智能制造行业专题报告 (四） 半导体设备：十数年终日乾乾，大潮涌起或跃在渊 行业专题报告 行业报告 机械 2018 年 9 月 28 日 请务必阅读正文后免责条款 中性 (维持 ) 行情走势图 相关研究报告 行业专题报告 (三 )*机械 *高功率激光器国产化加速，激光加工设备成长动能足 2018-06-19 行业专题报告 (二 )*机械 *运动控制系统：智能装备的大脑，工业控制的核心 2018-06-01 行业专题报告 (一 )*机械 *工业机器人产业链大起底，国产品牌于大浪潮中崛起 2018-03-20 证券分析师 胡小禹 投资咨询资格编号 S1060518090003 021-38643531 HUXIAOYU298PINGAN 研究助理 吴文成 一般从业资格编号 S1060117080013 021-20667267 WUWENCHENG128PINGAN 十数年 缺芯之痛，巨大缺口亟待填补： 半导体产品分为集成电路 /分立器件/光电器件 /传感器，其生产包含设计、制造、封测三 大流程。目前我国封测能力较强，设计和制造环节经过数十年的追赶， 涌现出了像中芯国际等优秀企业，但进一步的成长仍受到装备水平和材料工艺的制约。半导体产品中，集成电路 (IC)占比超过 80%，是最主要的细分品类 ，其 广泛应用于信息、通信、计算机等领域，下游需求庞大 (2017 年大陆需求超过 1000亿美元 )，但大陆供应能力不足 (2017 年大陆自制率仅为 29%)，供需格局存在巨大缺口。“缺芯之痛”不仅痛在经济利益流失，也痛在对国家安全的担忧。 国之重器，大基金第二期再出手： 2014 年，工信部颁布国家集成电路产业发展推进纲 要，并提出设立集成电路产业投资基金。大基金通过兼并收购和股权支持等系列动作，深刻改变了国内行业生态。大基金一期共募集资金 1400 亿元，目前二期正在募集，预计再有超过千亿的资金进入集成电路产业。 大陆迎来晶圆厂投建高潮： 随着大陆成为全球电子制造中心，半导体市场需求庞大，加之产业政策支持，全球半导体产业正加速向大陆转移。 目前大陆代工厂 (中芯、华力微电子 )和存储器企业 (长江存储、合肥长鑫、福建晋华 )正加紧研发先进工艺，带动国内先进晶圆厂投资。 2017-2020 年，全球共有 62 座晶圆厂投建，其中 26 座将在中国大陆 (SEMI)。大陆半导体设备市场庞大、增长显著，但国内设备企业自制率低于 20%。我们认为，随着全球半导体产能向大陆转移，叠加国产设备自制率提升，为国产半导体设备带来了历史性的机遇。 半导体 设备 进口替代 空间 广阔 、由易到难： 据我们统计，目前我国在建的8寸和 12寸晶圆厂分别有 5座和 16座，近几年设备投资金额预计超过 630亿美元。 2018 年大陆半导体设备市场将达到 118.1 亿美元，同比增长43.5%，显著高于全球 10.8%的增速。 集成电路制造设备分为晶圆加工设备和辅助设备。晶圆加工设备中，光刻机 /刻蚀机 /PVD 设备 /CVD 设备 /量测 设 备 / 离 子 注 入 机 /CMP 设备 / 扩 散 设 备 占 比 分 别 为30%/20%/15%/10%/10%/5%/5%/5%(Global Foundries)。我国晶圆加工设备中仅有介质刻蚀机成功进入了国际一流 IC 制造厂的最先进工艺线，部分设备 (氧化炉、硅 /金属刻蚀机、光刻机、 PVD、 PECVD、部分 CMP设备 )已经小批量销售，部分设备 (离子注入机 )还在验证阶段。晶圆加工设备难度大，其中以光刻机、刻蚀机难度最高，国内企业还需加大研发投入、提高设备水平。辅助设备技术难度略低于晶圆加工设备，国内检测设备和清洗设 备已经率先突破，在获得国内品牌认可之后，有望抢占更多的全球份额，诞生出大体量的设备公司。 投资建议： 全球半导体 产能 正在向中国大规模转移， 未来几年其势更盛，中国将成为下一个半导体生产中心，巨大的需求为国产设备带来 机遇和挑 请通过合法途径获取本公司研究报 告，如经由未经许可的渠道获得研 究报告，请慎重使用并注意阅读研 究报告 尾页的声明内容。 -40%-20%0%20%Sep-17 Dec-17 Mar-18 Jun-18沪深 300 机械证券研究报告 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 2 / 43 战 。 我们认为 ： 1.技术难度不是最高的设备 已 率先突破，如清洗设备、后道检测设备均有所突破，有望率先受益，建议关注长川科技、至纯科技 ，盛美半导体 。 2.晶圆加工设备技术难度高，但是在国家大力支持以及企业持续不断的研发投入下，具备研发实力的公司一旦突破核心技术 ，有望享受到巨大市场 红利，推荐北方华创 ，建议关注非上市公司中微半导体 。 风险提示： 1)国内晶圆厂投资不及预期。未来几年，大陆将有 20 余座晶圆厂建设，将带动半导体设备需求增长。如果晶圆厂投资落地数量或进度不及预期，则设备需求增速或放缓，半导体设备公司业绩 增长可能不达预期。 2)国内设备技术进步不及预期。半导体设备行业门槛高，技术难度大，如果国产设备企业技术研发不足或技术突破不及预期，将严重影响到国产设备的进口替代的节奏。 3)竞争加剧的风险。半导体设备行业高度垄断，随着大陆市场的快速成长，外资巨头加大对大陆市场的重视程度，大陆半导体市场竞争可能加剧，影响到国内相关公司的发展。 4)国内 先进工艺研发不及预期。我国半导体设备市场主要依赖国产晶圆厂的投建和扩建，如果国内先进工艺 (包括代工厂和存储器工艺 )的研发不及预期，将会影响到部分晶圆厂投扩建节奏，进而影响到设备招标采购节奏。 股票名称 股票代码 股票价格 EPS P/E 评级 2018-09-27 2017A 2018E 2019E 2020E 2017A 2018E 2019E 2020E 北方华创 002371 47.60 0.27 0.50 0.78 1.13 176.29 95.2 61.03 42.12 推荐 至纯科技 603690 21.14 0.23 0.42 0.65 0.92 91.91 45.08 32.52 22.98 未评级 长川科技 300604 39.79 0.34 0.53 0.82 1.18 117.03 75.08 48.52 33.72 未评级 未评级 公司按照 wind 一致预期 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 3 / 43 正文目录 一、 十数年 “缺芯之痛 ”，巨大缺口亟待填补 . 6 1.1 国内每年对半导体产品的需求达数千亿 . 6 1.2 大基金入 股改变国内集成电路行业生态 . 9 二、 全球产能大转移，大陆迎来晶圆厂投建大潮 . 12 2.1 国内代工厂和存储器厂加紧研发先进工艺 . 12 2.2 全球半导体产能向大陆转移， 8 英寸和 12 英寸晶圆厂迎来建厂高峰 . 15 2.3 大陆半导体设备市场增速领跑全球 . 19 三、 进口替代、由易到难：大陆半导体设备商砥砺前行 . 21 3.1 “02 专项 ”支持下，国内集成电路装备企业逐步追赶 . 21 3.2 晶圆加工设备技术难度高，打铁还需自身硬 . 24 3.3 检测和清洗设备率先突破，内资企业大有机会 . 35 四、 投资建议 . 40 五、 风险提示 . 42 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 4 / 43 图表 目录 图表 1 半导体产品分类介绍 . 6 图表 2 全球半导体销售额及增速 . 6 图表 3 全球半导体构成 (2017 年 ) . 6 图表 4 半导体产业链 . 7 图表 5 全球半导体销售额区域分布 (2017Q4) . 8 图表 6 我国集成电路及设计业产值及增速 . 8 图表 7 我国集成电路产业连年逆差 . 8 图表 8 集成电路进口额超 越原油和汽车 . 8 图表 9 近年来集成电路产业不断受到政策支持 . 9 图表 10 大基金发展历史 . 10 图表 11 大基金股东方及出资金额 . 10 图表 12 大基金主要投资方向和相关公司 . 11 图表 13 2016 年全球代工厂销售额及市场份额 . 12 图表 14 2016 年中国最大的十家集成电路制造商 . 13 图表 15 国内外领先的 IDM 和代工厂先进制程进展情况 . 13 图表 16 国内外存储器领先公司对比 . 14 图表 17 全球半导体产业区域转移发展历程 . 15 图表 18 我国已有的 8 寸晶圆厂 . 16 图表 19 我国已有的 12 寸晶圆厂 . 17 图表 20 我国在建的 8 寸晶圆厂 . 17 图表 21 我国在建的 12 寸晶圆厂 . 17 图表 22 全球半导体设备市场规模及增速 . 19 图表 23 中国半导体设备市场规模及增速 . 19 图表 24 2017 年大陆半导体设备市场位居全球第三 . 19 图表 25 预计 2018 年大陆半导体设备市场跃居全球第二 . 19 图表 26 2017 年全球半导体设备十强 (按照销售收入排名 ). 20 图表 27 国产半导体设备比重一直低于 20% . 21 图表 28 2017 年我国半导体设备五强单位 . 21 图表 29 半导体产业链环节及核心装备 . 22 图表 30 芯片制造流 程 . 22 图表 31 全球半导体设备构成情况 . 23 图表 32 晶圆加工设备投资占比拆分 . 23 图表 33 02 专项对半导体装备的规划 . 23 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 5 / 43 图表 34 半导体核心设备上市公司一览 . 24 图表 35 三类高温炉展示 . 25 图表 36 传统立式炉与 RTP 对比 . 25 图表 37 氧化 /扩散炉市 场竞争格局 . 26 图表 38 光刻工艺的 8 个步骤 . 27 图表 39 ASML 光刻机实图及示意图 . 27 图表 40 2017 年 ASML 占据全球出货量的 67% . 28 图表 41 2011-2017 年 ASML 是全球高端光刻机绝对领导者 . 28 图表 42 上海微电子第 100 台高端光刻机交付产线 . 28 图表 43 三种刻蚀设备展示 . 29 图表 44 刻蚀设备市场竞争格局 . 29 图表 45 离子注入机示意图 . 30 图表 46 离子注入机国内外主要竞争者 . 31 图表 47 CVD 传输与反应步骤 . 31 图表 48 各种类型的 CVD 系统及其优缺点 . 32 图表 49 我国 CVD 市场竞争格局 . 32 图表 50 溅射 PVD 示意图 . 33 图表 51 CMP 工艺及机台设 备示意图 . 34 图表 52 国内外 CMP 设备市场竞争格局 . 34 图表 53 国内晶圆加工设备的领先企业及发展阶段 . 34 图表 54 海外巨头研发投入远高于国内龙头 . 35 图表 55 不同质量测量含义、测量方法及应用环节 . 36 图表 56 半导体光学测量设备和缺陷检查设备 . 37 图表 57 全球质量测量设备市场竞争格局 . 37 图表 58 三类电学测试及所需设备 . 38 图表 59 国内外电学检测 设备主要竞争者 . 38 图表 60 全球单片式清洗设备市场空间 . 39 图表 61 国内外集成电路清洗设备竞争格局 . 40 图表 62 国内检测设备和清洗设备的领先企业及发展阶段 . 40 图表 63 半导体设备国内外主要代表 . 41 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 6 / 43 一、 十数年 “ 缺 芯 之痛 ” ， 巨大缺口亟待填补 1.1 国内每年对半导体产品的需求达 数 千 亿 半导体产品 主要分为 集成电路、 分立器件 、光电器件 和传感器 。 光电器件指利用半导体光生伏特效 应工作的光电池和半导体发光器等，如光导管、光电池、光电二极管等。 半导体传感器指利用半导体材料 特性制成的传感器， 如光传感器、 温度 传感器 、 压力 传感器 等。 分立器件指 具有单一功能的电路元器件，如二极管、晶体管、电阻、电容、电容等。 集成电路指 把 基本电路元器件制作在晶片上然后封装起来，形成具有一定功能的单元。 集成电路进一步分为逻辑电路 (传递和处理 离散 信号 ， 实现 数字 信号的逻辑 运算 和操作的 电路 )、模拟电路 (处理和 传递连续变化 信号 的电路 )、微处理器 (大规模集成电路 组成 的 中央处理器， 执行 控制部件和 算术逻辑 部件 的 功能 )和存储器 (用于 保存信息的 记忆 设备 )。 图表 1 半导体 产品分类介绍 资料来源： SEMI China，平安证券研究所 据 全球半导体贸易统计组织数据 ， 2017 年 全球半导体销售额高达 4122 亿 美元，其中 集成电路 销售额 3432 亿美元 ， 占比 84%(逻辑电路 /存储器 /微处理器 /模拟 电路 分别为 25%/30%/16%/13%)， 剩余的 16%分别 由光电 器件 (8%)、分立器件 (5%)、传感器 (3%)构成 。 集成电路 是半导体 最主要、 也是 技术难度最高的产品。 图表 2 全球半导体 销售额及增速 图表 3 全球半导体 构成 (2017 年 ) 资料来源 :全球半导体贸易 统计组织 ， 平安证券研究所 资料来源 :全球半导体贸易 统计组织 ， 平安证券研究所 2,916 3,056 3,358 3,352 3,389 4,122 4,634 -5%0%5%10%15%20%25%01,0002,0003,0004,0005,000销售额（亿美元） 增速（ %）机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 7 / 43 半导体生产 主要分为 设计 、 制造 、 封测三大 流程 ，在此 环节中，需要用到 半导体 材料和设备，这 些是 最重要的五大组成部分。 设计 ： 即按照功能 要求设计 出所需要 的电路 图 ， 最终 的输出结果是掩膜版图。 电路设计 要求 尽量 减小面积、降低设计成本、缩短设计周期 ， 以保证全局优化。 对于 设计 类 公司 ，由于他们 没有 Fab(工厂 )， 所以被称为 Fabless， 例如高通、英伟达 、联发科 、华为海思等。 制造： 将设计 好的电路图 转移 到硅片等衬底材料上的环节称为制造 流程。 半导体 行业 中， 不同的公司站位和布局是不同的， 早期 的公司 多为 IDM(Integrated Device Manufacture)模式，即包揽 设计 、制造、 封测 全部 流程 ， 具体 公司包括三星、英特尔 等 巨头 。后来 发展出专做 代工、 不做设计的公司，被 称为 Foundry(代工厂 )， 典型的代表如台积电、中芯国际 等 公司。 封测： 半导体 封装 指 制造 与 测试工作完成之后， 产品 将从硅片 或 其他衬底上 分离 出来并装配到最终电路管 壳 中， 引入 接线端子，并通过绝缘介质固定保护，构成一体化结构的工艺技术 。检测 贯串全部工艺流程，封装前和封装后均需要检测 。 封装和 测试一般在封测厂完成，目前 全球顶尖的封测厂包括 台资 的 日月光，美国的 艾克 尔等 。 内资 企业 中 ， 长电科技 、通富微电、 华天科技均 跻身全球前十大封装厂，是 我国半导体 产业链发展最好的环节之一。 半导体 材料 ： 半导体 是在各类薄膜材料之上制造 电路 的技术， 其 加工和制备需要各种辅助功能材料。半导体 材料包括硅片、靶材、 CMP 抛光 材料、光刻胶、光罩等。全球 知名 的 材料 公司包括 外资 的 信越化学 、 SUMCO 等 ，内资的江丰电子、上海 新 昇 等 。 半导体 设备： 半导体 设备 是制造企业 的重要利器 。以最主要 的 集成电路制造 为例， 分为晶圆 加工设备 和 辅助设备 。晶圆 加工设备 (俗称 Baseline 设备 )包括光刻机、刻蚀机、薄膜设备、离子注入机 、CMP 设备 等； 辅助设备 包括检测设备 、 清洗设备等。 全球半导体 设备龙头 有 ASML、 应用材料、拉姆研究、泰瑞达等，国内集成电路设备公司有北方华创、长川科技、至纯科技等。 目前 ，我国 半导体产业链 的现状是：下游产品需求旺盛， 国内 企业供给能力薄弱， 正在全方位 追赶。以 集成电路为例， IC 设计 能力 在华为 海思的带领下 角逐 全球领先水平 ； IC 制造以中芯国际为代表 正奋力追赶 ； IC 封测 领域国产化最为成功，诞生了长电科技、通富微电等一批领先的封测厂 ；半导体材料和设备 领域 相对薄弱，与海外一流企业差距较大 。 图表 4 半导体产业链 资料来源： SEMI，各 公司公告， 平安证券研究所 机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 8 / 43 半导体 尤其 是集成电路 广泛 运用于信息 、通信、 计算机 、 消费电子 、 汽车 、航空航天等领域 ， 市场规模庞大。 21 世纪 之后， 随着 PC 和智能 手机的普及， 以及 人工智能 和 区块链技术的发展 ， 全球半导体 销售额 持续上升。 根据 全球半导体贸易 统计组织数据， 2017 年 全球半导体销售额 4122 亿 美元 ，其中 集成电路销售额 3432 亿 美元。 大陆 作为全球最大的电子制造中心， 半导体销售额全球占比约30%(2017Q4 全球占比 32%， 半导体产业协会 (SIA)数据 )。 假设 大陆 /全球 集成电路 占比 也 是 30%，我们 测算 2017 年大陆地区 集成电路销售额达到 1030 亿 美元 ， 市场需求庞大。 与巨大 需求 不对称的 ， 是我国的集成电路 供应能力 。 根据 中国半导体 行业 协会 统计 ， 2017 年 我国 集成电路产业规模 达 5411 亿 元人民币， 同比 增长 24.80%。 按照 国际 通行 准则， 仅设计业 的产值才可以计入 集成电路 产品的销售， 2017 年 我国 集成 电路设计 业 产值为 2074 亿 元， 按照最新汇率 (1 美元=6.87 元 人民币 )折算 ，合计 美元 302 亿 美元 。 302 亿 美元的供给 量 无法 满足 1030 亿 美元的需求量，我国 集成电路 自制率 仅为 29%。 图表 5 全球半导体 销售额 区域 分布 (2017Q4) 图表 6 我国 集成 电 路 及 设计 业 产值及增速 资料来源 : SIA， 平安证券研究所 资料来源 :中国半导体行业协会 ， 平安证券研究所 巨大 的供需缺口导致我国每年花费巨资进口集成电路产品 。 2017 年我国集成电路出口金额为 669亿美元，而同期进口金额高达 2601 亿美元，贸易逆差高达 1932 亿美元。 我国 每年集成电路进口 金额 超过原油和汽车。 值得一提 的是， 此处 的进口 金额 并不 全 是 国内 消耗 ， 大量作为 中间品 做成 最终产品 卖 到 国外 ， 故不 计入国内 销售额 。 集成电路领域严重的进口依赖，使我国的能源安全、军事安全、信息安全也受到影响。 图表 7 我国集成电路 产业 连年 逆差 图表 8 集成 电路 进口额超越原油和汽车 资料来源 :海关总署， 平安证券研究所 资料来源 :wind， 平安证券研究所 01,0002,0003,0004,0005,0006,000 集成电路产值 (亿元） 集成电路设计业产值（亿元）05001,0001,5002,0002,5003,000进口金额（亿美元） 出口金额（亿美元）05001,0001,5002,0002,5003,000进口金额 :集成电路（亿美元）进口金额 :原油（亿美元）进口金额 :整车（亿美元）进口金额 :汽车零部件（亿美元）机械 · 行业专题报告 请务必阅读正文后免责条款 9 / 43 1.2 大基金 入股 改变 国内 集成电路 行业生态 集成电路的技术壁垒和资金壁垒极高，从无到有、从小到大的成长，离不开国家层面的支持。 2018年 4 月，中兴通讯遭遇美国“禁售令”，美国 提出 将 停止向中兴通讯销售零部件、商品、软件和技术，其中限制芯片供应对中兴通讯 打击最大。受中美贸易冲突事件的刺激 ，我国发展 集成电路 产业 之心更加坚决。我国 集成电路 产业相对落后的局面早已受到国家的高度关注，近些年国家出台一系列政策 支持集成电路 产业发展： 2012 年集成电路产业“十二五”发展规划发布，提出到“十二五”末，产业规模 再翻一番 ，关键技术和产品取得突破性进展。 2014 年， 国家集成电路产业发展推进纲要发布，提出到 2020 年，集成电路全行业销售收入年均增速超过 20%， 16/14nm 制造工艺实现规模量产， 并设立国家集成电路产业投资基金 (简称大基金 )。 2016 年 年 底，国务院颁布“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知，要求启动集成电路重大生产力布局规划工程，加快先进制造工艺、存储器、特色工艺等生产线建设。 2018 年 3 月，财政部、发改委等四部门联 合发文关于集成电路生产企业有关企业所得税政策问题的通知， 计划对 集成电路企业 给予税收优惠 支持。 2018 年 5 月， 工信部发言人指 出国家大基金第二期正在 募集 ，预计再有超过千亿的资金进入集成电路 产业。 图表 9 近年来集成电路 产业不断受到政策支持 时间 部门 政策 相关内容 2012.02 工信部 集成电路产业 “十二五 ”发展规划 到 “十二五 ”末，产业规模 再翻一番 以上，关键核心技术和产品取得突破性进展，结构调整取得明显成效，产业链进一步完善，形成一批具有国际竞争力的企业，基本建立以企业为主体的产学研用相结合的技