识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 19 专题研究 |机械设备 2018 年 08 月 6 日 证券研究报告 Tabl e_Title 半导体设备系列研究 八 从专利和研发的视角看 半导体设备企业的 成长溢价 Table_AuthorHorizont al 分析师： 罗立波 S0260513050002 分析师： 代 川 S0260517080007 021-60750636 021-60750615 luolibogf daichuangf Table_Summary 核心观点 ： 从专利维度看，国内半导体设备企业与海外龙头差异明显，技术差距亟待填补 半导体设备行业市场集中度 高， 行业前十大企业占据 90%以上 的市场份额 。龙头企业的共同特征之一就是高额 的研发 支出，最高 研发 强度 （ 研发 投入 /营业收入 ） 达 40%，且 持续性强，行业 长期 研发强度达 15%左右。国内企业受限于研发专利少 、人才缺失 、工艺实验费用高昂、产品质量风险大、认证周期长、客户粘度高等 因素 ，正处于研发周期的初步阶段，与国外 的 技术差距亟待弥补 。 我们利用相同产品的相似专利申请时间和数量的国内外同维度比较 ，国内半导体设备企业研发起步落后 国外 十年以上；高端技术研发成果少于国外企业 50%以上。 新产品和新技术 研发是 半导体设备企业 业绩增长 最坚实的基础 半导体设备的发展制约着下游 生产， 因而设备 研发要求及时性和 前瞻 性 。 企业研发投入伴随着业务的格局变化，是企业避免 业务过早触及天花板 并形成二次增长的主要渠道。 从市场供需角度， 先进制程的设备造价更高 ；从市场份额角度 ， 研发投入更 高 的企业市场份额更高 ； 从产业链来看， 掌握先进技术的企业在客户端存 在高度认可壁垒；从盈利能力角度，研发支出与营收存在正向反馈作用， 研发与企业毛利率同周期向上变动 ， 周期约为 5 年左右。 研发是企业市场估值的参照系 ，研发与估值二者之间呈现剪刀差的动态演化过程 技术壁垒高的行业市场通常给予高估值 ， 以同行业估值为参照体系，研发投入高的企业，在产业链地位和市场估值层面获得先发优势和技术溢价 ； 以历史估值为参照体系：企业估值中枢随时间推移而下降，估值中枢呈现下降趋势 。 研发溢价 具体 体现在 两大阶段，第一阶段为市 场 预期溢价，研发支出与估值反向变动； 第二阶段为技术溢价，研发支出与估值同向变动。 总之 ，研发与估值呈现 剪刀差 型动态演化过程 ：研发强度增长，估值中枢下移。 投资 建议 研 发对 企业价值的提升主要反映在盈利能力的提高和市场空间的扩张两个层面 。从研发阶段来看，目前国内企业正是增长初期，市场对企业估值容忍度高。我们在半导体设备板块的选股逻辑以注重研发，布局卡位 好 ，产业链覆盖广的企业为重。对于半导体设备行业个股而言，我们建议关注高端 IC 工艺装备龙头北方华创（广发电子联合覆盖）、积极布局前道和后道检测设备企业、后道检测设备领先的长川科技、单晶设备龙头晶盛机电（与广发电新联合覆盖）和清洗设备企业至纯科技等。 风险提示 设备技术开发瓶颈；研发人才流失；行业周期性变化；公司新产品放量不及预期；新技术路线替代风险。 Table_Report 相关研究 ： 半导体设备系列研究五 :半导体清洗设备：笃行致远，厚积薄发 2018-05-03 半导体设备系列研究三 :半导体检测设备：芯与屏相融，光与电交汇 2018-03-29 广发机械“轻深度”系列之二 :从下游资本支出变化看油气装备复苏 2018-03-28 广发机械“轻深度”系列之一 :从 KLA-Tencor 收购 Orbotech，看检测设备的成长与估值 2018-03-21 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 19 专题研究 |机械设备 目录索引 研路漫漫：与其 “芯” 痛，不如行动 . 4 半导体设备龙头持续推进研发 . 4 设备是半导体行业升级的风向标 . 4 国内企业蹒跚起步，技术鸿沟亟待弥补 . 6 技术和产品研发是业绩最坚实的基础 . 9 研 发是业务重构和二次增长的主渠道 . 9 研发是企业盈利能力提升的源动力 . 11 时间的玫瑰：研发型企业的估值体系重构 . 14 研发企业估值溢价的前世今生：市场预期溢价和技术溢价 . 14 研发企业剪刀差型动态演化 . 16 研发型企业估值体系重构 . 17 投资建议与风险提示 . 18 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 19 专题研究 |机械设备 图表索引 图 1：半导体技术进步节点和光刻机进步的关系 . 5 图 2：台积电技术节点 . 5 图 3：半导体企业技术迭代图 . 6 图 4：国内外半导体设备企业专利总数对比（件） . 7 图 5：国内外半导体技术 H01L 专利数对比（件） . 7 图 6：半导体设备产品生命周期 . 9 图 7： ASML 申请专利数 . 10 图 8： ASML 光刻机技术路线图 . 11 图 9： 2017 年全球光刻机细分市场销售额 (台 ) . 11 图 10： 2016 年半导体设备细分领域集中度 . 11 图 11： 2017 年半导体设备企业营收与研发 . 12 图 12： 2017 年半导体设备营收增长与研发占比 . 12 图 13：应用材料营收和研发支出（百万美元） . 12 图 14： KLA 营收和研发支出（百万美元） . 12 图 15：全行业平均研发强度和平均估值 . 14 图 16： ASML 研发开支和市盈率 . 15 图 17： KLA-Tencor 市盈率与 EPS . 16 图 18： KLA-Tencor 市盈率与研发强度 . 17 图 19：国内外半导体设备企业估值偏离度 . 17 图 20：应用材料收益和成本趋势（百万美元） . 17 表 1：海外半导体设备企业研发投入强度 . 4 表 2：国内外半导体设备企业研发阶段 . 7 表 3： ASML 技术发展路径 . 15 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 19 专题研究 |机械设备 研路漫漫： 与其 “芯” 痛，不如行动 半导体设备 龙头 持续推进研发 半导体制造行业是技术密集型 和资本密集型产业 ，因其技术门槛高、制造难度大、设备价值高 ， 市场呈现 先 发优势明显、下游客户粘性强、 市场集中度高 等特点 。根据SEMI的数据， 2016年全球前 十大 半导体 设备商 销售规模 达 379亿美元，占据了 93.6%的市场份额，其中前五大 设备商 市场份额达 76.8%。 龙头企业的 一个显著 共同点是 研发强度 （ 研发 投入 /营业 收入 ， 下 同 ） 大 。 横向来看， 行业平均研发投入强度达 15%以上，远超其他行业； 纵向来看， 龙头企业研发支出 随规模扩张而 不断增长 ，持续性强 。 根据公司年报披露， 应用材料 2017年研发支出 达 17.74亿美元 ，过去的五年平均研发 占比 为 15； KLA研发支出 绝对量相对来说较低， 2017年 仅为 5.27亿美元，但研发占比 长期 达到 15%以上。 设备是半导体行业升级的风向标 半导体设备 行业 较高 的研发强度由内外因素共同决定， 外界推动力来源于下游半导体的 高更迭速率和 设备的 不可通用性， 根据 张丞廷 的 国际半导体装备产业主要发展模式及对我国的启示 ， 半导体产品每三年更新一代，仅就组件线宽而言， 10年就有 7个世代 。 从台积电 年报中 的 分业务 营业收入来看， 台积电 基本上保持着 2-3年推出新一代制程技术 的速率， 自 2000年以来， 共推出了 从 150-180nm到 16/20nm的7代新技术 。 此外， 每类设备只适用特定产品的加工，前代设备无法运用于新产品的加工，通常是一代器件，一代设备，一代工艺 。 因此设备 换代成为 半导体 升级的前提条件 。内部驱动力始于 巩固市场垄断地位的强烈动机 。受半导体资本支出影响，设备行业存在明显周期特征，技术更迭期即市场 重新洗牌期和 新企业弯道超车期，因此 为 降低经济周期冲击和 提升 市场地位 ，设备企业一直保持着高强度研发投入。 表 1：海外半导体设备企业研发投入强度 1997 2002 2007 2012 2013 2014 2015 2016 2017 ASML 15% 14% 19% 20% 18% 18% 19% 应用材料 14% 21% 12% 14% 18% 16% 15% 14% 12% 东京电子 7% 13% 15% 13% 12% 11% 10% KLA 13% 18% 16% 14% 17% 18% 19% 16% 15% LAM 17% 19% 11% 17% 19% 16% 16% 16% 13% Cohu 9% 24% 16% 16% 20% 12% 12% 12% 12% Xcerra 12% 68% 31% 40% 40% 21% 15% 19% 泰瑞达 13% 24% 19% 15% 18% 18% 18% 17% 14% 爱德万 13% 21% 25% 29% 18% 19% 20% 爱思强 8% 12% 32% 31% 34% 28% 27% 30% 数据来源： Bloomberg， 广发证券发展研究中心 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 19 专题研究 |机械设备 图 1： 半导体技术进步节点和光刻机进步的关系 数据来源 ： 半导体 制造 技术 ， 广发证券发展研究中心 图 2： 台积电技术节点 数据来源 ： 台积电 ，广发证券发展研究中心 半导体 设备的发展制约着先进半导体更小制程和更高集中度的实现 ， 具有明显的周期特征 。根据 ITRS数据，硅片技术正从 8寸、 12英寸朝着高工艺的 18英寸、 40-20nm工艺技术过渡，对工艺的研究已经到了 10nm以下， 对更高性能及稳定性的设备需求愈发迫切 。设备研发通常先于半导体产品 ，具体来看， 晶圆厂 的生产周期步骤为 建设 开工， 封顶完工 ， 设备装机 ， 投产 ， 量产 ， 整个周期需要三到五年， 设备购买一般-0.100.10.20.30.40.50.62000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 201616/20nm 28nm 40/45nm 65nm90nm 0.11/0.13m 0.15/0.18m2年 3年2年2年 2年2年识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 19 专题研究 |机械设备 在晶圆厂开工前后一年。设备 研发过程包括：设计、 样机 制造、工艺试验、安装调试、试运行、量产， 鉴于设备需 在订单之前完成研发到量产的过程 ， 设备商 必须 实时掌握半导体行业动态发展路径，在新设备研发层面具有前瞻远见，从而引领行业发展方向。 图 3： 半导体企业技术迭代图 数据来源 ： IC Insights，广发证券发展研究中心 ， 广发证券发展研究中心 国 内企业蹒跚起步， 技术鸿沟亟待弥补 设备的良率和平均故障时间是决定半导体产品研发成功与否的命脉， 因为更换设备的资金和时间成本高昂， 不仅增大投资风险，更会延误半导体企业进军新市场的契机，因而 半导体企业 对设备的生产率、自动化、适用性、 维修率 、 材料和能源 耗费率等多样指标 要求严格 ， 更注重与 稳定的设备供应商合作 。由此， 半导体设备的国产化进程 受到设备 研发专利限制、人才缺失、工艺实验费用高昂、产品质量风险大、认证周期长 、客户粘度高等多维因素的阻碍 。 国内企业因资金、技术、客户资源、品牌等多方限制， 与国外龙头 企业形成较大差距， 体现在： 1）研发起步晚 ， 高利润市场和优势客户已被龙头企业瓜分， 技术 的显性壁垒和 稳定客户 的隐性壁垒将企业限制在低端产品市场 ； 2） 专利总量少 ， 国内企业 研发人才较少，产品研发周期长 ； 3） 总体 研发 处于国外企业的初期 阶段， 多数技术掌握不到国外企业的 50%， 利润水平低，经营策略主要为利润换取市场 份额 。 根据 Incopat的 数据 显示 ， 国内 已有部分技术处于国际领先地位，比如 中微的 等离子体刻蚀工艺的处理装置及方法 H01J，研发至量产周期短且 已量超泛林 ； 上海微电子 的一种用单面光刻曝光机上晶圆正反面光刻图案的对位方法 G03F7/20技术 研发至量产期为 ASML的一半，总量达 ASML的 1.5倍 。 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 19 专题研究 |机械设备 图 4： 国内外半导体设备企业专利总数对比（件） 数据来源 ： incopat， 国家专利局 ， 广发证券发展研究中心 图 5： 国内外半导体技术 H01L专利数对比 （件） 数据来源 ： incopat， 国家专利局 ， 广发证券发展研究中心 050100150200250300350400450泛林 中微时差长量差大-505101520253035404519851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016爱德万 长川科技市场巩固型研发表 2： 国内外 半导体设备企业 研发阶段 泛林 中微 ipc 分类 总量（件） 占比（ %） 起步（年） 量产（年） 间隔（年） 续 产 ipc 分类 总量（件） 占比（ %） 起 步（年） 量产（年） 间隔（年） 国产阶段 刻蚀设H01L 1647 37.2% 1991 1996 5 2003 H01J 391 44.3% 2009 2012 3 140% B08B 403 9.1% 1993 1999 6 2008 H01L 258 29.3% 2005 2012 7 16% C23C 345 7.8% 1981 1999 18 2006 C23C 112 12.7% 2005 2012 7 32% 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 19 专题研究 |机械设备 备 H01J 279 6.3% 1994 2014 20 H05H 51 5.8% 2005 2013 8 62% B24B 236 5.3% 1996 2000 4 H03H 9 1.0% 2010 2010 0 C23F 207 4.7% 1995 2003 8 C23F 7 0.8% 2009 2009 0 3% H05H 82 1.9% 1991 1997 6 B08B 6 0.7% 2011 2011 0 1% C25D 72 1.6% 1999 2004 5 2015 C30B 6 0.7% 2012 2012 0 0 G06F 68 1.5% 1996 2010 14 G01K 5 0.6% 2012 2012 0 0 B44C 62 1.4% 1988 2007 19 B01F 4 0.5% 2011 2011 0 0 ASML 上海微电子 ipc 分类 总量（件） 占比（ %） 起步（年） 量产（年） 间隔（年） 续 产 ipc 分类 总量（件） 占比（ %） 起 步（年） 量产（年） 间隔（年） 国产阶段 光刻机 G03B27/52 974 11.7% 1999 2004 5 2011 G03F7/20 1282 48.2% 2004 2012 8 147% G03B27/42 917 11.0% 2000 2004 4 G03F9/00 240 9.0% 2006 2010 4 0 G03F7/20 870 10.5% 1999 2015 16 G02B7/02 46 1.7% 2008 2010 2 0 G03B27/54 574 6.9% 1999 2004 5 H01L21/67 33 1.2% 2012 2016 4 0 G03B27/58 396 4.8% 1999 2004 5 2010 G01B11/00 30 1.1% 2009 2010 1 17% G06F17/50 275 3.3% 2001 2004 3 2013 G01B9/02 28 1.1% 2007 2009 2 0 G03B27/72 266 3.2% 1999 2004 5 G02B13/00 28 1.1% 2007 2007 0 0 G01B11/00 181 2.2% 1999 2004 5 H01L21/683 27 1.0% 2006 2012 6 0 G03B27/32 178 2.1% 2001 2004 3 2009 H01L21/68 25 0.9% 2007 2013 6 0 H05G2/00 162 2.0% 2004 2014 10 G02B13/18 25 0.9% 2010 2010 0 0 爱德万 长川 ipc 分类 总量（件） 占比（ %） 起步（年） 量产（年） 间隔（年） 续 产 ipc 分类 总量（件） 占比（ %） 起 步（年） 量产（年） 间隔（年） 国产阶段 测试设备 G01R 1886 1985 1999 14 2006 G01R 41 2008 2015 7 2% G06F 597 1985 2005 20 B65G 32 2011 2015 4 0 H01L 364 1985 1999 14 H01L 22 2011 2015 4 6% G11C 263 1985 1998 13 2005 B07C 19 2011 2015 4 0 H03K 239 1986 1996 10 2009 B25J 6 2013 2015 2 0 H04L 179 1988 1997 9 2004 G01N 5 2016 2016 0 3% H04B 166 1991 1997 6 2005 G01K 4 2015 2015 0 0 H01J 159 1986 1999 13 2003 H02H 4 2015 2015 0 0 G01N 153 1991 2001 10 2013 B41J 3 2012 2012 0 0 H03M 126 1986 2007 21 B65B 3 2015 2015 0 0 数据来源： Bloomberg， incopat， 广发证券发展研究中心 注： 国产企业 阶段 测算的是国产企业 按累计产量 位于海外企业发展阶段中的位置 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 19 专题研究 |机械设备 技术和产品 研发 是业绩最坚实的基础 研发是 业务重构和二次增长的主渠道 新产品最直接的价值来源 于 市场价格， 且 先进 制程 的 设备造价 更 高 。 为实现 小线宽高性能的芯片 制造，半导体设备通常都是高精度、高复杂度 、高专业性 的 ，因此 以量小利多模式生产， 单项价值 较 高 。 具体到产业链各个环节， 根据中国产业信息网数据， 晶圆制造的核心设备 光刻机、刻蚀机、薄膜沉积投资占比分别为 晶圆制造环节30%、 25%、 25%， 尤其 光刻机技术难度最高，是 微缩工艺的核心设备 ， 单个晶圆厂仅需 个位数台 ，但 单台设备价格 达两千 万美 元 以上 ； 薄膜沉积设备 单价在 200-300万美元， 单位 晶圆厂 需求达 30台左右 ； 刻蚀机 单价 也 在 200万美元左右， 单位 晶圆厂 需求为 40-50台 。 具体到技术水准，使用先进技术的设备含金量更高， 根据电子工程世界网数据，用于 14nm20nm工艺 的 EUV售价 7200万美元 ， 而更先进的 可用于 7nm制程 的 EUV平均价格高达 1亿美元 。 图 6： 半导体设备产品生命周期 数据来源 ： 广发证券发展研究中心 企业研发投入伴随着业务的格局变化 ， 是企业避免衰退并形成二次增长的主要渠道 。专利作为风向标可以提前 预知企业的技术突破。 企业每款重大革新产品诞生之前，会预先申请全方面的专利来对该产品进行产权保护，所以新 产品 的发布 都会伴随着专利体量的突增，专利增量与产品革新程度正相关。 在单项设备生命周期中，研发期企业投以高昂的研发支出，所获利润为负；成长期需继续投入费用 完善产品，且需 投入宣传费用 将产品推向市场 ， 由于当期 是试产 阶段 ， 项目投入开始回本； 成熟期 高盈利依赖品牌效应，销售费用占更大比重，可获竞争收益；衰退期产品利润降低 ， 企业业务格局进行重构 。 从 ASML专利申请看光刻机产品生命周期 ， 光刻机 生命识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 19 专题研究 |机械设备 周期曲线一般为单峰型， 根据 incopat 数据， G03B27/42研发投入增长可持续 5年 ；5年左右后，旧业务增速乏力，产品渗透率 饱和 ，进入衰退期 ，企业关注重点转移至更前沿 的技术 G03F7/20。 若产品还有剩余价值， 企业 会在 衰退期对产品 更新投资 ，比如 G03B27/52产品周期曲线 呈现双峰型， 即 研发可延续产品和技术的存续期限。根据 ASML近年专利申请数据 预判市场 ， H01L半导体器件申请量下降， 表明公司 已完成 EUV光刻机半导体器件的设计；而 G02B光学元件及 H05G X射线技 术 申请量增加 ， ASML还在改善光学组件的性能以及 X射线的强度； 从 被引用次数最多的专利来看， ASML最具影响力的技术集中 在光学定位、投射及测量等领域 内 。 图 7： ASML申请专利数 数据来源 ： incopat， 国家专利局 ，广发证券发展研究中心 扩张新市场 ，提高 议价能力 。 研发投入更强的企业市场份额更高， 半导体设备的前十大厂商研发强度平均 15%以上 。 细分领域现象更加明显， 根据 Gartner的数据， 光刻机、刻蚀设备、 PVD和氧化扩散领域 CDR3超过 90%， AMAT在 PVD、 CVD领域市占率分别达到 80%， 30%左右， 2017年研发支出 17.74亿美元 ； 根据 SEMI的报告 ，光刻机巨头 ASML申请专利总数累计达 8301件， 产品布局以高端 光刻机 为主， 2011-2017年 期间 全球光刻机总出货 1920台， ASML出货 1209台，占有 63%的市场份额 ，其中在 高端光刻机 领域 占有 84%的市场 。 从产业链来看，半导体设备行业存在 高 度认可壁垒 。 设备商和半导体厂商在设备研发阶段就已形成合作，且随着合作周期延长，客户粘性提高。 吸引下游客户的主要方式 之一是新产品开发速度和良率 ，因此研发优势能助力企业快速抢占市场，提 高下游客户粘度，保障下游需求稳定，降低周期性不景气时的库存风险，延长 产能扩张时的交货期限。 此外，新产品优势 提高企业话语权 ，使得企业可利用上下游优势占用资金进行运营，有助于巩固企业的垄断地位。 -50050100150200250G03B27/52 G03B27/42 G03B27/54 G03F7/20 H05G2/00单峰型双峰型最新技术