1.1 离子注入机主要用于半导体、光伏、面板等掺杂工艺
离子注入机主要用于掺杂工艺。目前从掺杂工艺技术上有 2 种方法：1 是高温热扩散法，即将掺杂气体导入放有硅片的高温炉，将杂质扩散到 硅片内的一种方法；2 是离子注入法，通过离子注入机的加速和引导， 将要掺杂的离子以离子束形式入射到材料中去，离子束与材料中的原子 或分子发生一系列理化反应，入射离子逐渐损失能量，并引起材料表面 成分、结构和性能发生变化，最后停留在材料中，从而优化材料表面性 能，或使材料获得某些新的性能。离子注入法相比高温热扩散法，具备 掺杂均匀性好，纯度好，低温灵活、可控精度等优点。有些特殊的掺杂 如小剂量浅结掺杂、深浓度峰分布掺杂等扩散无法实现，而离子注入却 能胜任。目前，结深小于 1um 的平面工艺，基本都采用离子注入技术完 成掺杂。
离子注入机工作原理：离子注入机主要由离子源、磁分析器、加速管或 减速管、聚焦和扫描系统、工艺腔(靶室和后台处理系统)五部分组成， 工作原理是从离子源引出的离子经过磁分析器选择出需要的离子，分析 后的离子经加速或减速以改变离子的能量，再经过两维偏转扫描器使离 子束均匀的注入到材料表面，用电荷积分仪可精确的测量注入离子的数 量，调节注入离子的能量可精确的控制离子的注入深度。
1、 离子源：产生大量的注入正离子部件，常用杂质 BF3/Ash3/PH3. 2、磁分析器:吸极用于把离子从离子源室中引出，分析器磁铁呈 90 度角，不同离子偏转的角度不同最后分离出所需的杂质离子； 3、加速管：加速正离子获得更高的速度和动能； 4、聚焦和扫描系统：用于使离子束沿 x、y 方向在一定面积内进行扫描， 分为中束流的束斑和大束流的束斑。 5、工艺腔：硅片传输系统和计算机控制系统。
离子注入机主要用于集成电路、光伏和面板中，我们分三个领域来详细 论述下应用情况以及所在市场规模。
1、集成电路应用领域
离子注入机四大 IC 设备之一。离子注入机与薄膜沉积设备、光刻设备、 刻蚀设备同列为四大集成电路制造关键制程设备。其中薄膜沉积属于增 材，刻蚀属于减材，光刻属于图形化，而离子注入机是对材料进行改性 加工。
离子注入机用于集成电路晶圆加工部分，由于离子注入具备低温掺杂、 精确的剂量控制、掩蔽容易、均匀性好这些优点，使得经离子注入掺杂 所制成的集成电路具有速度快、功耗低、稳定性好、成品率高等特点。 对于大规模、超大规模集成电路来说，离子注入更是一种理想的掺杂工 艺，如在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子注入硅圆表 面，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的导 电性，经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过 30 万千米每小 时，如离子注入砷化嫁可制出超高速集成电路,其速度比同样规模的硅 材料制的电路快几倍、而且工艺也大大简化，离子注入 HgCdTe 可制出 卫星照象和遥感用高灵敏度的红外探测器。当前采用嵌入式存储器的 CMOS 集成电路的注入工序多达 60 多道。
离子注入的主要功能是通过改变芯片内载流子的分布从而达到所需的 电参数和电性能，具体应用包括：1、隔离工序中防止寄生沟道用的沟 道截断，2、调整阈值电压用的沟道掺杂/3、CMOS 肼的形成/4、浅结的 制备等。
以离子注入在浅结形成中的应用为例：
为了抑制 CMOS 穿通电流和减小器件的短沟效应,半导体工艺的重要要求是减小 CMOS 源/漏结深。先进 CMOS 工艺对器件 p-n 结有很高要求,要有高的表面掺杂浓度、极浅的结深、低接触和薄层电阻以及小 的结漏电流等。为了形成浅结,离子注入是一种可选技术,结深由注入能量和下一步扩散工艺决定。注 入能量的下限受束流下降限制,扩散温度的下限取决于消除注入损伤、激活杂质和避免退火期间的瞬 时增强扩散。现代商业注入机通常不低于 10keV,非常低的能量存在束流稳定和低束流问题。为了制 作超浅p-n结,现代商业注入机所采用的注入杂质的射程太大,为获得小于60nm的结深,要严格控制注 入分布,对此还存在于射程偏差、横向偏差和沟道等有关的问题。为了形成非晶的表面层,注入一种电 不激活物质,如硅或锗,可以制作 p-n 浅结。这样可以消除沟道效应,而且与重损伤注入层相比,完全非 晶层退火后有更好的晶体质量。
2、光伏应用领域
光伏电池的生产过程一般包括硅片的清洗、制绒、掺杂制结、边缘刻蚀、 清洗、沉积减反射层、丝网印刷、高温烧结、电池效率测试分选等多个 环节。其中扩散制结过程是指采用热扩散掺杂技术在硅片中制备 P-N 结 的过程，目前离子注入技术用于光伏电池的掺杂主要包括 P 型晶硅电池 的发射极，N 型 PERT、TOPCon 和 IBC 电池的发射极以及背场。其原 理是以一定的能量将掺杂离子注入到硅片中，通过随后的退火激活完成 掺杂，掺杂制结过程的质量决定了电池转换效率、衰减率、良品率等多 个关键指标，所以从工艺的优越性还是成本的低廉性上，离子注入技术 都是 N 型高效 TOPCon 电池和 TOPCon IBC 电池的必需技术之一。
N-PERT 电池量产上，离子注入主要用于背场掺杂。由于离子注入的方向 性和单面性，对比双面扩散工艺，离子注入技术制作 N-PERT 电池具有 更简单的工艺步骤，对背场结型和电池漏电有更好的控制。
基于钝化接触的 TOPCon 电池，离子注入主要用于多晶硅的高剂量掺 杂和绕镀多晶硅的选择性刻蚀。和 N-PERT 电池一样，用扩散对背面多 晶硅进行掺杂时需要在电池正面制作掩模保护层，使得电池制造工艺变 得复杂。采用离子注入不仅可以对多晶硅进行精确可控的掺杂，并且注 入后形成的非晶硅层可以作为碱刻蚀的阻挡层，通过简单的碱刻蚀步骤 即可去除绕镀到正面的多晶硅
以钝化接触的 TOPCon IBC 电池为例：离子注入主要用于 TOPCon IBC 电池背面 P 型多晶硅的硼掺杂和 N 型多晶硅的磷掺杂，以及电池正面 的前表面场的掺杂。由于 IBC 电池的背面同时具有 P 型区域和 N 型区 域，为了避免电池漏电，P 型区域和 N 区域之间的隔离是必须的，利用 离子注入后形成的非晶硅层可以作为碱刻蚀的阻挡层的特性。
3、面板 AMOLED 离子注入机
AMOLED 全称是主动矩阵有机发光二极体，被称为下一代显示技术，是 OLED 自发光显示器技术的一种。与传统 LCD 液晶面板相比，AMOLED 面板具有 更薄更轻、主动发光、高清晰、高亮度、视角广，响应快速、能耗低、 成本低和可实现柔软显示等优势，未来将取代 LCD 成为主流.,其制备工 艺包括：ITO 玻璃清洗→光刻→再清洗→前处理→真空蒸镀有机层→真空 蒸镀背电极→真空蒸镀保护层→封装→切割→测试→模块组装→产品检 验及老化实验等十几道工序。
离子注入为 AMOLED 前段背板段工艺环节，背板主要通过成膜，曝光，蚀 刻叠加不同图形不同材质的膜层以形成 LTPS，技术难点在于微米级的工 艺精细度以及对于电性指标的极高均一度要求，背板段流程中涉及的设 备有：光刻机、湿刻机、干刻机、ICP-干刻机、PVD、CVD、TEOSCVD、HF 清洗机、激光晶化机、离子注入机、快速热退火机等，离子注入对 AMOLED 中硅载流子进行掺杂，从而改变 AMOLED 面板的导电特性，离子注入为 AMOLED 的必要环节。
1.2 受益景气需求，集成电路离子注入机迎近百亿规模
集成电路技术带动产品增长。目前平面结构的集成电路设计无法满足更 高密度的集成度，集成电路由平面结构向三维立体结构化成为集成电路 先进制程的发展方向之一，目前国际先进集成电路厂商大力发展FinFET 和3D NAND等集成电路技术，将给离子注入机带来新的需求机会。
离子注入机未来每年市场规模约90亿元。，2021年7月，北美半导体设备制造商出货金额为38.6 亿美元，环比6月的36.9亿美元提升4.5%，同比上涨49.8%，除了再度改 写新高，也已是连续7个月创新高，而展望未来，据SEMI统计，全球半导 体制造商将在今年底前开始建设19座新晶圆厂，2022年再另外建设10座， 未来3年这29座晶圆厂的设备支出预计将超过1400亿美元。由于晶圆厂投资的扩产一般在18-24个月，我们假设按照3年平滑，每年设备支出将近 467亿美元，据SEMI数据统计，离子注入机在晶圆制造工艺设备的市场规 模中占比3%左右，我们以大约3%的设备占比估算未来每年集成电路所需 离子注入机每年市场规模在14.01亿美元约90亿元，而目前国内晶圆建设 如火如荼，假设中长期国产化占据半，市占率达到50%，则对应国内市 场规模约为45亿元。
1.3 半导体离子注入机集中度高，国产替代空间大
技术壁垒和集成度高。离子注入机所在行业具有技术、人才、资金、品 牌壁垒，以技术为例，其涉及高压电子、机械、电气、计算机控制、等 离子体物理等多个高技术学科，理论门槛较高，系统集成难度较大且需 要充分考虑下游光伏、集成电路、AMOLED 等应用端客户的生产工艺路线和技术水平，是一套基于核心装备且跨产业、跨学科的整体解决方案； 至于品牌则是由于半导体生产制造设备直接关系到下游产品的性能和良 率，半导体设备厂家一般与下游客户长期合作，较少更替。另外离子注 入机根据离子束电流和束流能量范围，一般可以把离子注入机分为低能 大束流离子注入机、高能离子注入机和中低束离子注入机。目前，全球 离子注入机仍以大束流离子注入机为主，根据 Gartner 数据显示，大 束流离子注入机占全部离子注入机市场份额的 61%，中低束流离子注 入机及高能离子注入机分别占比 20%和 18%。
半导体 CR（2）在 70%，且设备比较全面。离子注入机的品牌壁垒决定 行业集中度高，根据 2018 年 8 月此前万业企业收购资产公告，目前全 球第一大和第二大厂商美国应用材料公司和美国 Axcelis 公司分别占据 50%/20%合计 70%份额，且美国应用材料和美国 Axcelis 公司是目前全 球行业内唯一两家全方面发展了三种离子注入机的公司。
国外离子注入机厂商侧重集成电路、国内离子注入机规模尚小。综合来 看，目前市场上离子注入机主要由美国和日本的厂商垄断，知名公司还 有中国台湾 AIBT 汉辰科技、日本住友、日新公司、日本真空，VARIAN （瓦里安）, SEN 和 Invetac 等，其中日新公司是 AMOLED 离子注入 机市场垄断厂家，汉辰科技产品主要服务于台积电，而国内起步较晚， 目前主要代表性的企业仅有凯世通和北京中科信电子装备两家：（1）凯 世通研发的首台低能大束流离子注入机在国内一家 12 英寸主流集成电 路芯片制造厂完成设备验证工作并确认销售收入；中电科电子装备自主 研发的国内首台中束流离子注入机在中芯国际大生产线上稳定流片。 （2）光伏竞争格局目前全球只有凯世通、美国 Intevac 公司、日本真 空 3 家公司主要从事光伏离子注入机的生产制造，凯世通的光伏离子注 入机更被广泛应用，2018 年市场占有率全球第一；（3）面板竞争格局: 离子注入机主要有日新垄断市场。
三年布局半导体终放量，彰显半导体发展决心。凯世通成立于 2009 年 4 月，最 早与世界排名第二的 Axcelis 合作离子注入等相关设备研发、生产、应用和服务 为一体的高科技企业，主要产品为光伏离子注入机及配套设备，公司以陈炯博士 为首的五位世界一流离子注入设备专家创立，多次承接国家和上海部课题，是中 国第一个将离子注入机应用于光伏领域的企业。公司于 2018 年 7 月从新三板退市 转让给主板万业企业。经过万业企业的整合，凯世通在 2021 年上半年首台低能大 束流离子注入机在国内一家 12 英寸主流芯片制造厂完成设备验证并确认销售收 入，迎来经营拐点。
2.1 技术专家起身，志在实现半导体国产替代
拥有强大的创始人和技术团队。凯世通创始团队在创立凯世通之前均为 IC 离子注入机领域的专家，公司管理团队由以陈炯博士为首的五位世界 一流离子注入机专家组成。陈炯博士是国际离子注入技术协会终生常务 理事，他曾以著者或合著者的身份发表论文 15 篇，拥有 16 项美国专利， 其他四位创始人为杰弗里•伯克尔博士，洪俊华博士，唐纳德•贝里恩博士和陈维博士，公司被收购后，陈炯、洪俊华、JEFFREY SCOTT BOEKER 将间接持有万业企业股份，另外核心技术团队还包括其他拥有离子注入 机相关专利的技术人员。
凯世通创始团队具备 IC 离子注入机的专利和技术积累，研发和发展得 到国家重大专项和政府的支持。作为国内仅有的 2 家从事离子注入机研 发和产业化的公司，凯世通承担了打破国外垄断和提升半导体设备国产 化率的使命，2019 凯世通的研发和发展得到了国家 02 专项和上海市政 府的大力支持，其中国家 02 专项―极大规模集成电路制造装备及成套工 艺的课题―离子源研发及低能减速机构的设计，根据万业企业 2018 年 8 月收购资产草案，凯世通的光伏离子注入机和 AMOLED 离子注入机均为中 国首台套，FinFET 离子注入机是国内第一台针对 FinFET 集成电路工艺 的离子注入机。目前公司拥有核心技术包括多模式离子注 入系统和方法、大尺寸束流传输系统和方法、背接触光伏电池制作工艺、 FinFET 掺杂工艺、会切磁场离子源、AMOLED 离子注入机离子束传输系统。
2.2 半导体离子注入机：受国内晶圆扩产，离子注入机开启交付成长
公司具备替代国外集成电路低能大束流离子注入机的能力。凯世通创始 团队主要来自世界知名离子注入机公司，深耕离子注入机领域 30 多年， 对比国外厂商提供全系列的集成电路离子注入机，凯世通的集成电路离 子注入机目前主要聚焦于低能大束流离子注入机，虽然在最大产能、开 机率、注入能量三项指标上低于国外主流同类产品但凯世通在低能和大 束流等核心指标上已达到或超过国外同类产品，且能够满足国内集成电 路行业实际应用。另外凯世通离子注入机系列产品采用通用平台加模块 化设计，使得不同的离子注入机型共享相同的注入平台硬件和软件控制 系统，并可结合当下客户最新需求加以改进。
受益国内晶圆厂扩产及国产替代，公司订单进入成长期。根据公告，凯 世通此前在集成电路工艺技术更新换代之际曾开发过多款畅销离子注入 机，在国产化进程中，经过 8 个月的验证时间，公司 2020 年第四季度与 国内一家12英寸主流FAB厂签署订单其中首台低能大束流离子注入机于 2021 年上半年完成验证并确认收入；2021 年上半年另外 1 台低能大束流 重金属和 1 台低能大束流超低温离子注入机已交付客户；高能离子注入 机设备按客户交付计划进行组装。同时公司新增与国内另一家 12 英寸 芯片厂签署 1 台低能大束流超低温离子注入机和 1 台高能离子注入机订 单。从目前在手订单看公司约有 4 台，根据产业链调研，低能和高能价 格根据单价在 2000-6000 万不等，高能突破也能带来价格提升，同时中 长期看，根据 SEMI 数据看，全球晶圆厂预测在未来将新建 29 座，其中 中国独占 19 座晶圆厂，占比为 65%，成为全球拥有晶圆代工厂最多的国 家，公司成长主要来自于既有晶圆厂商份额提升、国内新晶圆厂客户开 拓、以及公司从低能大束切入高能等单价更高产品。
2.3 光伏离子注入机：具备规模和先发优势，产品验证静待释放
此前光伏离子注入机世界第一。离子注入机具有较高的技术门槛，自 2015 年美国应用材料公司因设备成本和产能问题宣布退出光伏离子注 入机的生产以后，全球只有凯世通、美国 Intevac 公司、日本真空 3 家 公司生产光伏离子注入机。根据公司此前公告对上海证券交易所《关于 对上海万业企业股份有限公司发行股份购买资产报告书（草案）信息披 露的问询函》之回复公告中，2017 年光伏离子注入机总销量为 17 台， 公司销售 15 台，公司产品凭借着较高的正面转换效率和双面率、温度系 数低、光衰减系数低、弱光响应等优势，有效降低系统度电成本，为客 户带来更高收益，在行业中具有较强的竞争优势。
光伏离子注入机定制化优势，战略绑定大客户。凯世通的光伏离子注入 机设备对应的是 N 型 PERT-TOPcon-TOPcon IBC 技术路线，N-PERT 电池 于 2016 年开始进入市场，根据中国光伏协会此前统计，N-PERT 电池主 要生产厂商有两家，分别为苏州中来光伏和河北保定的英利能源等，随 着 2018 年 5 月 31 日光伏新政发布，大型光伏电池生产厂商晶科、晶澳、 天合、国电投、协鑫集成下属子公司、中来股份等在已开始研究的基础 上，加快采用 N 型 PERT-TOPCon-TOPCon IBC 技术方案并实施，与其他厂 商比，凯世通的光伏离子注入机兼具性能、售价和使用成本的优势，公 司目前为光伏产业定制了离子注入机，并迭代推出了三款产品，截至公 司半年报，凯世通开发的 iPV6000 光伏离子注入机产品已完成验证工作， 这也进一步满足了市场对高产能与高效率设备的需求，后续随着市场的 需求有望快速释放。
2.4 收购半导体设备零部件不断夯实平台化战略
积极布局半导体产业链上游，夯实平台化能力。2020 年 12 月，公司牵 头境内外投资人完成对全球领先的集成电路气体输送系统领域精密零组
件及流量控制解决方案供应商 Compart Systems 的收购，并间接成为 Compart Systems 第一大股东拥有 33.31%股权。Compart Systems 是集 成电路设备所需的气体输送系统领域供应商之一，其主要产品包括 BTP （Built To Print）组件、装配件、密封件、气棒总成、气体流量控制 器（MFC）、焊接件等，产品用于集成电路制造工艺中氧化/扩散、蚀刻和 沉积等设备所需的精确气体输送系统，是全球少数可完成该领域零组件 精密加工全部环节的公司。本次收购进一步增厚、拓展了公司对集成电 路装备行业覆盖的深度和广度，同时通过本次交易，公司将依靠 Compart 公司产品、技术和市场，对公司现有的集成电路设备业务和资源、渠道 进行整合，发挥协同效应，加快公司现有业务和资源的全球化布局。
Compart Systems 受益下游需求业绩迎快速成长。根据 SEMI 数据披露， 2020 年全球半导体设备销售额 712 亿美元，同比增长 19%，受益于全球 半导体设备业绩提升，作为集成电路设备制造商的上游供应商，Compart Systems 营收也业绩迎来大幅增加，同时根据公告，2021 年上半年， Compart Systems 的相关产业也打入国内集成电路设备公司供应链，预 计在 2021 年下半年及后续将继续保持强劲的业绩增长趋势。
地产项目放缓，待售面积和在建工程等 3-4 年内消化。根据公司 2021 年最新半年报，公司 2021 年上半年实现签约住宅面积 9,504 平方米、车 位 18 个；合计签约金额约 17,644 万元，截至 6 月底，公司未销售面积 为上海宝山紫辰苑 3.2 万平方米，苏州湖墅金典尚有 2218 平方米，车位 780 个，无锡观山泓郡尚未销售面积 895 平方米，上海万业梦立方车位 98 个，而 2021 年上半年，公司主要在建工程为宝山 B2 项目。我们预计 未销售面积加在建工程未来 3-4 年内消化，我们假设 3-4 年消化，按照 单价变动预测每年贡献约 10 亿元左右营收。
收购凯世通半导体业务。根据公司公告及客户开拓情况，预测 2021-2023 年半导体专业设备营收分别为 1.70、4.70、8.14 亿，同比增加 681%、 176%、73%，毛利率分别为 50%、52%、55%等。我们预测如下：（1） 集成电路离子注入机：目前凯世通研发生产的集成电路离子注入机，上 半年完成国内 12 寸晶圆长验证并确认收入，目前仍有 3 台左右交付验 证，同时下半年及未来几年有望继续在原有客户份额提升、新客户开拓 以及高能大束流等新产品带来量价齐升。（2）光伏离子注入机：凯世通 开发的 iPV6000 光伏离子注入机产品已完成验证工作，后续随着光伏行 业 N-PERT 电池工艺路线实现量产将会带来释放。
国产替代进度不及预期：凯世通的下游市场目前主要为国内客户，受益下 游扩产带来对国产替代拉动，但下游晶圆厂可能因疫情、零配件供应等 导致国产替代进度低于预期。
收购整合不及预期风险：公司原有主业为地产公司，虽然浦东科投有集成 电路相关投资经验，但凯世通及参股公司涉及光伏和集成电路行业，可 能存在收购整合不及预期风险。
行业空间测算偏差风险：本文对离子注入机市场空间测算偏差基于一定 前提假设，存在实际达不到，不及预期的风险，另外投资人应充分深入 了解证券市场蕴含的各项风险并谨慎行事，盈利预测建立在一定假设条 件上，存在盈利预测的假设条件不成立影响公司盈利预测和估值结论的 风险，投资者应对本报告中的信息和意见独立评估判断并自行承担风险。
研报信息更新不及时风险：研究报告使用的公开资料可能存在信息滞后 或更新不及时的风险。
报告链接：万业企业专题报告：离子注入机经营拐点，半导体平台化不断拓展
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