半导体设备行业专题报告：四重逻辑共振，继续看好半导体设备投资机会
证券研究报告行业研究专用设备 半导体设备专题报告： 四重逻辑共振，继续看好半导体设备投资机会 证券分析师：周尔双 执业证书编号：S0600515110002联系邮箱：zhouersh@dwzq.com.cn 证券分析师：黄瑞连 执业证书编号：S0600520080001联系邮箱：huangrl@dwzq.com.cn 2023年4月13日 逻辑一：美、荷、日相继加码制裁，半导体设备国产替代逻辑持续强化。继2022年10月美国对中国大陆半导体设备制裁升级后，2023年荷兰、日本相继加入限制阵营，主要聚焦在先进制程领域。整体来看，半导体设备国产化率仍处于低位，对于量/检测、涂胶显影、离子注入设备等，我们预估2022年国产化率仍低于10%，国产替代空间较大。在技术 层面上，国产半导体设备企业在薄膜沉积、刻蚀、量/检测、CMP、清洗等领域均已具备一定先进制程设备技术积淀，产业化进程快速推进，具备持续扩张的底层技术基础。海外制裁升级背景下，半导体设备进口替代逻辑持续强化，我们看好晶圆厂加速国产设备导入，2023年半导体设备国产化率提升有望超出市场预期。 逻辑二：扩产预期上修静待招标启动，半导体景气复苏同样利好设备。1）扩产预期上修静待招标启动：作为内资逻辑晶圆代工龙头，中芯国际已成为扩产主力，2022年资本开支达到63.5亿美元，同比+41%，并预计2023年基本持平。此外存储扩产好于先前预期，晋华、粤芯等二三线晶圆厂合计资本开支有望持续提升，随着Q2国内晶圆厂招标陆续启 动，国内半导体设备公司订单有望持续兑现。2）半导体景气复苏同样利好设备：2023Q3美光营收指引为35-39亿美元， 环比-5%~+6%，中枢基本持平；此外，中国大陆IC设计龙头库存水位开始下降，2022Q4末行业存货周转天数环比下降 5%，静待行业景气拐点出现。历史数据表明，全球半导体设备与半导体销售额同比增速高度联动，同时在行业上行周期时，半导体设备可以表现出更强增长弹性。SEMI预计2024年全球晶圆厂设备支出约920亿美元，同比增长21%，进入下一轮上行周期。对于中国大陆市场，叠加自主可控需求，我们看好2024年半导体设备需求加速放量。 逻辑三：政策扶持利好持续落地，大基金二期投资重新启动。2023年科技自主可控已经上升到举国体制，组建中央科技委，国家层面加大集成电路产业扶持力度；多省市将集成电路半导体芯片纳入当地政府报告，并从技术创新、项目建设、资金支持、标准制定等层面支持产业链发展，政策利好持续落地。此外，尽管大基金一期正在有序退出，大基金二期不断加码半导体制造、装备、材料等环节，2023年3月国家大基金二期投资重新启动，有望引发市场投资热情。 逻辑四：AI算力需求持续提升，半导体设备承接AI扩散行情。OpenAI模型持续迭代，国内互联网大厂纷纷推出大模型，算力需求持续提升背景下，AI芯片市场规模持续扩张，2025年我国AI芯片市场规模将达到1780亿元，2019- 2025GAGR可达42.9%。截止2023年4月10号，ChatGPT指数累计涨幅64.22%，估值处在历史85.74%分位，AI行业发展大趋势下，我们认为AI行情有望持续扩散，支撑各类芯片的底层—半导体设备有望成为AI行情扩散的下一个方向。 投资建议：1）前道设备：低国产化率环节重点推荐拓荆科技、精测电子、芯源微等；低估值标的重点推荐北方华创、赛腾股份、至纯科技、华海清科等；其他重点推荐中微公司、万业企业、盛美上海。2）后道设备：重点推荐长川科技、华峰测控；3）零部件：重点推荐正帆科技、新莱应材、富创精密、华亚智能等细分赛道龙头。 风险提示：海外制裁、半导体行业景气度下滑、晶圆厂资本开支不及预期等。2 一、美、荷、日相继加码制裁，国产替代逻辑持续强化 二、扩产上修静待招标启动，半导体景气复苏同样利好设备 三、政策扶持利好持续落地，大基金二期投资重新启动 四、AI算力需求持续提升，半导体设备承接AI扩散行情 �、投资建议与风险提示 2022年10月7日，美国对向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、16nm或14nm或以下 非平面晶体管结构（即FinFET或GAAFET）逻辑芯片相关设备进一步管控。 2）在没有获得美国政府许可的情况下，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 4 资料来源：BIS，东吴证券研究所 2023年3月8日，荷兰政府以“国家安全”为由，宣布将对包括“最先进的”深紫外光刻机（DUV）在内的特定半导体制造设备实施新的出口管制，并加入美国对华芯片出口管制的阵营。ASML官网发布公告对荷兰政府设备出口限制进行解读，ASML认为仅NXT:2000i以上高端机型将需要申请出口许可，成熟制程客户仍将可以使用1980及以下型号浸没式光刻机，我们认为DUV出口限制对当前国内成熟晶圆厂扩产影响不大，或将加速设备进口替代进程。 2023年3月28日，荷兰ASML总裁访华，并与商务部部长会晤，双方就阿斯麦在华发展等议题进行交流。ASML这一举动或释放想要改善对华关系的善意信息，我们认为未来荷兰ASML或不会贸然扩大设备出口型号限制范围，短期内国内成熟制程晶圆厂供应链安全风险可控。 图：DUV1980主要用于成熟制程，多重曝光可以实现14-10nm制程生产 序号 新增设备类型 1 11种薄膜沉积设备 薄膜设备（限于为使用极紫外线制造集成电路而特别设计的设备） 2 成膜设备，且满足十项特定参数性能之一 3 设计用于在真空或惰性环境中形成薄膜，且满足特定参数性能的设备 4 设计用于在特定真空或惰性环境中形成薄膜，且满足特定参数性能 （与上一项参数性能不同）的设备 5 使用有机金属化合物形成钌膜层的设备，且满足特定参数性能 6 空间原子层沉积设备，且满足特定参数性能 7 在特定温度或通过特定方式成膜的设备，且满足特定参数性能 8 设计用于硅（包括添加了碳的硅）或硅锗（包括添加了碳的硅锗）的外延生长设备，且满足特定参数性能 9 设计通过特定方式形成特定钨膜层的设备 10 设计用于通过特定方式形成特定低介电层，使之不留空隙的设备 11 为使用极紫外线制造集成电路的设备而特别设计的薄膜 12 4种光刻/ 曝光设备 采用步进重复式或步进扫描式处理晶圆的光刻机，满足特定参数性能 13 为极紫外线制造集成电路设计的对抗进行蚀剂涂布、成膜、加热或显影的设备 14 设计用于掩膜的，通过特定方式形成多层反射膜的设备（仅限为极紫外线制造集成电路设计的掩膜） 15 设计用于通过等离子体形成特定碳硬掩膜的设备 16 3种刻蚀设备 设计用于干法刻蚀的设备，且满足特定参数性能 17 设计用于湿法刻蚀的设备，且满足特定参数性能 18 设计用于各向异性干法刻蚀的设备，且满足特定参数性能 19 3种清洗设备 设计用于在特定真空状态下去除高分子残留及铜氧化膜，以及进行铜的成膜的设备 20 具有多个腔体，设计用于通过干式工艺去除表面氧化物进行前处理的设备，或者设计用于通过干式工艺去除表面污染物的设备 21 具有晶圆表面改性后进行干燥的工艺的单片式清洗设备 22 1种退火设备 在真空状态下工作的退火设备，且满足特定参数性能 23 1种量/检测备 为对使用极紫外线制造集成电路设计的掩膜，或该设计带图形的掩膜进行检查而设计的设备 图：日本半导体设备出口管制清单内容以先进制程制造设备为主 2023年3月31日，日本政府宣布将修订外汇与外贸法相关法令，计划5月颁布，7月施行： 1）清单拟对六大类23种先进 半导体制造设备追加出口管制 ，主要包括极紫外线（EUV）相关产品的制造设备和用于存储元件立体堆叠的刻蚀设备。按线宽来看，均为10~14nm以下的先进制程制造设备。 2）此次新增的23种半导体制 造设备及技术在从日本对外出口时均会触发出口许可证要求 ，而这些新增物项在出口至中 国大陆、中国香港和中国澳门时将仅能申请流程较为复杂、审批更加严格的许可证类型。 日本在涂胶显影、清洗领域具备全球主导地位，并在薄膜沉积、刻蚀等领域全球领先。日本半导体设备产业已涌现出TEL、DNS、Hitachi等全球龙头，其 中TEL为世界第三大半导体设备厂商，业务涵盖涂胶显影、CVD、ALD、刻蚀、清洗等，尤其在涂胶显影设备领域占据主导地位，全球市场份额高达87% 。此外，清洗设备也是日本半导体设备优势领域， 2019年DNS和TEL两家合计全球占比达到77%。 图：2021年TEL营收位居全球半导体设备第三 3002021年收入（亿美元） 200 100 0 资料来源：Wind，东吴证券研究所 图：日本半导体设备厂商优势领域集中于薄膜/光刻/涂胶显影/刻蚀/清洗等领域 7 资料来源：SEMI，中商产业研究院等，东吴证券研究所 中国大陆对于日本半导体设备依赖度较高，市场占比约30%。1）中观层面来看，2021年日本向中国出口半导体设备118亿美金，约占日本出口额的38.7%，约占中国进口额的28.8%。2）微观层面来看，2022财年TEL实现收入20038亿日元，其中对中国大陆市场实现收入5662亿日元，收入占比达到28%，进一步验证中国大陆市场对于日本半导体设备企业的重要性。 细分设备类别来看，若以华虹无锡、上海积塔的中标结果来看，两家晶圆厂对于日本的涂胶显影设备、清洗设备和热处理设备的中标占比较高，2022年分别达到82%、33%和54%；而薄膜沉积设备、光刻机、刻蚀设备和量/检测设备的占比均低于15%。 图：2021年日本设备占中国半导体设备进口总额近30%
