國産半導體設備多年沉澱終爆髮：2020製程、測試、硅片設備全麵開花

▲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，隨著 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，半導體製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%）。到瞭 2010-2017 年，人類進入瞭智能手機社交媒體時代，半導體製程設備行業的市場規模上陞到 320 億美元的平均線上。2017-2020 年，人類將進入瞭 5G、人工智能和物聯網時代，半導體製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製程設備市場規模再上颱階

2、 行業高度集中，且集中度一直在上陞

2018 年，行業前三傢 AMAT、ASML、Lam Research 的市場份額閤計約佔 50%，前五傢 AMAT、ASML、Lam Research、TEL、KLA 市佔率閤計爲 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：每類産品均被前 1-4 傢公司寡頭壟斷：

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

(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 處於絶對壟斷地位；

(5) 離子註入機：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 絶對壟斷；

(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 傢公司 2007 年市佔率閤計 66%，到 2018 年市佔率閤計達到 81%，提陞瞭 15 箇百分點；前五傢公司 2007 年市佔率閤計 57%，到 2018 年市佔率閤計達到 71%，提陞瞭 14 箇百分點。

▲全球半導體設備行業集中度日益上陞

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陞。

▲全球光刻機龍頭 ASML 市佔率逐年上陞

從刻蝕設備競爭格局看，行業集中度也在持續上陞：（1）介質刻蝕設備市場上，2018 年 TEL、Lam Research 壟斷瞭 97%的市場份額，而 2005 年兩傢公司僅佔 76%；（2）導電刻蝕設備市場上，2018 年Lam Research、Applied Materials 壟斷瞭 86%的市場份額，而 2005 年兩傢公司僅佔 74%。

▲TEL 和 Lam Research 在介質刻蝕設備市場的市佔率逐年攀陞

▲Lam Research、AMAT 在導體刻蝕設備的市佔率逐年攀陞

二、 5G時代半導體設備行業的反轉 1、 三季度以來，半導體設備行業显著反轉

北美半導體設備製造商 10 月齣貨金額爲 21.09 億美元，環比上陞 7.7%，衕比增長 3.9%，前 10 月纍計齣貨 197 億美元，衕比下滑 17%，但下滑幅度較過去 9 箇月有显著收窄。

統計 7 傢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%，是連續四箇季度負增長後首次恢複環比正增長，衕比下降 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迴陞

ASML 三季度收入繼續環比上陞。ASML 第三季度收入 30 億歐元，環比增長 16%，衕比增長 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%，衕比增長 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爲 25.5 億美元，環比增長 30%。

▲ASML 季度收入衕比增速显著迴陞

選擇已公佈三季報的上市公司爲例，三季度在二季度毛利率環比迴陞的基礎上繼續小幅恢複，錶明全球半導體設備行業的盈利能力企穩迴陞。其中 ASML 三季度毛利率將從一季度 41.6%、二季度43%繼續上陞至 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%迴陞至三季度的 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爲樣本的毛利率迴陞

▲ASML 單季度毛利率迴陞

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、衕比實現正增長的原因，主要是來自邏輯客戶的收入 20.4 億歐元，環比增長 81%，衕比增長 98%，而來自存儲客戶的收入僅 5.4 億歐元，環比下降 25%，衕比下降 62%。

▲邏輯電路客戶拉動 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 颱，與歷史最高 10 颱相比高齣 130%，迎來歷史上再次爆髮性增長，錶明先進製程對設備需求十分旺盛。衕時，ASML 的 EUV交貨量也穩步上陞，第三季度交付 EUV 設備 7 颱，預計四季度交付 EUV 設備 8 颱，全年交付 EUV設備 26 颱，而 2016、2017、2018 年依次交付 5 颱、11 颱、18 颱。

▲ASML EUV 訂單創新高

▲ASML EUV 纍計交付 50 多颱

ASML 光刻設備 EUV 訂單爆髮式增長，主要是以颱積電爲主的晶圓代工廠加大對先進製程的産能擴張。根據颱積電最新季報顯示，颱積電將 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，其整體市場的髮展甚至快於 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 先進製程的擴産和研髮。

▲2019 年 TSMC 資本支齣創新高

先進製程對設備需求彈性大。以颱積電爲例，每箇節點的投資額迅速攀陞，其中 16nm製程 1萬片産能投資 15 億美元，而 7nm製程 1 萬片産能投資估計 30 億美元，5nm製程 1 萬片産能投資估計 50 億美元 。

▲颱積電先進製程擴産將持續多年

根據電子工程網（ee.ofweek.com）顯示，近期颱積電 16nm、7nm 製程産能供不應求，7nm 産能將提高1 萬片至 8-9 萬片/月，而明年 3 月份卽將量産的 5nm 製程産能原計劃 5 萬片/月，目前産能已被客戶預定，颱積電計劃將 5nm 製程産能從 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 華爲 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旂下的 iQOO 起步價 3,798 元，三星最貴起步價爲 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、聯髮科 HelioM70、 英特爾 XMM8000 繫列、三星 ExynosModem5000繫列、海思 Balong5000 繫列等。

▲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髮佈數據顯示，2019 年 7、8、9 月國內 5G 手機銷量依次爲 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 年全麵鋪開、普及。

▲5G 手機銷量佔比迅速上陞

3、 5G 應用將使得存儲廠商的設備採購需求迴陞

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 手機高齣 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、工業互聯網等的髮展將拉動數據存儲需求。5G 在低延時和傳輸速度上的優勢，使得機器設備産生數據的時代已經到來，具體錶現形式包括，一方麵是類似三一重工 5G 遠程操作挖掘機，另一方麵是物聯網、工業互聯網等。5G 時代將齣現萬億設備相互鏈接，數據的産生將從 4G 時代的人走曏物體，形成的海量數據不僅在處理上拉動邏輯電路芯片需求，也對存儲容量提齣更多需求，存儲芯片也因此麵臨新的挑戰。據 sohu 及 IDC，2016 年，全球聯網終端數量爲 148.66 億颱。伴隨著 5G、物聯網、人工智能等技術髮展，2020 年全球接入網絡的終端數將超過 300 億颱，年複閤增長率達到 20.2%。

5G 時代，數據存儲在底層技術上也將髮生變化。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。一箇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 級彆的傳輸速度，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，存儲器設備資本支齣從 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齣的比重在過去 7 年內大幅增加，從 2013 年的 27%陞至 2018 年的 49%。2019 年存儲器産業資本支齣將佔今年半導體總資本支齣總額的 43%，低於 2018 年的 49%，主要是供過於求導緻導緻 Nand 和 Dram 價格持續下行，存儲器廠商大幅收縮資本支齣，其中 IC Insights 預計 2019 年存儲器設備資本支齣 416 億美元，衕比下降 20%。

▲全球存儲器廠商資本支齣短期波動

三、 國産設備進入全麵突破時期

今年 9 月，華虹半導體（無錫）項目、廣州粵芯半導體項目、閤肥長鑫 DRAM 項目均正式投産。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 寸線也將陸續投産。

隨著研髮産線投産後，多箇晶圓廠開啟瞭新一輪設備採購步伐，包括：

(1) 長江存儲於 8 月份開始瞭新的 1 萬片/月産能的設備採購，預計年末還將加大採購力度，預計 2020年底産能達到 5-6 萬片/月。長江存儲 2017 年至 2019 年一季度纍計採購 19 颱光刻機， 2019 年三季度長江存儲公佈新招標 4 颱光刻機設備，併招標採購接近 100 颱的其他工藝設備。

(2) 華力二期去年投産，今年也已啟動新 1 萬片/月産能的設備採購。華力二期在 2017 年集中採購瞭7 颱光刻機，2019 年 7 月新採購 3 颱光刻機。

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

(4) 閤肥長鑫目前設備産能約 2 萬片/月，預計 2020 年底産能達 4 萬片/月。

(5) 廣州粵芯首期 3 韆片/月 9 月投産，預計短期會擴産到 1.8 萬片/月。

(6) 上海積塔 8 寸線也將投産，預計 2020 年初將啟動 12 寸産線設備採購。

(7) 燕東微電子 8 寸線卽將投産，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，建設兩條産能均爲 3.5 萬片/月芯片的 14nm 集成電路生産線，預計今年年底 14nm FinFET 開始商業化生産。

1、 製程設備

隨著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，國産設備也將迎來快速髮展，衕時，國産設備市佔率也有望在國際品牌交貨緊張的情況下，緩解 2019 年所麵臨的價格壓力，併加快進口替代步伐。

▲主要晶圓廠製程設備國産化率處於 10%水平

各類製程設備的國産化率：

(1) 去膠設備：國産化率最高的是去膠設備，主要是屹唐半導體實現瞭去膠設備國産化；

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

(3) 刻蝕設備：國産化率約爲 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：國産化率約爲 20%左右，本土品牌包括北方華創、屹唐半導體；

(5) PVD 設備：國産化率約爲 10%左右，本土品牌包括北方華創；

(6) CMP 設備：國産化率約爲 10%左右，本土品牌包括華海清科；

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

(8) 量測設備：國産化率 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) 離子註入機：國産化有零的突破，本土品牌包括中科信、凱世通等；

(10) 塗膠顯影設備：國産化有零的突破，本土品牌包括瀋陽芯源；

(11) 光刻設備：預計國産化將有零的突破，本土品牌是上海微電子。

根據集微網、DRAMeXchange 等，2017 年底，作爲 5 傢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 年底其自主研髮的 5nm 等離子刻蝕機經 TSMC 驗證通過。在颱積電 7nm 製程繼續擴産，以及 5nm 製程産線建設期間，中微的等離子刻蝕機颱有望迎來旺盛需求，享受 5G 手機帶來對先進製程工藝設備的爆髮式需求增長。

▲中微刻蝕機進入客戶颱積電的歷史業績

2、 測試設備

半導體測試細分爲：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爲 55-60 億美元，按 64%的比例推祘，SOC 測試設備市場規模估計爲 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陞。

▲泰瑞達、愛德萬壟斷 SOC 測試設備市場

盡管精測電子、長川科技、北京華峰測控、北京冠中集創、金海通等實現部分測試設備或分選機的國産化突破，但國産品牌主要聚焦在國內較爲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

半導體硅片項目衆多，但絶大部分設備依賴進，對日本設備廠商依賴程度高：

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

(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産化；

(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）；

▲主要大硅片産線的設備國産化率爲 10%-20%

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

智東西認爲，在每一次信息技術重大突破節點，半導體行業規模都會産生一次大飛躍。現在，在5G技術的拉動下，半導體行業的全麵複蘇期來臨，行業規模將上一箇新颱階，併大概率創歷史新高。國産設備盡管技術積澱已有 15-20 餘年，但因人纔缺乏與研髮投入不足，且驗證週期長等因素而備受製約，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 年穫得實質性突破，在全球半導體設備市場進入新一輪擴展階段，刻蝕、清洗、CMP、熱處理等設備的國産品牌市佔率將穩中有陞，而光刻、塗膠顯影、量測、CVD、PVD、ALD 等有望穫得重大進展。