石英专题系列报告之一：值得重视的半导体辅材，高景气下迎来国产替代加速.pdf

识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 25 专题研究 |建筑材料 2018 年 05 月 23 日 证券研究报告 Tabl e_Title 石英专题 系列报告之一 值得重视 的半导体辅材 ， 高景气 下 迎来国产替代加速 Table_Aut horHorizontal 分析师： 邹 戈 S0260512020001 分析师： 徐笔龙 S0260517080013 021-60750616 021-60750611 zougegf xubilonggf Table_Summary 1、 石英：值得重视的半导体辅材，广泛应用于晶圆加工 ： 石英玻璃凭借其高纯度、耐高温、低热膨胀性、化学稳定性强等优良性能 。在 半导体 芯片 制造加工中 被广泛应用 。 半导体石英产品种类繁多， 主要 用于 硅片制造 环节 的拉制单晶的石英坩埚 、 多个 晶圆制造的核心环节 的 硅片 承载 器具 （扩散、氧化环节的扩散管、 舟、 支架等；刻蚀环节的石英环等；清洗 环节 的 石英玻璃花篮 、 清洗槽 等 ） 以及 光刻环节 使用的光掩膜 版 的基板材料 。 2、 半导体是石英玻璃最主要的下游应用领域，需求空间百亿量级 ： 1） 半导体是石英玻璃最主要的下游应用领域，需求空间百亿量级 。 根据 石英协会报告， 2014 年 全球石英玻璃市场规模超过 200 亿元人民币，其中半导体是石英玻璃最主要的下游应用，市场 占比 超过 60%，其中半导体石英坩埚、前端工序石英器件、光掩膜基板市场空间分别约 40 亿、 60 亿、 45 亿元人民币 。 根据其他 口径测算（ 详见 报告正文） ， 2017 年 全球半导体级石英 材料 市场规模在 20 亿 美元以上，半 导体石英器件 规模 约 13 亿 美元 （分为高温区 器件、低温区器件，规模大致相当 ）， 光掩膜版基板材料 市场 规模约 10 亿 美元（ 包含 部分苏打玻璃， 石英 玻璃占比 处于 提升趋势） 。 2）产业链梳理：从材料到器件加工，客户从半导体设备商到芯片制造商 。 半导体石英玻璃领域的企业主要分为上游的石英玻璃材料厂商（菲利华 、石英股份 等） 和下游的石英器件加工商 （杭州 大和、凯德石英 等）； 石英器件加工厂商将 采购 的 石英玻璃材料通过机加工或者热加工制成各类半导体石英器件销售给半导体设备厂商，再由设备厂商将包含石英器件的整套设备销售给芯片制造商 ； 器件加工商也会将产品直接销售给芯片制造商 （ 器件 损耗 需要在一定周期内更换 ） 。 3）半导体设备、芯片环节均增长明显，拉动半导体石英需求高景气 ： 随着 全球半导体市场进入增长周期，并迎来新一轮投资高峰，设备、芯片环节的高增长拉动半导体石英需求迎来高景气。预计到 2020 年，半导体石英材料仍有望维持 20%以上的年复合增长率。 3、 产业转移，电子级石英材料国产替代加速 ： 目前全球高端石英玻璃市场（尤其是以半导体、光通讯为主的电子级石英玻璃市场），主要还是由贺利氏、迈图、东曹、昆希等海外龙头企业掌握。根据中国半导体协会，我国 90%的芯片依赖进口；且半导体设备自给程度不足 5%；对应石英材料的国产化比例也极低，国内石英制品需求结构集中在电光源、光伏等中低端领域。 随着 大陆半导体产业崛起，有助于拉动上游材料国产化 。 国内 领先的石英玻璃企业 通过产品技术 工艺不断进步、 在 认证体系 不断 取得 突破（ 半导体石英材料的认证壁垒较高，具有资质认证优势的外资厂商往往占据着高端市场的绝大份额 ），电子级 产品 快速 放量， 其 2017 年电子级产品 收入也确实迎来高速增长 （ 50%左右 ） ，并 且企业也 在积极 加快 扩产 进度 ， 2018 年收入仍将处于快速增长通道 。 4、 投资 建议： 继续看好石英板块，国内领先企业具备突出成长性 ： 石英材料是半导体晶圆制造环节的重要辅材，在全球半导体产业景气向上、资本开支大幅增长的背景下，上游设备订单旺盛、芯片出货快速增长，拉动石英材料需求持续扩张，电子级（主要是半导体）高端石英材料迎来高景气；同时随着国内半导体产业的快速崛起，在全球市场地位的提升，也在拉动上游石英材料的国产化加速：可以看到国内技术领先的石英玻璃企业，凭借产品技术工艺持续改进，在认证体系中的突破，半导体级产品已经开始放量，并具备持续快速增长的基础，未来发展空间广阔，具备突出成长性。 风险提示 ： 半导体领域海外市场开拓低于预期、原材料价格大幅上涨、汇率风险、新产能投放低于预期、贸易政策风险； Table_Report 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 25 专题研究 |建筑材料 目录索引 石英：值得重视的半导体辅材，广泛应用于晶 圆加工 . 5 石英 玻璃性能优越 ，在芯片制造 加工中大量使用 . 5 半导体石英产品种类繁多，应用于多个晶圆制造核心环节 . 6 全球半导体产业景气向上，石英材料需求高景 气 . 10 半导体是石英玻璃最主要的下游应用领域，需求空间百亿量级 . 10 产业链梳理：从材料到器件加工，客户从半导体设备商到芯片制造商 . 12 半导体设备、芯片环节均增长明显，拉动半导体石英需求高景气 . 13 产业转移，电子级石英材料国产替代加速 . 15 以半导体石英为代表的高端石英市场 被 海外企业把持 . 15 大陆半导体产业崛起，有助于拉动上游材料国产化 . 19 认证突破、工艺提升，产品持续放量，国产半导体石英替代加速 . 22 投资建议：继续看好石英板块，国内领先企业 具备突出成长性 . 24 风险提示 . 24 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 25 专题研究 |建筑材料 图表索引 图 1：半导体芯片制造过程中需要消耗大量石英材料 . 5 图 2：石英方形坩埚（单晶用） . 6 图 3：石英圆形坩埚（多晶用） . 6 图 4： 半导体芯片制造过程及设计石英玻璃器件具体产品 . 7 图 5：半导体芯片制造过程中扩散环节使用到石英玻璃管、舟架 . 8 图 6：石英玻璃炉管示意图 . 8 图 7：石英玻璃舟产品示意图 . 8 图 8：用于半导体刻蚀环节的石英环 . 9 图 9：石英玻璃清洗槽 . 9 图 10：石英玻璃是光掩膜版中的主要基板材料 . 9 图 11：石英玻璃是光掩膜版中的主要基板材料 . 10 图 12： 2015 年石英玻璃应用领域占比情况 . 11 图 13：半导体用石英器件（单位：百万美元） . 12 图 14：半导体石英玻璃产业链 . 13 图 15：全球半导体设备销售额 . 14 图 16：全球硅片出货量（百万平方英寸） . 15 图 17：全球半导体材料销售额（十亿美元） . 15 图 18：全球半导体资本支出（十亿美元） . 15 图 19： 2013 年全球石英市场格局 . 16 图 20：贺利氏历年各产品营收情况 . 17 图 21：贺利氏分区域营收结构 . 17 图 22：贺利氏主要玻璃制品 . 17 图 23：迈图历年各产品营收情况（百万美元） . 18 图 24：迈图分区域营收结构 . 18 图 25：东曹集团 2016 年合并营业收入为 66 亿美元 . 19 图 26：东曹历年研发支出及增长情况（万美元） . 19 图 27：全球半导体需求分布情况 . 20 图 28：中国半导体销售额占比平稳上升 . 20 图 29：全球半导体需求分布情况 . 20 图 30： 2017 年全球半导体设备消费市场分布 . 20 图 31：石英股份、菲利华收入增长持续提速 . 23 图 32： 2017 年石英股份、菲利华半导体收入增长较快 . 23 图 33：石英股份资本支出 . 23 图 34：石英股份在建工程 . 23 图 35：菲利华资本支出 . 23 图 36：菲利华在建工程 . 23 表 1：石英玻璃性能优越 . 5 表 2：半导体领域用石英玻璃材料 . 7 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 25 专题研究 |建筑材料 表 3： 2014 年 全球石英玻璃应用及市场规模 . 10 表 4：根据清溢光电招股书披露数据推算掩膜版基板材料占销售额比例 . 12 表 5：主流 半导体设备企业 2017 年收入增速均明显提升 . 14 表 6：海外龙头企业对比情况 . 16 表 7：迈图石英产品种类及特性 . 18 表 8：日本东曹熔融石英产品种类及特性 . 19 表 9： 2012 各主要工业部分石英制品需求量及营销额分布：主要集中在光源和信息产业 . 21 表 10： 国内晶圆厂统计（截止 2018 年 4 月） . 21 表 11：已通过或拟通过东京电子认证的企业情况（截止 2017 年） . 22 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 25 专题研究 |建筑材料 石英 ： 值得重视的 半导体辅材 ， 广泛 应用 于晶圆加工 石英 玻璃性能优越 ， 在 芯片制造 加工中 大量使用 石英玻璃 是由二氧化硅单一组分构成的特种工业技术玻璃 ， 拥有 优越的物理 、化学性能 ，综合性能 属于玻璃材料之最 ，被称为 “玻璃王 ”。 在半导体领域， 石英玻璃凭借 其 高纯度 、 耐高温 、 低 热膨胀 性 、 化学稳定性强等优良性能 被广泛应用 。 表 1：石英玻璃性能优越 性能 特点 透光性能 在紫外、可见、红外全波段有极高的透过率，具有最佳的透紫外光谱性能及近红外光谱性能 耐高温性能 透明的耐火材料，使用温度高 达 1100 摄氏度 膨胀系数 极低，为 5.510-7/ ，相当于普通玻璃的二十分之一 电真空性能 真空度可达 10-6 帕 电绝缘性 电阻率： 20 时为 1.81019 欧姆厘米， 800 时为 1.6106 欧姆厘米 耐腐蚀性 除氢氟酸和热磷酸外，对其他任何酸均表现为惰性，是最好的耐酸材料。 数据来源： 石英玻璃 王玉芬、刘连城 ，广发证券发展研究中心 集成电 路产业链可以大致分为电路设计、芯片制造 、 封装测试三个主要环节 ，其中 半导体产品的加工过程主要包括 芯片 制造 （前道， Front-End）和封装（后道，Back-End）测试， 其中 芯片 制造生产工艺复杂，工序繁多， 生产过程 需要使用到多种辅助性石英器件 ，因而 高纯度石英材料是半导体 IC芯片生产过程中 广泛使用 的关键性 辅助耗材 。 图 1： 半导体芯片 制造过程中需要 消耗大量石英材料 数据来源： 石英 玻璃协 会 、 广发证券发展研究中心 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 25 专题研究 |建筑材料 半导体 石英 产品种类繁多，应用于多个晶圆制造核心环节 芯片生产过程中 分为 硅片制造和晶圆制造 两大环节 ： 在 硅片制造 环节 ， 大量使用的石英玻璃产品主要是用于 制作晶圆 IC载体 （拉制单晶） 的 石英坩埚 ； 另外 还有使用到一部分石英 清洗容器 。 石英坩埚是 用高纯石英砂 为原料 直接高温熔融制造 ，主要由石英坩埚厂直接采购高纯石英砂生产（目前单晶用石英坩埚的原料大部分依赖进口）。 图 2： 石英方形坩埚 （单晶用） 图 3： 石英 圆形 坩埚 （多晶用） 数据来源 ： 石英股份招股书、 广发证券发展研究中心 数据来源 ： 菲利华招股书、 广发证券发展研究中心 在 晶圆制造加工 过程中 ： 氧化、外延、光刻、刻蚀、扩散、 CVD和注入离子、磨平等对硅晶圆进行一系列处理的工艺环节，石英玻璃凭借高纯度、耐高温、低的热膨胀 、 耐腐蚀 等优良性能而被大量采用 ： 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 25 专题研究 |建筑材料 图 4： 半导体 芯片 制造过程 及设计石英玻璃器件具体产品 数据来源 ： 与非网 、 广发证券发展研究中心 表 2： 半导体 领域用石英玻璃材料 半导体用石英制品 应用工序及作用 石英玻璃坩埚 提炼、清洗容器以及制作晶圆 IC 载体，发展趋势：增大尺寸、提高纯度、改善抗高温形变性能 光掩膜基板 光掩膜基板主要基础材料，生产光掩膜基版的整个过程中玻璃基片 占 成本 的比例为 70% 石英玻璃扩散管 将半导体中杂质原子扩散。发展趋势：大规格、高纯度、长寿命 石英玻璃法兰 单晶硅片扩散、氧化、 CVD 沉积炉中与石英玻璃扩散管配套使用，主要起连接作用 石英玻璃舟、支架等 硅片酸洗和超声波清洗的承载器具，与单晶硅片直接接触，对石英玻璃的纯度、耐温性能、尺寸精度要求很高 石英玻璃钟罩 主要用作多晶硅的还原炉罩 数据来源： 石英玻璃 王玉芬、刘连城 、 广发证券发展研究中心 1） 扩散、氧化 环节 的 使用较多的器件产品主要包括 石英玻璃扩散管 以及和扩散管配套的石英法兰 、 石英玻璃炉管（支托或运载石英舟进入或者退出扩散炉）、石英舟（承载硅片） 、支 架 （ 承载 多个石英舟） 。 其中 石英玻璃扩散管 是 半导体工业中及其重要 、 用量最大的石英玻璃制品 。 其纯度 、 抗高温的变形性 、 几何尺寸 都会 直接影响集成电路和器件的质量 、 成本和生产效率 ； 石英玻璃舟 及支架 是 单晶硅片扩散、氧化、 CVD沉积、退火处理 不可缺少的 石英玻璃承载器具； 一般产品 规格尺寸各不相同 ， 形式上 主要 有卧式舟 、 立式舟 两种 ；石英舟 、支架 由于是和 单晶硅片 在 高温下 直接接触， 因此对 使用的 石英玻璃的纯度 、识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 25 专题研究 |建筑材料 耐温性能 、 尺寸精度要求 都 很高 。 图 5： 半导体芯片制造过程中扩散环节使用到石英玻璃管 、 舟架 数据来源 ： 石英玻璃的基础、 广发证券发展研究中心 图 6： 石英 玻璃 炉 管 示意图 图 7： 石英 玻璃舟 产品示意图 数据来源 ： SEMI展览、 广发证券发展研究中心 数据来源 ： SEMI展览、 广发证券发展研究中心 2） 集成电路 刻蚀 环节 必须使用耐腐蚀性的石英玻璃材料及制品 。因而 刻蚀环节的 石英 材料使用量也较大 ； 主要产品包括 石英环 、 石英玻璃反应腔和样品支架 等。 另外在 硅片 酸洗和超声波清洗 工序 也 需要 使用 拥有 极高 化学稳定性 的石英玻璃材料，主要产品包括 石英玻璃花篮 （硅片酸洗、超声波清洗）、 清洗槽 （洗涤液的承载器）等 ； 另外还有 用于硅片外延工序的 石英钟罩 。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 25 专题研究 |建筑材料 图 8： 用于半导体刻蚀环节的 石英 环 图 9： 石英 玻璃清洗槽 数据来源 ： 菲利华展馆、 广发证券发展研究中心 数据来源 ： 杭州大和展馆 、 广发证券发展研究中心 3） 用于 半导体芯片 光刻环节中的光掩膜版 的 主要 基板 材料 也 是 石英玻璃 ，根据清溢光电招股书， 基板的采购成本占光掩膜版原材料采购 成本 的 90%； 由于 光掩膜版 是液晶显示器、半导体等制造过程中的图形“底片”转移用的高精密工具 ， 决定了 电子元器件 产品 精度和质量 ，对于 其 所使用的石英玻璃的材料要求极高， 一般光掩膜版的 石英玻璃基片通常需要采用 高纯合成石英锭 作为基础材料 。 图 10： 石英玻璃是 光掩膜版 中的主要基板材料 数据来源 ： 清溢光电招股书 、 广发证券发展研究中心 此外光掩膜版也是生产平板显示器件的关键材料 ，一般 小尺寸、高分辨率用 石英玻璃 ；大尺寸、分辨率要求低可用 苏打玻璃 ， 对应 外挂触控（ OGS）产品 ；随着触控技术发展， 内嵌触控技术（ In Cell、 On Cell）正逐步替代外挂触控技术（ OGS），所需掩膜版产品 也 逐步由苏打掩膜版向石英掩膜版转变 。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 25 专题研究 |建筑材料 图 11： 石英玻璃是 光掩膜版 中的主要基板材料 数据来源 ： 清溢光电招股书 、 广发证券发展研究中心 全球 半导体 产业景气向上， 石英 材料 需求高景气 半导体 是石英玻璃最主要的下游应用领域 ，需求空间百亿量级 目前石英制品多应用于光源 、 半导体、光纤、光伏 、 航空航天、光学 等 领域，据 石英 行业 协会报告， 2014年 全球石英玻璃市场规模超过 200亿元 人民币 ， 其中 半导体 是石英玻璃最主要的下游 应用 ， 市场规模占整个石英市场 超过 60%， 其中半导体石英坩埚 、前端工序石英器件、 光掩膜基板 市场 空间分别约 40亿 、 60亿、 45亿元人民币 。 另外据 菲利华 2014年 招股书披露 ， 每生产 1亿美元的电子信息产品，平均需要消耗价值 50万美元的石英玻璃材料 ， 如果按此 测算， 2017年全球半导体销售额 4122亿美元， 对应全球半导体级石英材料空间 约 21亿美元。 实际上随着半导体制程日趋精密 、 石英材料的应用环节拓展 ，单位 石英玻璃材料 的消耗价值持续在提升 ， 目前实际对应的石英材料市场空间应该更大 。 表 3： 2014年 全球石英玻璃应用及市场规模 应用领域 主要品种 市场容量估计 主产地 （亿元 /CNY） 电光源 石英管 12 中国东海 光通讯 光纤外皮管 35 德国 把手棒、管等辅助石英玻璃 2.5 中国 光伏 石英坩埚 10 中国 前端工艺制程石英器件 5 中国、日本、韩国、台湾