楊紹輝 陳祥：國產半導體設備多年沉澱終爆發！2020製程、測試、硅片設備全面開花_風聞

隨着每一次信息技術重大突破，半導體設備行業規模產生一次大飛躍，如 PC 時代支撐設備規模 200-300 億美元，智能手機時代支撐設備規模約 400 億美元，5G時代支撐設備規模 600 億美元，同時，市場集中度也在持續提升，過去十年內前五家設備龍頭市佔率從47%上升至64%，光刻機ASML 市佔率從 65%升至 89%。

下半年全球半導體設備行業強勢反彈及本土存儲廠研發線量產後加速擴產，2020 年國內半導體設備行業處於很好的市場環境，國產裝備與材料品牌將在新的一年裏獲得較快發展時期，一是設備與材料龍頭經營規模延續高速增長，二是之前尚未突破的離子注入機、光刻機、塗膠顯影、量測設備等將湧現一批後起之秀。

一、半導體行業特徵1、 行業規模的高成長性大於週期性半導體設備行業規模，1992 年僅為 81 億美元，1995-2003 年穩定在 200-300 億美元，2004-2016 年穩定在 300-400 億美元，2017-2018 年攀升至 550-650 億美元，1992-2018 年全球半導體設備行業市場規模年均增長 8%，整體上呈階段性成長趨勢。

▲全球半導體設備行業規模年均增長 8%

Semi 預計，2019-2021 年依次是 576 億美元、608 億美元、668 億美元，隨着 5G 技術推動半導體設備行業規模將創歷史新高。

2000-2010 年是全球 PC 互聯網時代，半導體制程設備行業的市場規模位於 250 億美元平均水平（製程設備佔到半導體設備行業整體的 70%-80%）。到了 2010-2017 年，人類進入了智能手機社交媒體時代，半導體制程設備行業的市場規模上升到 320 億美元的平均線上。2017-2020 年，人類將進入了 5G、人工智能和物聯網時代，半導體制程設備的市場規模增加到 500-600 億美元以上的數量級。

▲ 2. 5G 大數據時代的半導體制程設備市場規模再上台階

2、 行業高度集中，且集中度一直在上升2018 年，行業前三家 AMAT、ASML、Lam Research 的市場份額合計約佔 50%，前五家 AMAT、ASML、Lam Research、TEL、KLA 市佔率合計為 71%。

▲ 全球半導體設備行業呈高度壟斷格局

各項半導體設備的競爭格局：每類產品均被前 1-4 家公司寡頭壟斷：

(1) 光刻機：EUV100%來自 ASML，ASML 在光刻機市場處於絕對壟斷地位；

(2) 刻蝕設備：硅基刻蝕主要被 Lam 和 AMAT 壟斷，介質刻蝕主要被 TEL 和 Lam 壟斷；

(3) 薄膜設備：CVD 主要被日立、Lam、TEL、AMAT 壟斷，PVD 被 Lam 和 AMAT 壟斷 ；

(4) 顯影設備：TEL 處於絕對壟斷地位；

(5) 離子注入機：70%來自應用材料，18%來自 Axcelis Technologies；

(6) 清洗設備：主要來自 DNS、Lam、TEL 等 ；

(7) CMP：70%來自 Applied Materials，26%來自 Ebara；

(8) 熱處理：被 Applied Materials、日立國際電氣、TEL 壟斷；

(9) 去膠設備：被 PSK、Lam、日立高科技、屹唐半導體；

(10) 工藝檢測設備：KLA 市場份額 50%，Applied Materials 佔 12%，日立高科技佔 10%；

(11) 劃片/減薄機：日本 DISCO 絕對壟斷；

(12) 測試設備：被泰瑞達和愛德萬雙寡頭壟斷。

▲導體刻蝕設備被 Lam 和應用材料壟斷

▲介質刻蝕設備被 TEL 和 Lam 壟斷

半導體設備行業前 10 家公司 2007 年市佔率合計 66%，到 2018 年市佔率合計達到 81%，提升了 15 個百分點；前五家公司 2007 年市佔率合計 57%，到 2018 年市佔率合計達到 71%，提升了 14 個百分點。

▲全球半導體設備行業集中度日益上升

從光刻機銷售情況看，ASML2018 年市佔率達到 89%，而 2005 年 ASML 僅佔 55%，ASML 市佔率在過去十多年內持續上升。

▲全球光刻機龍頭 ASML 市佔率逐年上升

從刻蝕設備競爭格局看，行業集中度也在持續上升：（1）介質刻蝕設備市場上，2018 年 TEL、Lam Research 壟斷了 97%的市場份額，而 2005 年兩家公司僅佔 76%；（2）導電刻蝕設備市場上，2018 年Lam Research、Applied Materials 壟斷了 86%的市場份額，而 2005 年兩家公司僅佔 74%。

▲TEL 和 Lam Research 在介質刻蝕設備市場的市佔率逐年攀升

▲Lam Research、AMAT 在導體刻蝕設備的市佔率逐年攀升

二、 5G時代半導體設備行業的反轉1、 三季度以來，半導體設備行業顯著反轉北美半導體設備製造商 10 月出貨金額為 21.09 億美元，環比上升 7.7%，同比增長 3.9%，前 10 月累計出貨 197 億美元，同比下滑 17%，但下滑幅度較過去 9 個月有顯著收窄。

統計 7 家全球半導體設備上市企業，三季度收入 142 億美元，環比增長 10%，是連續四個季度負增長後首次恢復環比正增長，同比下降 6%，下滑幅度較一、二季度明顯收窄。展望四季度，ASML預計收入將環比大幅增長 30%，而 Lam、KLA、Teradyne 等預計第四季度收入環比正增長。

▲ASML、KLA、Applied Materials 等的單季度收入企穩回升

ASML 三季度收入繼續環比上升。ASML 第三季度收入 30 億歐元，環比增長 16%，同比增長 8%，延續今年二季度以來的強勢反彈；ASML 預計第四季度收入 39 億元，環比增長 31%，同比增長 24%，單季度營業收入將創歷史新高。此外，Applied Materials 預計今年第三季度收入 36.85±1.5 億美元，環比增長 3.5%左右； TEL 預計今年第三季度收入約為 25.5 億美元，環比增長 30%。

▲ASML 季度收入同比增速顯著回升

選擇已公佈三季報的上市公司為例，三季度在二季度毛利率環比回升的基礎上繼續小幅恢復，表明全球半導體設備行業的盈利能力企穩回升。其中 ASML 三季度毛利率將從一季度 41.6%、二季度43%繼續上升至 43.7%，預計第四季度毛利率將達到 48%-49%；KLA 毛利率將從一季度 55.6%、二季度52.9%回升至三季度的 60.8%，預計第四季度毛利率將達到 60%-61%。

▲全球部分半導體設備上市公司為樣本的毛利率回升

▲ASML 單季度毛利率回升

2、 5G 對先進製程工藝設備拉動效果明顯從 ASML 整體三季度收入結構看，單季收入環比、同比實現正增長的原因，主要是來自邏輯客户的收入 20.4 億歐元，環比增長 81%，同比增長 98%，而來自存儲客户的收入僅 5.4 億歐元，環比下降 25%，同比下降 62%。

▲邏輯電路客户拉動 ASML 季度收入大幅反彈

ASML 的 EUV 訂單創歷史新高。今年三季度 ASML 的 EUV 新增訂單達到 23 台，與歷史最高 10 台相比高出 130%，迎來歷史上再次爆發性增長，表明先進製程對設備需求十分旺盛。同時，ASML 的 EUV交貨量也穩步上升，第三季度交付 EUV 設備 7 台，預計四季度交付 EUV 設備 8 台，全年交付 EUV設備 26 台，而 2016、2017、2018 年依次交付 5 台、11 台、18 台。

▲ASML EUV 訂單創新高

▲ASML EUV 累計交付 50 多台

ASML 光刻設備 EUV 訂單爆發式增長，主要是以台積電為主的晶圓代工廠加大對先進製程的產能擴張。根據台積電最新季報顯示，台積電將 2019 年資本開支計劃從原來的 110 億美元，上調至 140-150億美元，創下公司歷史的新高，主要是 5G 的需求高過預期，其整體市場的發展甚至快於 4G。公司預計 2020 年資本開支也將保持在 140-150 億美元，公司將持續對 5nm、3nm、2nm 先進製程的擴產和研發。

▲2019 年 TSMC 資本支出創新高

先進製程對設備需求彈性大。以台積電為例，每個節點的投資額迅速攀升，其中 16nm製程 1萬片產能投資 15 億美元，而 7nm製程 1 萬片產能投資估計 30 億美元，5nm製程 1 萬片產能投資估計 50 億美元 。

▲台積電先進製程擴產將持續多年

根據電子工程網（ee.ofweek.com）顯示，近期台積電 16nm、7nm 製程產能供不應求，7nm 產能將提高1 萬片至 8-9 萬片/月，而明年 3 月份即將量產的 5nm 製程產能原計劃 5 萬片/月，目前產能已被客户預定，台積電計劃將 5nm 製程產能從 5 萬片/月提高到 7-8 萬片/月。

5G 技術是先進製程的主要應用領域。今年以來，十多款 5G 手機陸續上市銷售，如華為 Mate 20 X（5G）、中興通訊天機 Axon 10 Pro 5G、iQOO Pro 5G、中國移動先行者 X1、三星Galaxy Note10+ 5G。其中 vivo旗下的 iQOO 起步價 3,798 元，三星最貴起步價為 7,999 元。5G 手機通常搭載 12-7nm 先進製程工藝基帶芯片，包括高通SnapdragonX50、聯發科HelioM70、英特爾XMM8000 系列、三星 ExynosModem5000系列、海思 Balong5000 系列等。

▲5G 手機基帶芯片主要採用 7nm 工藝

據中國信息通信研究院每月發佈數據顯示，2019 年 7、8、9 月國內 5G 手機銷量依次為 7.2 萬部、21.9萬部、49.7 萬部，佔手機總銷量的 0.2%、0.7%、1.4%。預計 2020 年全球 5G 手機銷量 1.6 億部，佔手機總銷量的比重將達到 10%左右，5G 手機銷售將在 2019-2020 年全面鋪開、普及。

▲5G 手機銷量佔比迅速上升

3、 5G 應用將使得存儲廠商的設備採購需求回升5G 手機的存儲容量將大幅增加。5G 手機因傳輸速度快，對應的數據存儲能力將較 4G 手機高出 1 倍以上，通常 4G 手機存儲容量 64-256GB，而 5G 手機的存儲容量將在 512GB 以上。

▲5G 手機的存儲容量將是 4G 的 2 倍以上

據西部數據的估計，移動數據 2016-2021 年每年保持 40%-50%增速，其中移動視頻到 2021 年將增長870%，增速最快，可見移動終端的存儲容量將越來越大。

▲移動數據年均 40%-50%高增長

5G 實現物物互聯，物聯網、工業互聯網等的發展將拉動數據存儲需求。5G 在低延時和傳輸速度上的優勢，使得機器設備產生數據的時代已經到來，具體表現形式包括，一方面是類似三一重工 5G 遠程操作挖掘機，另一方面是物聯網、工業互聯網等。5G 時代將出現萬億設備相互鏈接，數據的產生將從 4G 時代的人走向物體，形成的海量數據不僅在處理上拉動邏輯電路芯片需求，也對存儲容量提出更多需求，存儲芯片也因此面臨新的挑戰。據 sohu 及IDC，2016 年，全球聯網終端數量為 148.66 億台。伴隨着 5G、物聯網、人工智能等技術發展，2020 年全球接入網絡的終端數將超過 300 億台，年複合增長率達到 20.2%。

5G 時代，數據存儲在底層技術上也將發生變化。一是存儲內容上的變化。存儲對象將包括 AR/VR、視頻、文字、數字等，需要有專門的存儲模式。一個典型的實例就是抖音和快手等，4G 時代已經實現短視頻的快速傳輸、處理和存儲，在 5G 時代高達 GBPS 級別的傳輸速度，短視頻甚至演變成中長視頻、更清晰視頻。二是讀寫速度等性能要求會更高。

根據 IC Insights 數據，存儲器設備資本支出從 2013 年的 147 億美元增長至 2018 年的 520 億美元，佔半導體行業資本支出的比重在過去 7 年內大幅增加，從 2013 年的 27%升至 2018 年的 49%。2019 年存儲器產業資本支出將佔今年半導體總資本支出總額的 43%，低於 2018 年的 49%，主要是供過於求導致導致 Nand 和 Dram 價格持續下行，存儲器廠商大幅收縮資本支出，其中 IC Insights 預計 2019 年存儲器設備資本支出 416 億美元，同比下降 20%。

▲全球存儲器廠商資本支出短期波動

三、 國產設備進入全面突破時期今年 9 月，華虹半導體（無錫）項目、廣州粵芯半導體項目、合肥長鑫 DRAM 項目均正式投產。今年年底到明年年初，國內包括燕東微電子、上海積塔半導體等的多條 8 寸線也將陸續投產。

隨着研發產線投產後，多個晶圓廠開啓了新一輪設備採購步伐，包括：

(1) 長江存儲於 8 月份開始了新的 1 萬片/月產能的設備採購，預計年末還將加大采購力度，預計 2020年底產能達到 5-6 萬片/月。長江存儲 2017 年至 2019 年一季度累計採購 19 台光刻機， 2019 年三季度長江存儲公佈新招標 4 台光刻機設備，並招標採購接近 100 台的其他工藝設備。

(2) 華力二期去年投產，今年也已啓動新 1 萬片/月產能的設備採購。華力二期在 2017 年集中採購了7 台光刻機，2019 年 7 月新採購 3 台光刻機。

(3) 華虹無錫項目一期 1 萬片/月 9 月投產，已啓動新的 1 萬片/月設備採購。華虹無錫 2018 年採購 4台光刻機，2019 年 8 月新採購 2 台光刻機。

(4) 合肥長鑫目前設備產能約 2 萬片/月，預計 2020 年底產能達 4 萬片/月。

(5) 廣州粵芯首期 3 千片/月 9 月投產，預計短期會擴產到 1.8 萬片/月。

(6) 上海積塔 8 寸線也將投產，預計 2020 年初將啓動 12 寸產線設備採購。

(7) 燕東微電子 8 寸線即將投產，12 寸線設備採購值得期待。

(8) 中芯南方計劃總投資 102 億美元，建設兩條產能均為 3.5 萬片/月芯片的 14nm 集成電路生產線，預計今年年底 14nm FinFET 開始商業化生產。

1、 製程設備隨着全球半導體設備行業進入景氣上行階段，且本土晶圓廠擴張提速，國產設備也將迎來快速發展，同時，國產設備市佔率也有望在國際品牌交貨緊張的情況下，緩解 2019 年所面臨的價格壓力，並加快進口替代步伐。

▲主要晶圓廠製程設備國產化率處於 10%水平

各類製程設備的國產化率：

(1) 去膠設備：國產化率最高的是去膠設備，主要是屹唐半導體實現了去膠設備國產化；

(2) 清洗設備：國產化率約為 20%左右，本土品牌主要是盛美半導體、北方華創；

(3) 刻蝕設備：國產化率約為 20%左右，本土品牌包括中微半導體、北方華創、屹唐半導體；

(4) 熱處理設備：國產化率約為 20%左右，本土品牌包括北方華創、屹唐半導體；

(5) PVD 設備：國產化率約為 10%左右，本土品牌包括北方華創；

(6) CMP 設備：國產化率約為 10%左右，本土品牌包括華海清科；

(7) CVD 設備：有零的突破，但總體國產化率不高於 5%，本體品牌是瀋陽拓荊；

(8) 量測設備：國產化率 2%左右，本土品牌包括上海睿勵、中科飛測、上海精測半導體；

(9) 離子注入機：國產化有零的突破，本土品牌包括中科信、凱世通等；

(10) 塗膠顯影設備：國產化有零的突破，本土品牌包括瀋陽芯源；

(11) 光刻設備：預計國產化將有零的突破，本土品牌是上海微電子。

根據集微網、DRAMeXchange 等，2017 年底，作為 5 家刻蝕設備供應商之一，中微被 TSMC 納入 7nm製程設備採購名單，2018 年底其自主研發的 5nm 等離子刻蝕機經 TSMC 驗證通過。在台積電 7nm 製程繼續擴產，以及 5nm 製程產線建設期間，中微的等離子刻蝕機台有望迎來旺盛需求，享受 5G 手機帶來對先進製程工藝設備的爆發式需求增長。

▲中微刻蝕機進入客户台積電的歷史業績

2、 測試設備半導體測試細分為：SOC 測試，RF 測試、Memory IC 測試和 Analog IC 測試。其中 SOC 測試佔到 ATE的 64%，Memory IC 和 RF 測試設備各佔 15-20%。2018 年全球半導體測試設備市場規模約為 55-60 億美元，按 64%的比例推算，SOC 測試設備市場規模估計為 36 億美元。

▲SOC 測試佔半導體測試設備的 2/3

SOC 測試設備市場主要被泰瑞達、愛德萬壟斷。5G 手機 SOC 芯片測試難度更大，市場集成度有望繼續提升。

▲泰瑞達、愛德萬壟斷 SOC 測試設備市場

儘管精測電子、長川科技、北京華峯測控、北京冠中集創、金海通等實現部分測試設備或分選機的國產化突破，但國產品牌主要聚焦在國內較為成熟的電源管理芯片測試設備等領域，而 SOC和Memory芯片測試設備仍主要依賴於美國泰瑞達和日本愛德萬等進口品牌。精測電子、長川科技、北京冠中集創等佈局的數字測試設備急需市場培育。

3、 硅片生長與加工設備半導體硅片項目眾多，但絕大部分設備依賴進，對日本設備廠商依賴程度高：

(1) 長晶爐：進口品牌韓國 S-TECH，國產品牌晶盛機電、南京晶能，晶盛機電有望實現長晶爐國產化；

(2) 研磨設備：95%以上來自日本，包括設備廠商東京工程、光洋機械、東京精機、 HAMAI 等；晶盛機電有望實現國產化；

(3) 拋光：100%依賴進口，外資品牌包括 Lapmaster、不二越、OKAMOTO、東京精機；

(4) 減薄：100%從日本進口，包括 DISCO、光洋機械、OKAMOTO（岡本機械）；

▲主要大硅片產線的設備國產化率為 10%-20%

晶盛機電實現中環領先長晶爐和切割設備國產化，目前已佈局單晶硅棒滾磨一體機、拋光機、雙面研磨、晶圓邊緣檢測設備。

在每一次信息技術重大突破節點，半導體行業規模都會產生一次大飛躍。現在，在5G技術的拉動下，半導體行業的全面復甦期來臨，行業規模將上一個新台階，並大概率創歷史新高。國產設備儘管技術積澱已有 15-20 餘年，但因人才缺乏與研發投入不足，且驗證週期長等因素而備受制約，預計在 2016-2019 年進入主流晶圓廠工藝驗證的關鍵設備，將在 2020 年獲得實質性突破，在全球半導體設備市場進入新一輪擴展階段，刻蝕、清洗、CMP、熱處理等設備的國產品牌市佔率將穩中有升，而光刻、塗膠顯影、量測、CVD、PVD、ALD 等有望獲得重大進展。