《电子技术应用》

深度解析国产半导体设备历史性机遇

2018/5/13 21:43:21

芯片(集成电路)制造技术是当今世界最高水平微细加工技术,是全球高科技国力竞争的战略必争制高点。根据美国市场研究机构IC Insights的统计,2016年全球前20大半导体公司中,包括美国的英特尔、高通、美光、德州仪器、苹果、英伟达、格罗方德、安森美,日本的东芝、索尼、瑞萨,欧洲的恩智浦、英飞凌、意法半导体以及台湾台积电、联发科、联华电子,韩国则有两家公司上榜,分别是三星、海力士。其中有9家公司营收超过100亿美元,前20强的门槛是44.55亿美元。中国大陆最大的半导体公司华为海思以37.62亿美元的营收无缘榜单。

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2016年全球半导体行业前20强,中国大陆无缘


除名单中的3家纯晶圆代工厂外,剩余17家半导体芯片公司总销售额占全球半导体总销售额(3571亿美元)的68%,与2006年的58%相比,前17大半导体公司占比提升了10个百分点。全球半导体行业的垄断程度和行业集中度在持续增加。

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半导体公司发展极度依靠规模效应和产品周期,属于精细化分工的资本密集型行业。我国公司进入半导体集成电路行业很晚,几乎落后世界20年。因此,我国在半导体市场一直处于追赶状态。根据中国半导体行业协会统计,2017年我国集成电路设计、制造、封测三个产业分别实现收入2073.5亿/1448.1亿/1889.7亿,同比+26.1%/+28.5%/+20.8%,显著高于全球市场增长率。但是,我国集成电路产业链先进工艺严重匮乏,导致国内市场对国外高端产品进口依赖严重,约七成的集成电路产品依赖进口。进口总金额已经超过同期原油进口金额,成为中国第一大进口商品。


从设备端看,CVD(化学气相淀积设备)、刻蚀机、分布重复光刻机和引线键合机占进口金额比例较大,前三者为制造环节最重要的三种机器设备,技术门槛高,单台价值量大;引线键合机则归属于封测环节。

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2008年到2017年我国集成电路进口金额,约七成的集成电路产品依赖进口


目前,我国12 英寸晶圆先进封装、测试生产线设备的国产化率已经可以达到 70%以上。12 英寸、90-28nm 制程的国产集成电路晶圆设备已经进入国内外大规模集成电路主流生产线。全球范围内,集成电路设备研发水平在12英寸10纳米以下,生产水平则已经达到12英寸14纳米。我国设备厂商的研发水平为12英寸14 纳米,生产水平处于12英寸28纳米阶段。就现状看,我国集成电路工艺水平与国外先进水平尚存一定差距,在此大环境之下,国内设备厂商尚无法与国外公司在技术上形成对垒。


需求大增,产能有限,硅片涨价带动存储器涨价


从2017年初开始,硅片的价格便不断上涨。全球硅片市场Q1合约价平均涨幅约达10%,Q2硅片价格继续上涨,累计涨幅已超过20%,Q3合约价再调涨10%左右,且涨价趋势正快速从12英寸硅片向8英寸与6英寸蔓延。目前,信越半导体及SUMCO胜高的12寸硅片签约价已从2016年的75美元/片涨至120美元/片,涨幅高达60%。

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自2017年Q1开始,硅片连续涨价,预计涨价趋势将持续


根据日经新闻报导,日本硅片巨头SUMCO预估2018年12寸硅晶圆价格有望进一步回升约20%(即2018年Q4价格将较2016年Q4高出40%以上) ,且2019年也将持续回升。我们认为,随着芯片应用领域的扩大,硅晶圆供不应求,半导体行业进入高景气周期。

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SUMCO预估2018年12寸硅晶圆涨价持续


三星电子、美光科技以及SK海力士三大巨头直接占据了90%以上的芯片市场份额。韩国三星在2017年的存储器涨价中最为受益。三星是全球最大的存储芯片厂商,其DRAM产品市占率约48%,NAND Flash产品市占率约35.4%。


据公司财报显示,2017年第二季度,三星营收增长19.8%,净利润增长89%,高达99亿美元,不仅打破了自己的最高单季度净利润记录,还首次超过了苹果公司。2017年第三季度,三星收入545亿美元,同比增长29.7%,净利润127.6亿美元,同比增长179.47%。2017年前三季度,三星总收入1524.56亿美元,同比2016年的1304.46亿美元增长16.8%。前三季度存储器的疯狂涨价为三星带来338.1亿美元的利润,同比增长92.3%。


在终端业务因电池门事件失利之后,半导体业务成为三星利润持续高增长的主要来源。2017年全年三星实现营收239.58万亿韩元(约合2234.56亿美元),同比增长19%,营业利润实现53.65万亿韩元(约合500.39亿美元),同比增长83%。其中,芯片业务营收达690亿美元,占总营收的31%,超过了英特尔628亿美元的公司整体营收。


与三星类似,截至2017年12月31日的第四季度,SK海力士营收达9万亿韩元,同比增长69%,运营利润达到4.5万亿韩元,远远超过上年同期的1.54万亿韩元。

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美光、海力士、南亚DRAM平均销售价格变动幅度


回看中国国内,存储器领域仍是整个半导体产业链最为薄弱的环节之一。2017年上半年,华为爆发闪存门事件:华为P10系列手机的闪存疑似采用MIC颗粒和TLC颗粒混用,闪存规格缩水导致最低读写速度只能达eMMC5.1的标准(200M/S),和官方宣传的UFS2.1(700M/S)的传输速度大相径庭。华为的闪存门事件体现出中国在存储领域绝对弱势地位,以手机为代表的国内消费电子核心元器件依旧处于受制于人的局面。


受益于技术进步,半导体芯片应用领域扩大


从下游需求来看,先进的制程工艺对硅片质量要求提高。全球晶圆代工大厂:台积电、三星电子、英特尔进入高端制程工艺竞赛,20nm以下的先进工艺将在整个晶圆代工中的比例越来越高,先进的工艺对高质量大硅片的需求越来越大。

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半导体制造工艺与技术方案的演进情况


另外,存储芯片市场爆发显著拉动12英寸硅片需求。DRAM、NAND Flash 等存储芯片均采用12英寸晶圆为主,根据IC Insights的数据,2017年 DRAM销售额飙升74%,NAND销售额强劲增长44%。同时三星、SK海力士、英特尔/美光(双方是合作关系)、东芝等厂商全力投入3D NAND扩产,3D NAND的投资热潮将刺激300mm(12英寸)大硅片的市场需求。

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DRAM、NAND Flash的发展技术蓝图


加上受益于汽车电子,消费电子,人工智能等行业的快速发展,半导体芯片的应用范围急速扩大。智能手机的出货量增长和创新升级将带动指纹识别芯片和摄像头CIS芯片的需求增加,汽车电子的普及也将带动汽车半导体快速增长,此外还有物联网MCU微控制器等IC芯片开始快速增长,这些需求端的扩大都为8英寸和12英寸硅片带来新的增量。


为此,全球范围内兴建晶圆代工厂,尤其是中国大陆的晶圆厂将爆发式扩张,对于原材料硅片的需求预期将进一步上升。我们预计2018-2019年硅片供需状况将更加紧张。SEMI的统计,预估2017年到2020年的四年间,将有26座新晶圆厂在中国大陆投产,成为全球新建晶圆厂最积极的地区,整个投资计划占全球新建晶圆厂的比例高达百分之42%(全球共62座),成为全球新建投资最大的地区。


全球半导体行业经历了三次产业大迁徙


导体产业于上世纪五十年代起源于美国,之后共经历了三次大规模产业转移。

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半导体的三次转移


第一次产业转移起始于20世纪60年代,集成电路封装业(组装)首先由美国向日本转移。封装业属于劳动密集型产业,美国将封装业从制造业中分离出来,转移到生产成本更低的亚洲国家。日本抓住产业机遇,实现了组装线的全面自动化。之后,日本半导体产业以DRAM为切口快速崛起,凭借其大规模生产技术取得低成本和可靠性优势,快速渗透全球市场。日本的DRAM市占份额迅速超越美国,跃居世界首位。1986 年,日本企业在全球 DRAM 市场所占份额达到了80%,成为世界半导体中心。


第二次产业转移发生在20世纪90年代,全球范围内开始了以互联网为核心的技术革命,日本的半导体优势地位被韩国取代。日本由于房地产泡沫破裂,大财团缺少资金对产业进行升级,导致日本在该领域未能做好充分准备。不同于大型主机对DRAM质量和可靠性的高要求, PC对DRAM的主要诉求转变为低价。韩国、台湾、新加坡通过技术引进和劳动力成本优势,很快取代了日本DRAM的国际地位,1998年,韩国成为DRAM第一生产大国。90年代后期,晶圆代工模式逐渐兴起,芯片设计与制造环节分离,以台湾为代表的晶圆代工厂改写了全球半导体产业制造模式。第二次产业转移后,半导体行业形成了世界范围内美国、韩国、台湾等国家和地区多头并立的局面。

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2020年底,预计将有17个12寸厂投产,总数达117个


半导体行业经历两次产业转移后,目前正借助消费电子时代向中国转移。二十一世纪以来,我国由于具备劳动力成本等多方面的优势,正在承接第三次大规模的半导体产业转移。如今,半导体产业的驱动力已经由PC进一步转化为下游的消费电子产品。IC insights公布的2016年全球智能手机前14强名单中,中国占了10个,以智能手机为主导的移动通讯将为我国半导体行业带来新的爆发点。

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国产手机占全球半壁江山


集成电路产业的国际转移形成的结果是美国、日本在微电子产业中的份额不断下降,而亚洲/太平洋地区(除日本)由于各方面比较优势,逐渐成为全球微电子产业增长最快的地区。


追赶国外龙头,提高晶圆制造工艺是关键


英特尔创始人戈登·摩尔提出摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,从而要求集成电路尺寸不断变小。


概括之,集成电路有“更快、更小、更便宜”的发展趋势,因此对基础材料单晶硅提出了大直径和无缺陷的要求,硅的纯度要在11个9以上(即99.999999999%),同时硅片也沿着大尺寸的趋势发展。目前主流的硅片为 300mm(12英寸)、200mm(8英寸)和150mm(6英寸),其中300mm硅片自2009 年开始市场份额超过 50%,到2015年的份额已经达到78%,根据SEMI预计2020年将占硅片市场需求大于84%的份额。

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英特尔公司单个芯片晶体管数目增长趋势验证了摩尔定律的有效性


摩尔定律长期以来鞭策半导体产业做出惊人发展,半导体制程不断突破制造极限。根据IC insights公布的技术路线图,国际龙头厂商对半导体工艺的研究已经到了10nm以下。半导体龙头企业Intel预计2018年将量产10nm FinFET,宣称堪比其他代工企业的7nm技术;台积电、三星、Global Foundries均计划在2018年完成7nm FinFET技术的量产,但EUV 的导入时间不一致:三星在2017年5月就推出应用EUV的7nm 解决方案,2018年将量产,而台积电和Global Foundries 预计2019年才使用EUV 提升光刻质量;联电目前处于14nm FinFET的量产阶段。

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半导体行业硅晶圆尺寸进化史


在尖端的制程技术,只有屈指可数的高端玩家才能跟进,从人才和资金上负担得起下一步的研发需求。尤其在晶圆制造环节,我国和国外厂商相去甚远。晶圆制造作为半导体制造中极其重要的一环,是将经过IC设计厂精密设计的电路,通过光刻、离子注入、抛光等一系列工艺步骤转移到硅晶圆上来,从而制造出具备所需功能的IC芯片。


20世纪80年代之后,半导体产业分工进一步细化使得纯粹进行晶圆生产的半导体代工业在台湾兴起。我国由于缺乏先进制程技术,国内芯片设计完成后,往往需要依靠台湾或国外代工厂的支持生产芯片。


经过十几年的发展,我国晶圆制造工艺与先进水平的差距正在逐渐缩小。根据《电子工程世界》的数据,目前12英寸生产线的65/55纳米、45/40纳米、32/28纳米工艺产品已经量产;16/14纳米关键工艺技术已展开研发并取得一定的技术突破和成果;8英寸生产线的技术水平覆盖0.25微米~0.11微米。目前,我国集成电路制造企业的工艺水平已提升至28纳米,作为中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业,根据半导体行业观察的判断,中芯国际2018年将完成28nm的HKC+量产,同时2019年量产14nm FinFET。

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国际龙头半导体工艺制程


设备国产化是必然选择:设备需求庞大+核心工艺遭遇国外技术封锁


随着下游半导体行业景气度的持续提升以及晶圆制程工艺的不断升级,全球迎来半导体晶圆厂的投资热潮。同时,晶圆厂投资热潮带动了上游半导体设备行业高增长。

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2018年中国将成全球第二半导体设备市场(亿美元)


根据SEMI报告,2017-2020年间,全球将新建62座半导体晶圆厂,中国大陆地区将占26 座,其中12英寸(300mm)晶圆厂也将占到大比例。根据格罗方格晶圆厂的数据为例,晶圆厂80%的投资用于购买设备。所以晶圆厂的投资热度势必将大幅带动半导体设备行业的发展。

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中国半导体设备市场增速


根据SEMI 于2017年12月公布的年终预测,2017年全球半导体制造设备销售额将增长35.6%,达到559亿美元,这标志着半导体设备市场首次超过了2000年的市场高点477亿美元。预计2018年全球半导体设备市场的销售额将增长7.5%,再次打破历史记录,达到601亿美元。其中2017年晶圆加工设备将增加37.5%,达到450亿美元。前端部分,包括FAB设施设备、晶圆制造和掩模设备,预计将增加45.8%至26亿美元。封装设备部分将增长25.8%,至38亿美元,而半导体测试设备预计今年将增长22%,达到45亿美元。


分地区来看,2018年中国的设备销售增长率将最高,为49.3%,达到113亿美元。2018年,韩国、中国和台湾地区预计将保持前三的市场排名,韩国将以169亿美元保持在榜首。SEMI预计中国将以113亿美元成为世界第二大市场,而台湾地区的设备销售额将接近113亿美元。


晶圆制造环节,关键设备国产化有待突破


晶圆制造指的是根据设计出的电路板图,通过炉管、湿刻、淀积、光刻、干刻、注入、退火等不同工艺流程在半导体晶圆基板上形成元器件和互联线,最终输出整片已经完成功能及性能实现的晶圆片。该产业属于典型的资产和技术密集型产业。根据格罗方德晶圆厂数据,总投资的80%用于购买设备。全部设备中的80%是晶圆制造设备,20%是封测及其他设备。

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半导体芯片制造工艺流程


晶圆制造设备中,光刻机,刻蚀机,薄膜沉积设备为核心设备。分别占晶圆制造环节的23%,30%,25%。


其中光刻机是半导体芯片制造的最核心设备,技术难度最高,单台设备价格在2000万美金以上,一个晶圆厂需要几台左右,高端领域已被荷兰ASML所垄断,市场份额高达80%。ASML新出的EUV光刻机可用于试产7nm制程,平均价格高达1亿美元,最先进的可达3-4亿美元。而在国内处于技术领先的上海微电子装备有限公司已量产的光刻机中,性能最好的是能用来加工90nm芯片的光刻机;在全球晶圆代工大厂台积电、三星电子、英特尔展开20nm以下制程工艺竞赛的今天,国产光刻机在技术上的落后显而易见。


其次是薄膜沉积(CVD&PVD)设备,单价在200-300万美元,一个晶圆厂需要30台左右。AMAT在CVD设备和PVD设备领域都保持领先,而北方华创、沈阳拓荆等国内企业正在突破:其中北方华创可应用于14nm制程的HM PVD和AI PVD设备开始进入生产线验证,应用于28nm制程的PVD设备已量产。

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2016年全球晶圆制造类主要设备市场规模 (单位:百万美元)


再者是刻蚀机,单价在200万美元左右,一个晶圆厂需要40-50台刻蚀机,行业龙头是Lam Research。国产刻蚀机的市场份额已从1%提升至6%:中微半导体的16nm刻蚀机已实现商业化量产,7-10nm刻蚀机设备已达到世界先进水平;北方华创可应用于14nm制程的硅刻蚀机也开始进入生产线验证。

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2016年大陆半导体设备制造企业:IC设备份额占40%(泛半导体领域还包括光伏和LED),同比+28.5%;出口为6.94亿元,同比+12.7%


国家政策与资金持续加码,设备投资占比尚低


目前国家分别从政策层面和资金层面强力推动半导体国产化的进程。2014年,国家发布《国家集成电路产业发展推进纲要》,提出建立从晶片到终端产品的产业链规划,其中强调在设备材料端要在2020年之前打入国际采购供应链这一目标。2015年,国家集成电路大基金成立,首期募集资金达1387.2亿人民币,以直接入股方式,对半导体企业给予财政支持或协助购并国际大厂。


现在大基金二期正在酝酿中,预计不低于千亿规模。此外,截止到2017 年 6月,由“大基金”撬动的地方集成电路产业投资基金(包括筹建中)达 5145 亿元,加上大基金,中国大陆目前集成电路产业投资基金总额高达 6532 亿元,如果再加上酝酿中“二期”大基金,规模将直逼一万亿。

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大基金承诺投资方向的主要比例,目前设备端仅占8%


国家集成电路的大基金已经进入了密集投资期,大基金在上中下游布局的企业数量众多,涵盖了IC设计,晶圆制造,和芯片封测等领域。设备企业投资较少,只有少数几家例如长川科技,大基金持股比例为7.5%。


我们认为,未来大基金和国家产业政策在设备方面的投资力度和政策扶持会加快。我们预计,设备国产化是IC国产化的重中之重!


大基金一期重点在制造,晶圆代工28nm和存储是关键:截至2017年9月,大基金累计投资55个项目,涉及40家IC企业,承诺出资1003亿,实际出资653亿。目前的投资中,制造的投资额占比为 65%、设计占 17%、封测占 10%、装备材料占 8%。芯片制造环节目前已经支持了中芯国际等先进制程的晶圆代工厂以及长江存储等存储器制造厂;设计领域则主要在CPU、FPGA等高端芯片领域展开投资;封装测试领域重点支持长电科技、华天科技、通富微电等项目。


相比之下,大基金在装备和材料环节的投资规模和力度要小很多,但仍然在推进光刻、刻蚀、薄膜沉积等核心装备的发展。大基金二期将会适当加大对于设计业的投资,围绕国家战略和新兴行业,比如智能汽车、智能电网、人工智能、物联网、5G 等领域进行投资规划。

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大基金主要投资方向和被投企业


总的来说,目前国家大基金在设备和材料端的投资比例尚低,一共仅8%。我们认为,在集成电路这样的技术和资产密集型产业,并且属于精细化分工的产业,只有实现设备国产化才能够掌握最核心的工艺,才能够实现真正意义上的国产化,预计未来国家资金会继续不断地向设备端倾斜。


半导体设备垄断程度高,国产设备差距大


2016年全球半导体专用设备前十名制造商(美国应用材料,荷兰ASML等)的销售规模达到了379亿美元,市占率高达92%。而中国半导体设备前十名制造商的销售额约7.3亿美元,在收入规模上差距大。其根本原因还是来自技术上的差距。

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全球前十大半导体设备厂商


集成电路行业属于典型的技术推动和资本密集型行业,目前我国的设备自制率仅为14%左右,且集中于后道的封测环节(技术难度低)。未来随着国家02专项的继续推进和国家集成电路大基金的资金到位,关键设备领域如光刻机,刻蚀机,薄膜沉积设备等均有望实现技术突破。

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我国前十大半导体设备厂商


技术封锁也是导致半导体设备国产化困难重重的现实原因。瓦圣那协议于1996年5月12日于荷兰瓦圣纳签署,最初只有33个国家签署。协定包括加入管制敏感性高科技输往中国等国家。瓦圣那协议是第一个涵盖传统武器与敏感性军商两用商品,以及科技的国际多边出口管制协议。基于该协议,中国在半导体领域的发展只能依靠进口国外落后的设备和自主研发设备。


大陆带动全球半导体投资大增,国产设备市场空间超百亿


根据SEMI 2018年的最新数据显示,2017全球晶圆厂设备支出569亿元,同比+38%,2018年全球晶圆厂设备支出将超600亿美元,同比+9%,2019年为651亿美元,同比增长5%,2016年-2019年连续四年同比增幅为正,复合增长率为16%,是自1990年代中期以来首次连续四年正增长,体现了全球晶圆厂投资将呈现强势态势。

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2017年全球晶圆设备支出同比+38%,2016年-2019年连续正增长创纪录,CAGR16%


根据SEMI数据, 2017年中国大陆半导体设备需求达68.4亿美元,同比增长5.88%,2018年预测超过100亿美元,同比增长57%,2019年同比增长60%,达172亿美元。中国大陆设备支出金额预计于2019年成为全球支出最高的地区。由此可见,中国大陆市场是此轮晶圆制造设备支出增长的巨大推动市场。我们判断,该需求主要来源于过去两年中国大陆大举兴建晶圆厂引发的设备投资潮。

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自2013年至今中国大陆晶圆厂设备支出始终为正增长,2019年预测值达172亿美元,同比+60%


全球设备投资的大幅增长与近年全球兴建晶圆厂的大趋势正相关。过去两年全球共兴建十七座12寸晶圆厂,有十座设在中国大陆,同期间日本与韩国仅各增加一座产线。根据SEMI数据,2017年全球有62座晶圆厂动工,其中中国大陆有26座晶圆厂动工。中国大陆所有晶圆厂设备投资仍以外资为主。不过2019年本土企业可望提高晶圆厂投资,占中国大陆所有相关支出的比重也将从2017年的33%,增至2019年的45%。目前,国内在建共计21条12寸晶圆产线,包括汉新芯第二期、合肥长鑫十二寸DRAM工厂、台积电南京晶圆代工厂、德科玛淮安十二寸厂等,SEMI预测中国大陆将成为全球半导体十二寸厂的最大聚集区。

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全球兴建晶圆厂数量,2018年-2019年将成为设备大举进场节点


晶圆厂从建设开工—封顶完工—设备装机—投产—量产整个周期需要三到五年,2016-2017年年中国大陆兴建晶圆厂潮将带来2018-2019年的设备投资潮,全球半导体设备产业将会出现前所未见的欣欣向荣局面。

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全球晶圆制造设备销售额2017年达450亿美元,同比+53.43%


晶圆制造设备支出是总设备支出中的重要部分,平均占总设备支出80%的份额。2017年全球晶圆制造设备销售额持续攀升,达450亿美元,同比+53.43%,增长率远超封测设备及其他设备。根据SEMI统计口径,中国晶圆制造设备资本支出将在2018-2019年合计达166.24亿美元,合1047.31亿人民币,占中国半导体资本支出的60%,2015-2019年复合增长率20.55%。然而中国大陆作为世界半导体产业的新的增长极,中国大陆设备在全球晶圆生产设备市场份额仅有4%,供给和市场份额极不匹配。

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2016年中国大陆设备占全球设备空间的4%,和中国市场的需求极其不匹配


晶圆制造设备根据环节不同,有不同分类。生产环节设计扩散区(Thermal Process)、光刻区(Photolithography)、刻蚀区(Etch)、离子注入(Ion Implant)、薄膜生长(Dielectric Deposition)、抛光(CMP)、金属化(Metallization)七个生产环节加上贯穿整个生产过程的表面检测(Test)分别对应了不同生产设备,如下表列式。

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晶圆制造环节对应设备,包括前端工序和晶圆加工


晶圆制造设备国产化的最大阻碍是设备验证周期长,核心技术壁垒高。设备企业投资周期长:产品从迭代开发阶段需要经过原理机、α机、β机、γ机等多代机型开发,并经过实验室数据测试。在送到客户现场后,需经过试生产阶段运行、测试,最终才能大批量上产线。核心技术壁垒高:越先进的制程工艺设备造价越高。光刻机通常被视为晶圆厂最大的产能瓶颈,也就是微缩工艺的核心设备。荷兰ASML在光刻领域几乎实现垄断。国产设备商想要超越,还有很长的一段路要走。


国产半导体设备市占率不断提升。根据中国电子专用设备协会(CEPEA)的统计,2016年国产半导体设备在中国大陆市场占有率约11%,其中IC设备占全部半导体设备销售的49%。在新建集成电路生产线的推动下,2018-2020年国产集成电路设备年均增长率将超过25%。2020年,国产半导体设备销售收入将达150亿元,市场占有率将达到约20%,IC设备销售预计将达到50亿元。进一步细分,在进口晶圆制造设备种类方面,占进口金额比例较大的主要为薄膜沉积(CVD)、刻蚀机、光刻机,前三者为制造环节的核心设备,技术门槛高,单台价值量大。

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2018-2020年国产半导体设备销量增速预计为25%, 2020年市占率可达20%


国产晶圆制造设备,未来三年超百亿市场空间


核心假设


1、中国设备市场空间假设:中国晶圆制造设备市场需求处于上升阶段,根据SEMI数据线性外推,估计2015-2020年中国市场CAGR32.43%。


2、晶圆制造各环节设备比例假设:根据VLSI Research 2017年公布的数据,晶圆制造设备中,扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、外观检测设备、抛光设备、清洗设备投资额占生产设备比例为1%、23%、30%、2%、25%、13%、4%、2%。


3、国产设备比例假设:根据中国电子专用设备协会(CEPEA)预测,2020年国产半导体设备市占率达20%。我们假设国产化程度以技术难度由高到低分为三个梯队,来估计未来不同设备国产化比例。第一梯队光刻设备国产占有率2015年为1%,2020年达5%。第二梯队国产刻蚀设备、薄膜沉积设备市占率2015年为5%,2020年达10%。第三梯队扩散设备、外观检测设备、离子注入设备、抛光清洗设备国产市占率2015年为10%,2020年达20%。


4、汇率假设:为了简便计算,取美元:人民币比例为1:6.3。

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根据SEMI口径,我们预测国产晶圆制造设备市场空间2018-2020年CAGR为87%


结论:根据测算,2018年国产晶圆生产设备市场空间39.9亿元,增速53.55%,2019年达70.82亿元,增速77.5%,2020年达140亿元,增速96.98%。2018-2020年累计市场空间达250亿元,CAGR 为87%。


随着半导体芯片国产化的呼声愈演愈烈,半导体制造设备的国产化进程将会不断加速。只有加强研发水平、提高技术能力,才能提高国产设备竞争力。


从兴建中晶圆厂投资端测算:国产设备需求远超设备端测算,内资晶圆厂商有望利好国产设备


在2017年全球半导体资本支出突破569亿美元大关中,3D NAND大厂、DRAM原厂、晶圆代工厂均大力扩产,抢占市场。根据草根调研,目前国内新开工的12寸晶圆厂,一条已于2017年底量产,产能4万片/月;投产未量产的共计两条,产能9万片/月;已开工未投产的产线十二条,产能预计83-84万片/月;在计划中未开工产线六条,约55万片/月产能,累计超万亿人民币投资,带来近百亿人民币制造设备投资需求,激发出半导体设备产业难得一见的巨大商机。我们从这21条产线的角度测算国产晶圆制造设备的市场空间。


核心假设

    

1、设备采购时间线假设:以中芯国际8寸晶圆厂生产周期为例,项目于2005年10月开始动工建设,2006年12月18日开始设备迁入,2007年4月开始试生产。可以得出结论,一般晶圆厂一般从开工到设备搬入需要一年到两年左右时间,而半年后开始投产,投产后再过一年量产。我们从投产前半年为标准,计算设备采购时间,并以三年为基准计算总设备投资额释放比例。若尚未投产,以签订时间后推两年开始计算。


2、晶圆制造设备支出占总资本支出假设:根据格罗方德晶圆厂投资数据,总投资80%用于设备采购。全部设备中的80%是晶圆制造设备,20%是封测及其他设备。因此,合理假设晶圆制造设备支出占晶圆厂总资本支出比例为64%。


3、国产晶圆制造设备市占率假设:同前文。即我们假设国产化程度以技术难度由高到低分为三个梯队,到2020年国产设备占有率分别为5%/10%/20%。


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国内12寸目前新建的内外资21条产线,其中14条有内资参与,利好国产化设备


根据国产21条12寸晶圆厂产线情况,综合考虑晶圆厂建设时间线、设备投资比例,我们测算出2018年国产晶圆制造设备市场空间达71亿元,2019年市场空间137亿元,同比增长93.97%,2020年180亿元,同比增长31%。上章以SEMI口径设备端测算的2018-2020年的市场空间250亿人民币还是略微保守,从兴建晶圆厂的投资端看,2018-2020年累计市场空间预计达387亿元。


由于目前芯片制造自主可控的呼声愈来愈大,集成电路产业发展需求倒逼芯片国产化提速。因此,实际晶圆厂兴建速度可能加快,采购国产设备的比例可能更大,实际增长率可能更高。


结论:2018-2020年国产晶圆制造设备市场空间增速分别为157%, 94%和31%, 2018-2020年累计市场空间387亿元,CAGR 为59%。平均每年超百亿的市场空间在机械行业中难得一见。


由此可以预见,从2018年上半年开始,国产半导体设备市场空间将开始快速增长趋势。我们认为,全球半导体设备投资正处于新一轮快速增长期,设备市场在未来几年将持续呈现繁荣景象,中国地区2018年设备销售将超预期增长。


好风也要凭借力,好的市场环境也需要国产设备拥有过硬的技术、扎实的量产能力。如今,我国集成电路产业重大科技02专项支持的几款装备都已经进入考核期,有一些已经大批量生产。例如中微半导体刻蚀机,现今已销售过百台,沈阳拓荆12英寸PECVD、上海瑞丽光学测量设备、北方华创12英寸氧化炉以及刻蚀机、中科信离子注入机等16种12英寸制造设备已经经过主流生产线验证,28nm制程已实现量产。上海微电子500系列步进投影光刻机已经占到国内封测市场80%以上的份额。还有倒装机、刻蚀机、PVD、清洗机等设备均已满足先进技术的要求。我们预计到2018年,将有40多种装备可以通过生产一线用户的考核,进入采购。国产高端集成电路设备技术和市场竞争力将进一步提升,缩小和国际先进水平的差异。


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