半导体国产替代系列八：刻蚀设备：半导体设备国产替代先锋.pdf

识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 16 Table_Page 深度分析 |半导体 证券研究报告 Table_Title 半导体国产替代系列八 刻蚀设备 ：半导体设备国产替代先锋 Table_Summary 核心观点： 刻蚀设备：半导体制造工艺的核心设备之一 刻蚀是用化学或者物理方法将晶圆表面不需要的材料逐渐去除的过程，是 半导体制造中的重点。按工艺分，刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀两类，其中以等离子体刻蚀为主的干法刻蚀适用于尺寸较小的先进封装。按照刻蚀的材料划分，刻蚀可分为介质刻蚀、硅刻蚀 和金属刻蚀三大类 。 刻 蚀设备市场空间大，国外厂商目前占据主导地位 从行业空间来看， 刻蚀设备 一方面长期受益全球半导体需求增加与产线产能的扩充，另一方面受益于 先进制程与存储技术 的演进 带来 的设备增长机遇 。 根据 Wind 的统计， 2018 年全球半导体设备达到 645.3 亿美元，其中晶圆处理设备为 502 亿美元， 假定 2018 年 刻蚀设备占晶圆处理设备比例与 SEMI 披露的 2017 年 的 24%相同 ，则 计算可得 2018 年刻蚀设备的全球市场规模突破百亿美元级别，达 120.5 亿美元。 从竞争格局来看 ， 国外巨头由于起步早，资金、技术、客户资源、品牌等方面具备优势，目前占据 刻蚀设备市场较高 份额。 根据 The Information Network 的数据， 泛林半导体、东京电子、应用材料 2017 年市场占有率分别为 55%、 20%和 19%，合计占据 94%的市场份额。 国内刻蚀设备迎来突破，成为国产替代先锋 当前中国半导体设备 迎来发展机遇， 根据 Wind 统计， 2018 年中国 大陆 半导体设备市场销售额达 131 亿美元 ， 占全球比重为 20%。展望未来，从需求端的角度来看，政策、资金、市场三大因素助力中国内地晶圆制造产线增加，带来半导体设备投资金额的增加 。 同时从供给端的角度看 ， 国内刻蚀 设备的主要厂商为中微公司和北方华创，近年来两家公司分别在技术储备以及客户认证方面取得了良好的进展，未来刻蚀设备有望成为显著受益国内市场需求发展的赛道，成为国产替代的先锋。 投资建议 我们认为，从全球的角度看，未来刻蚀设备行业将受益于下游需求与技术演进，行业呈现向好发展。对于国内市场，政策、资金、市场助力国内半导体设备迎来密集投资期，国内刻蚀设备空间持续增长，同时国内厂商刻蚀设备迎来突破，有望显著受益。建议关注国内领先设备企业中微公司和北方华创。 风险提示 技术更新换代风险；下游投资不及预期风险；专利风险等。 Table_Grade 行业评级 买入 前次评级 买入 报告日期 2019-09-30 Table_PicQuote 相对市场表现 Table_Author 分析师： 许兴军 SAC 执证号： S0260514050002 SFC CE No. BOI544 021-60750532 xuxingjungf 分析师： 罗立波 SAC 执证号： S0260513050002 021-60750636 luolibogf 分析师： 王璐 SAC 执证号： S0260517080012 021-60750632 wanglugf 请注意，罗立波 ,王璐并非香港证券及期货事务监察委员会的注册持牌人，不可在香港从事受监管活动。 Table_DocReport 相关研究： 半导体国产替代系列七 :技术突破加速，光刻胶有望吹响替代主旋律 2019-09-23 半导体行业国产替代六 :供需共振，国产半导体设备再启航 2019-04-04 Table_Contacts 联系人： 蔡锐帆 cairuifangf -15%3%22%41%60%79%10/18 12/18 02/19 04/19 06/19 08/19半导体 沪深 300识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 16 Table_PageText 深度分析 |半导体Table_impcom 重点公司估值和财务分析表 股票简称 股票代码 货币 最新 最近 评级 合理价值 EPS(元 ) PE(x) EV/EBITDA(x) ROE(%) 收盘价 报告日期 （元 /股） 2019E 2020E 2019E 2020E 2019E 2020E 2019E 2020E 兆易创新 603986 CNY 148.02 2019/08/25 买入 136.80 1.61 2.28 91.94 64.92 78.31 55.08 10.3 12.8 汇顶科技 603160 CNY 224.7 2019/09/06 买入 228.00 4.56 5.45 49.28 41.23 52.20 43.81 33.7 28.7 韦尔股份 603501 CNY 104.17 2019/08/27 买入 101.30 0.34 0.71 306.38 146.72 327.16 179.22 8.8 15.3 卓胜微 300782 CNY 382.48 2019/07/14 买入 226.10 3.23 4.54 118.41 84.25 109.59 78.38 19.3 21.3 数据来源： Wind、广发证券发展研究中心 备注 ：表中估值指标按照最新收盘价计算 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 16 Table_PageText 深度分析 |半导体目录索引 刻蚀设备：半导体制造工艺的核心设备之一 . 5 半导体制造工艺流程与所用设备一览 . 5 刻蚀设备工作原理与刻蚀设备分类一览 . 6 刻蚀设备市场空间大，国外厂商目前占据主导 地位 . 8 下游需求与技术演进带来刻蚀设备市场增长 . 8 壁垒高企 ，国外厂商占据刻蚀设备绝大部分市场 . 10 国内刻蚀设备迎来突破，成为国产替代先锋 . 11 政策 、资金、市场助力，国内半导体设备迎来密集投资期 . 11 国内厂商 刻蚀 设备迎来突破 ， 有望显著受益 . 12 刻蚀设备海外可比公司估值情况 . 14 投资建议 . 14 风险提示 . 14 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 16 Table_PageText 深度分析 |半导体图表索引 图 1：半导体制造工艺流程总览 . 5 图 2： 2017 年半导体各类设备销售额占比 . 6 图 3：图形化工艺是半导体制造流程的核心环节 . 6 图 4：刻蚀方法分类 . 7 图 5： 2017 年全球刻蚀设备细分占比 . 7 图 6：半导体晶圆产能（折合成 8 寸晶圆）稳步成长 . 8 图 7： 10nm 多重模板工艺涉及多次刻蚀 . 9 图 8：刻蚀设备近年来占比快速提升 . 9 图 9： 3D NAND 相比 2D NAND 而言层数更多 . 9 图 10：刻蚀设备在 3D NAND 资本开支中份额高达 50% . 9 图 11：半导体设备历年市场规模 . 10 图 12：刻蚀设备市场规模测算 . 10 图 13： 2018 年全球半导体设备竞争格局 . 10 图 14： 2017 年全球刻蚀设备竞争格局 . 10 图 15：中国大陆半导体设备销售额规模与占比快速提升 . 11 图 16： 2017 年长江存储刻蚀设备各公司中标台数占比 . 13 图 17： 18/19 长江存储刻蚀设备各公司中标台数占比 . 13 表 1： 目前中国内地在建的 22 座晶圆厂 . 12 表 2：中微公司具体产品一览 . 13 表 3：中微公司目前产品进展 . 13 表 4：北方华创集成电路刻蚀设备产品一览 . 13 表 5：刻蚀设备海外可比公司估值一览 . 14 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 16 Table_PageText 深度分析 |半导体刻蚀设备：半导体制造 工艺的 核心设备之一 半导 体制造工艺流程与所用设备一览 作为 大部分的电子产品中的核心单元 主要材料， 半导体在消费电子、通信系统、医疗仪器等领域有广泛应用。 完整的半导体产业链包括半导体设计公司、半导体制造公司、半导体封测公司和半导体设备与材料公司，其中，半导体设备的主要应用阶段为半导体的制造与封测工艺流程。 半导体的制造工艺流程包括晶圆制造、晶圆加工和封装测试三个部分： 晶圆制造： 将半导体材料开采并根据半导体标准进行提纯后，通过一系列化学反应和表面处理，形成带有特殊粒子和结构参数的晶体，经过一系列处理后制成晶圆薄片（主要是硅晶圆），过程中主要运用单晶炉、 CMP、清洗机等设备。 晶圆加工： 制成晶圆后， 在表面上形成器件或集成电路，其中，前端工艺线（ FEOL）是晶体管和其他器件在晶圆表面上的形成，后端工艺线（ BEOL）是以金属线把器件连在一起并加一层最终保护层。加工过程中主要运用光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入 机、清洗机等设备。 封装测试： 晶圆上的芯片需要经过多道工序才能分隔开， 并要进行针对性的测试和封装，得到应用于不同电子单元、不同下游领域的成品芯片，过程中主要运用各类测试和封装设备。 图 1： 半导体 制造工艺流程 总览 数据来源： Gartner， SEMI， 广发证券发展研究中心 不同过程所需投资额以及相应半导体设备不同。 根据 Gartner和 SEMI等机构的统计， 按工程投资分类洁净室投资占比约为 20-30%左右，其余的 70%主要为半导体晶圆制造 晶圆加工 封装测试工程投资 - 洁净室环境 20 % 30%设备投资70 % 80 %硅纯化 拉晶 切割 研磨 / 抛光 / 清洗熔炼矿热炉 单晶炉 切片机 CM P / 清洗机光刻 刻蚀 离子注入 电镀 / 镀层光刻机FE O L: 基板工序 , 在硅基板上制造出晶体管等部件 B E O L: 金属布线工序按照电路规模重复步骤，堆叠布线离子注入设备薄膜沉积设备 刻蚀设备 清洗设备CP 测试探针台 / 测试机晶元切片切片机封装封装设备FT 测试分选机 / 测试机装箱晶圆制造设备投资0.5%封装测试设备投资20%晶圆加工设备投资80%识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 16 Table_PageText 深度分析 |半导体相关设备采购。 其中晶圆加工环节（即赋予晶圆相应的电学特性）所需设备投资价值占比最高，约占 80%左右。 封装测试环节和晶圆制造环节受先进制程工艺影响较小，对于设备精度需求相对较低，因此所需设备投资价值量占比较低，分别为 20%和 0.5%。 晶圆加工环节设备又可进一步分为 刻蚀设备 、 光刻设备、薄膜沉积设备、化学机械抛光设备 、 检测设备 和其他沉积设备等。根据 SEMI的统计， 其中刻蚀设备投资占比 第一 ， 2017年 占晶圆加工环节设备销售额的 24%。 图 2： 2017年半导体各类设备销售额占比 数据来源： SEMI， 广发证券发展研究中心 刻蚀设备工作原理与 刻蚀设备 分类 一览 在半导体制造工艺中 ， 薄膜沉积、光刻、刻蚀三大工艺是半导体制造流程中最关键的环节，直接决定了芯片的分层结构、表面电路图形等，显著影响芯片的电学参数和应用性能。 其中， 刻蚀 是 用化学或者物理方法将晶圆表面不需要的材料逐渐去除 的过程，决定了晶圆上的芯片电路能否与光掩模版上的芯片电路保持一致，是图形化工艺中的重点。 主要考虑的参数有刻蚀速率、刻蚀剖面（各向同性 /各向异性）、刻蚀偏差、选择比（对两种不同材料刻蚀速率的比值大小）、均匀性、残留物等。 图 3： 图形化工艺是半导体制造流程的核心环节 数据来源： 中微公司招股说明书， 广发证券发展研究中心 封装设备 , 6%测试设备 , 8%其他设备 , 5%刻蚀设备 , 24%光刻机 , 23%薄膜沉积设备 , 18%化学机械抛光 , 13%检测设备 , 13%其他沉积设备 , 9%晶圆加工设备81%识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 16 Table_PageText 深度分析 |半导体按照工艺划分，刻蚀主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀两大类。 湿法刻蚀 ： 湿法刻蚀主要利用化学试剂与被刻蚀材料发生化学反应进行刻蚀， 由于采用化学方法刻蚀，因此其刻蚀是各向同性的 （横向纵向的材料均会被腐蚀） ， 侧壁容易产生横向刻蚀造成刻蚀偏差，通常用于工艺尺寸较大的应用 （局限于 3m以上的图形尺寸 ） ；此外，湿法刻蚀还存在后续冲洗和干燥、液体化学品有毒害、潜在的工艺污染等问题。 干法刻蚀： 干法刻蚀主要利用反应气体与等离子体进行刻蚀，具有各向异性（刻蚀的时候可以控制仅垂直方向的材料被刻蚀，而不影响横向的材料）的优点，适用于尺寸较小的先进制造工艺。同时其以气体为主要媒介，不需要液体化学品或冲洗。干法刻蚀进一步又可以分为等离子体、离子铣和反应离子刻蚀三种技术，其中以干法等离子体刻蚀为主导。 按照刻蚀的材料 划分，刻蚀 可 分为 介质刻蚀、硅刻蚀和金属刻蚀三大类。 根据BARRONS的统计 ，针对氧化硅、氮化硅等介质材料刻蚀的介质刻蚀设备占比约 48%、针对单晶硅、多晶硅、硅化物等硅材料刻蚀的硅刻蚀设备占 47%，占据了市场的主导地位。 图 4： 刻蚀方法分类 图 5： 2017年全球刻蚀设备细分占比 数据来源： 芯片制造 半导体工艺制程实用教程 ， 广发证券发展研究中心 数据来源： BARRON S， 广发证券发展研究中心 刻蚀湿法 干法浸泡式 喷射式 等离子体 离子铣反应 离子刻蚀 (R .I .E )桶式 平板式硅刻蚀47%介质刻蚀48%金属刻蚀3%其他2%单晶硅多晶硅硅化物金属刻蚀（铝、钨以及铜等）氧化硅氮化硅二氧化铪光刻胶主要用于基板工序 ，机台 类型为ICP 刻蚀机。主要用于布线工序 ，机台 类型为CCP 刻蚀机。识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 16 Table_PageText 深度分析 |半导体刻蚀设备市场空间大，国外厂商目前占据主导地位 下游需求与技术演进带来刻蚀设备市场增长 刻蚀设备成长驱动力之一：长期看受益全球半导体需求增加与产线产能的扩充。 全球半导体产业空间广阔， 根据 全球半导体贸易统计组织 （ WSTS）的数据，2018年全球半导体（含分立器件、光电子、传感器、集成电路）市场规模高达 4687.8亿美元，同比增 13.7%，十年复合增速达 6.5%。 展望未来，我们认为在 5G、 AI、汽车电子等新兴领域的驱动下，半导体的长期成长空间有望进一步拉大。 从半导体的应用结构来看，根据赛迪顾问的统计， 2018年半导体下游应用领域分别为通信（ 32.4%）、计算机（ 30.8%）、工业（ 12%）、消费电子（ 12%）、汽车（ 11.5%）、政府（ 1%），每个领域均有相应的成长点，5G网络的建设、人工智能的应用与产品升级、智能终端的技术创新以及自动驾驶的持续渗透 等 ，都带来了半导体产业市场规模的进一步提升。 从产能的数据来看 ，根据 SEMI的统计，预计未来 2019-2020年全球半导体晶圆产能 （折合成 8寸晶圆） 将以 4-5%的同比增速持续增长 。 随着半导体大厂产线的开出 与 产能的增加 ，刻蚀 设备 作为最重要的设备之一， 市场 规模也将 进一步提升。 图 6： 半导体晶圆产能 （折合成 8寸晶圆） 稳步成长 数据来源： SEMI， Bloomberg， 广发证券发展研究中心 刻蚀 设备成长驱动力之二 ： 先进制程与存储技术 带来刻蚀设备 增长机遇。 一方面 ， 在 14纳米到 10纳米 、 7纳米甚至 5纳米的制程演进中，现在市场上普遍适用的沉浸式光刻机受光波长的限制，关键尺寸无法满足要求，因此需要通过多次沉积 +刻蚀的方式来实现更小的尺寸 ， 多重模板工艺显著增加了刻蚀设备的需求 。 同时由于关键尺寸的减小，对刻蚀的各项指标的要求也更加严苛， 随着制程的不断演进， 刻蚀设备的占比近年来也呈现快速提升趋势。 0%1%2%3%4%5%6%051015202530（ KK/ 月，折合成 8 寸晶圆）A na l og Di s c r ete F ou nd r y Lo gi c ME MSMe mo r y Mi c r o O pto O the r Y oY （右轴）识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 16 Table_PageText 深度分析 |半导体图 7： 10nm多重 模板工艺涉及多次刻蚀 图 8： 刻蚀设备 近年来占比快速提升 数据来源： SEMI， 广发证券发展研究中心 数据来源： SEMI， 广发证券发展研究中心 另一方面 ， 2D存储器件线宽接近物理极限， NAND闪存进入 3D时代，而 3D NAND需要增加堆叠的层数 ， 需要刻蚀加工更深的孔以及更深的挖槽 ，增加了对刻蚀设备的投资 需求 。 根据东京电子的统计， 3D NAND中刻蚀设备的支出占比达到50%， 远高于此前工艺 NAND的 15%。 图 9： 3D NAND相比 2D NAND而言层数更多 图 10： 刻蚀 设备 在 3D NAND资本开支 中份额 高 达50% 数据来源： SEMI， 广发证券发展研究中心 数据来源： 东京电子官网 ， 广发证券发展研究中心 从市场规模的数据来看 ， 根据 Wind的统计， 2018年全球半导体设备达到 645.3亿美元 ， 同比增 14%，其中晶圆处理设备为 502亿美元 ，占比 78%， 同比增 52%。 其中 ， 假定 2018年刻蚀设备占晶圆处理设备比例与 SEMI披露的 2017年的 24%相同 ，则 2018年 刻蚀设备的全球市场规模 突破百亿美元级别 ， 达 120.5亿美元 ， 同比增 56%。 0%5%10 %15 %20 %25 %3 0 %35 %4 0 %刻蚀设备 光刻机 检测设备CV D 清洗设备 其他沉积15%50%0%10 %20 %30 %40 %50 %60 %70 %80 %90 %10 0%P r e v i ou s N A ND Cape x 3D NA N DE tc h i n g De po s i t i on Cl ea n i n gCo ati ng /D ev el o pi ng Li tho graph y O the r s识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 16 Table_PageText 深度分析 |半导体图 11： 半导体设备 历年市场 规模 图 12： 刻蚀设备 市场规模测算 数据来源： SEMI， Wind， 广发证券发展研究中心 数据来源： SEMI， Wind， 广发证券发展研究中心 注 ： 2005-2017年刻蚀设备规模为 SEMI披露的 晶圆处理设备 市场规模 *刻蚀设备占比 ， 2018年 假定刻蚀设备占比 24% 壁垒高企 ，国外厂商占据刻蚀设备绝大部分市场 半导体设备整体、以及细分的刻蚀设备行业 属于典型 的 技术密集型行业， 产品技术含量高、附加 值高、对企业研发提出较高要求。同时 配套产业要求高、客户认证周期长，对 采购、销售等业务管理能力 也 提出了较高的要求。 国外巨头由于起步早，资金、技术、客户资源、品牌等方面具备优势，目前占据较高市场份额。 根据VLSI Research的统计 ， 2018年 全球前五大 半导体设备制造厂商，占据了全球半导体设备市场 65%的市场份额。 在需求增长较快的刻蚀设备领域，行业集中度更 高， 根据 The Information Network的 数据， 泛林半导体、东京电子、应用材料 2017年市场占有率分别为 55%、20%和 19%， 合计占据 94%的市场份额 。国内刻蚀设备厂商为中微公司 和北方华创 。 图 13： 2018年 全球半导体设备竞争格局 图 14： 2017年 全球刻蚀设备竞争格局 数据来源： VLSI Research， 广发证券发展研究中心 数据来源： The Information Network， 广发证券发展研究中心 - 10 0 %- 5 0 %0%50 %10 0%15 0%2 0 0 %010 020 030 040 05 0 060 07 0 0（亿美元）全球半导体设备销售额 同比增速（右轴）- 80 %- 6 0 %- 40 %- 20 %0%20 %4 0 %60 %80 %10 0%12 0%1 4 0 %02040608010 012 014 0（亿美元）刻蚀设备市场规模 同比增速（右轴）应用材料17%阿斯麦16%东京电子14%泛林半导体13%科天半导体5%其他35%泛林半导体55%东京电子20%应用材料19%其他6%