注重研发人员培养，研发投入中职工薪酬占比处于较高水平，2022 年公司研发投入中职工薪酬占比达到 56%，是研发费用中占比最高的组成部分。截至 2022 年，公司共有研发人员 324 人，占公司员工人数 43.03%，从 2020 年开始保持每年约 100 人的增长速度。研发人员增速和公司实际研发产出保持一致。截至 2023 年 5 月，公司共拥有境内外授权专利 353 项，其中发明专利 72 项。

研发成果丰硕，检测精度不断提高。先后推出了薄膜膜厚量测设备、套刻精度量测设备等新型号设备并对三维形貌量测设备、图形/无图形晶圆缺陷检测设备等产品进行了迭代。中科飞测产品正在中芯国际、合肥长鑫等多家客户进行 2Xnm 及以下制程验证中，对应 1Xnm 产线的型号十八型号设备正在研发中，对应 2Xnm 以下产线的型号十七型号设备正在产线进行验证，并已取得两家客户的订单，研发进度位于国内前沿。政府补助涵盖研发资金的 30%。截止 2022 年 5 月，公司共计 14 个研发项目中 10 个项目受到了政府补助，覆盖率达到 71.4%，补助金额达到研发投入资金总计的 32.45%。在美国对中国集成电路的封锁下，半导体设备研发生产对于国家集成电路发展具有重大战略意义。

政府补助逐年递增，高研发投入模式可持续。政府补助占公司非经常性损益收入的约 100%，2022 年中科飞测计入损益的政府补助达 9970.23 万元，同比提升 107.12%，公司受到的政府补助逐年递增，公司保持的高研发投入具有一定的可持续性。

2.4、大量项目产业化验证，研发成果转化放量在即

客户验证顺利，产线陆续投入运行。半导体设备种类众多，涉及技术领域广，在规模化量产前需经过严格的测试以及客户验证，设备的验证壁垒高。公司 2017 年通过下游知名客户验证后，口碑效应明显，产品迅速获得市场广泛认可，设备产品陆续验证通过并投产使用。大量在研项目验证中，研发成果量产可期。半导体质量控制设备的研发具有较高的技术壁垒，研发周期相对较长，具体研发和验证周期视不同产品型号有所不同。根据公司问询函，目前公司完成验证的检测设备验证周期在 2-16 个月，量测设备的验证周期在 6-13 个月。中科飞测目前在研项目共计 13 个，其中 10 个项目已经开始产业化验证，预计在 25 年之前能够量产贡献公司业绩。

3、检测量测市场空间广阔，公司扩张覆盖更大领域

3.1、检测量测市场规模稳步上升，持续受益下游扩产

半导体设备性能直接决定下游客户产品质量。半导体产业链上游为半导体材料、半导体设备等支撑性行业；中游可分为芯片设计、晶圆制造和封装测试等环节；下游为终端产品及应用。晶圆厂和 IDM 厂商会购买生产各类半导体产品所需的关键设备投入制造产线中。半导体先进性直接影响下游客户的产品质量和生产效率，在规模化量产前需经过严格的测试以及客户验证，设备的验证壁垒高。全球半导体设备市场规模达千亿美元，中国半导体设备需求高增。全球半导体产业产能持续扩张，对半导体设备的需求稳定增长。根据 SEAJ 统计，2022 年全球半导体设备销售额为1077亿美元，5年CAGR达13.7%。其中2022 年中国大陆地区半导体设备销售额为 282.7亿美元，5 年 CAGR达 21.2%，连续三年占比全球第一。

检测量测设备价值占比达半导体设备的 11%。检/量测设备作为质量控制环节伴随半导体前道和先进封装的多个工艺环节，是半导体设备中的重要组成部分。根据 SEMI 统计，刻蚀、沉积、光刻、量/检测四大设备合计占比 73%，分别为 22.3%、20.3%、19.3%和 11.2%。检测量测设备市场规模与设备整体市场规模同步扩张。2016 年至 2021 年全球半导体检测量测设备市场规模的 CAGR 为 20.0%，2021 年全球市场规模达到 102.6 亿美元；中国大陆市场规模 5 年 CAGR 为 35.6%，2021 年市场规模为 29.6 亿美元。质量控制设备技术发展进展快速，更新迭代速度相对较快，市场规模增速与半导体设备整体市场规模发展方向保持一致。

国内晶圆厂扩产趋势仍在延续。根据 SEMI 预测，全球半导体行业将在 2021 至 2023 年间建设 84 座大规模芯片制造工厂，其中中国大陆地区将会建成 20 座成熟制程工厂/产线，国产设备将加速导入大陆晶圆厂，国产半导体设备快速发展期在即。

3.2、国产检测量测厂商尚存技术空白，覆盖领域扩展潜力大

半导体检测和量测市场科磊份额超 50%。2021 年全球检测量测设备市场 CR5 达到 82.4%，国内 CR5 达到 78.1%略低于全球检测量测设备市场集中度。欧美日公司占据了绝大部分的市场，其中，科磊半导体一家独大，占据了检/量测设备市场的半壁江山。根据 VLSIResearch的统计，科磊半导体在中国大陆市场近5年的销售额复合增长率超过35.7%。

国内设备厂商在细分领域逐渐突破。科磊半导体基本实现了对检测量测设备类型的全研发验证，在检测量测领域覆盖了约 95%的市场。国内厂商在细分市场设备领域各有侧重，三家厂商设备产品类型覆盖了 42.3%的市场空间，其中中科飞测覆盖 27.2%。中科飞测正在积极研发纳米图形晶圆缺陷检测设备、晶圆金属薄膜量测设备等其他型号的设备，其对应的市场份额分别为 24.7%和 0.5%，相关产品研发成功后对检测量测设备市场的覆盖能超过 50%。

4、盈利预测

预计公司 2023-2025 年营业收入分别为 7.68、11.35、16.21 亿元，同比增速分别为 50.9%、47.7%、42.8%；2023-2025 年归母净利润分别为 0.35、0.82、1.24 亿元，同比增速分别为 196.3%、136.2%、51.2%。

核心假设： 1）检测设备收入：公司检测设备分为无图形晶圆检测设备及图形晶圆检测设备，当前均已取得技术突破，在国内晶圆厂提升对产业链安全自主可控的趋势下，公司检测设备订单规模稳步增加，逐步挤占国外厂商市场份额，但当前国产替代率仍小于 5%，市占率提升潜力大，同时伴随技术突破，产品单价有望持续提升。预计 2023-2025 年公司无图形晶圆检测设备销量分别为 68、99、139 台，平均单价分别为 596.2、626.0、657.3 万元，对应无图形晶圆检测设备营收分别为 4.05、6.20、9.14 亿元，同比增速 59%、53%、47%；图形晶圆检测设备销量分别为 49、69、97 台，平均单价分别为 426.7、469.3、492.8 万元，对应图形晶圆检测设备营收分别为 2.09、3.24、4.78 亿元，同比增速 61%、55%、 48%。

2）量测设备收入：公司三维形貌量测设备系列重复性精度指标已达到 0.1nm，能够支持 2Xnm 及以上制程工艺中的三维形貌测量，与海外竞争对手性能相当，市占率存在提升空间。预计 2023-2025 年公司量测设备销量分别为 70、88、106 台，平均单价保持不变为 209.9 万元，对应量测设备营收分别为 1.47、1.85、2.22 亿元，同比增速 25%、26%、 21%。 3）毛利率：伴随公司销售规模提升，近年来公司各业务毛利率整体呈上升趋势，预计 2023-2025 年检测设备业务毛利率分别为 52.7%、53.0%、53.0%，量测设备业务毛利率分别为 34%、35%、36%。 4）费用率：预计费用率随着收入增长小幅下降，预计 2023-2025 年销售费用率分别为 10.0%、9.4%、9.1%；管理费用率分别为 11.4%、11.0%、10.8%；研发费用率 36%、 31%、29%。

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