半导体设备深度报告三：为何国产晶圆制造设备将迎历史性机遇？.pdf

1 / 60 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后 的免责声明部分 Table_Title 半导体设备深度报告三： Table_Industry 证券研究报告 行业研究 机械设备 xiaosTable_Main 为何国产 晶圆制造设备 将迎历史性机遇？ 增持 (维持 ) 投资要点 我国半导体产业是集国家力量发 展的 百年大计 芯片应用领域扩大，半导体行业进入高景气周期确定。 随着 AI 芯片、 5G 芯片、汽车电子、物联网等下游的兴起，全球半导体行业重回景气周期。存储器行业 3D NAND 扩产 导致 应用领域扩大，全球晶圆厂扩建 对芯片需求上升。 承接第三次产业转移， 发展增速领先全球 。 目前 全球前 20 大半导体公司被美国、欧洲、日本、韩国垄断 ，但从集成电路产业销售额看， 2017 年我国集成电路设计、制造、封 测三个产业分别实现 收入 2073.5 亿 /1448.1 亿 /1889.7亿，同比 +26.1%/+28.5%/+20.8%，显著高于全球市场增长率 。 中国作为世界半导体产业 新的 增长极，在全球晶圆 制造 设备市场份额仅有 4%，成长空间较大 。 随着半导体产业向中国的转移， 本土企业将通过自主研发提高技术水平，未来大陆将成为集成电路产业发展的核心地区。 全球晶圆厂兴建，半导体设备投资 大增 。 过去两年全球共兴建十七座 12 寸晶圆厂，有十座设在中国大陆。 2016-2017 年中国大陆兴建晶圆厂潮将带来2018-2019 年的设备投资潮，整个全 球半导体设备产业将会出现前所未见的欣欣向荣局面。中国大陆预计于 2019 年成为全球 设备 支出最高地区 ， 为国产半导体设备的崛起提供了发展机会 。 设备国产化 是必然选择 ： 需求 庞大 +核心工艺遭遇国外技术封锁 晶圆厂投资热潮带动半导体设备行业高增长 ： 以 格罗方德晶圆厂为例， 一座晶圆厂总 投资额中 80%的 金额 用于购买设备。 SEMI 预计 2018 年中国设备增速 将达 49%（ 全球 最高 ）， 为 113 亿美元。 技术封锁多年， 全部 依靠自主研发。 目前我国 半导体 设备自制率 不足 15%，且集中于 晶圆制造的 后道 封测（技术难度低） ； 前道工艺制程环节的 关键 设备如光刻机 （上微） 、刻蚀机 （中微） 、 薄膜沉积 （北方华创、中微） 等 仍 有待突破 ； 但 半导体 核心设备 特别是晶圆制造设备 在实际采购中面临国外企业的技术封锁（瓦圣纳协议）， 全面 国产化是必然选择。 封测环节已经国产化， 制程环节依然薄弱 。 12 英寸晶圆先进封装、测试生产线设备的国产化率已经可以达到 70%以上。 12 英寸、 90-28nm 制程的国产 晶圆设备已 进入国内外大规模集成电路主流生产线 ，但 技术仍 薄弱 。 大基金扶持力度将加快。 国家集成电路产业基金投资规模达 6500 亿，在上中下游布局的企业涵盖了 IC 设计、晶圆制造、芯片 封测等领域 ， 但 对 设备企业投资较少，只有少数几家例如长川科技 （ 大基金持股比例 7.5%） 。 我们认为，未来大基金 等 在设备方面的投资力度和政策扶持会加快， 晶圆制造 设备作为 IC 国产化的基石 所在 ，会迎来订单高峰和政策支持的双重利好。 大陆带动全球半导体投资大增，国产设备 市场空间 超百亿 根据 CEPEA 统计， 2016 年国产半导体设备在中国大陆市场占有率 不足 15%，其中 IC 设备占全部半导体设备销售的 49%。在新建集成电路生产线的推动下， 2018-2020 年国产集成电路设备年均增长率将超过 25%。 从设备 需求 端测算， 2018-2020 年 国产 晶圆 制造 设备市场空间增速 分别为54%， 78%和 97%， 2018-2020 年 累计 市场空间 达 250 亿 元 ， CAGR 为 87%。 从兴建晶圆厂 投资 端测算， 2018-2020 年 国产晶圆制造设备 市场空间增速 分别为 157%， 94%和 31%， 2018-2020 年 累计市场空间 387 亿 元 ， CAGR 为59%。 平均每年 超 百亿的市场空间 在 机械行业中 难得一见 。 建议关注 标的： 【 北方华创 】 产品线最全 （刻蚀机，薄膜沉积 设备 等） 的半导体设备公司 ； 【晶盛机电】 硅片环节 切磨抛整线能力具备 ， 硅片 抛光机技术 有望 延伸至 晶圆制造环节 ； 【 长川科技 】 检测设备从封测环节切入到晶圆制造环节 ； 【精测电子】 拟与韩国 IT&T 合作， 从面板检测 进军半导体检测领域 ； 其余关注 【 中微半导体 】 （拟上市 ， 国产 刻蚀机龙头 ） 。 风险提示： 晶圆制造 设备 国产化进程不及预期；下游芯片需求量低于预期 。 Table_PicQuote 股价走势 相关研究 1 半导体设备专题报告 二 ： 深度解析全球巨头“应用材料”试炼之路 -20180329 2 半导体设备专题报告一：半导体硅片供需大缺口带来的设备投资机遇 -20171212 3 半导体设备： 2018 年大硅片价格或将上涨，供需缺口带来设备投资机遇 -20180202 4 晶盛机电：中环大硅片扩产进度将超预期，半导体设备业绩贡献超越光伏可期 -20180315 5 晶盛机电： Q1 预增100%-130%， Q2 收入确 认预计提速 -20180306 6 晶盛机电：股权激励方案落地，未来成长可期 -20180302 Table_Author 2018 年 4 月 30 日 证券分析师 陈显帆 执业证书编号： S0600515090001 chenxfdwzq 证券分析师 周尔双 执业证书编号： S0600515110002 13915521100 zhouershdwzq -30%-20%-10%0%10%20%30%Apr-17May-17Jun-17Jul-17Aug-17Sep-17Oct-17Nov-17Dec-17Jan-18Feb-18Mar-18机械设备 (申万 ) 沪深 300 2 / 60 Table_Yemei 行业深度研究 F 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 投资案件 1、 关键假设、驱动因素以及主要预测 关键假设： 1） 中国晶圆制造设备市场需求处于上升阶段，根据 SEMI 数据线性外推，估计 2015-2020年中国市场 CAGR32.43%。 2）晶圆制造设备中，扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、外观检测设备、抛光设备、清洗设备投资额占生产设备比例为 1%、 23%、 30%、 2%、25%、 13%、 4%、 2%。 3）根据中国电子专用设备协会（ CEPEA）预测， 2020 年国产半导体设备市场占有率将达 20%。我们假设国产化程度以技术难度由高到低分为三个梯队，到 2020 年国产设备占有率分别为 5%/10%/20%。 4） 我们假设晶圆制造设备支出占晶圆厂总投资金额的比例约为 64%。 驱动因素： 1）受益于汽车电子，消费电子，人工智能等行业的快速发展，存储器行业 3D NAND 扩产，半导体芯片的应用范围急速扩大。 2）中国大陆大举兴建晶圆厂引发半导体设备投资热潮，预计中国大陆 2019 年将成为全球 半导体设备 支出最高的地区。 3） 半导体产业的驱动力已经由 PC 转化为下游 的消费电子产品，我国由于具备劳动力成本等多方面的优势，正在承接第三次大规模的半导体产业转移。 主要预测： 1）从晶圆制造设备端测算， 2018-2020 年国产晶圆制造设备市场空间增速分别为 54%，78%和 97%， 2018-2020 年累计市场空间达 250 亿元， CAGR 为 87%。 2） 从兴建晶圆厂端测算， 2018-2020 年国产晶圆制造设备市场空间增速分别为 157%， 94%和 31%， 2018-2020 年累计市场空间 387 亿元， CAGR 为 59%。 远超设备端测算。由于国产化进程将超预期，实际空间可能会更大。 2、 我们与市场不同的观点 1）提高中国半导体行业地位，首先要提高设备国产化率 根据 CEPEA 数据， 2016 年国产半导体生产设备在全球市场份额仅 4%，在中国大陆市场占有率 不足 15%， 有较大提升空间。 设备投资占半导体资本支出的 80%，因此，要想提高我国半导体行业地位，首要的是提高设备国产化率。从工艺流程看，国外晶圆制程已经接近物理极限，通过提高晶圆制造工艺，中国有望加速追赶国外先进水平。 2）未来大基金和国家产业政策在设备方面的投资力度和政策扶持会加快，设备国产化是 IC 国产化的重中之重。 国家集成电路产业基金投资规 模达 6500 亿元，在上中下游布局的企业涵盖了 IC 设计、晶圆制造、芯片封测等领域。但设备企业投资较少，只有少数几家例如长川科技，大基金持股比例为 7.5%。我们认为，在集成电路这样的技术和资产密集型产业，只有实现设备国产化才能够掌握最核心的工艺，才能够实现真正意义上的国产化，预计未来国家资金会继续不断地向设备端倾斜。 3）大陆带动全球半导体投资大增，国产设备市场空间超 百亿 。 根据 CEPEA 的统计， 2016 年国产半导体设备在中国大陆市场占有率 不足 15%， 2018-2020 年国产集成电路设备年均增长率将超过 25%。根据我们的测算，从设备需求端看， 2018-2020 年市场空间 250 亿人民币 ， CAGR 为 87%。从兴建晶圆厂投资端测算，2018/2019/2020 年 市场空间 为 71/137/180 亿， 累计市场空间 387 亿元， CAGR 为 59%，远超 SEMI 对于 设备端测算。由于国产化进程将超预期，实际空间可能会更大。 3、 股价催化剂： 硅片厂产能不足，带动半导体全行业涨价；科技进步带来半导体的适用范围和需求量激增。 4、 主要风险因素： 晶圆厂投资低于预期、硅片需求量低于预期、存储器和半导体行业整体销量低于预期、国产设备商新产品研发进展低于预期。 3 / 60 Table_Yemei 行业深度研究 F 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 目录 1. 我国半导体产业是集国家力量发展的大产业 . 7 1.1. 半导体行业垄断程度加剧，中国大陆无缘前 20 强 . 7 1.2. 需求大增，产能有限，硅片涨价带动存储器涨价 . 9 1.3.受益于技术进步，半导体芯片应用领域扩大 . 11 1.4.全球半导体行业经历了三次产业大迁徙 . 12 1.5.追赶国外龙头，提高晶圆制造工艺是关键 . 15 2.设备国产化是必然选择：设备需求庞大 +核心工艺遭遇国外技术封锁 . 17 2.1.晶圆厂投资热潮带动上游半导体设备行业高增长 . 17 2.2.晶圆制造环节，关键设备国产化有待突破 . 18 2.3.国家政策与资金持续加码，设备投资占比尚低 . 20 2.4.半导体设备垄断程度高，国产设备差距大 . 22 3.大陆带动全球半导体投资大增，国产设备市场 空间超百亿 . 24 3.1.中国大陆成为晶圆厂支出全球增长极，国产晶圆 制造设备全面利好 . 24 3.2 国产晶圆制造设备，未来三年超百亿市场空间 . 28 3.3.从兴建中晶圆厂投资端测算：国产设备需求远超设备端测算，内资晶圆厂商有望利好国产设备 . 30 4.他山之石 全球半导体设备龙头研究 . 33 4.1.应用材料：全球第一的半导体设备厂商 . 34 4.2.LAM RESEARCH：全球半导体设备行业领先者 . 39 4.3.ASML：全球光刻机垄断者 . 42 4.4.奥宝科技：从 PCB 转型到半导体行业的检测设备龙头 . 46 5.国内设备公司：国产半导体设备，大有可为 . 48 5.1.晶盛机电：硅片环节切磨抛整线能力已具备，抛光机有望用于晶圆制造环节 . 49 5.2.精测电子：携手 IT&T 切入半导体检测领域 . 51 5.3.北方华创：我国半导体设备规模最大、产品线最全的公司 . 52 5.4.长川科技：国内半导体测试设备龙头企业 . 53 5.5.至纯科技：国内高纯工艺系统龙头 . 54 5.6.中微半导体：具备国际竞争力的刻蚀机和 MOCVD 设备生产商 . 55 5.7.上海微电子：国内光刻机唯一的生产商 . 57 5.8.盛美半导体：美股上市的清洗机设备领先者 . 58 6.风险提示 . 59 4 / 60 Table_Yemei 行业深度研究 F 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 图表目录 图表 1 2016 年全球半导体行业前 20 名，中国大陆无缘前 20 强 . 7 ：图表 2 2008 年 -2017 年全球半导体行业销售规模，处于增长态势 . 8 ：图表 3 2008 年 -2017 年我国集成电路产业进出口金额，约七成的集成电路产品依赖进口 . 9 ：图表 4 自 2017Q1 起硅片连续涨价，预计涨价趋势将持续 . 9 ：图表 5 SUMCO 预估 2018 年 12 英寸硅晶圆涨价继续（单位：美元） . 10 ：图表 6 受益于硅片量价齐升，硅片巨头信越化学（ TYO: 4063）股价创历史新高 . 10 ：图表 7 美光、海力士、南亚 DRAM 平均销 售价格变动幅度 . 11 ：图表 8 半导体制造工艺制程与技术方案演进情况 . 11 ：图表 9 DRAM、 NAND FLASH 发展蓝图 . 11 ：图表 10 20 世纪 60 年代以来，半导体经历三次产业转移 . 13 ：图表 11 到 2020 年底预计将有 17 个 12 英寸晶圆代工厂投产，总数将达 117 个 . 13 ：图表 12 2014 年 -2016 年全球智能手机前 14 强 . 14 ：图表 13 国产手机占据全球手机市场半壁江山 . 14 ：图表 14 英特尔公司单个芯片晶体管数目增长趋势验证了摩尔定律的有效性 . 15 ：图表 15 半导体行业的硅晶圆尺寸的进化史 . 16 ：图表 16 国际龙头半导体工艺制程 . 16 ：图表 17 2018 年中国将成全球第二半导体设备市场（亿美元） . 17 ：图表 18 中国半导体设备市场增长迅速 . 17 ：图表 19 半导体芯片制造工艺流程 . 18 ：图表 20 晶圆制造环节半导体设备配置，晶圆制造设备占比 80%，封测设备及其他设备占比 20%：. 18 图表 21 2016 年全球晶圆制造类主要设备市场规模 （单位：百万美元） . 19 ：2016 年大陆半导体设备制造企业： IC 设备份额占 40%(泛半导体领域还包括光伏和 LED)，图表 22：同比 +28.5%；出口为 6.94 亿元，同比 +12.7% . 20 图表 23 大基金承诺投资方向的主要比例，目前设备端仅占 8% . 21 ：图表 24 国家集成电路半导体产业发展推进纲要的政策目标与政策支持 . 21 ：图表 25 大基金主要投资方向和被投企业 . 22 ：图表 26 全球前十大半导体厂商 . 23 ：图表 27 我国前十大半导体厂商 . 24 ：图表 28 2017 年全球晶圆设备支出同比 +38%， 2016 年 -2019 年连续正增长创纪录， CAGR16%：. 25 图表 29 自 2013 年至今中国大陆晶圆厂设备支出始终为正增长， 2019 年预测值达 172 亿美元，：同比 +60% . 25 图表 30 全球兴建晶圆厂数量， 2018 年 -2019 年将成为设备大举进场节点 . 26 ：图表 31 全球晶圆制造设备销售额 2017 年达 450 亿美元，同比 +53.43% . 26 ：图表 32 2016 年中国设备占全球设备空间的 4%，和中国市场的需求极其不匹配 . 26 ：图表 33 晶圆制造环节对 应设备，包括前端工序和晶圆加工 . 27 ：图表 34 2018-2020 年国产半导体设备销量增速预计为 25%， 2020 年市占率可达 20% . 28 ：图表 35 根据 SEMI 口径，我们预测国产晶圆制造设备市场空间 2018-2020 年 CAGR 为 87% . 29 ：图表 36 国内 12 寸目前新建的内外资 21 条产线，其中 14 条有内资参与，利好国产化设备 30 ：图表 37 晶圆设备需求量 2018-2020 年累计 387 亿，远超设备端测算 . 31 ：图表 38 兴建晶圆厂端测算，国产晶圆制造设备需求量 2018 -2020 年 CAGR 为 59% . 32 ： 5 / 60 Table_Yemei 行业深度研究 F 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 图表 39 应用材料、 LAM RESEARCH、 ASML 主要产品及 2017 年公司总营收、净利润 . 33 ：图表 40 2013-2017 年世界半导体设备市场销售额排名 . 34 ：图表 41 应用材料公司历史大事件 . 34 ：图表 42 应用材料公司的 OLYMPIA ALD 系统 . 35 ：图表 43 应用材料公司主营业务 . 36 ：图表 44 应用材料主要产品 . 36 ：图表 45 应用材料 2013-2017 年营业收入及增速 . 36 ：图表 46 应用材料 2013-2017 年净利润及增速 . 36 ：图表 47 应用材料 2013-2017 年 各部分营业收入（百万美元） . 37 ：图表 48 应用材料 2017 年主营业务 收入结构 . 37 ：图表 49 应用材料公司 2013-2017 年分业务毛利率 . 37 ：图表 50 应用材料全球市场 . 38 ：图表 51 应用材料 2017 年全球各地区收入占比 . 38 ：图表 52 2013-2017 年 AMAT 销售收入地区分布 . 38 ：图表 53 亚太地区逐年上升，美欧市场逐步压缩 . 38 ：图表 54 泛林集团产品表 . 39 ：图表 55 泛林集团全球市场 . 41 ：图表 56 泛林集团 2017 年全球各地区收入占比 . 41 ：图表 57 泛林集团 2013-2017 年营业收入及增速 . 41 ：图表 58 泛林集团 2013-2017 年净利润及增速 . 41 ：图表 59 泛林集团参加 2018 年的 SEMICON CHINA . 42 ：图表 60 ASML 全球市场 . 43 ：图表 61 ASML2017 年全球各地区收入占比 . 43 ：图表 62 ASML 光刻机的进化迭代 . 44 ：数据来源：公司官网，东吴证券研究所 . 44 图表 63 高端光刻机售价每台超一亿美元 . 44 ：图表 64 ASML EUV 型光刻机技术更新规划 . 45 ：图表 65 ASML 2013-2017 年营业收入及增速 . 45 ：图表 66 ASML 2013-2017 年净利润及增速 . 45 ：图表 67 奥宝科技主要产品 .