半导体设备行业系列深度报告之一：把握半导体设备国产化大周期

投资聚焦 研究背景 2019年5月15日，美国商务部将华为列入出口管制的实体清单，美国技术比例限制为25%，随后2020年5月15日将25%的限制比例调整为凡是含有美国技术皆需美国行政许可，限制比例变为0%。2020年10月4日中芯国际发布公告，美国BIS已根据美国出口管制条例对于向中芯国际出口的部分美国设备、配件及原物料进行限制，随后2020年12月4日美国商务部将中芯国际及其部分子公司及参股公司列入“实体清单”，限制中芯国际在 10nm 及以下技术节点获取相关设备，直接导致中芯国际未来将扩产的重心放在了成熟制程上。随着华为和中芯国际被制裁，设备国产化成为迫切需求，正式开启了本轮国产替代的黄金浪潮。 我们区别于市场的观点 有别于市场认为2021年之后半导体设备行业增速有所下滑，晶圆厂资本支出增速变缓，我们认为国内半导设备行业成长的核心逻辑是国产化率的提高，行业增速下滑不改国产化大趋势，是未来比较确定的长周期优质赛道。半导体设备行业景气度与国产替代进度、晶圆厂扩张以及技术迭代息息相关，国产替代进度和晶圆厂扩张决定着当前景气周期内对国产半导体设备的需求，技术创新带来的技术迭代则不断驱动着半导体设备的需求长周期持续向上，但国产替代才是本轮半导体设备景气度高企的核心驱动力。2021年很多国产半导体设备实现了0-1的跨越，2022年将逐步进入到1-N的放量过程，预计国产替代的进度将不断加快，我们持续看好半导体设备国产替代的逻辑，是未来的长周期优质赛道。 投资观点 半导体设备在高端领域处于美欧日垄断状态，是当前及未来国产化重点突破的领域。随着国家扶持力度的不断加大，制造企业与国产设备企业的合作意愿较强，国产化进度加快，市占率不断提升，半导体设备是未来必选的长周期优质赛道。 重点推荐：（1）北方华创：品类最齐全的国产半导体设备龙头，国产化受益最大标的；（2）中微公司：国内半导体介质刻蚀设备龙头，CCP刻蚀机市场份额不断提升，ICP刻蚀机和薄膜沉积设备进展迅速，内生外延技术实力雄厚；（3）盛美上海：国内半导体清洗设备平台型龙头，积极布局镀铜、炉管、抛铜等设备，品类持续扩展中；（4）至纯科技：国内半导体清洗设备领军企业，单片湿法设备持续放量，有望成为高端湿法设备的领先者；（5）万业企业：国内半导体离子注入机龙头，离子注入机持续放量，嘉芯半导体和肯发有望进一步增厚业绩，平台型设备公司雏形已现；（6）芯源微：国内半导体涂胶显影设备龙头，物理清洗设备已实现国产替代；（7）华峰测控：半导体后道模拟及数模测试机龙头，积极布局功率器件测试机、海外市场和SoC类测试机；（8）光力科技：崛起中的国产半导体后道划片机龙头，上下游布局完整，技术实力全球领先；（9）精测电子：半导体前后道、面板和新能源三大检测业务协同发展。建议关注：拓荆科技、长川科技、华兴源创、晶盛机电、盛剑环境、正帆科技、ASM Pacific（H）。 1、半导体设备：把握国产化大周期 1.1、半导体设备是国产化的核心领域 半导体是许多工业整机设备的核心，普遍应⽤于计算机、消费类电子、⽹络通信、汽⻋电子等核心领域，半导体主要由四个部分组成：集成电路、光电器件、分立器件和传感器，其中集成电路在全球总销售额中的占比高达80%以上，是半导体产业链的核心领域。 图表1：半导体各个细分板块简介 图表2：半导体各个细分板块在全球总销售额中的占比情况（单位：%） 集成电路产业链通常以芯片设计、制造和封装测试为三大环节，从市场需求调研中来再回到市场需求中去，是一个闭环回路。设备材料与制造和封装测试联系最为紧密，对应分为前道设备和后道设备，晶圆材料和封装材料。设备材料在高端领域处于美欧日垄断状态，“卡脖子”问题突出，是当前及未来国产化重点突破的领域。 图表3：半导体产业链示意图（以集成电路为例） 根据SIA的统计报告，2019年中国在晶圆制造设备领域的占比仅为2%，晶圆制造设备基本上被美欧日垄断，设备“卡脖子”问题尤为明显。随着国家扶持力度的不断加大，制造企业与国产设备企业的合作意愿较强，国产化进度明显加快，市占率不断提升，半导体设备是未来长周期必选的优质赛道。半导体设备资本投入大，人才缺乏，行业壁垒较高，能获得优势资源的各细分领域的龙头企业，市占率的提升预计将快于同领域的其他企业。 图表4：2019年中国在半导体各细分领域占比情况 根据SIA数据统计，全球半导体设备大致可以分为11大类，50多种机型。前道设备主要有光刻机、刻蚀机、薄膜沉积机、离子注入机、CMP设备、清洗机、前道检测设备和氧化退火设备八大类，后道设备主要分为测试设备和封装设备。 前道设备⽤于晶圆制造过程，覆盖从光片到晶圆的成百上千道工序。光刻机、薄膜沉积设备、刻蚀及清洗设备、前道检测设备和后道检测设备2019年全球销售额市场份额占比分别约为19%、19%、25%、9%和9%。 图表5：2019年全球半导体设备市场情况 图表6：晶圆制造流程图 2020年全球半导设备产业结构中，前道设备在总销售额中的占比约85%，后端测试设备占比约9%，后道封装设备占比约6%。目前全球前道设备市场份额主要由美欧日企业垄断，几家头部设备大厂美国AMAT占比约为17.0%，荷兰ASML占比约为16.6%，日本TEL占比约12.5%，美国LAM占比约11.2%，美国KLA占比约6.3%，合计占比近64%。 图表7：2020年全球半导体设备产业结构 图表8：2020年全球前道设备市场份额分布 全球半导体设备细分领域均呈现寡头垄断格局。根据Gartner数据，2019年全球光刻机主要由ASML一家垄断，占据83%的份额；涂胶显影/去胶市场主要由TEL一家垄断，占据91%的份额；热处理市场由AMAT、TEL和Kokusai三家垄断，份额占比分别为40%、20%和19%；刻蚀市场主要由LAM、TEL和AMAT三家垄断，份额占比分别为45%、28%和18%；离子注入市场主要由AMA、Axcelis和SMIT三家垄断，份额占比分别为60%、18%和17%；PVD市场主要由AMAT一家垄断，占据85%的市场份额；CVD市场主要由AMAT、Lam Research和TEL三家垄断，份额占比分别为30%、26%和17%；清洗市场主要由SCREEN、TEL和Lam Research三家垄断，份额占比分别为51%、27%和12%；CMP市场由AMAT和Ebara两家垄断，份额占比分别为66%和28%； 流程控制市场主要由KLA、AMAT和Hitachi三家垄断，份额占比分别为54%、11%和9%。 图表9：2019年全球光刻机市场竞争格局（销售额） 图表10：2019年全球涂胶显影/去胶市场竞争格局（销售额） 图表11：2019年全球热处理市场竞争格局（销售额） 图表12：2019年全球刻蚀市场竞争格局（销售额） 图表13：2019年全球离子注入市场竞争格局（销售额） 图表14：2019年全球PVD市场竞争格局（销售额） 图表15：2019年全球CVD市场竞争格局（销售额） 图表16：2019年全球清洗市场竞争格局（销售额） 图表17：2019年全球CMP市场竞争格局（销售额） 图表18：2019年全球流程控制市场竞争格局（销售额） 1.2、中国大陆设备市场份额占比不断提升 根据SEMI于2021年12月14日公布的《年终总半导体设备预测报告》，预计2021年原始设备制造商的半导体制造设备全球销售总额将达到1030亿美元的新高，比2020年的712亿美元的销售历史记录增长44.4%，预计2022年全球半导体制造设备市场销售总额将扩大到1140亿美元，同比增长11.2%，到2023年全球半导体制造设备市场销售总额预计将略微下滑0.8%至1134亿美元。 图表19：全球半导体设备销售额及同比增速 2020年中国大陆半导体设备销售额为187.2亿美元，同比增长39.2%，占全球半导体设备市场的26.3%，首次成为全球最大的半导体设备市场。根据历史数据的年均增量，我们预计中国大陆半导体设备销售额全球占比有望从2021年的28%提升到2023年的32%，呈逐年上升的趋势。由此测算，2021年中国大陆半导体设备销售额预计将达到287.8亿美元，同比增长53.7%，预计2022年中国大陆半导体设备销售额有望达到343.0亿美元，同比增长19.2%，到2023年中国大陆半导体设备销售额有望增长5.8%至362.9亿美元。 图表20：中国大陆半导体设备销售额及同比增速 图表21：中国大陆半导体设备销售额全球占比变化趋势 图表22：中国大陆半导体设备销售额全球占比测算 1.3、半导体设备国产替代的黄金浪潮开启 2019年5月15日，美国商务部将华为列入出口管制的实体清单，美国技术比例限制为25%，随后2020年5月15日将25%的限制比例调整为凡是含有美国技术皆需美国行政许可，限制比例变为0%。2020年10月4日中芯国际发布公告，美国BIS已根据美国出口管制条例对于向中芯国际出口的部分美国设备、配件及原物料进行限制，随后2020年12月4日美国商务部将中芯国际及其部分子公司及参股公司列入“实体清单”，限制中芯国际在 10nm 及以下技术节点获取相关设备，直接导致中芯国际未来将扩产的重心放在了成熟制程上。随着华为和中芯国际被制裁，设备国产化成为迫切需求，正式开启了本轮国产替代的黄金浪潮。 图表23：华为和中芯国际被制裁的时间线 目前大力提高中国大陆半导体设备及材料供应商的竞争力，对保障中国半导体产业链安全具有显著的溢出效益，有助于大大降低美国等出口管制所带来的风险。 因此，尽管存在巨大的进入壁垒，中国政府将继续重点支持本土的半导体设备及材料行业，即使在中美关系缓和以及设备松绑的情况下，国产化大趋势不变。 图表24：中国半导体设备及材料国产化率预测 随着半导体设备厂商逐渐登陆科创板或受到大基金扶持，如今不少本土企业的产品已经能够⽤于 28nm 产线，部分产品如中微公司的CCP刻蚀机甚至已经进入了台积电最先进的 5nm 逻辑芯片产线。回顾2021年很多国产半导体设备实现了0-1的跨越，2022年将逐步进入到1-N的放量过程，预计国产替代的进度将不断加快。 图表25：中国大陆半导体设备细分领域主要本土厂商分布 2、半导体设备未来业绩的驱动力 半导体设备及材料行业景气度与国产替代进度、晶圆厂扩张以及技术迭代息息相关，国产替代进度和晶圆厂扩张决定着当前景气周期内对国产半导体设备及材料的需求，而技术创新带来的技术迭代则不断驱动着半导体设备及材料的需求长周期持续向上，国产替代是本轮半导体设备及材料景气度高企的核心驱动力。 图表26：半导体设备未来业绩的驱动力 2.1、国产替代：本土设备厂商验证及导入速度加快 在中美贸易摩擦加剧之前，本土晶圆厂商为了尽快在半导体景气周期内完成产线建设，一般都倾向于采购国外的成熟的设备，减少认证的周期和成本。而半导体设备的发展离不开晶圆厂协同开发的核心驱动作⽤，在过去很长一段时间国产设备发展缓慢，获得验证及导入的机会并不多。 随着拜登政府延续并扩大了中美贸易摩擦以来的半导体政策：对内补贴芯片制造，对外拉拢台积电和三星赴美建厂，同时继续卡住对华关键企业的技术和设备出口，导致潜在的设备供应压力和“实体清单”风险逐步加大，国内晶圆厂产能不断扩张的同时，也在不断地导入国产设备，扶持本土战略供应商。国产半导设备产商获得了难得的发展机遇期，国产化率正在稳步提升中，成为了未来比较确定的优质赛道。 半导体设备国产化进展情况： 硅片制造设备： 晶盛机电拉晶炉、切割机已供货中环股份，研磨机已供货沪硅产业。 热处理设备： 主要是卧式炉、立式炉和快速升温炉，目前国内的北方华创、屹唐半导体等已经能够生产 28nm 及以下制程的热处理设备。 光刻设备： 光刻主要使⽤光刻机和涂胶显影机。上海微电子目前量产 90nm 光刻机， 28nm 国产光刻机正在验证中。涂胶显影机方面，芯源微的前道