请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 行业研究 Page 1 证券研究报告深度报告 电子元器件 Table_IndustryInfo 半导体专题研究系列八 超配 2020年02月10日 一年该行业与上证综指走势比较 行业专题 正在崛起的中国半导体设备 科技进步推动半导体设备投资额台阶式上升 半导体设备是半导体产业进步的核心发动机。踏着 “摩尔”的旋律，每更新一代半导体工艺制程，则需新一代更为先进的制程设备，未来 3nm 时代1万片/月产能需要约100亿美元的投资，比 10年前增加了12倍。其中65%70%投资额将投入到设备领域。随着 5G、人工智能和万物互联等先进制程需求增长，对半导体设备需求日益增长。Semi 预计，19-21 年全球设备市场销售规模分别为576/608/668 亿美元，复合增速约 8%，其中中国市场增速快于全球市场，约为10%16%。 全球半导体设备目前由海外公司寡头垄断 全球半导体设备市场 CR4 达到 57%，CR10 达到 78%，市场集中度相对较高。光刻机、刻蚀机等核心设备均被海外龙头 ASML、应用材料、东京电子等厂家垄断，占有高达 90%及以上市场份额。国内设备厂家在单晶炉、刻蚀、沉积、划片、减薄等环节逐步突破。 振兴中国半导体产业，高端设备产业逐步崛起 半导体设备国产化是产业升级的主要环节，未来 3 年国内有超过 20 家FAB厂扩产或新建，测算设备投资规模达760830亿元，目前设备平均国产化率仅 5%10%，替代空间巨大。政策、资金等支持及国内需求有利于半导体产业链国产化的提速，国内半导体设备产业有望从跟随走向超越，从国内迈向全球，龙头公司迎来高速成长期。 正在崛起的中国半导体高端设备，维持板块“超配”评级 国内设备龙头企业与国际龙头企业的收入差距在 50 倍左右 (2 亿美元VS 100 亿美元)，半导体产业逐步产业升级过程中，国内半导体设备企业存在巨大成长空间，重点关注各细分领域龙头公司。北方华创：具备CVD、刻蚀、清洗和立式炉等综合制造能力；中微公司：具备介质刻蚀、TSV硅通孔刻蚀及 MOCVD 设备等能力，多个产品进入世界先进行列；长川科技：数字测试机和分选平台领先企业；精测电子：国产面板检测设备领先企业。联得装备：国内平板显示模组设备领先企业；万业企业: 18年收购凯世通，切入光伏离子注入机；晶盛机电：晶体硅生长设备龙头企业，实现12英寸半导体级单晶炉量产。 风险提示。 中美贸易冲突加剧；宏观经济下行压力； 重点公司盈利预测及投资评级 公司 公司 投资 昨收盘 总市值 EPS PE 代码 名称 评级 （元） （百万元） 2019E 2020E 2019E 2020E 002371 北方华创 买入 144.96 711.24 0.84 1.22 172.57 118.82 688012 中微公司 增持 195.66 1046.51 0.34 0.48 581.55 404.16 300604 长川科技 增持 30.66 96.36 0.18 0.36 170.33 85.17 300567 精测电子 买入 64.60 158.53 1.33 1.78 48.57 36.29 300545 联得装备 买入 32.25 46.47 0.66 1.17 48.88 27.64 600641 万业企业 增持 19.95 160.83 0.81 0.84 24.63 23.75 300316 晶盛机电 买入 20.83 267.56 0.55 0.84 37.87 24.80 资料来源：Wind、国信证券经济研究所预测 相关研究报告： 电子行业投资策略：公募基金持仓解析：行业景气度提升的细分龙头受青睐 2020-02-04 2020年2月投资策略暨2019年业绩前瞻：行情进入寻找阿尔法的窗口期 2020-02-02 苹果 2019 年 4 季度业绩点评：可穿戴设备高歌猛进，苹果单季度数据创历史新高 2020-02-02 电子行业2020年1月投资策略：2019年电子行业回顾及2020年预期 2020-01-13 半导体动态跟踪：台积电高端制程需求旺盛，带动三季度收入超预期 2019-10-21 证券分析师：欧阳仕华 电话： 0755-81981821 E-MAIL： ouyangsh1guosen 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980517080002 证券分析师：唐泓翼 电话： 021-60875135 E-MAIL： tanghyguosen 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980516080001 证券分析师：贺泽安 E-MAIL： hezeanguosen 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980517080003 证券分析师：王学恒 电话： 010-88005382 E-MAIL： wangxuehguosen 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980514030002 证券分析师：何立中 电话： 010-88005322 E-MAIL： helzguosen 证券投资咨询执业资格证书编码：S0980516110003 独立性声明： 作者保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于本人的职业理解，通过合理判断并得出结论，力求客观、公正，其结论不受其它任何第三方的授意、影响，特此声明 0.61.11.62.12.63.1F/19 A/19 J/19 A/19 O/19 D/19上证综指 电子元器件请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 2 投资摘要 关键结论与投资建议 回看中国改革开放的 40多年，中国制造业的崛起离不开其上游设备行业的国产化。在这过程中，国外技术绝不会轻易交出那些标志着生产能力制高点的装备技术，没有优秀的设备及装备，就像砍柴没有镰刀，发展及制造效率必然大打折扣。中国半导体缺少核心装备成为制约产业发展的核心要素之一。 目前来看，主要半导体领域的核心设备仍然被海外厂商所垄断，国内设备厂家在单晶炉、刻蚀、沉积、划片、减薄等环节实现逐步突破，但仍有多个中高端产业链环节依赖国外进口。因此半导体设备的国产化是振兴中国半导体产业的起点。 中国具有巨大的市场，中国未来新建大量晶圆厂及产线将拉动国产设备近千亿市场需求。在巨大的市场需求助力下，结合工程师红利、政策资金支持，中国半导体设备产业一定能够崛起。 与市场不同之处 与同行相关研究对比，我们对半导体设备产业全景梳理显现更为详细，并且分析了全球半导体设备投资与技术变化的历史演变进程，针对不同领域的产品国产化替代程度同样进行仔细的分析。此外我们详细列举了未来 3 年国内晶圆厂建厂及投资规划，以详实的数据为出发点，论述未来中国半导体晶圆产业的增长空间。 股价变化的催化因素 国内半导体相关扶持政策出台，并加快国产化替代进程。 核心假设或逻辑的主要风险 第一，中美贸易冲突加剧。 第二，国内宏观经济下行压力 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 3 内容目录 科技进步推动设备投资额台阶式上升 . 5 半导体设备是半导体产业进步的核心发动机 . 5 在新一轮科技创新推动下，半导体设备产业迎来加速增长 . 5 工艺制程世代升级催化新一代半导体制程设备，投资规模逐级提升 . 6 拆分细分半导体设备投资占比，光刻、沉积、刻蚀和清洗等投资占比较高 . 6 全球半导体设备海外公司寡头垄断 . 8 半导体设备产业链全景图 . 8 全球半导体设备市场集中度较高， 主要设备龙头 CR4达 57% . 9 细分环节核心设备均被海外公司寡头垄断. 9 半导体设备国产化是中国半导体产业振兴的起点 . 12 下游需求自主可控将拉动国产设备近千亿市场需求 . 12 中国国产替代走上核心战略，龙头公司市场空间有 10倍以上 . 14 全球主要半导体龙头公司及半导体设备龙头公司梳理 . 15 半导体设备A股重点上市公司 . 17 国信证券投资评级 . 26 分析师承诺 . 27 风险提示 . 27 证券投资咨询业务的说明 . 27 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 4 图表目录 图 1：摩尔定律下的半导体工艺升级 . 5 图 2：设备升级推动线宽制程能力提升 . 5 图 3：半导体设备市场规模呈现 710年的波浪式增长 . 6 图 4：20072022(E)晶圆制造每万片/月产能的投资量级呈现加速增长 . 6 图 5：半导体设备投资按产业链环节分类(亿美元). 7 图 6：半导体资本支出占比拆分 . 7 图 7：晶圆制造设备投资占比拆分 . 7 图 8：半导体设备产业链全景图 . 8 图 9：全球晶圆制造设备厂历年营收(亿美元) . 9 图 10：全球晶圆制造设备厂市场份额 . 9 图 11：全球主要光刻机设备厂历年营收(亿美元) . 9 图 12：光刻设备原理图 . 9 图 13：全球主要刻蚀设备市场份额 . 10 图 14：刻蚀设备原理图 . 10 图 15：全球主要薄膜设备市场份额 . 10 图 16：气相沉积原理 . 10 图 17：中国各地晶圆制造规划 . 13 图 18：中国区域设备销售额预计将较快增长 . 13 图 19：中微公司营收及同比 . 17 图 20：中微公司净利润及同比 . 17 图 21：中微公司 ROE及同比 . 17 图 22：中微公司毛利率及净利率趋势 . 17 图 23：北方华创营收及同比 . 18 图 24：北方华创净利润及同比 . 18 图 25：北方华创 ROE及同比 . 18 图 26：北方华创毛利率及净利率趋势 . 18 图 27：长川科技营收及同比 . 19 图 28：长川科技净利润及同比 . 19 图 29：长川科技 ROE及同比 . 19 图 30：长川科技毛利率及净利率趋势 . 19 图 31：精测电子营收及同比 . 20 图 32：精测电子净利润及同比 . 20 图 33：精测电子 ROE及同比 . 20 图 34：精测电子毛利率及净利率趋势 . 20 图 35：联得装备营收及同比 . 21 图 36：联得装备净利润及同比 . 21 图 37：联得装备 ROE及同比 . 21 图 38：联得装备毛利率及净利率趋势 . 21 图 39：万业企业营收及同比 . 22 图 40：万业企业净利润及同比 . 22 图 41：万业企业 ROE及同比 . 22 图 42：万业企业毛利率及净利率趋势 . 22 图 43：晶盛机电营收及同比 . 23 图 44：晶盛机电净利润及同比 . 23 图 45：晶盛机电 ROE及同比 . 23 图 46：晶盛机电毛利率及净利率趋势 . 23 表1：中国晶圆厂建设进度跟踪(截至201906). 12 表2：主要半导体设备国产化率及供应商 . 14 表3：近年来长江存储对国内设备商的采购情况 . 14 表4：全球市值排名前 50家半导体公司 . 15 表5：国内外半导体设备龙头公司 . 16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 5 科技进步推动设备投资额台阶式上升 半导体设备是半导体产业进步的核心发动机 作为半导体产业的发动机，半导体设备是半导体技术迭代的基石。大型制造业的发展都需要其产业设备的发展推动，半导体产业也是如此。踏着晶体管集成度约18个月翻番的摩尔定律旋律。半导体工艺从上世纪 70-80年代的3-10微米，发展至目前最先进的 7nm制程，设备的进步起着至关重要的基石作用。 集成电路制造工艺复杂，所需设备种类广泛，设备精密度要求高。集成电路的制作是将在EDA软件上设计好电路图制作成掩模(Mask)，然后通过众多复杂的工艺，像搭积木一般，一层一层构建在硅晶圆之上，形成裸芯片，然后进行封装测试，成为成品。整个制造流程大约涉及到 300-400 道工序，半导体材料、设备和洁净工程等上游产业链作为重要支撑。 图 1：摩尔定律下的半导体工艺升级 图 2：设备升级推动线宽制程能力提升 资料来源: 台积电，国信证券经济研究所整理 资料来源: 知乎，国信证券经济研究所整理 在新一轮科技创新推动下，半导体设备产业迎来加速增长 2000年以来全球设备市场发展趋势回顾： PC 电脑联网时代(2000-2009)：全球顶尖芯片制程能力在 10038nm，半导体制程设备行业的市场规模位于 200300 亿美元/年的平均水平。 智能手机移动互联网时代(2010-2017): 全球顶尖芯片制程能力在 3216nm，半导体制程设备行业的市场规模上升到 350400 亿美元/年的平均线上。 5G、人工智能和物联网时代开启(2018-2025)：全球顶尖芯片制程能力达到510nm，半导体制程设备的市场规模有望增加到 600650 亿美元/年及以上的数量级。 Semi 预计，2019-2021 年设备市场销售规模可达依 576/608/668 亿美元，随着 5G 推动半导体设备行业规模将创历史新高，中国地区半导体设备销售市场呈现较快增长。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 6 图 3：半导体设备市场规模呈现 710年的波浪式增长 资料来源: Semi、日本半导体协会，国信证券经济研究所整理 工艺制程世代升级催化新一代半导体制程设备，投资规模逐级提升 先进制程对设备需求显现日益加速增长。半导体技术制程随着摩尔定律的节奏而进步，每更新一代工艺制程，则需更新一代更为先进的制程设备。以台积电为例，每个节点的投资额迅速攀升，其中 16nm 制程 1 万片/月产能投资 15亿美元，7nm制 程 1万片/月产能投资估计 30亿美元，5nm 制程1万片/月产能投资估计 50亿美元，而3nm 则预估需要100亿美元。 图 4：20072022(E)晶圆制造每万片/月产能的投资量级呈现加速增长 资料来源: SEMI Research，国信证券经济研究所整理 拆分细分半导体设备投资占比，光刻、沉积、刻蚀和清洗等投资占比较高 根据 SEMI 历史数据，按照产业链上下游来看晶圆制造及处理设备类投资金额最大，占总设备投资的 81%；封测环节设备投资约占总设备投资的 15%，晶圆制造及处理设备为半导体行业中固定资产的核心。 晶圆制造设备投资中主要分为光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散离子注入设备、湿法设备、过程检测等六大类设备，其中光刻、刻蚀和薄膜沉积设备等占比较高，光刻机约占总体设备销售额的 30%，刻蚀约占 20%，薄膜沉积设备约占25%(PVD 15%、CVD 10%)。 -100%-50%0%50%100%150%200%250%300%350%01002003004005006007008002005-12-312006-12-312007-12-312008-12-312009-12-312010-12-312011-12-312012-12-312013-12-312014-12-312015-12-312016-12-312017-12-312018-12-31 2019(E) 2020(E) 2021(E)中国台湾 韩国 北美 日本 中国大陆 欧洲 其他地区 同比:合计 同比:中国大陆7.5 101532501000204060801001202007/12/31 2010/12/31 2015/12/31 2018/12/31 2019/12/31 2022(E)平均每万片投资总金额(亿美元)45nm 28nm16nm7nm5nm3nmPC互联网时代 制程能力：10038nm 设备市场规模200300亿 智能手机时代 制程能力：3216nm 设备市场规模350450亿 物联网及人工智能 制程能力：105nm 设备市场规模600650亿 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 7 图 5：半导体设备投资按产业链环节分类(亿美元) 资料来源:SEMI，国信证券经济研究所整理 图 6：半导体资本支出占比拆分 图 7：晶圆制造设备投资占比拆分 资料来源:中国产业信息网，国信证券经济研究所整理 资料来源: 中国产业信息网，国信证券经济研究所整理 287 320 220118295 343 282 254 293 288 293 33150264 513516423836 27 36 33 34355401002003004005006007002006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018半导体设备:销售额:晶圆处理设备 半导体设备:销售额:测试设备半导体设备:销售额:封装设备 半导体设备:销售额:其他厂房20%晶圆制造65%组装封装5%测试7%其他3%光刻设备30%刻蚀设备20%PVD设备15%CVD设备10%量测设备10%离子注入5%抛光5%扩散5%请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 8 全球半导体设备海外公司寡头垄断 半导体设备产业链全景图 图 8：半导体设备产业链全景图 资料来源: SEMI、日本半导体业协会、中国半导体协会，论文文库、国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 9 全球半导体设备市场集中度较高， 主要设备龙头 CR4达 57% 主要核心设备领域仍然海外厂商主导，2018 年全球半导体设备厂商 CR4 达到57%，CR10 达到78%，市场集中度相对较高。国内设备厂家在单晶炉、刻蚀、沉积、划片、减薄等环节实现逐步突破，多个中高端产业链环节依赖国外进口。 图 9：全球晶圆制造设备厂历年营收(亿美元) 图 10：全球晶圆制造设备厂市场份额 资料来源:SEMI，国信证券经济研究所整理 资料来源: SEMI，国信证券经济研究所整理 细分环节核心设备均被海外公司寡头垄断 光刻机市场规模约 160亿美元，3大龙头拥有 95%市场 国外 EUV 光刻机龙头为 ASML、尼康、佳能等，ASML 为龙头已能够实现前道5nm 光刻。上海微电子是国内顶尖的光刻机制造商，公司封装光刻机国内市占率80%，全球40%，光刻机实现 90nm 制程，并有望延伸至 65nm和45nm，公司承担多个国家重大科技专项及 02专项任务。 图 11：全球主要光刻机设备厂历年营收(亿美元) 图 12：光刻设备原理图 资料来源:SEMI，国信证券经济研究所整理 资料来源: SEMI，国信证券经济研究所整理 刻蚀设备市场规模约 115亿美金，海外前3大供应商拥有 94%市场份额 在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺：湿法腐蚀和干法刻蚀，目前全球主流刻蚀工艺为干法刻蚀。 在湿法刻蚀中，液体化学试剂以化学方式去除硅片表面的材料。湿法腐蚀一般只是用在尺寸较大的情况下（大于 3微米）。干法刻蚀是把硅片表面曝露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应，从而去掉曝露的表面材料。 1421311008682125987569781098761535601002003004005006007002018/122017/122016/122015/122014/12Applied Materials Inc ASML Holding NVTokyo Electron Ltd Lam Research CorpKLA-Tencor Corp Daifuku Co LtdDainippon Screen Manufacturing Nikon CorpCanon Inc Hitachi High-Technologies CorpApplied Materials(应用材料)16%ASML(阿斯麦)14%Tokyo Electron(东京电子)13%Lam Research(泛林集团)13%KLA(科磊)5%Daifuku(日本大福)5%Dainippon Screen Manufacturing(日本网屏制造)4%Nikon(尼康)3%Canon(佳能)2%Hitachi High-Technologies (日立高科技)2%ASM国际1%其他22%125987569782418241617181711970204060801001201401601802018/122017/122016/122015/122014/12ASML Holding NV Nikon Corp Canon Inc请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 10 刻蚀也可以根据被刻蚀的材料类型来分类，主要分成三种：金属刻蚀、介质刻蚀、和硅刻蚀，其中介质刻蚀和硅刻蚀为主流。 目前全球硅基刻蚀主要厂商为 Lam(泛林集团) 和 AMAT(应用材料)，两者拥有97%的市场份额，介质刻蚀主要厂商为 TEL(东京电子) 和 Lam(泛林集团)，拥有 97%的市场份额。中微半导体是唯一打入台积电 7nm 制程的中国设备商，北方华创的 8英寸等离子蚀刻机进入中芯国际，封装环节刻蚀机基本实现国产化，国产化率近 90%。 图 13：全球主要刻蚀设备市场份额 图 14：刻蚀设备原理图 资料来源:SEMI，国信证券经济研究所整理 资料来源: 机械资料网，国信证券经济研究所整理 薄膜设备(气象沉积) 市场规模约 145美金 CVD 主要厂商为日立、Lam(泛林集团)、TEL(东京电子)、AMAT(应用材料) 等占据超70%的市场。PVD 被AMAT(应用材料)、Evatec、Ulvac占据90%市场份额； 国内厂商北方华创实现 28nm PVD 设备的突破，封装设备国产 PVD 市占率接近70%。CVD中的MOCVD是目前中微半导体已取得重要突破，目前已有20%的国产化率。 图 15：全球主要薄膜设备市场份额 图 16：气相沉积原理 资料来源：SEMI，国信证券经济研究所整理 资料来源: 摩尔光伏，国信证券经济研究所整理 显影设备：全球核心供应商为TEL(东京电子) ，目前国内沈阳芯源有中低端产品。 离子注入机：AMAT(应用材料) 拥有约70%以上的市场，Axcelis Technologies拥有18%市场份额，前三家包揽97%市场份额。目前国内只有凯世通和中科信有离子注入机的研发生产能力，17年凯世通已经销售太阳能离子注入机15台。 清洗设备：主要设备厂商 SCREEN、东京电子、LAM 合计占比 88%，目前国内的盛美半导体的 SAPS 产品已经进入一流半导体制造商产线。北方华创整合Akrion 后提供单片清洗和槽式清洗设备，已经进入中芯国际产线。至纯科技已经泛林半导体55%东京电子20%应用材料19%其他6%