半导体量/检测设备专题报告：前道设备弹性最大环节之一，迎国产替代最佳机遇

证券研究报告行业研究专用设备 半导体量/检测设备专题报告： 前道设备弹性最大环节之一，迎国产替代最佳机遇 证券分析师：周尔双 执业证书编号：S0600515110002 zhouersh@dwzq.com.cn 证券分析师：黄瑞连 执业证书编号：S0600520080001 huangrl@dwzq.com.cn 2022年12月6日 风险提示：半导体行业投资不及预期、设备国产化不及预期、美国制裁升级风险。 2 大陆晶圆厂逆周期大规模扩产，半导体设备需求维持高位。相较半导体设计、封测环节，晶圆制造仍是中国大陆当前半导体行业短板，自主可控驱动本土晶圆厂逆周期大规模扩产。据集微咨询预测，中国大陆未来5年将新增25座12英寸晶圆厂，总规划月产能将超过160万片，对半导体设备的需求将维持高位。美国新一轮制裁对中国大陆存储（128层及以上3DNAND、18nm及以下DRAM）及14nm或以下制程逻辑扩产 虽有一定不确定性，但我们认为随着美国对中国大陆半导体产业持续打压，会加速设备国产替代进程。 前道国产化率最低环节之一，国产替代弹性空间大。�量/检测设备是半导体制造重要的质量检查工艺设备，价值量占比较高，2019年销售额在半导体设备中占比达到11%，仅次于薄膜沉积、光刻和刻蚀设备，远高于清洗、涂胶显影、CMP等环节。我们预计2023年中国大陆量/检测设备市场规模将达到326亿元，市场需求较为广阔。②全球范围内来看，KLA在半导体量/检测设备领域一家独大，2020年在全球市场份额高达51%，尤其是在晶圆形貌检测、无图形晶圆检测、有图形晶圆检测领域，KLA全球市场份额更是分别 高达85%、78%、72%。中科飞测、上海精测、睿励科学、东方晶源等本土厂商虽已经实现一定突破，但量/检测设备仍是前道国产化率最低的环节之一。若以近期批量公开招标的华虹无锡和积塔半导体为统计标 本，2022年1-10月份2家晶圆厂量/检测设备国产化率仅为8%，远低于去胶机、刻蚀设备、薄膜沉积设备等环节。展望未来，在美国制裁升级背景下，KLA在中国大陆市场的业务开展受阻，我们看好在此轮制裁升级刺激下，本土晶圆厂加速国产设备导入，量/检测设备有望迎来国产替代最佳窗口期。 投资建议：量/检测设备市场规模大，国产化率低，看好制裁升级下国产替代加速，前瞻性布局的本土企业有望深度受益。建议关注精测电子、赛腾股份、中微公司，以及即将上市的中科飞测。1）精测电子：2021.12.1至2022.11.11，上海精测销售合同累计达到3.38亿元，约是2018-2021年收入之和的2倍，已进入重复订单放量阶段。2）赛腾股份：并购日本Optima切入量/检测领域，外观缺陷检测设备具备全球竞争力，中国大陆市场开拓有望快速推进。3）中微公司：三次增资睿励科学，睿励科学在光学薄膜测量领域具备较强竞争力，看好睿励科学在中微公司的产业资源加持下产业化快速推进。4）中科飞测：专注于半导体量/检测设备的国产领军者，量/检测设备覆盖面已经达到27%，新品突破后有望超过50%，龙头地位显著。 一、晶圆厂逆周期大规模扩产，半导体设备需求维持高位 二、量/检测设备价值量占比排第四，2023年市场规模超300亿元 三、前道国产化率最低环节之一，国产替代将迎来最佳机遇 四、本土部分量/检测设备企业梳理 �、投资建议 六、风险提示 相较半导体设计、封测环节，晶圆制造是中国大陆当前半导体行业短板，自主可控驱动本土晶圆厂逆周期大规模扩产。据SEMI数据，2021-2022年全球新增晶圆厂29座中，中国大陆新增8座，占比达到27.59%。然而，中国大陆市场晶圆产能缺口依旧较大，2021年底晶圆全球产能占比仅为16%（包 含台积电、海力士、三星等外资企业在本土的晶圆产能），远低于半导体销售额全球占比（2021年约35%）。在自主可控驱动下，本土晶圆厂具备较强逆周期扩产诉求。 在半导体行业下行周期中，2022年8月26日，中芯国际拟在天津投资75亿美元建设12英寸晶圆代工生产线项目，工艺节点为28-180nm，规划产能为10万片/月。此外，中芯国际拟将2022年资本开支计划从320.5亿元上调到456.0亿元，均进一步验证逆周期扩产需求。 图：2021年底中国大陆晶圆产能全球占比仅16%图：2021年中国大陆半导体销售额全球占比为35% 其他地区 9% 韩国 23% 美洲 11% 日本 15% 中国大陆 16% 亚太及其他 地区 27% 美洲 21% 中国大陆 35% 日本 8% 欧洲 5% 中国台湾 21% 欧洲 9% 资料来源：KnometaResearch，东吴证券研究所 资料来源：SIA，东吴证券研究所 4 就具体晶圆厂而言，我们统计发现，仅华虹集团、中芯国际、长江存储、合肥长鑫四家晶圆厂未来合计扩产产能将过100万片/月。 厂商 实施主体 工厂代码 工艺 尺寸类型 项目地点 2021年底产能 （万片/月） 规划产能（万片/月） 状态 华虹集团 华虹半导体 Fab1-3 功率器件1um-90nm 8寸 上海 17.8 18 建成 上海华力 F5 功率器件50-40-28nm 12寸 上海 3.5 3.5 建成 上海华力 F6 功率器件28-14nm 12寸 上海 3 4 建成 华虹半导体 Fab7 功率器件90-65/55nm 12寸 无锡 6 8 建成 上海华力 Fab8 12寸 上海 0 4 计划 华虹半导体 Fab9 12寸 无锡 0 8 计划 中芯国际 中芯上海 S1(Fab123) 逻辑代工0.35µm~0.15µm制程，主要0.11/0.13um 8寸 上海 11.5 13.5 建成 中芯南方 SN1 逻辑代工FinFET14-7nm 12寸 上海 1.5 3.5 建成 中芯南方 SN2 逻辑代工FinFET14-7nm 12寸 上海 0 3.5 在建 中芯北京 B1(Fab4、6) 逻辑代工0.18µm~55nm 12寸 北京 5.2 6 建成 中芯北方 B2 逻辑代工65-24nm 12寸 北京 6.2 10 建成 中芯京城 B3P1 逻辑代工45/40-32/38nm 12寸 北京 0 5 在建 中芯京城 B3P2 逻辑代工45/40-32/38nm 12寸 北京 0 5 计划 中芯京城 B3P3 12寸 北京 0 5 计划 中芯京城 B3P4 12寸 北京 0 5 计划 中芯深圳 Fab15 逻辑代工0.35µm~0.15µm， 主要0.25um/0.35um 8寸 深圳 4.4 7 建成 中芯深圳 Fab16A/B 逻辑代工28nm 12寸 深圳 0 4 建成 中芯天津 FabB7P2 逻辑代工0.35µm~90nm,主要0.15/0.18um 8寸 天津 9.5 18 建成 中芯天津 28~180nm逻辑 12寸 天津 0 10 计划 中芯绍兴 MEMS、功率器件 8寸 绍兴 4.25 10 建成 中芯宁波 N1 0.18um射频及高压模拟器件 8寸 宁波 1.5 1.5 建成 中芯宁波 N2 特种工艺模拟芯片 8寸 宁波 0 2.75 建成 合肥长鑫 合肥长鑫 Fab1 DRAM 12寸 合肥 6 12.5 建成 合肥长鑫 Fab2 DRAM 12寸 合肥 0 12.5 计划 合肥长鑫 Fab3 DRAM 12寸 合肥 0 12.5 计划 长江存储 长江存储 Fab1 3DNANDFLASH 12寸 武汉 8 10 建成 长江存储 Fab2 3DNANDFLASH 12寸 武汉 0 10 在建 长江存储 Fab3 3DNANDFLASH 12寸 武汉 0 10 计划 武汉新芯 Fab1 NorFLASH 12寸 武汉 2.5 2.5 建成 武汉新芯 Fab2 NorFLASH 12寸 武汉 2.5 11.5 建成 合计 93.35 236.75 5 数据来源：各公司公告，新材料在线等，东吴证券研究所（注：因为产能状态更新不及时可能存在误差） 根据集微咨询统计，2022年初中国大陆共有23座12英寸晶圆厂正在投入生产，总计月产能约为104.2万片，与总规划月产能156.5万片相比，产能装载率仅达到66.58%，仍有较大扩产空间 同时，集微咨询预计中国大陆未来5年（2022年-2026年）还将新增25座12英寸晶圆厂，总规划月产能将超过160万片。由此可见，在全球晶圆产能东移持续推进背景下，中国大陆对晶圆设备的需求有望长期维持高位。 图：2022年中国大陆12寸晶圆厂扩产空间较大图：2022-2026年中国大陆将再新增25座晶圆厂 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 产能提升空间（万片）12英寸月产能（万片） 52.3 87.7 104.2 46.8 当年新增投产数量 5 4 5 5 6 3 43 20 23 29 34 39 60 50 40 30 20 10 0 原12英寸厂投产数量 资料来源：集微咨询，东吴证券研究所 资料来源：集微咨询，东吴证券研究所 6 2021年初2022年初20212022E2023E2024E2025E2026E 10月7日，美国对中国半导体产业制裁升级，引发市场恐慌，核心体现在： 1）对128层及以上3DNAND芯片、18nm半间距及以下DRAM内存芯片、14nm以下逻辑芯片相关设备进一步管控。考虑到本土28nm以下逻辑芯片扩产需求较少，市场担忧主要聚焦在2024年后存储扩产预期。 2）在没有获得美国政府许可情况下，美国国籍公民禁止在中国从事芯片开发或制造工作，包 括美国设备的售后服务人员，引发市场对于本土半导体设备企业美籍高管&技术人员担忧。 图：本轮制裁升级对设备管控以薄膜沉积设备为主 CVD 使用自下而上的填充工艺在填充金属中沉积≤3nm最大尺寸的空隙/接缝的钴或钨填充金属 可以在单反应腔内制造金属接触 的设备 在晶片衬底温度保持在100℃-500℃之间的情况下，沉积有机金属钨化合物层。可以进行化学成分包括氢气、H2+N2、NH3的等离子体过程。 可以在真空环境内制造金属接触的设备 在化学成分包括氢气（包括H2、H2+N2和NH3）的等离子体过程中使用表面处理，同时将晶片衬底温度保持在100°C和500°C之间 使用由等离子体工艺组成的表面处理，其中化学成分包括氧气（包括O2和O3），同时将晶片衬底温度保持在40°C和500°C之间； 沉积钨层，同时将晶片衬底温度保持在100°C和500°C之间 能够在真空环境中选择性沉积钴金属层的设备，其中第一步使用远程等离子体发生器和离子过滤器，第二步是使用有机金属化合物沉积钴层 能够使用有机金属化合物区域选择性沉积屏障或衬垫的设备。 (包括能够区域选择性沉积阻挡层的设备，以使得填充金属能够接触到下面的电导体。) PVD 能够在铜或钴金属互连的顶表面上沉积厚度为10nm或更小钴层的物理气相沉积设备。 可以在真空环境内通过沉积以下材料来制造金属接触 使用物理溅射沉积技术的钴层，其中工艺压力为1-100mTorr，同时保持晶片衬底温度低于500℃ 使用有机金属化合物的氮化钛（TiN）或碳化钨(WC)层，同时将晶片衬底温度保持在20℃至500℃之间。使用有机金属化合物的钴层，其中工艺压力为1-100托，晶片衬底温度保持在20℃至500℃之间 可以在真空环境中沉积以下铜-金属互连材料的设备： 使用有机金属化合物的钴或钌层，其中工艺压力为1-100托，晶片衬底温度保持在20℃和500℃之间 在压力为1-100mTorr，晶片衬底温度保持在500℃以下使用物理气相沉积技术的铜层 ALD 可以通过将有机金属铝化合物和卤化钛化合物输送到晶片衬底上沉积“功函数金属”来调节晶体管电气参数。 能够在宽高比大于5:1、开口小于40nm且温度低于500˚C的结构中产生钨或钴的无空隙/无接缝填充物 7 资料来源：BIS，东吴证券研究所 8 展望未来，我们认