1、机械设备机械设备 1 / 66 机械设备机械设备 2020 年 03 月 12 日 投资评级：投资评级：看好看好（首次首次） 行业走势图行业走势图 数据来源：贝格数据 半导体设备系列半导体设备系列专题专题报告报告之一之一:半导体设备详解半导体设备详解 产业转移与国家力量赋能国产化加速推进产业转移与国家力量赋能国产化加速推进 行业深度报告行业深度报告 段小虎（分析师）段小虎（分析师） 证书编号：S0790520020001 预计预计 2020 年全球半导体设备市场回暖。年全球半导体设备市场回暖。 受 DRAM/NAND 价格大幅下滑等因素影响， 2019 年全球半导体市场的增长出现 十年来最低谷

2、，设备市场也同比下降 10.8%。随着存储器库存回归合理水平以及 下游市场需求的增长，2020 年半导体设备市场出现回暖趋势：1）截至 2020 年 1 月，北美半导体设备出货额已连续 4 个月同比正增长；2）2019 年 12 月，日本 半导体设备的出口额激增 26%；3）三星、台积电、英特尔一致调增 2020 年的资 本支出力度，将成为拉动半导体设备增长的直接因素。据 SEMI 预计，2020 年全 球半导体设备市场收入将同比增加 5.5%，达到 608 亿美元，且此成长态势有望 延续至 2021 年。长期看，5G、AI、IoT、云计算以及汽车电子等新需求的爆发将 拉动全球半导体行业进入下

3、一轮景气周期。 全球半导体产业向中国转移，将催生一批优质龙头企业全球半导体产业向中国转移，将催生一批优质龙头企业 中国正处于全球半导体产业第三次转移的历史机遇期。 严重的供需错配及美国的 技术封锁为中国发展半导体产业提供了充足动力， 同时摩尔定律步伐的放缓也为 中国企业追赶世界一流技术水平提供了时间窗口。 依据日、 韩及中国台湾的历史 经验，全球性的产业转移必将催生一批龙头企业。在政策与资金的双重支持下， “大基金”二期已于 2019 年 10 月成立，募集资金超过 2000 亿元，重点布局设备、 材料领域。若按 1:5 的撬动比，“大基金”二期将带动万亿元资金进入 IC 产业，助 力打造更加

4、先进完整的自主可控产业链。 中国半导体设备市场庞大，自给率低；国产中国半导体设备市场庞大，自给率低；国产关键设备本土配套能力显著提升，关键设备本土配套能力显著提升， 受益国内存储受益国内存储/Foundry 厂商陆续进入设备采购高峰期，增长有望加速。厂商陆续进入设备采购高峰期，增长有望加速。 随着中国半导体制造业的迅猛发展，设备需求不断增长，2019 年以 149 亿美元 的市场规模居全球第二位，并有望在 2021 年跃居首位；但国产设备配套能力不 足，自给率仅不到 15%。 “02 专项”以来，我国半导体设备实现了从无到有、由 弱到强的巨大转变，在刻蚀机、磁控溅射、离子注入机、CVD 以及清

5、洗机等领 域实现重大突破，总体技术水平达到 28nm，多种 14nm-10nm 关键设备进入客户 生产线。从长江存储招标情况看，在集成电路领域的部分关键设备方面，中国已 基本具备自主研发能力，本土配套能力显著改善，随着存储/Foundry 厂商陆续进 入设备采购高峰期，本土半导体设备企业增长有望加速。 受益标的受益标的：北方华创（002371.SZ）、中微公司（688012.SH）、晶盛机电 （300316.SZ）等。 风险提示风险提示：国内晶圆厂投资建设不及预期，硅片项目建设不及预期，国产化进 程缓慢，贸易摩擦升级等。 -20% -8% 4% 16% 28% 40% -

6、072019-11 机械设备沪深300 相关研究报告相关研究报告 开 源 证 券 开 源 证 券 证 券 研 究 报 告 证 券 研 究 报 告 行 业 深 度 报 告 行 业 深 度 报 告 行 业 研 究 行 业 研 究 行业深度报告行业深度报告 2 / 66 目目 录录 1、 半导体行业：全球市场有望回暖 产业转移造就历史性机遇 . 5 1.1、 全球市场：增长遭遇十年低谷 短期有望触底回升 . 5 1.2、 行业周期特点及驱动因素：三大周期嵌套 新景气周期即将开启 . 7 1.2.1、 半导体行业存在三大周期嵌套 . 7 1.2.2、 新技术/新产品驱动半导体行业增长 新景气周期即将开

7、启 . 8 1.3、 中国市场：全球性产业转移赋能行业高速增长. 10 1.3.1、 历次产业转移均造就一批巨头企业. 10 1.3.2、 全球集成电路产业向中国加速转移. 11 1.3.3、 大基金二期募集完成 . 15 2、 半导体设备行业：硅片、晶圆产能兴建 国产替代遇良机 . 18 2.1、 全球市场：2020 年全球半导体设备市场有望回暖 . 18 2.1.1、 2018-2019 年存储器供过于求 投资削减致使设备市场遇冷 . 18 2.1.2、 竞争格局高度集中 市场由海外厂商主导 . 22 2.2、 中国市场：市场规模全球第二 本土企业崛起可期 . 23 2.2.1、 市场规模

8、近千亿 自给能力有限 . 23 2.2.2、 国产设备厂商迅速崛起 多种关键设备可国内配套 . 24 2.3、 中国各类设备市场规模预测：硅片、晶圆产能兴建将拉动设备市场增长 . 25 2.3.1、 硅片制造设备：受益大硅片产能建设. 26 2.3.2、 晶圆制造设备：大陆产线将陆续进入设备采购高峰期 . 28 3、 半导体设备全面介绍：多种关键设备本土配套能力较强 . 30 3.1、 硅片制造设备：中性预测年均 124 亿元市场规模 . 31 3.2、 晶圆制造设备：2020 年 831 亿元市场规模 . 36 3.3、 封装设备：2020 年 63 亿元市场规模 . 54 3.4、 测试设

9、备：2020 年工艺/CP/FT 合计 158 亿元市场规模 . 58 4、 产业链细分龙头将受益于国产化趋势 . 60 4.1、 北方华创（002371.SZ）：泛半导体设备龙头企业 . 60 4.2、 中微公司（688012.SH）：半导体设备领域的后起之秀. 62 4.3、 晶盛机电（300316.SZ）：高端晶体设备行业龙头 受益光伏稳健增长 . 63 5、 风险提示 . 64 图表目录图表目录 图 1： 集成电路占半导体行业收入超过 80%（美元） . 5 图 2： 2019 年存储器市场萎缩 33% . 6 图 3： DRAM 及 NAND 价格触底回升 . 6 图 4： 国外机构

10、对 2020 年增速预测中位数为 5.9% . 7 图 5： 全球半导体产业三大周期嵌套长周期与中周期（以存储板块为例） . 7 图 6： 全球半导体产业三大周期嵌套库存周期（以非存储板块的设计巨头为例） . 8 图 7： “爆款”下游市场将推动半导体产业进入一轮景气周期 . 9 图 8： 全球半导体市场新添增长动力 . 9 图 9： 全球半导体产业历经两次全球性产业转移 . 10 图 10： 美、韩半导体产品销售额的全球占比相对较高（2018 年数据） . 10 图 11： 2013 年是中国集成电路产业崛起的风口 . 11 rQsNpPnRqNsMsQnMrOvMoN8O8Q7NsQmMm

11、OrRiNrRpMjMrQpMaQmMvNxNsRtRuOoMtP 行业深度报告行业深度报告 3 / 66 图 12： AMD 认为摩尔定律自进入 22nm 节点后开始放缓 . 12 图 13： 2018 年中国 IC 自给率仅有 15.3% . 13 图 14： 本土 IC 产业链各环节已出现部分优质企业 . 13 图 15： 中国 IC 封测相对其他产业环节更加成熟（亿元） . 14 图 16： 2017-2020 年中国大陆掀起晶圆建厂热潮 . 15 图 17： SEMI 预计 2019 年全球半导体设备市场规模同比下滑 10.8%（亿美元） . 18 图 18： 2019 年全球半导体

12、设备市场中国台湾居首（亿美元） . 19 图 19： 2014-2019 年半导体设备市场的增长主要由中国大陆、中国台湾及韩国驱动 . 20 图 20： 前道设备占半导体制造设备比例超过 80%（2018 年） . 20 图 21： 2020/01 北美半导体设备出货额同比增长 22.9% . 21 图 22： 2020-2021 年半导体设备市场规模预期增加 . 21 图 23： 近十年中国半导体设备需求量增长迅猛（亿美元） . 23 图 24： 国产半导体设备自给率低（亿元） . 23 图 25： IC 制造产业链中硅片制造/芯片制造/封装测试环节均用到相关设备 . 25 图 26： 20

13、14-2018 年全球硅片出货量稳定增长（亿平方英尺） . 26 图 27： 全球硅片生产厂商集中度高 . 26 图 28： 硅片制备包括晶体生长、切片、刻蚀、抛光以及检测等主要步骤 . 31 图 29： 单晶硅锭生长设备主要包括直拉单晶炉及区熔单晶炉两类（左:直拉/右:区熔） . 32 图 30： 直拉与区熔单晶炉的长晶方式有所区别（左:直拉/右:区熔） . 33 图 31： 多线切割机常用于 300mm 的硅片切割（左:内圆切割机/右:多线切割机） . 34 图 32： 常用切割机包括内圆切割机与多线切割机（左:内圆切割机/右:多线切割机） . 34 图 33： 用于去除硅片表面损伤的化学

14、刻蚀 . 35 图 34： CMP 抛光依靠化学与机械共同作用 . 36 图 35： CMOS 工艺包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长及 CMP 等多个关键步骤 . 37 图 36： 集成电路复杂的制造过程只运用了有限的几种工艺（以 0.18m CMOS 为例/简化版） . 37 图 37： 晶圆制造厂的典型分区包括六大区域 . 38 图 38： RTP 设备每次可处理单片硅片 . 39 图 39： 光刻工艺大致可划分为八个基本步骤 . 40 图 40： EUV 是光刻机的前沿种类 . 41 图 41： 步进扫描式光刻机主导光刻机市场 . 41 图 42： 浸没式光刻+多重图形技术使 ArF

15、光刻机可支撑 7nm 节点工艺 . 42 图 43： 刻蚀在 CMOS 工艺中用于去除多余材料 . 44 图 44： 干法刻蚀为刻蚀技术的主流工艺 . 44 图 45： 干法刻蚀机按等离子技术不同可分为 ICP 及 CCP 刻蚀机 . 45 图 46： 薄膜沉积主要分为物理工艺、化学工艺以及外延工艺三大类 . 46 图 47： PVD 设备多用于金属的沉积 . 47 图 48： CVD 设备多用于绝缘薄膜、多晶硅以及金属膜层的沉积 . 48 图 49： 不同 CVD 设备适用于不同工艺节点 . 48 图 50： ALD 设备可以用于制备纳米级厚度的薄膜结构 . 49 图 51： 扩散及离子注入

16、均可实现掺杂目的 . 50 图 52： 离子注入机主要用于掺杂工艺 . 50 图 53： SFP 晶圆不与抛光垫接触不会产生机械应力 . 51 图 54： CMP 设备可以实现金属和介质层的全局平坦化 . 52 图 55： 晶圆制造过程中可产生的六种主要杂质类型 . 53 图 56： 半导体封装技术的演进伴随封装效率的提升 . 54 行业深度报告行业深度报告 4 / 66 图 57： 通孔插装封装形式属于传统封装的一种（以 SOP 为例） . 55 图 58： 底部安装引脚封装形式大幅减小了引脚间距（以正装 PBGA 为例） . 56 图 59： FC-CSP 封装形式的常见于各类先进封装工艺

17、中 . 56 图 60： 三维封装是将芯片在纵向上进行堆叠 . 56 图 61： 三维封装核心技术 TSV 的形成会用到前道工艺 . 57 图 62： 北方华创在泛半导体设备领域广泛布局 . 60 图 63： 刻蚀设备市场由海外厂商主导（2017 年） . 62 表 1： 半导体行业发展初期离不开政策及资金支持 . 11 表 2： 中国大陆三家封测企业规模进入全球前十强（2019 年，百万元） . 14 表 3： 大基金一期投资涉及的 27 家上市公司（2019 三季报数据） . 16 表 4： 全球半导体设备市场由海外厂商主导（收入 TOP10 厂商排名，百万美元） . 22 表 5： 国产设备厂商迅速崛起 .