半导体设备行业深度报告：国产半导体设备技术加速追赶，国产替代正当时.pdf

敬请参阅最后一页特别声明 -1- 证券研究报告 2019 年 3 月 7 日 电子行业 国产半导体设备技术加速追赶，国产替代正当时 半导体设备行业深度报告 行业深度 设备简介：技术高、进步快、种类多、价值大 。 半导体行业技术 高 、进步快，一代产品需要一代工艺，而一代工艺需要一代设备。 IC 制造 设备主要分为 光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散 离子注入设备、湿法设备、过程检测等六大类 ，其中 光刻机约占 总体设备销售额的 18%， 刻蚀机约占 20%，薄膜设备约占 20%。 市场 规模 ： 2020 全球预计超 700 亿美元，中国大陆约占 20%。 SEMI预计 2020 年半导体 设备市场将增长 20.7%，达到 719 亿美元，创历史新高。 2017 年中国大陆市场需求规模约占全球的 15%左右， 2020 年预计占比将达到 20%，约 170 亿美元。 竞争格局 ： 从总体到局部，市场集中度高 。 半导体设备市场集中度高 ，主要有美日荷厂商垄断。总体上看，半导体设备市场 CR10 超 60%， 前五名分别为应用材料、拉姆研究、东京电子、阿斯麦和科磊半导体；局部上看，每一大类设备市场 均 呈现寡头竞争格局，前两名 厂商 占据一半以上的市场份额。 国产化情况： 国产自给率低 ，技术加速追赶 。 根据中国电子专用设备工业协会数据，预计 2018 年 国产 泛半导体设备销售额约 109 亿元， 但 真正的 IC 设备国内市场自给率仅有 5%左右，国产替代空间巨大。 在 02 专项的统筹规划下，国内半导体厂商分工合作研发不同设备，涵盖了主要设备种类。国内厂商仍处于技术追赶期，但随着摩尔定律趋近极限，技术进步放缓，国内厂商与全球龙头技术差距正在逐渐缩短 ， 我们认为未来 3-5年 将是 半导体设备 国产替代 黄金战略机遇期 。 投资建议 ： 国内半导体设备市场虽大但自给率低，国产替代空间巨大；随着 摩尔定律趋近极限技术进步放缓，国产厂商技术加速追赶， 国产替代正当时 ，我们首次给予半导体设备行业“买入”评级 。 受益于半导体设备国产替代，国内厂商有望加速发展， 推荐 标的：北方华创、至纯科技、精测电子、长川科技； 建议关注 ： 晶盛机电、中微半导体、上海微电子、盛美半导体。 风险分析： 行业周期性风险、设备领域技术风险、市场竞争加剧风险 。 证券 代码 公司 名称 股价 （元） EPS（元） PE（ X） 投资 评级 17A 18E 19E 17A 18E 19E 002371 北方华创 65.17 0.27 0.51 0.89 238 129 73 买入 603690 至纯科技 23.76 0.23 0.45 0.64 102 53 37 买入 300567 精测电子 73.60 1.02 1.63 2.34 72 45 31 增持 300604 长川科技 37.30 0.34 0.49 0.76 111 77 49 增持 资料来源： Wind，光大证券研究所预测，股价时间为 2019 年 3 月 6 日 半导体设备行业 买入（ 首次 ） 分析师 杨明辉 (执业证书编号： S0930518010002) 0755-23945524 yangmhebscn 王 锐 (执业证书编号： S0930517050004) wangrui3ebscn 殷 磊 (执业证书编号： S0930515070001) 021-52523802 yinlebscn 贺 根 (执业证书编号： S0930518040002) 021-52523863 hegenebscn 联系人 耿 正 021-52523862 gengzhengebscn 行业与上证指数对比图 资料来源： Wind - 4 0 %- 2 8 %- 1 5 %- 3 %10%01-1803-1805-1806-1808-1809-1811-1801-19电子行业 沪深 3002019-03-07 电子行业 敬请参阅最后一页特别声明 -2- 证券研究报告 投资 聚焦 研究背景 科创板企业上市推荐指引明确，保荐机构应当重点推荐七大领域的科技创新企业 ，其中半导体和集成电路企业排位第一。 目前， 国内两大半导体设备厂商介质刻蚀机龙头 中微半导体 和光刻机龙头 上海微电子正在接受上市辅导， 有望 登陆科创板 ，值得关注。 我们的 创新之处 半导体行业技术高、进步快，一代产品需要一代工艺，而一代工艺需要一代设备。 SEMI 预计 2020 年半导体设备市场将增长 20.7%，达到 719 亿美元，创历史新高。 2017 年中国大陆市场需求规模约占全球的 15%左右，2020 年预计占比将达到 20%，约 170 亿美元。 全球 半导体设备市场集中度高，主要有美日荷厂商垄断 ，国内 自给率仅有 5%左右，国产替代空间巨大。在 02 专项的统筹规划下，国内半导体厂商分工合作研发不同设备 。 随着摩尔定律趋近极限， 半导体行业 技术进步放缓，国内厂商与全球龙头技术差距正在逐渐缩短 ，我们认为未来 3-5 年将是半导体设备国产替代黄金战略机遇期 。 设备篇 ： 每一大类设备市场中都呈 现寡头竞争格局 ，前两名厂商占据一半以上的市场份额。 海外篇 ： 持续高 研发 投入和不断 并购 整合 是 全球半导体设备 龙头成长的主要驱动力。 国产篇 ： 国内厂商分工合作 ，基本实现覆盖所有种类设备 ，技术加速追赶 ，国产替代正当时。 投资观点 随着半导体制造向国内转移， 新建大量晶圆厂， 半导体设备 需求旺盛，国产替代空间巨大；同时，考虑到摩尔定律趋近极限， 技术进步放缓， 国产厂商技术加速追赶 ， 国产替代正当时， 我们 首次给予 半导体设备行业“买入”评级 。 维持 国内产品丰富的半导体设备龙头 北方华创“买入”评级 ； 维持 从高纯设备向 IC 清洗机延伸的 至纯科技“买入”评级 ； 维持 从面板设备向 IC 过程检测设备延伸的 精测电子“增持”评级 ； 维持 国内封测设备龙头 长川科技“增持”评级 ； 建议关注 受益于大硅片国产化的单晶炉龙头 晶盛机电 ； 建议关注有望登陆科创板的国内介质刻蚀机龙头 中微半导体 ； 建议关注有望登陆科创板的国内光刻机龙头 上海微电子 ； 建议关注国内清洗机龙头 盛美半导体。 国投瑞银2019-03-07 电子行业 敬请参阅最后一页特别声明 -3- 证券研究报告 目 录 1、 概览篇：全球垄断， 02 专项顶层设计求突破 . 4 1.1、 设备简介：技术高、进步快、种类多、价值大 . 4 1.2、 市场规模： 2020 全球预计超 700 亿美元，中国大陆占比超 20% . 5 1.3、 竞争格局：从总体到局部，市场集中度高 . 6 1.4、 国产化情况：国产设备自给率低，技术加速追赶 . 7 2、 设备篇：大国重器，均呈现寡头竞争格局 . 10 2.1、 硅片制造设备 . 10 2.2、 晶圆制造设备 光刻机 . 13 2.3、 晶圆制造设备 刻蚀机 . 17 2.4、 晶圆制造设备 薄膜生长设备 . 20 2.5、 晶圆制造设备 扩散及离子注入设备 . 23 2.6、 晶圆制造设备 湿法设备 . 25 2.7、 晶圆制造设备 工艺检测设备 . 27 2.8、 封装测试设备 . 27 2.9、 启示：各类产品均呈现寡头竞争格局 . 28 3、 龙头篇：他山之石，研发 +并购铸就龙头 . 29 3.1、 ASML：光刻机龙头，一骑绝尘 . 29 3.2、 AMAT：五项第一，近乎全能 . 31 3.3、 Lam Research：刻蚀机龙头， CVD 第三 . 33 3.4、 TEL：四项第二，涂布 /显影第一 . 34 3.5、 KLA-Tencor：过程检测设备龙头 . 36 3.6、 SCREEN：湿法设备龙头 . 37 3.7、 ASMPT：封装设备龙头 . 39 3.8、 Teradyne：测试设备龙头 . 40 3.9、 启示：研发 +并购，成就龙头之道 . 41 4、 国产篇：自主可控，国产设备厂商梳理 . 42 4.1、 北方华创：国内硅刻蚀机、 PVD 龙头，产品丰富加速成长 . 42 4.2、 至纯科技：国内高纯工艺龙头，半导体清洗设备值得期待 . 46 4.3、 精测电子：国内面板测试设备龙头，向 IC 检测设备延伸 . 48 4.4、 长川科技：国内测试设备龙头，内生外延成长可期 . 50 4.5、 晶盛机电：国内单晶炉龙头，受益硅片国产化 . 53 4.6、 中微半导体：国内介质刻蚀机龙头，有望登陆科创板 . 54 4.7、 上海微电子：国内光刻机龙头，有望登陆科创板 . 55 4.8、 盛美半导体：国内湿法设备龙头 . 56 5、 风险分析 . 57 2019-03-07 电 子行业 敬请参阅最后一页特别声明 -4- 证券研究报告 1、 概览篇：全球垄断， 02 专项顶层设计求突破 1.1、 设备简介： 技术高、 进步 快、 种类多 、 价值 大 半导体行业技术 高、 进步快，一代产品需要一代工艺，而一代工艺需要一代设备。 半导体产业技术进步 主要 有两大 方向 ：一是制程越小 晶体管越小 相同面积上的元件数越多 性能越高 产品越好；二是硅片直径越大 硅片面积越大 单个晶圆上芯片数量越多 效率越高 成本越低。 图表 1： 制程变小 &硅片变大双轮驱动半导体技术进步 资料来源： 中国集成电路产业投融资研究周子学 半导体工艺流程主要包括单晶硅片制造、 IC 设计、 IC 制造和 IC 封测。单晶硅片制造需要单晶炉等设备， IC 制造需要光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散离子注入设备、湿法设备、过程检测等六大类设备。 半导体设备中，晶圆代工厂设备采购 额约 占 80%，检测设备 约占 8%，封装设备 约占 7%，硅片厂设备等其他 约占 5%。 图表 2：半导体工艺流程 资料来源：清科研究中心 2019-03-07 电 子行业 敬请参阅最后一页特别声明 -5- 证券研究报告 一般情况下， 不同的晶圆尺寸和制程的 IC 制造产线所需的设备数量不同 。以每 1 万片 /月产能计算， 12 寸产线所需的设备数量要比 8 寸产线多， 12 寸先进制程产线 所需的 设备数量要比 12 寸成熟制程产线设备多。 图表 3： IC 制造产线所需设备数量（台 /1 万晶圆 /月 ） 设备种类 8 寸线 12 寸线 （成熟制程） 12 寸线 （先进制程） 光刻机 4 8 8 刻蚀机 10 25 60 薄膜设备 CVD 10 42 30 PVD 5 20 20 扩散 /离子注入 氧化 /扩散 /退火 炉 13 22 40 离子注入机 3 13 9 湿法设备 清洗 机 5 17 20 CMP 4 12 18 铜电镀设备 3 3 3 过程检测 设备 24 50 60 资料来源： 台积电南京专项环评报告， 中芯国际 半导体设备属于高端制造装备，其价值量较高。比如高端 EUV 光刻机单价甚至超过 1 亿美金。 总体上看， IC 制造设备 市场 中刻蚀机、光刻机、薄膜设备的价值量 占比 较高 。 图表 4：半导体制造前道设备市场规模（百万美元） 资料来源： Gartner 1.2、 市场 规模 ： 2020 全球预计超 700 亿美元，中国大陆占 比超 20% 2020 年全球半导体设备市场规模 预计 超 700 亿美元。 根据 2018 年 12 月 12日 SEMI 在 SEMICON Japan 2018 展览会上发布年终预测报告显示， 2018年新的半导体制造设备的全球销售额预计将增加 9.7%达到 621 亿美元，超过 2017年创下的 566亿美元的历史新高。预计 2019年设备市场将收缩 4.0%至 596 亿美元，但 2020 年将增长 20.7%，达到 719 亿美元，创历史新高。 2019-03-07 电 子行业 敬请参阅最后一页特别声明 -6- 证券研究报告 2020 年中国大陆 市场规模占比 超 20%，约 170 亿美元。 根据 SEMI 数据，2017 年中国大陆半导体设备销售额 82.3 亿美元，同比增长 27%，约占全球的 15%，预计 2020 年占比将超过 20%， 约 170 亿美元。 图表 5：全球半导体设备销售额及增速预测（ 2018.12） 资料来源： SEMI 2018.12 1.3、 竞争格局： 从总体到局部，市场集中度高 半导体设备市场集中度高， CR10 超 60%。 全球半导体设备生产企业主要集中于欧美、日本、韩国和我国台湾地区等，以美国应用材料、荷兰阿斯麦、美国 泛林集团 、日本东京电子、美国科天等为代表的国际知名企业起步较早，经过多年发展，凭借资金、技术、客户资源、品牌等方面的优势，占据了全球集成电路装备市场的主要份额。 图表 6： 2017 年半导体制造设备前 10 强 资料来源： Gartner 2019-03-07 电 子行业 敬请参阅最后一页特别声明 -7- 证券研究报告 图表 7： 2017 年 半导体设备竞争格局 市场规模 占比 外资品牌（市占率） 国产品牌 光刻设备 18% ASML（ 75）、 Nikon（ 11%）、 Canon（ 6%） 上海微电子 刻蚀设备 20% LAM（ 45%）、 TEL（ 21%）、 AMAT（ 20%） 中微半导体、北方华创 薄膜设备 20% AMAT（ 40%）、 LAM（ 15%）、 TEL（ 15%） 北方华创、沈阳拓荆 离子注入 5% AMAT（ 60%）、 Axcelis（ 10%） 中科信、凯世通 过程 控制 15% KLA（ 50%）、 AMAT、日立 上海睿励、东方晶源 清洗设备 5% Screen（ 54%）、 TEL（ 23%）、 KLA（ 10%）、 LAM 盛美半导体、北方华创、至纯科技 化学机械研磨 5% AMAT（ 60%）、 Ebara（ 20%） 华海清科、中电四十五所 测试设备 10% 泰瑞达（ 45%）、爱德万（ 40%） 长川科技、精测电子等 资料来源： Gartner 2017 1.4、 国产化情况： 国产设备自给率低 ，技术加速追赶 国产设备自给率低，进口替代空间大。 供给端看，根据中国电子专用设备工业协会对国内 42 家主要半导体设备制造商的统计， 2017 年国产半导体设备销售额为 89 亿元，自给率约为 14.3%。中国电子专用设备工业协会统计的数据包括 LED、显示、光伏等设备，我们认为实际上国内集成电路 IC 设备国内市场自给率仅有 5%左右，在全球市场仅占 1-2%。 图表 8：国产半导体装备产业销售额（供给端，亿元） 资料来源：中国电子专用设备工业协会 02 专项顶层设计，技术加速追赶。 2002 年之前，我国集成电路设备基本全进口，中国只有 3 家集成电路设备厂商，由北方微电子、北京中科信和上海微电子分别承接国家“ 863”计划中的刻蚀机、离子注入机和光刻机项目。2006 年，国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 2006-2020 年）设立国家科技重大专项 极大规模集成电路制造装备及成套工艺科技项目（简称 02 专项）研发国产化设备，并于 2008 年开始实施。 2008 年之前我国 12英寸国产设备为空白，只有 2 种 8 英寸设备。 10.3 16 22.9 28 28.5 36 43.2 52 13.2 14.7 15.5 20 40.9 50 62.5 78 5.1 7.1 5.9 6 16.9 20 24 29 1.5 2.7 2.9 3 2.7 3 4 5 0204060801001201401601802013 2014 2015 2016 2017 2018F 2019F 2020FIC PV LED 其他 2019-03-07 电 子行业 敬请参阅最后一页特别声明 -8- 证券研究报告 图表 9：国家支持集成电路产业发展的部分重点政策 时间 政策 2000 年 6 月 鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策（国发 2000 18 号） 2006 年 国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006-2020 年 ) 2011 年 1 月 进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策（国发 2011 4 号） 2012 年 4 月 财政部 国家税务总局关于进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展企业所得税政策的通知（财税 2012 27 号文） 2014 年 6 月 国家集成电路产业发展推进纲要 2015 年 5 月 中国制造 2025 2016 年 5 月 关于软件和集成电路产业企业所得税优惠政策有关问题的通知（财税 2016 49 号文） 2018 年 3 月 关于集成电路生产企业有关企业所得税政策问题的通知（财税 2018 27 号文） 资料来源：赛迪智库 在 02 专项的统筹规划下，国内半导体厂商分工合作研发不同设备，涵盖了主要设备种类 。 目前已有 20 种芯片制造关键装备、 17 种先进封装设备，通过大生产线验证进入海内外销售。 图表 10： 02 专项支持下 国产设备厂商产品布局 设备种类 产品 供应商 技术节点（ nm） 光刻 光刻 机 上海微电子 90/65 涂胶显影机 沈阳芯源 90/65 刻蚀 硅刻蚀机 、金属刻蚀 北方华创 65/45/28/14 介质刻蚀机 中微半导体 65/45/28/14/7 薄膜 LPCVD 北方华创 65/28/14 ALD 北方华创 28/14/7 PECVD 北方华创、沈阳拓荆 65/28/14 PVD 北方华创 65/45/28/14 扩散 /离子注入 离子注入机 中科信、凯世通 65/45/28 氧化 /扩散炉、退火炉 北方华创 65/45/28 湿法 设备 清洗机 北方华创、盛美半导体 65/45/28 CMP 化学机械研磨设备 华海清科、盛美、中电四十五所 28/14 镀铜 设备 盛美 28/14 检测 设备 光学尺寸测量设备 睿励科学、东方晶源 65/28/14 资料来源：中国集成电路产业发展蓝皮书中国电子信息产业发展研究院 图表 11： 2018H1 国产半导体设备厂商十强 序号 单位名称 主要产品 应用领域 2018H1 销售额 1 晶盛机电 多晶铸锭炉、单晶炉等晶体生长设备 光伏、 LED 11.19 亿元 2 北方华创 刻蚀机、 PVD、 CVD、氧化扩散设备、清洗机、辅助设备 IC、 LED、光伏 10.35 亿元 3 捷佳伟创 制绒设备、扩散设备、清洗设备 光伏 7.44 亿元 4 中电科 离子注入机、 CMP、键合机、封装设备 IC、光伏、 LED 6.33 亿元 5 北京京运通 多晶硅铸锭炉、单晶炉 光伏 4.01 亿元 6 中微半导体 MOCVD、刻蚀设备、封装 IC、 LED 3.83 亿元 7 盛美半导体 镀铜设备、抛铜设备 、单晶圆清洗设备 IC 1.90 亿元 8 上海微电子 光刻机 IC、其它 1.52 亿元 9 天通吉成 微电子、精密加工设备 光伏、 LED 1.19 亿元 10 沈阳芯源 涂胶机、显影机、去胶机、湿法刻蚀机、单片清洗机 IC、光伏、 LED 0.46 亿元 合计 48.22 亿元 资料来源：中国电子专用设备工业协会 2019-03-07 电 子行业 敬请参阅最后一页特别声明 -9- 证券研究报告 国内 IC 制造 设备 工艺覆盖率仍比较低 ，国产厂商技术加速追赶 。 国产全部IC 设备在逻辑 IC 产线上 65/55nm 工艺覆盖率才 31%， 40nm 工艺覆盖率仅17%， 28nm 工艺覆盖率仅 16%；在 存储芯片产线上的工艺覆盖率大概约为15-25%。 随着摩尔定律放缓， 国产厂商 技术 加速追赶。 以北方华创刻蚀机为例， 2007 年研发出 8 寸 100nm 设备，比国际大厂晚 8 年； 2011 年研发出 12 寸 65nm 设备，比国际大厂晚 6 年； 2013 年研发出 12 寸 28nm 设备，比国际大厂晚 34 年； 2016 年研发 12 寸 14nm 设备，比国际大厂晚 23年。 图表 12：国产逻辑 IC 设备工艺验证情况 资料来源：极大规模集成电路制造技术及成套工艺项目（ 02 专项） 图表 13： 北方华创刻蚀机研发进展 资料来源： 北方华创 官网 6% 13% 24% 31% 5% 7% 15% 17% 3% 4% 8% 16% 0%5%10%15%20%25%30%35%2015 2016 2017 2018E65/55nm40nm28nm2019-03-07 电 子行业 敬请参阅最后一页特别声明 -10- 证券研究报告 2、 设备篇： 大国重器 ， 均呈现寡头竞争格局 2.1、 硅片制造设备 2.1.1、 硅片制造 难度大， 设备 种类多 硅片是 半导体、光伏电池生产 的主要原材料 ， 90%以上的集成电路都是制作在高纯、优质的硅片上的 。 （ 1）半导体硅片的 制造 难度大于光伏硅片。 半导体硅片纯度要求达到 99.99999999999%，即 11 个 9 以上，而普通太阳能级多晶硅材料纯度通常在 5-8 个 9 左右。 （ 2）硅片直径越大制造难度越大。硅片制备工艺流程 包括 ： 单晶生长截断外径滚磨 (定位槽或参考面处理 )切片倒角表面磨削 (刻蚀 )边缘抛光双面 抛光 单面抛光最终清洗 (外延 /退火 )包装等。 图表 14：硅片制造流程 资料来源：半导体制造技术韩郑生 硅片直径的增大 可降低单个芯片的制造成本，目前 300mm 硅片 已成为业内主流， 2017 年全球 12 寸出货面积 约 占硅片 总体 的 66.1%。 图表 15：半导体硅片发展历史 图表 16： 全球各尺 寸硅片 出货量 资料来源： SEMI 资料来源： IC Mtia， 2018.10