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半导体设备行业分析报告:国产替代是核心,业绩增长是时代红利
发布日期:2022-05-02 11:15    点击次数:66

(报告出品方/作者:川财证券,贺潇翔宇)

一、 半导体设备行业投资价值

半导体设备行业投资的核心价值在于两个方面,一是核心高端科技的自主可控国产替代 需要,二是确定性较高的市场增长前景。我国半导体上游在中低端技术层面已基本可实 现国产替代,但高端技术层面整体仍依赖西方巨头企业。中国目前已稳居世界第一梯队 经济和军事强国地位,科技创新力显著增强,在高端核心科技领域拥有自主可控权是确 保我国产业经济可独立自主稳健增长的重要基石。从近期美国在俄乌冲突中的制裁措施 便可看出,在重大冲突面前,以美国为首的西方国家是可以进行全盘技术产品停供的, 这对我国提出了进一步的重要警示。

半导体设备是芯片制造的主要器材,受益下游需求增长拥有持续高企的市场景气度。物 联网、人工智能、新能源汽车、5G等新兴科技产业的大发展对整体芯片市场提出了暴增 式的需求,进而为晶圆厂资本开支提供了不断上升的动力。据Gartner数据,中国大陆半 导体行业资本开支有望从2019年的219.38亿美元增长至2022年的279.71亿美元。大量资 本开支主要用于相关产线建设,尤其设备的购买。并且,由于新兴科技对芯片产品性能、 集成度等要求不断提高,导致芯片制程不断精进,国际先进水平已至3nm,使得相关制造 设备的投资成本显著增长,为半导体设备提供了除规模增长之外的价值量提升。

二、 海外巨头垄断全球及国内市场

半导体设备行业的显著特征是海外巨头在众多领域均对市场形成高度垄断态势。由于发 展起步较早,技术较为先进的设备企业逐渐成长为相应领域的国际巨头,如 ASML、应用 材料、东京电子、泛林半导体等。并且,由于西方国家在二战后逐渐形成了以美国为主 导的具有全球市场开拓力的电子科技产业链,因此相关领先企业得以形成市场份额上的 快速开拓,进而对下游晶圆厂形成了较强的客户黏性以及对新进入者形成了较强的护城河壁垒。

我国半导体设备采购需求巨大,主要是三类设备。中国台湾汇集了台积电、台联电、世 界先进等晶圆代工巨头企业,因此常年保持对设备需求相对较为旺盛的态势。中国大陆 地区由于近年多个新兴科技领域的突飞猛进和美国芯片制裁的刺激,晶圆厂扩产新建之 势高歌猛进,在 2020 年一度超过台湾地区位居全球半导体设备市场之首,占比高达 25%, 远超北美、日本等地 9%、11%的市场潜力。在众多半导体设备中,薄膜沉积设备、刻蚀 机和光刻机是销售额占比相对最大的三大设备,在 2019 年全球半导体设备销售额中分 别占比 22%、21%、21%。

泛林半导体等国际巨头垄断全球及国内刻蚀设备市场。在 2019 年全球刻蚀机市场竞争 格局中,泛林半导体、东京电子、应用材料三大巨头分布占据 53%、19%、18%的市场份 额,其他企业分食余下 10%。在国内市场中,泛林半导体一家独大,占据 52%的市场份 额,中微公司和北方华创分别占据约 20%、6%的市场,东京电子和应用材料分别占 9%、 5%,其余企业分食 8%。可见中微公司在国内刻蚀机领域已形成相对领军之势,其刻蚀设 备占营收比重高达 57%。

泛林半导体、应用材料、TEL 等巨头垄断全球薄膜沉积设备市场。薄膜沉积设备的种类可主 要分为 CVD、PVD、ALD 及其他镀膜设备,相应市场占比分别为 57%、25%、18%左右。在 CVD 市场中,应用材料、泛林半导体、TEL 在 2019 年的全球市占率分别高达 30%、21%、 19%,其他企业分食余下 30%。在 PVD 市场中,应用材料一家独大,占据全球 2019 年 85% 的市场份额,其他所有企业分食余下 15%的空间。在 ALD 市场中,TEL 和先晶半导体位 于垄断地位,分别占据全球 2019 年市场的 31%、29%,其他企业在余下 40%市场空间中 竞争。

在其他销售额占比相对较小的设备中,国际巨头企业同样占据全球及大陆市场的垄断地 位。以清洗机为例,在 2018 年全球市场中,迪恩士、东京电子、SEMES 公司分别占据 45%、25%、15%的市场空间,其他企业分食余下 15%。在 2019 年中国半导体清洗设备招 标采购份额中, 青岛科迪博电子科技有限公司Screen 公司和泛林半导体占据 48%、20%,但其他国内厂商已出现相对 较为领先的企业,如占据 20%市场的盛美半导体。

总体来说,半导体设备市场的国产替代必要性和市场增长驱动性相辅相成。纵览设备市场,我国在多个领域的国产化率均低于 1%,如 EUV 光刻机、DUV 光刻机、ALD 设备、ALE 设备、离子注入设备等。在已有一定程度积累的设备领域,国产化率同样位于较低水平, 如刻蚀机的国产化率仍低于 20%,CVD、PVD 设备的国产化率位于 10%-15%,这与下游晶 圆厂的成本置换、投资风险、技术协调性等考虑相关。因此半导体设备国产替代仍有较 长的路要走,且随着中美科技竞争而变得逐渐迫切。但下游市场的增长拉动却是相对稳 健的,如 EUV 光刻机市场近五年复合增长率预计为 21%,ALD 设备市场近五年复合增长 率预计为 26%。在市场红利和大国竞争的双重带动下,尽管有多个国际巨头垄断市场, 但预计国内厂商将在不同子领域不断取得技术突破和地位提升。(报告来源:未来智库)

三、 国产厂商多领域突破

半导体设备行业肩负着我国芯片产业、下游新兴科技产业乃至国运盛衰的艰巨使命,目 前虽然整体上我国设备技术水平仍与国际领导者地位有一定程度的差距,但在多个子领 域均已涌现出较为突出的代表性厂商。该类企业以技术突破捍卫国家科技发展安全,同 时有望享受行业快速增长带来的业绩红利。

3.1 薄膜沉积与刻蚀:技术突破与市场放量共生

在薄膜沉积、刻蚀、光刻三大半导体设备中,前两者之于我国资本市场的意义尤为重要。 因其技术水平、市场份额突破等相对光刻机来说已取得较为长足的进展,且已贡献出两 家代表性上市公司——北方华创和中微公司。薄膜沉积和刻蚀设备是北方华创的主要产 品之一,同时其还覆盖了其他多种如清洗机、氧化扩散等设备。而中微公司是以刻蚀设 备为主打,以 MOCVD 等设备为重要延伸的专长性技术企业。刻蚀是指通过溶液、离子等 方式剥离晶圆表面材料,从而达到芯片结构设计要求的一种工艺流程。刻蚀可分为湿法 刻蚀和干法刻蚀两类,相比湿法刻蚀,干法刻蚀精确度、洁净度更高,因此随着芯片技术进入纳米阶段,干法刻蚀逐渐成为主流,但设备复杂度和成本也较高。据 Gartner 数 据,到 2025 年,全球集成电路制造干法刻蚀设备市场规模预计将增长至 181.85 亿美元。

中微公司是我国刻蚀设备领域专长性的领军企业。较高的刻蚀技术话语权及成本控制能 力为公司收获了相对更为亮眼的利润率水平。通过对比可以看出,中微公司的21Q3净利 率和毛利率均高于北方华创,尤其是净利率水平高出幅度超过50%。自2017年中微公司 归母净利润转正以来,其盈利能力不断提升,尤其近年随着下游需求的快速增长实现了 归母净利润的大幅提高,未来或将持续受益市场红利。

北方华创是我国泛半导体设备平台性的龙头企业,兼具技术先进性和产品全面性,相对 来说更容易获得国产替代的估值攀升。更加平台化的北方华创在薄膜沉积设备领域同样 具有较强的技术能力。薄膜沉积是一种在晶圆基片上沉积薄膜材料的工艺流程,常见种 类包括物理气相沉积(PVD)、化学沉积(CVD)及原子层沉积(ALD)等。北方华创的 PVD 工艺尤其领先,其自主研发了 13 款 PVD 产品,实现了国产 28nm 后端金属硬掩膜的突 破。北方华创的 CVD 设备覆盖功率、光伏等较多领域,目前 LPCVD 设备部分产品在国内 SMIC 先进工艺生产线上实现突破,PECVD 设备主要用于光伏电池片生产,大幅节约电能 成本。北方华创的产品除了薄膜沉积设备、刻蚀设备、清洗机、氧化扩散炉,还有气体 测量控制设备、热处理设备、新能源锂电等多种泛半导体设备,因此其可被看作我国半 导体设备的龙头型平台企业。其近年随市场扩大收获了营收和净利润的节节攀升。

3.2 光刻机:国产力量奋力前行

光刻机相对来说是半导体设备中最具技术尖端性的产品领域,也是晶圆生产工艺中尤为 关键的制造设备,目前全球市场主要被ASML、佳能、尼康三家企业占据。据前瞻产业研 究院数据,荷兰ASML在全球光刻机TOP3企业中占据高达63%的市场份额,佳能占据30%。 该技术稀缺与尖端性让其成为美国科技制裁的重要可选领域之一,因此我国为实现高科 技发展自主可控,在该领域取得技术突破已是时代进步的必然要求。目前我国在光刻机 领域取得重要进展的代表性企业主要是上海微电子。

上海微电子专攻光刻机设备,其技术在中低端领域已达相对较领先水平。上海微电子的 光刻产品主要应用在晶圆制造、封装测试及平板显示、高亮度LED等领域。目前其IC前道 光刻机水平与ASML仍差距较大,但不断取得阶段性成果,已实现90nm制程覆盖。上海微 电子从低端市场切入,拥有先进的封装光刻技术,已成为封测龙头企业的重要供应商。 其积极开展FPD光刻机研发,实现首台4.5代TFT投影光刻机交付,积极研发高世代产品, 努力切入主流厂商供应。

在高端光刻机领域,国内厂商仍不具备攻关能力。目前最先进的EUV光刻机被ASML垄断, 其他厂商,包括佳能、尼康与ASML相距甚远,几乎完全退出该细分市场。佳能还退出了 ArF光源光刻机的研发,将其业务重点集中于中低端光刻机市场,包括封装光刻机、LED 光刻机、面板光刻机等。目前上海微电子的主要技术及业务也是该类中低端产品市场, 并且市场份额据佳能、尼康还有较大的距离,因此尚未有过多技术、资金、资源及精力 来攻克高端EUV技术市场。

3.3 其他设备:多家内地厂商分领域攻关

除了薄膜沉积、刻蚀及光刻设备外,还有涂胶显影机、清洗机、去胶机等同样在晶圆制 造过程中发挥着重要作用,国内已有多家厂商在相关领域取得进展。涂胶显影机为光刻 机提供曝光前的光刻胶涂覆和曝光后的图形显影,主要通过机械手使晶圆在各系统之间 传输和处理,从而完成晶圆的光刻胶涂覆、固化、显影、坚膜等工艺。其不仅直接影响 光刻细微曝光图案的形成,还对后续刻蚀和离子注入等工艺中图形转移的结果产生深刻 影响,是集成电路制造中的关键处理设备之一。

芯源微是前道涂胶显影设备目前国内主要供应商。公司生产的前道涂胶显影设备已获得 多个前道大客户订单及应用,下游覆盖逻辑、存储、功率及其他特种工艺等多家国内厂 商,实现了小批量替代,大客户认证进展顺利。具体来说,公司生产的 offline 涂胶显 影机已实现批量销售,I-line 涂胶显影机已经通过部分客户验证并进入量产销售阶段, KrF 涂胶显影机已经通过客户 ATP 验收。随着各项技术突破及工艺验证推进,公司前道 涂胶显影机已具备逐步实现国产替代的技术实力。在 2019 年中国大陆涂胶显影机市占 率分布中,芯源微已占据 4%左右,虽然离东京电子 91%的市场份额还相距甚远。

盛美上海、芯源微等企业为我国半导体清洗设备领域贡献了重要力量。清洗机是将晶圆 表面上产生的颗粒、有机物、自然氧化层、金属杂质等污染物去除,以获得所需洁净表 面的工艺设备。清洗机广泛用于集成电路制造中的成膜前/后清洗、等离子刻蚀后清洗、 离子注入后清洗、化学机械抛光后清洗和金属沉积后清洗等各个环节。随着工艺制程精 进,杂质敏感度提升,对维持芯片良率提出了进一步的要求,推动了清洗步骤不断增加, 为清洗设备企业带到了业务增长的动能。在国内主要晶圆厂清洗设备中标厂商份额分布 中,国际厂商占比约 71%,盛美上海、芯源微、北方华创、屹唐股份分别占比 17%、9%、 2%、1%左右。盛美上海、芯源微已成为该领域大陆相对领先企业。在 2020 年全球半导 体清洗设备市场格局中,盛美上海同样是占比份额最大的中国大陆企业,占全球比重约 4%。虽然已有中国大陆企业逐渐打破垄断格局,但清洗设备国产化水平仍有广阔提升空 间。

最后,去胶机的技术难度相对而言不特别高,国产厂商在全球市场中已具有较强的市场 竞争力。据Gartner数据,屹唐半导体在全球干法去胶设备市场中占比约31.29%,位居全 球第一,泰仕半导体占比约5.28%,北方华创占比约1.66%。去胶机主要用于晶圆片刻蚀 后去除其表面阻挡层的光刻胶,适用于50-300mm晶圆片的处理。屹唐半导体凭借高企的 全球市占率逐渐确立了在干法去胶设备细分市场中国际领先的地位。(报告来源:未来智库)

四、 投资分析

自主可控国产替代是半导体设备行业的核心主题,业绩增长是时代发展带来的相应红利。 掌握制造半导体所用各类设备的关键技术是确保我国科技发展安全性、稳健性、自主性 的首要前提。对多个子设备领域均具有较强技术水平和全面性的企业容易获得在资本市 场中更高的估值预期空间。尽管技术稀缺性在中美科技竞争中愈发凸显,我国下游多个 新兴科技领域的迅猛发展还为上游晶圆制造产业链带来了快速增长的市场红利,成为推 动相关企业业绩持续攀升的重要动力。同时兼具较强国产替代属性和业绩增长势头的企 业在半导体设备行业中拥有强悍的基本面支撑,预计在大国博弈中奋力突破的我国科技 制造业将为相关优质赛道公司带来持续的上行动能。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】。

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