【研報】電子元器件行業：半導體設備刻蝕機走在國產替代前列-20200327[25頁].pdf

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1、 東方財智 興盛之源 DONGXING SECURITIES 行 業 研 究 東 興 證 券 股 份 有 限 公 司 證 券 研 究 報 告 半導體設備：刻蝕機走在國產替代前列半導體設備：刻蝕機走在國產替代前列 2020 年 03 月 27 日 看好/維持 電子元器件電子元器件 行業行業報告報告 分析師分析師 劉慧影 電話：010-66554130 郵箱：liuhy_ 執業證書編號：S1480519040002 分析師分析師 劉奕司 電話：010-66554130 郵箱： 執業證書編號：S1480519110001 研究助理研究助理 吳天元 電話：010-66554130 郵箱： 研究助理研究

2、助理 吳 昊 電話：010-66554130 郵箱：wuhao_ 投資摘要： 光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備是芯片制造過程中的三大核心設備，如果把芯片比作一幅平面雕刻作品，那么光刻機是打草光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備是芯片制造過程中的三大核心設備，如果把芯片比作一幅平面雕刻作品，那么光刻機是打草 稿的畫筆，刻蝕機是雕刻刀，沉積的薄膜則是構成作品的材料稿的畫筆，刻蝕機是雕刻刀，沉積的薄膜則是構成作品的材料。光刻的精度直接決定了元器件刻畫的尺寸，刻蝕和薄膜沉積 的精度則決定了光刻的尺寸能否實際加工，因此光刻、刻蝕和薄膜沉積設備是芯片加工過程中最重要的三類主設備，價值占 前道設備的近 70%。 201

3、8年半導體設備的全球市場規模約年半導體設備的全球市場規模約 645億美元億美元， 全行業全行業處處于寡頭壟斷格局于寡頭壟斷格局。 其中阿斯麥獨自壟斷高端光刻機， 泛林半導體、 應用材料和東京電子是三家最主要的刻蝕和薄膜沉積設備生產商。觀察當前的半導體行業格局和特點，我們需要理解如下三 個問題： 為何半導體設備廠商在客戶集中度很高的情況下仍然擁有較高的定價權？為何半導體設備廠商在客戶集中度很高的情況下仍然擁有較高的定價權？ 在制造業中，產業鏈步驟越多，上游設備在制造業中，產業鏈步驟越多，上游設備材料材料商商的話語權越強。的話語權越強。晶圓的加工流程動輒需要幾千步，晶圓廠為使良率達標 而花費大量的

4、精力，沒有余力去做設備和材料的開發，因此晶圓廠寧愿為設備廠商讓渡更多利潤，來獲得其最新的產品 和持續的技術支持。設備企業對于晶圓加工廠來說更像是外置的研發中心。設備企業對于晶圓加工廠來說更像是外置的研發中心。半導體設備的購買對于晶圓廠來說不僅僅是 產能的提升，更是制程精進的基礎，這種相互配合的研發模式是設備行業常年高利潤的另一個原因。此外，設備定制化設備定制化 也也帶來極高帶來極高的的客戶粘性和轉換成本?？蛻粽承院娃D換成本。 為何光刻設備幾乎是完全壟斷，而刻蝕設備是寡頭壟斷？為何光刻設備幾乎是完全壟斷，而刻蝕設備是寡頭壟斷？ 在高端光刻在高端光刻領域，領域，浸浸沒沒式光刻是干法光刻的替代技術式

5、光刻是干法光刻的替代技術，新舊技術的替代帶來了光刻機的完全壟斷。ICP 刻蝕并不是刻蝕并不是 CCP 刻蝕的替代技術刻蝕的替代技術，而是各有所長，側重了不同工藝步驟，新舊技術共存形成了刻蝕領域的寡頭競爭。 為何近些年來刻蝕設備的價值占比不斷上升？為何近些年來刻蝕設備的價值占比不斷上升？ 光刻機的技術瓶頸推動刻蝕市場發展。光刻機的技術瓶頸推動刻蝕市場發展。在光刻技術停滯不前的情況下，想要繼續提升制程大體有兩個思路，即雙重光刻+ 刻蝕，或多重薄膜+刻蝕，無論用哪種思路都離不開刻蝕步驟的增加。芯片設計的變化帶來刻蝕設備需求的提升芯片設計的變化帶來刻蝕設備需求的提升，近幾年 來 3D NAND 等新結

6、構的應用導致在存儲器制造過程中刻蝕步驟大幅增加。 展望未來，國產半導體設備正在逆襲展望未來，國產半導體設備正在逆襲： 工程師紅利助力我國企業的發展。工程師紅利助力我國企業的發展。追趕式研發風險相對更低，同時我國企業人工成本低，研發效率更高。 半導體產業鏈半導體產業鏈向向中國轉移和存儲器國產化是中國轉移和存儲器國產化是我國企業的我國企業的重大機遇重大機遇。我國半導體設備銷售額在近十幾年來全球占比逐年上 升，在外部環境存在不確定性的情況下，培育我國自己的半導體設備和材料制造商成為整個半導體行業的共識。存儲器 是半導體設備支出占比最高的領域，存儲器的國產化為我國設備企業提供了良好的成長機會。 先專注

7、某一領域做大做強，再并購整合其他業務先專注某一領域做大做強，再并購整合其他業務，是國際巨頭共同的成長模式，是國際巨頭共同的成長模式，我國企業在追趕之初同樣應該參考?？?蝕設備作為三大主設備之一，進入客戶產線后或可擁有一定的話語權。國內走在前列的刻蝕設備廠商，有望在刻蝕機領 域率先形成對國際巨頭的威脅，并在未來整合國內資源，實現半導體設備的國產替代。 投資策略：投資策略：建議關注國產刻蝕機龍頭企業中微公司中微公司。 風險提示：風險提示：外部環境發生重大變化，下游需求不及預期，長江存儲擴產進度不及預期，海外客戶拓展不及預期等。 P2 東興證券深度報告東興證券深度報告 半導體設備：刻蝕機走在國產替代

8、前列 東方財智 興盛之源 DONGXING SECURITIES 目目 錄錄 1. 半導體設備推動芯片制造業的發展半導體設備推動芯片制造業的發展 . 4 1.1 半導體設備推動摩爾定律的實現 . 4 1.2 不同的設備在芯片制造過程中分工明確 . 4 1.3 半導體設備市場高度集中 . 6 1.3.1 市場空間隨下游半導體變化 . 6 1.3.2 細分領域市場多為寡頭壟斷 . 7 2. 半導體設備行業需要理解的三個問題半導體設備行業需要理解的三個問題 .10 2.1 為何設備企業在客戶集中度很高的情況下仍擁有定價權？ .10 2.1.1 工藝復雜和分工細化提升設備廠商話語權 .10 2.1.2

9、 設備廠商承擔了晶圓廠的前期研發任務 .10 2.1.3 設備定制化帶來極高客戶粘性和轉換成本 .10 2.2 為何光刻一家獨大，刻蝕寡頭壟斷？ . 11 2.2.1 光刻和刻蝕技術更替的差異帶來市場格局不同 . 11 2.2.2 光刻：新舊技術替代帶來完全壟斷 . 11 2.2.3 刻蝕：新舊技術共存形成寡頭競爭 .12 2.3 為何近些年來刻蝕設備的價值占比不斷上升？ .15 2.3.1 光刻機的技術瓶頸推動刻蝕機市場發展 .15 2.3.2 芯片設計的變化帶來刻蝕設備需求的提升 .16 3. 展望未來，國產半導體設備正在逆襲展望未來，國產半導體設備正在逆襲 .17 3.1 工程師紅利助力

10、我國企業的追趕式研發 .17 3.2 半導體產業鏈中國轉移和存儲器國產化是重大機遇 .18 3.2.1 半導體產業鏈轉向中國，突破國內客戶是第一步 .18 3.2.2 存儲器國產化為我國刻蝕機廠商帶來機遇 .20 3.2.3 從專一突破到平臺整合是我國企業應借鑒的成長之路 .21 4. 風險提示風險提示.22 相關報告匯總相關報告匯總 .23 插圖目錄插圖目錄 圖圖 1： 晶圓加工過程示意圖晶圓加工過程示意圖. 5 圖圖 2： 典型晶圓加工廠的廠房區域布局典型晶圓加工廠的廠房區域布局 . 6 圖圖 3： 全球半導體設備銷售額和集全球半導體設備銷售額和集成電路銷售額（單位：億美元）成電路銷售額（

11、單位：億美元） . 7 圖圖 4： 2017年半導體設備和晶圓廠設備市場份額年半導體設備和晶圓廠設備市場份額. 7 圖圖 5： 2018年光刻機市場份額年光刻機市場份額. 8 圖圖 6： 2018年刻蝕機市場份額年刻蝕機市場份額. 8 圖圖 7： 2018年年 CVD市場份額市場份額 . 8 圖圖 8： 2018年年 PVD市場份額市場份額 . 8 圖圖 9： 2017年年 CMP市場份額市場份額. 8 rQrOoOtPmRtNpNoPsNyRnO9P9R8OpNnNtRrRkPrRoNkPnPuMaQpPxPNZrNsMvPmMzQ 東興證券深度報告東興證券深度報告 半導體設備：刻蝕機走在國

12、產替代前列 P3 東方財智 興盛之源 DONGXING SECURITIES 圖圖 10： 離子注入機全球市場份額離子注入機全球市場份額 . 8 圖圖 11： 前道晶圓檢測設備市場份額前道晶圓檢測設備市場份額. 9 圖圖 12： 2017年后道檢測設備市場份額年后道檢測設備市場份額 . 9 圖圖 13： 典型的典型的 CMOS 剖面示意圖和部分刻蝕工藝的作用剖面示意圖和部分刻蝕工藝的作用 .13 圖圖 14： 1988-2002年全球刻蝕設備銷售額（單位：百萬美元）年全球刻蝕設備銷售額（單位：百萬美元） .14 圖圖 15： 1988-2002年全球刻蝕設備份額變化年全球刻蝕設備份額變化 .1

13、4 圖圖 16： 2007-2018年全球刻蝕設備份額變化年全球刻蝕設備份額變化 .14 圖圖 17： 2001-2017年各類設備在晶圓廠中的價值占比年各類設備在晶圓廠中的價值占比 .15 圖圖 18： 全球刻蝕市場規模（億美元）全球刻蝕市場規模（億美元） .15 圖圖 19： 利用刻蝕提升制造精度的方法示意圖利用刻蝕提升制造精度的方法示意圖 .16 圖圖 20： 不同制程中刻蝕工藝的步驟數示意圖不同制程中刻蝕工藝的步驟數示意圖 .16 圖圖 21： 2D NAND 和和 3D NAND 設備價值占比設備價值占比.17 圖圖 22： 2D NAND 和和 3D NAND 示意圖示意圖 .17

14、 圖圖 23： Lam Research 歷年下游客戶占比歷年下游客戶占比 .17 圖圖 24： 全球的半導體設備銷售額和中國大陸半導體設備銷售額（億美元）全球的半導體設備銷售額和中國大陸半導體設備銷售額（億美元） .19 圖圖 25： 中國芯片市場規模和中國芯片本土制造市場規模（億美元）中國芯片市場規模和中國芯片本土制造市場規模（億美元） .20 圖圖 26： 長江存儲刻蝕機中標總數量占比（截止長江存儲刻蝕機中標總數量占比（截止 2020年年 2月底）月底） .21 圖圖 27： 長江存儲介質刻蝕設備中標數量占比（長江存儲介質刻蝕設備中標數量占比（2020年年 2月底）月底） .21 圖圖

15、28： 長江存儲硅刻蝕設備中標數量占比（長江存儲硅刻蝕設備中標數量占比（2020 年年 2月底）月底） .21 表格目錄表格目錄 表表 1： 單個芯片集成元件數量的演進單個芯片集成元件數量的演進 . 4 表表 2： 2018年前六大半導體設備公司主要產品分布年前六大半導體設備公司主要產品分布. 9 表表 3： 全球前六全球前六大半導體設備廠商歷年市場份額大半導體設備廠商歷年市場份額 . 9 表表 4： 歷代主流光刻機的主要特點歷代主流光刻機的主要特點.12 表表 5： 2019年前道光刻機全球出貨量年前道光刻機全球出貨量.12 表表 6： 兩種主要等離子干法刻蝕技術的對照兩種主要等離子干法刻蝕

16、技術的對照 .13 表表 7： 部分半導體設備的海外領先企業和國內追趕企業部分半導體設備的海外領先企業和國內追趕企業 .18 表表 8： 2018年底全球晶圓加工產能分布（年底全球晶圓加工產能分布（8寸當量）寸當量） .19 P4 東興證券深度報告東興證券深度報告 半導體設備：刻蝕機走在國產替代前列 東方財智 興盛之源 DONGXING SECURITIES 1. 半導體設備推動芯片制造業的發展半導體設備推動芯片制造業的發展 1.1 半導體設備推動摩爾定律的半導體設備推動摩爾定律的實現實現 半導體是指在某些條件下導電某些條件下不導電的一類材料，生活中常用“半導體”一詞來泛指半導體電子 元器件。

17、集成電路是最重要的一類半導體器件，又稱為芯片。 1906 年美國人德 福雷斯特（Lee De Forest）發明了世界上第一個真空三極管，1947 年貝爾實驗室發明了 固態晶體管，1957 年位于美國加州的仙童半導體公司（Fairchild Semiconductor）制造出第一個商用平面晶 體管。1959 年，仙童公司和德州儀器公司（Texas Instruments）分別在硅片和鍺片上完成了微縮電路的制 造，集成電路就此誕生。 自問世以來，單個芯片上集成的元件數量不斷增長。1965 年英特爾（Intel）創始人之一戈登摩爾（Gordon Moore）提出，在價格不變的情況下一塊集成電路上可

18、容納的元器件的數目將每 18-24 個月增加一倍，性能 也將提升一倍，這就是著名的摩爾定律。自 20 世紀 60 年代到 21 世紀的前十幾年，摩爾定律完美詮釋了集 成電路的發展歷程。 摩爾定律的背后是摩爾定律的背后是半導體設備的不斷精進半導體設備的不斷精進。集成電路多以單晶硅為基底材料，成千上萬的元器件和導線經過 一些列工藝被“雕刻”在硅片上，完成這些“雕刻”步驟的工具就是半導體設備?！暗窨獭本鹊奶嵘龓碓骷?寸的縮小，現今的晶工藝尺寸是以納米級計量的。集合了全球頂尖制造技術的半導體設備在過去半個世紀中 不斷推動著人類工業文明的進步。 表表1：單個芯片集成元件數量的演進單個芯片集成元件

19、數量的演進 分類分類 誕生時間誕生時間 元件數量元件數量 小規模集成電路（SSI） 20 世紀 60 年代前期 2100 中規模集成電路（MSI） 20 世紀 60 年代中期 1001000 大規模集成電路（LSI） 20 世紀 70 年代前期 100010 萬 超大規模集成電路（VLSI） 20 世紀 70 年代后期 10 萬100 萬 特大規模集成電路（ULSI） 20 世紀 90 年代前期 100 萬1000 萬 巨大規模集成電路（GSI） 20 世紀 90 年代中期 1000 萬以上 資料來源：東興證券研究所 1.2 不同的設備在芯片不同的設備在芯片制造過程制造過程中分工明確中分工明確

20、 半導體設備主要可以分為前道設備和后道設備，前道設備是指晶圓加工設備，后道設備是指封裝測試設備。 前道設備完成芯片的核心制造， 后道設備完成芯片的包裝和整體性能測試前道設備完成芯片的核心制造， 后道設備完成芯片的包裝和整體性能測試， 因此前道設備通常技術難度更高。 東興證券深度報告東興證券深度報告 半導體設備：刻蝕機走在國產替代前列 P5 東方財智 興盛之源 DONGXING SECURITIES 圖圖1：晶圓加工過程示意圖晶圓加工過程示意圖 資料來源： 半導體制造技術 ，東興證券研究所 前道前道的晶圓加工工藝包括氧化、擴散、退火、離子注入、薄膜沉積、光刻、刻蝕、化學機械平坦化（CMP） 等，

21、這些工藝并不是單一順序執行，而是在制造每一個元件時選擇性地重復進行。一個完整的晶圓加工過程 中，一些工序可能執行幾百次，整個流程可能需要上千個步驟，通常耗時六到八個星期。這些工藝的大體作 用如下： 氧化氧化、退火退火工藝的主要作用是使材料的特定部分具備所需的穩定性質； 擴散擴散、離子注入離子注入工藝的主要作用是使材料的特定區域擁有半導體特性或其他需求的物理化學性質； 薄膜薄膜沉積沉積工藝（包括 ALD、CVD、PCD 等）的主要作用是在現有材料的表明制作新的一層材料，用以 后續加工； 光刻光刻的作用是通過光照在材料表面以光刻膠留存的形式標記出設計版圖（掩膜版）的形態，為刻蝕做準 備； 刻蝕刻蝕

22、的作用是將光刻標記出來應去除的區域通過物理或化學的方法去除，以完成功能外形的制造； CMP 工藝的作用是對材料進行表面加工，通常在沉積和刻蝕等步驟之后； P6 東興證券深度報告東興證券深度報告 半導體設備：刻蝕機走在國產替代前列 東方財智 興盛之源 DONGXING SECURITIES 清洗清洗的作用是清除上一工藝遺留的雜質或缺陷，為下一工藝創造條件； 量測量測的作用主要是晶圓制造過程中的質量把控。 集成電路就在沉積、光刻、刻蝕、拋光等步驟的不斷重復中成型，整個制造工藝環環相扣，任一步驟出現問 題，都可能造成整個晶圓不可逆的損壞，因此每一項工藝的設備要求都很嚴格。 如果把芯片比作一幅平面雕刻作品，那么光刻機是打草稿的畫筆，刻蝕機則是雕刻刀，沉積的薄膜則是用來光刻機是打草稿的畫筆