半导体行业专题研究报告：半导体切磨抛装备材料的国产化趋势
（报告出品方：华创证券）
一、DISCO：全球半导体切磨抛设备材料巨头
（一）专注半导体切割、研磨、抛光八十余载，产品布局完善
日本迪思科株式会社（DISCO Corporation）成立于 1937 年，是一家专注于“Kiru（切）、 Kezuru（磨）、Migaku（抛）”技术的全球知名半导体设备厂商。公司产品矩阵以切、磨、 抛为纵深，设备和工具横向扩张，产品主要包括：1）半导体设备：切割机、研磨机、抛 光机及其他用于半导体加工后道切割和研磨的设备；2）精密加工工具：切割刀片、研削 /抛光磨轮等。公司产品广泛应用于半导体精密加工及玻璃、陶瓷等硬脆材料的切割、研 磨和抛光。
专注切磨抛技术八十余载，从材料延伸至设备。成立之初公司主要从事切割刀片和研磨 砂轮业务，随着下游对精度要求的提高公司产品不断向超薄化发展。1968 年 DISCO 推 出厚度 40μm 的 MICRO-CUT 切割轮，但由于当时的设备即便在定制情况下也无法完全 利用 DISCO 的超薄砂轮，公司开始自行生产设备。1970 年 DISCO 发布 DAS/DAD 切割 机，并在 1978 年研发出世界首台全自动切割机，在此后的 20 多年间 DISCO 不断扩充切 割机、研磨机品类，于 2001 年推出世界首台干式抛光机和抛光轮，完成了切割、研磨、 抛光环节设备和工具立体式布局。此后公司不断推出新型激光切割技术、8 英寸晶圆加 工设备等，凭借产品在精度、性能和稳定性上的优势，DISCO 已成为全球半导体设备巨 头，与下游各大半导体厂商建立了广泛的合作关系。
（二）盈利能力优异，财务风格稳健
营收多年稳健增长，下行周期韧性十足。下游半导体设备、材料需求旺盛，公司多年营 收稳健增长，2017 财年-2021 财年公司营收从 1673.6 亿日元增长至 2537.8 亿日元，4 年 复合增速达 11.0%。21Q3 以来全球半导体需求放缓，行业周期下行，公司季度营收同比 增速有所下滑，但截至最新财季 FY22Q3 公司实现收入 658.4 亿日元，同比增长 2.57%， 韧性十足。
归母净利润同步增长，盈利能力优异。公司归母净利润与收入保持同步增长，由 2017 财 年的 371.7 亿日元增长至 2021 财年的 662.1 亿日元，4 年 CAGR 15.5%。公司盈利能力优 异，2017~2021 年净利率水平从 2017 年的 22.2%稳步提升到 2021 财年的 26.1%，毛利率 方面公司 FY2020Q1 以来毛利率保持在 55%以上，FY2022Q2~3 毛利率高达 65.5%。
按产品拆分，FY2022 Q1~3 来自精密加工设备、精密加工工具、维修和其他业务的收入 分别占比约 62%、24%、9%及 6%。精密加工设备中，切割机、研磨/抛光机分别占公司 整体收入 39%和 19%。切割机中刀片切割机占比约 60%，激光切割机收入占比约 40%；研磨/抛光机中 DGP 系列通过实现研磨、抛光一体化生产效率更高，占比 57.6%。
按下游分类，公司切割机及研磨机主要应用于半导体加工领域，来自半导体的收入占比 分别为 93%、98%。切割机下游应用中占比最高的为 IC，达 51%，光学半导体及封装切 割分别占比 11%、7%。研磨机下游应用中占比最高的为 IC 领域，占比 51%，其次为光 学半导体，占比 32%。非半导体应用主要为 SAW 滤波器及其他电子元件等。
资本开支回落，经营性现金流状况良好。FY2018-2020 公司分别对三家工厂中的两家设 备和工具工厂进行了扩建，并在 FY2021 投资 280 亿日元设立了 Haneda 研发中心，资本 开支大幅增加。FY2018-2021 公司营收保持高速增长同时盈利能力持续上升，经营现金 流由 273 亿日元增长至 837 亿日元，为公司扩产与新建项目提供了良好的现金支撑。
二、DISCO 是半导体划片/减薄设备全球龙头
（一）精密加工设备产品介绍
DISCO 是全球领先的半导体制造设备厂商，专注于晶圆减薄、抛光和切割领域。其业务 模式是将 Kiru（切）、Kezuru（削）、Migaku（磨）三大核心技术整合为系统解决方案进 行销售，依靠设备+材料+售后服务的组合拳，公司得以在半导体划片/减薄设备市场取得 数十年来的绝对领先地位。公司官网在售的 54 款设备可分为划片和减薄两大类别：
划片设备（39 款）：切割机（Dicing Saws）、激光切割机（Laser Saws）、芯片分割机 （Die Separator）、水刀切割机（Water Jet Saw）
减薄设备（15 款）：研磨机（Grinders）、抛光机（Polishers）、研磨抛光一体机 （Grinder/Polisher）、表面平坦机（Surface Planer）、晶圆贴膜机（Tape Mounter）
DISCO 的大部分产品已被广泛应用于半导体芯片制造工序，涉及硅片制造、晶圆制造（前 道）和封装测试（后道）各环节：
硅片制造环节：DISCO 研磨机用于减薄从硅锭切割的晶圆，随着半导体芯片变得更 薄且功能更高，减薄过程中的平面度精度变得越来越重要。
晶圆制造环节：DISCO 表面平坦机是通过金刚石刨刀进行刨削加工，实现对延展性 材料（Au、Cu、焊锡等），树脂（光刻胶，聚酰亚胺等），以及其他复合材料的高精 度平坦化，可替代 CMP 的部分工序，提高生产效率及降低成本。
封装测试（后道）——背面减薄环节：DISCO 背面研磨机用于晶圆的背面研磨以使 其变薄，同时保护正面的电路；损坏的层可以通过抛光去除以提高减薄晶片的强度， 在此过程中 DISCO 抛光机则可大显身手。而晶圆贴膜机是为了处理 12 寸超薄晶圆， 特意与背面研磨机组成联机系统的晶圆贴膜机，针对研磨薄化后的晶圆，可安全可 靠地实施从粘贴切割胶膜到框架上，再到剥离表面保护胶膜为止的一系列工序，是 一项实现高良率薄型化技术的专用设备。
封装测试（后道）——晶圆切割环节：DISCO 切割机用于将晶圆切割成一颗颗独立 的裸片（die），随着芯片尺寸的持续微缩和性能的不断攀升，芯片的结构越来越复 杂，芯片间的有效空间日益缩小，切割难度逐步提升，这对于精密切割晶圆的划片 设备的技术要求越来越高，除了传统的刀片切割之外，近年来业内使用激光切割技 术的比例大有上升趋势，DISCO 在此拥有充足且领先的布局。在芯片封装在树脂中 后，DISCO 芯片分割机也用于将其切割成一颗颗独立的芯片（chip）。
（二）设备晶圆加工精密设备市场的王者
根据 SEMI 数据，2021 年全球封装设备市场规模约 70 亿美元，占全球半导体设备市场比 例为 6.8%。划片机在封装设备市场份额约为 28%，2021 年全球划片机市场份额约 20 亿 美元。而根据 Marketresearch 数据，2021 年全球晶圆减薄设备市场规模约 6.14 亿美元。综上，2021 年全球半导体晶圆划片切割/减薄设备市场合计约 26 亿美元。DISCO 和东京精密两家日本企业高度垄断市场。2021 年 DISCO 实现营业收入 2538 亿日 元，约 21 亿美元，公司 2022 财年第一季度财务报告中公布 2021 年各季度业务占比，其 中精密加工设备平均占公司营收比重约 56%，DISCO 垄断全球近半数的划片机和减薄机 市场，拥有绝对话语权，其次是东京精密。国内市场划片设备份额领域，ADT 公司所占 份额不足 5%，其余绝大部分市场份额均被 DISCO 和东京精密所占据。
（三）DISCO 高精密加工设备优势
1、高精准度技术优势，抬高市场进入壁垒
DISCO 的设备精准度非常高。切割材料的精度高达微米级，相当于将人的头发横向切割 35次。而减薄设备可以将晶圆的背面研磨至5µm厚度，约为日常复印机纸张厚度的1/20， 加工过后材料即呈现半透明状，公司设备亦可将直径为 30 cm 的晶圆的厚度变化控制在 1.5 µm 以内，这大大提高了材料的抗断裂性。在过去 10 年中，DISCO 平均将其收入的 10% 用于研发，以保持其技术优势。
2、解决方案导向与需求定制化，增强客户粘性
DISCO 的工程师会进行试切，并为客户确定设备、耗材和加工方法的最佳组合。寻求最 优应用解决方案主要是通过客户提供的工件（加工材料）经行试切（加工测试），根据要 求的生产率、安装空间、预算等选择设备，并在考虑工件材料、要求质量等因素的情况 下选择精密加工工具，经行试切。通过试切，从加工工具转速、加工工作台运转速度、 切削进水量和冷却去除加工颗粒的温度、供水角度等众多项目中选择最符合客户要求的 加工条件，工件固定材料和方法等。细微的环境差异，例如工件状况、累计加工晶圆片 数、设备安装情况等，都可能影响加工结果，因此无论是在客户考虑新购买 DISCO 设 备还是在老产品的效率提升时，都会经行试切。如果现有产品难以达到预期效果，将通 过制作原型加工工具和/或零件来经行试切，即产生定制化需求。近年来，由于器件结构 复杂、die stacking 超薄化等因素，对加工的要求越来越高。因此，这种建立在提供最优 解决方案和满足定制化需求的配套服务加强了 DISCO 与客户的粘性。
3、深耕利基市场稳中有进，提升耗材实力降低业绩波动
根据 SEMI 和 Marketresearch 数据计算，DISCO 所从事的半导体划片切割/减薄设备市场 规模不足 30 亿美金，占全球半导体设备市场比例不足 3%。当我们将市场数据与 DISCO 的高市占率进行比较时，很明显公司处于利基市场，这带来两个优势：首先，它限制了 大玩家进入该领域的潜在回报；其次，减少了来自客户方面的价格压力，利润率得以保 障（公司销售净利率保持在 20%左右）。在半导体制造过程中不精确的切割、研磨或抛光 极有可能会损坏晶圆和芯片，考虑到不划算的风险收益比，使得下游客户不会贸然在这 一低价值量环节更换供应商。DISCO 超过一半的收入来自精密设备的销售，这实际上反映了下游半导体制造客户的资 本支出。多年来半导体行业的资本支出一直呈现周期性波动，这也导致了公司设备销售 的起伏，而近年来，随着耗材业务（精密加工工具和维修业务）比重的不断提升，一定 程度上平衡了公司的业绩波动。
（四）技术储备丰富，引领未来发展方向
1、划片机——激光切割设备领军者
划片机按照加工方式的不同可分为冷加工的砂轮划片机和热加工的激光划片机。激光划 片机主要分为激光烧蚀加工和隐形切割两种，DISCO 第一台激光切割设备于 2002 年发 布，在这一领域亦有深度布局。激光烧蚀加工是通过在极短的时间内将激光能量集中在微小的区域，从而使固体升华、 蒸发的加工方法。特征是：1）低热损伤加工；2）属于冲击和负荷都很小的非接触加工；3）还可以处理加工难度高的硬质工件；4）宽度在 10 µm 以下的狭窄切割道也能加工。在烧蚀加工中，通过调整激光加工的深度，可以实现“开槽”、“全切割”和“划片”3 种加工，分别适用于 Low-k 膜/氮化铝/氧化铝陶瓷、硅/砷化镓和蓝宝石等材料 隐形切割是将激光聚光于工件内部，在工件内部形成改质层，通过扩展胶膜等方法将工 件分割成芯片的切割方法。优点是由于工件内部改质，因此可以抑制加工屑的产生。适 用于抗污垢性能差的工件；适用于抗负荷能力差的工件（MEMS 等），且采用干式加工工 艺，无需清洗；可以减小切割道宽度，因此有助于减小芯片间隔。
开发激光切割的目的在于处理高性能半导体，其与刀片切割设备并未形成竞争，是一种 场景互补的良性发展关系，随着近年来高性能半导体市场持续高景气，激光切割设备销 售增速更高，其占刀片切割比例已提升至 35%~40%，DISCO 作为行业领军者深度受益。
2、减薄设备——独到的 TAIKO 工艺
公司独创的 TAIKO 工艺，与以往的背面研削不同，在对晶圆进行研削时，将保留晶圆外 围边缘部分（约 3 mm 左右），只对圆内进行研削薄型化的技术。
“TAIKO 工艺”的优点：
通过在晶片外围留边：减少晶片翘曲、提高晶片强度，使得晶片使用更方便、薄型 化后的通孔插装/配置接线头等加工更便捷。
不使用硬基体等类似构造而用一体构造的优点：晶片薄型化后需要高温工序(镀金属等)时，没有脱气现象发生；因为是一体构造，形状单一，可降低颗粒带入现象。
不在外围区域负重的优点：研削外围区域有梯状的晶片更方便；崩角现象为零。
3、SiC 材料加工——全流程的降本提效
碳化硅单晶具有优异的热、电性能，在高温、高频、大功率、抗辐射集成电子器件领域 有着广泛的应用前景。碳化硅硬度高、脆性大、化学性质稳定，传统加工方法不完全适 用因此在加工过程中会出现效率降低、成本增加的现象。DISCO 创造性地采用 KABRA 技术、4 轴磨削和干法抛光、超声波切割和隐形切割，分别在碳化硅片制造、器件减薄、 切割环节实现了显著的优化效果。碳化硅片制造：2016 年，DISCO 研发出新型碳化硅晶锭激光切片技术（KABRA），显著 缩短加工用时，将单片 6 寸 SiC 晶圆的切割时间由 3.1 小时大幅缩短至 10 分钟，单位 材料损耗降低 56%，晶圆产量提升 1.4 倍。同时新技术可抑制晶圆起伏，无需研磨操作。
碳化器件减薄：碳化硅断裂韧性较低，在薄化过程中易开裂，导致碳化硅晶片的减薄非 常困难。DISCO 通过 4 轴磨削提高生产率，通过干法抛光提高质量。
碳化器件切割：超声波切割提高处理速度和质量、减少韧性材料的毛刺；隐形切割无需 清洗，且有助于减小芯片间隔。
三、金刚石工具广泛应用于半导体切磨抛，八十余载构筑 DISCO 龙头地位
（一）金刚石工具为半导体加工关键耗材，DISCO 为行业龙头
金刚石工具广泛应用于半导体各加工环节。金刚石工具是指以金刚石及其聚晶复合物为 磨削单元,借助于结合剂或其它辅助材料制成的具有一定形状、性能和用途的制品，广泛 应用于半导体、陶瓷、玻璃等硬脆材料的磨削、切割、抛光加工。半导体加工领域常见 的金刚石工具有研磨/减薄砂轮、切割刀片、CMP 钻石碟、电镀金刚线等。
在半导体的前道加工工序中，金刚石工具用途包括：（1）切割：包括晶棒截断与切片。电镀金刚石带锯或内圆切割片均可用于晶棒截断，但内圆或外圆切割效率低、材料损失 率大、加工质量低，故目前多采用金刚石带锯来切割晶棒。晶棒切片的方法主要包括内 圆切割和线切割，线切割相较内圆切割具有效率高、切割直径大及锯痕损失小等优点， 目前硅基半导体主要使用磨料线锯切割加工方式。（2）研磨与抛光：包括晶棒滚圆、晶 圆片表面研磨、晶圆片边沿倒角与磨边，不同的研磨区域所需的研磨砂轮形状和厚度等 参数不同。
在半导体的后道加工工序中，金刚石工具主要用于 CMP 修整器、背面减薄及划片。
CMP 是半导体硅片表面加工的关键技术之一，CMP-Disk（钻石碟）是 CMP 过程重要 耗材。CMP（化学机械抛光）是半导体先进制程中的关键技术，伴随制程节点不断突破 已成为 0.35μm 及以下制程不可或缺的平坦化工艺，关乎着后续工艺良率。CMP 采用机 械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺，与普通的机械抛光相比，具有加工成本低、方法简单、 良率高、可同时兼顾全局和局部平坦化等特点。抛光垫表面的沟槽起着分布抛光液和排 除废液的作用，抛光垫的表面粗糙度和平整度直接影响着 CMP 结果。抛光垫在 CMP 过 程中易老化、表面沟槽易堵塞，从而使抛光垫失去抛光的作用。此时需要 CMP-Disk 修 整抛光垫的表面，使抛光垫始终保持良好的抛光性能，修整器起着去除抛光垫沟槽内废 液、提高抛光垫表面粗糙度和改善抛光垫平面度的作用，因此 CMP-Disk 的性能直接影 响晶圆表面全局平坦化的效果。
划片刀是封装环节重要材料。切割晶圆主要有激光切割及机械切割（划片刀切割）两种 方法，由于（1）激光切割不能使用大功率以免产生热影响区（HAZ）破坏芯片；（2）激 光切割设备非常昂贵（通常在 100 万美元/台以上）；（3）激光切割不能做到一次切透（因 为 HAZ 问题），因而第二次切割还是用划片刀来最终完成，故划片刀在较长期内仍将是 主流切割方式。划片刀一般由合成树脂、铜、锡、镍等作为结合剂与人造金刚石结合而 成，主要分为带轮毂型（硬刀）及不带轮毂整体型（软刀）两大类，适用于加工不同类型材质的芯片及半导体相关材料。
划片刀和减薄砂轮是半导体晶圆加工所用的主要金刚石工具。根据轩闯等的论文《半导 体加工用金刚石工具现状》，国内半导体用金刚石工具市场中减薄砂轮、划片刀分别占比 26.5%、55.0%。国内半导体金刚石工具市场规模约 30 亿元。根据上海新阳公告，2018 年国内晶圆划片 刀年需求量为 600-800 万片。根据 IC insights 及 Knometa Research，2018-2021 年中国大 陆晶圆产能复合增速约 9.6%，因晶圆划片刀属消耗品，假设晶圆划片刀需求量复合增速 与同期中国大陆的晶圆产能复合增速保持一致，计算得 2021 年我国晶圆划片刀年需求量 为 864-1152 万片，取中值为 1008 万片；按每片 160 元计算，2021 年国内晶圆划片刀的 市场规模约为 16 亿元；根据划片刀在国内半导体用金刚石工具的占比为 55%，得到 2021 年国内半导体用金刚石工具的市场规模约 29.3 亿元，减薄砂轮的市场规模约为 7.8 亿元。
根据 QYResearch 数据，2020 年全球 CMP 抛光垫修整器的市场规模约 15 亿元，预计 2026 年将达到 18 亿元，年复合增长率 3.1%。其中中国台湾地区是 CMP 修整器最大市场，占 比约 22%，接下来依次为韩国、中国大陆、日本，分别占比 21%、15%和 14%。
划片刀、减薄砂轮市场 DISCO 一枝独秀。目前国际巨头占据了划片刀、减薄砂轮市场 的绝对份额，根据《半导体加工用金刚石工具现状》，中国约 90%的半导体加工用划片刀 和减薄砂轮来自进口，高端半导体加工企业所用金刚石工具基本上被国外产品垄断。国 外半导体用金刚石工具厂商主要包括日本 DISCO、日本旭金刚石、东京精密、韩国二和 (EHWA)及美国 UKAM 等，其中 DISCO 产品性能更为领先，在晶圆划片刀和减薄砂轮市 场具有绝对份额。2021 财年 DISCO 来自中国大陆地区的收入为 49 亿元，假设其中耗材 的占比与公司总体业务中耗材的占比 23%一致，则 2021 年 DISCO 在中国大陆的划片刀 和减薄砂轮营收约 11 亿元，在中国大陆 23.8 亿元的市场中占比 47%。
我国对超硬材料的研究起步较晚，在部分领域的国产金刚石工具性能已达到进口水平， 如晶棒剪裁、晶棒滚圆、晶圆倒角与开槽以及晶片研磨工艺中的金刚石工具已能自给。但由于晶圆减薄及划片技术要求更高，国内减薄砂轮与划片刀产品与国外差距较大。减 薄砂轮方面，中国砂轮企业股份有限公司（中国台湾）、郑州三磨所、三超新材等均有布 局；划片刀方面近几年郑州三磨所、上海新阳、三超新材已有相关产品量产；CMP-Disk 产品布局厂商较少，主要为三超新材。
（二）半导体切磨抛材料精度要求高，DISCO 八十余载立体式布局构筑龙头地位
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