半导体设备专题研究系列二：国内积极推动成熟制程扩产，工艺控制设备迎来国产突破

证券研究报告/行业研究 国内积极推动成熟制程扩产，工艺控制设备迎来国产突破 ——半导体设备专题研究系列二 投资评级:看好 分析师：吴起涤执业登记编号：A0190523020001wuqidi@yd.com.cn研究助理：程治执业登记编号：A0190123070008chengzhi@yd.com.cn 半导体设备指数与沪深300指数走势对比 000300.SH003258.CJ 50%30%10% -10%-30% 2023/22023/52023/82023/11 资料来源：同花顺iFinD，源达信息证券研究所 投资要点 半导体设备行业逐步复苏，国内推动成熟制程扩产 2024年半导体设备行业有望迎来复苏。根据SEMI预测，2023/2024年全球半导体设备行业市场规模为1009/1053亿美元，同比-6%/+4%。2022年起美日荷陆续发布对华设备出口管制措施，限制国内先进制程产能扩建，半导体设备国产化迫在眉睫。国内积极推动成熟制程产能扩产，根据TrendForce在2023年12月的预测，2023-2027年中国大陆的成熟制程产能在全球的占比将由31%增长至39%，国内主流晶圆厂均有明确扩产计划，预计国产半导体设备厂商将充分受益。 工艺控制设备用于保证芯片良率，价值约占半导体设备市场的12% 工艺控制设备是用于检测半导体制程中加工工艺质量的质控设备。在28nm制程中约需要数百道晶圆加工工序，单道工序的误差都会影响芯片最终良率。根据YOLE统计，当工序超过500道，单道工序的良率要超过99.99%，最终芯片良率才能超过95%。因此为保证晶圆加工良率，需要工艺控制设备对晶圆加工流程进行实时质量管控。工艺控制设备约占半导体设备价值量的12%。则假设2023年设备价值量占比基本不变基础上，根据SEMI预测，2023年全球工艺控制设备的市场空间约为121亿美元，未来有望随行业复苏稳步增长。 工艺控制设备市场中KLA一家独大，国产厂商逐步突破 全球工艺控制设备市场中科磊半导体（KLA）一家独大。根据VLSIResearch数据，科磊半导体在工艺控制设备的市场份额占比为50.8%，TOP5市场份额合计超80%，均为美国和日本公司。过程控制设备行业的国内上市企业有精测电子、中科飞测，近年来国产设备公司已在诸多细分品类逐步取得突破：1）精测电子：公司膜厚量测系统、光学关键尺寸量测系统和电子束缺陷检测系统等产品已能覆盖2xnm及以上制程；2）中科飞测：公司产品线已涵盖无图形/图形晶圆缺陷检测设备、三维形貌量测设备、晶圆介质薄膜量测设备和套刻精度量测设备等系列产品。 投资建议 建议关注：中科飞测、精测电子等。 风险提示 国际政治动荡和摩擦加剧；国内芯片产能扩产不及预期；设备国产化导入不及预期；半导体设备行业竞争格局恶化。 请阅读最后评级说明和重要声明 目录 一、半导体设备市场逐步复苏，国内加快成熟制程扩产3 二、工艺控制设备是芯片控制良率的核心，国产公司打破进口垄断7 三、建议关注10 1.中科飞测10 2.精测电子11 四、投资建议12 1..建议关注12 2.盈利预测12 五、风险提示13 图表目录 图1：2024年全球半导体设备销售额有望回升至1053亿美元3 图2：2023-2027年先进制程产能分布的变化趋势4 图3：2023-2027年成熟制程产能分布的变化趋势4 图4：半导体前道晶圆制程对应的主要工序7 图5：2022年全球半导体设备各类型价值占比7 图6：每5万片晶圆产能对应设备投资额（亿美元）7 图7：过程控制工艺可细分为检测和量测两大类8 图8：全球过程控制设备市场由美日企业垄断，科磊半导体一家独大9 图9：2018-2023年前三季度中科飞测营收情况10 图10：2018-2023年前三季度中科飞测归母净利润情况10 图11：2018-2023年前三季度精测电子营收情况11 图12：2018-2023年前三季度精测电子归母净利润情况11 表1：中国大陆部分晶圆厂晶圆产线建设规划及进展整理5 表2：美日荷联合对华出口管制，倒逼半导体设备国产替代6 表3：检测设备和量测设备分别约占全球过程控制设备市场的62.6%和33.5%8 表4：重点公司盈利预测12 2 一、半导体设备市场逐步复苏，国内加快成熟制程扩产 2024年全球半导体设备销售额有望回升。根据SEMI在2023年年底的预测，预计2023年全球半导体设备销售额将下滑6%至1009亿美元，主要系芯片库存过剩叠加需求减弱，晶圆厂放缓设备采购节奏。展望2024年，芯片库存拉货及AIGC等行业驱动下，全球半导体设备销售额有望增长4%至1053亿美元。 图1：2024年全球半导体设备销售额有望回升至1053亿美元 1400 1200 1000 800 600 400 200 全球半导体设备市场空间（亿美元）YOY（%） 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0 20192020202120222023E2024E2025E -10% 资料来源：SEMI，源达信息证券研究所 国内积极推动成熟制程产能扩建，利好国产半导体设备行业发展。受美日荷联动对华半导体设备进口制裁影响，中国大陆先进制程扩产受阻。根据TrendForce数据，2021年全球晶圆出货量中成熟制程占比为86%，销售额占76%。成熟制程芯片主要有驱动芯片、CIS/ISP、功率器件等，在显示面板、消费电子、5G、汽车和工业领域应用广泛。国内大力推动成熟制程产能扩产，提高国产芯片比例。根据TrendForce在2023年12月的预测，2023-2027年中国大陆的成熟制程产能占比将由31%增长至39%。 图2：2023-2027年先进制程产能分布的变化趋势 资料来源：TrendForce，源达信息证券研究所图3：2023-2027年成熟制程产能分布的变化趋势 资料来源：TrendForce，源达信息证券研究所 对国内目前已公布的部分晶圆厂产线建设项目整理，合计规划产能缺口超100万片/月。 2024年2月7日中芯国际发布2023年财报，2023年全年资本开支达74.7亿美元，并预 计2024年与上一年持平。2023年8月4日长虹集团登陆科创板，IPO募投项目中包含一 条8.3万片/月的12英寸晶圆产线建设，并计划在2024年末完成厂房设备安装。以上信息 均为2024年国内的半导体设备需求提供坚实支撑。 表1：中国大陆部分晶圆厂晶圆产线建设规划及进展整理 厂商 项目 规划产能 （10k/m） 现有产能厂房状态 （10k/m） 中芯京城（12英寸） 10 /建成 中芯天津（12英寸） 10 0 在建 中芯深圳（12英寸） 4 / 建成 fab1（12英寸） 10 / 建成 长江存储 fab2（12英寸） 10 0 在建 fab3（12英寸） 10 0 计划 fab1（12英寸） 12.5 / 建成 合肥长鑫 fab2（12英寸） 12.5 0 计划 fab3（12英寸） 12.5 0 计划 华虹集团 无锡（12英寸） 8.3 / 在建 福建晋华 晋江（12英寸） / / 在建 积塔半导体 临港二期（12英寸） 5 0 在建 广州粤芯 三期（12英寸） 4 0 在建 青岛芯恩 二期（12英寸） 2 0 在建 士兰微 士兰集科（12英寸）士兰集昕（12英寸） 83 60 建成在建 燕东微 北京（12英寸） 4 0 在建 晶合集成 N2（12英寸） 4 1.5 建成 合计（折合12英寸） 139.8 7.5 中芯国际 中芯上海（12英寸）100在建 资料来源：ittbank，semitrade，各公司公告，福建省发改委官网，源达信息证券研究所 美日荷联合发布对华出口管制条例，设备国产化节奏亟待加速。2022年10月7日美国商务部公布BIS条例：限制对中国14nm及以下逻辑芯片、128层及以上NANDFlash、18nm及以下DRAM制造设备及零部件的出口。2023年6月30日荷兰发布出口管制新规，限制ASML的TWINSCANNXT:2000i及之后的浸没式光刻机对华出口，管制在9月1日正式生效。2023年7月23日日本对华先进芯片制造设备出口管制的条例正式生效： 管制对象包括涂胶显影设备（EUV）和清洗设备等23类先进制程半导体设备。上述禁令主 要针对先进制程设备，影响国内先进制程产线扩产，但同时也会增强大陆晶圆厂的危机意识，成熟制程设备国产替代有望加快。 美国商务部将31家中国公司加入“未经核实的名单”，限制对中 2022/10/7国14nm及以下logic、128层及以上NANDFlash、18nm及以下DRAM制造设备及零部件的出口 事件 日期 表2：美日荷联合对华出口管制，倒逼半导体设备国产替代 2022/12/15美国商务部决定将长存、寒武纪、ICRD、上海微电子和鹏芯微等 2023/1/27美日荷就对中国先进设备出口限制达成协议，限制内容与10月7 日BIS新规一致 36家中国实体加入实体清单 2023/3/8ASML在官网发布《关于额外出口管制的声明》，将光刻机限制范围设定在2000i及之后的高端浸没式机型 2023/3/31日本政府宣布将23类先进制程半导体设备新增为出口管控对象，限制7月生效 2023/6/30荷兰发布出口管制新规，限制ASML的TWINSCANNXT:2000i及之后的浸没式光刻机对华出口，管制在9月1日正式生效 2023/7/23日本政府宣布对23个品类先进制程半导体设备的出口管制措施正式生效 资料来源：半导体行业观察，电子创新网，电子发烧友网，虎嗅，中国工业网，源达信息证券研究所 二、工艺控制设备是芯片控制良率的核心，国产公司打破进口垄断 工艺控制设备是用于检测半导体前道、中道和后道加工工艺质量的质控设备。其中，前道检测是针对光刻、刻蚀、薄膜沉积等工艺环节的质量检测；中道检测面向先进封装环节；后道测试是对芯片进行功能和电参数测试。由于前道晶圆加工的光刻、刻蚀和薄膜沉积等加工工序对加工精度要求极高，通常在几十至几百纳米；并且部分工序需要多次进行，因此为保证晶圆加工良率，需要流程控制设备对晶圆的整个加工流程进行实时质量管控。 图4：半导体前道晶圆制程对应的主要工序 资料来源：芯源微招股说明书，源达信息证券研究所 根据中微公司2022年业绩说明会，工艺控制设备约占半导体设备价值量的12%。则假设2023年设备价值量占比基本不变情况下，则根据SEMI预测，2023年全球工艺控制设备的市场空间约为121亿美元。根据摩尔定律：芯片中的晶体管数目，约每两年增加一倍。未来在晶圆制造向更先进制程节点转变趋势下，对设备的投资额将会大幅增加，并会增加刻蚀、薄膜沉积等工序数量，对工艺控制设备的要求和需求亦将随之增加。 图5：2022年全球半导体设备各类型价值占比图6：每5万片晶圆产能对应设备投资额（亿美元） 250 200 150 100 50 0 资料来源：SEMI，中微公司，源达信息证券研究所资料来源：中芯国际招股说明书，源达信息证券研究所 应用于前道制程和先进封装的工艺控制设备可细分为检测和量测两大类。检测是指在晶圆表面上或电路结构中，检测其是否出现异质情况，如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工 艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷；量测指对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数的量测。 图7：过程控制工艺可细分为检测和量测两大类 资料来源：中科飞测招股说明书，源达信息证券研究所 参考中科飞测招股说明书，检测设备和量测设备分别约占全球过程控制设备市场的62.6%和33.5%。其中，检测设备包括纳米图形晶圆缺陷检测设备、无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备和掩膜检测设备等；量测设备包括关键尺寸量测设备、电子束关键尺寸量测设备和套刻精度量测设备等。 表3：检测设备和量测设备分别约占全