深度布局之年，寻找隐形冠军——详解半导体设备布局路径

01. 核心观点

背景： 从2016年下半年开始，国内晶圆厂开始进入新一轮投资高峰。根据我们的统计测算，目前正在兴建的12寸晶圆产线共16条，投资金额合计6,058亿元，这部分产线将于2018-2019年投产，将形成2018-2020年设备投资高峰；另外我们统计的计划建设的晶圆产线共13条，其中有披露投资额的合计4,946亿元，拟建项目充足，有望拉长高景气周期。

核心逻辑： 1.投资浪潮向设备端传导，国内企业分享投资红利。 进入2018年，随着众多产线即将进入试产/量产阶段，将迎来集中的设备采购，当前在建的产线将会形成未来几年设备投资高峰。 2.拓展业务布局，新产品红利的叠加。 半导体设备产品众多，国内企业从细分领域突破加快国产化进程，而布局新产品将进一步拓展可触及的市场空间。 3.寻找深度布局和核心竞争力强化的企业。 部分泛半导体领域的细分龙头，积极布局半导体领域，通过与在半导体领域有深厚积累的优秀企业合作，提速新业务发展，有望在原有产业积累上进一步强化核心竞争力。

投资建议： 行业正处于投资景气周期，国内装备企业将分享投资红利，而新业务布局将进一步叠加产品红利。 重点推荐精测电子*与晶盛机电*， 两者均属于技术研发导向型企业，在原有泛半导体细分领域具备深厚积累，未来在半导体领域的弹性空间充分；建议 重点关注北方华创（广发电子覆盖） ；看好在封测领域获得主流客户认可的长川科技、以及高纯工艺龙头至纯科技。（注：标*为共同覆盖）

风险提示： 晶圆厂投资不及预期；行业周期性变化；设备国产化不及预期。

第一部分：山雨欲来，产业转移的机遇带来设备投资红利

产业转移：山雨欲来，中国半导体产业迅速崛起

全球半导体市场进入增长周期： 根据SEMI数据，2017年全球半导体销售额556亿美元，同比增长21.6%，是2005年以来第2次实现了两位数增长。WSTS预测2018年将继续增长9.5%。

迎来新一轮投资高峰： 根据SEMI数据， 2017年全球半导体设备销售额556亿元，同比增长37.2%，主要受韩国投资大幅增长推动，2017年韩国半导体设备销售额179.5亿美元，同比增长133%；SEMI预计2018年继续增长8.1%，接力韩国，中国将成为增长最快的区域。

产业转移：山雨欲来，中国迅速崛起

中国半导体消费市场的迅速发展： 根据WSTS数据，亚太及其他地区（包含中国）半导体销售额占全球的比例由2000年的25.1%持续提升至2017年的60.4%，而中国地区作为其中的增长主力，在过去的20年里具备比亚太地区整体更显著的份额扩张。2016年中国地区占全球半导体消费市场的57.4%。

行业四个阶段：1.由军工和原始计算机带动的初创发展期。2.基于存储器、主机的快速发展期。3.基于PC的民用发展期。4.基于消费电子的成熟期。

行业经历了两次转移，目前正借助消费电子向中国转移。 半导体技术壁垒较高，具有“马太效应”。积累资本的龙头公司能投入大量研发费用，会进一步拉大与追赶者的差距，造成强者恒强的格局。只有巨大机遇来临时，追赶者才有机会崛起。

产业转移，中国半导体设备市场将进入快速发展： 根据SEMI数据，2017年中国半导体设备销售额82.3%，同比增长27.4%，占全球的14.8%，是全球第三大设备销售市场；从2018年开始，随着诸多新投资产线陆续进入设备采购高峰，预计国内半导体设备市场将迎来快速增长。

真正的崛起，国产化势在必行： 根据中国半导体协会，我国90%的芯片依赖进口；且半导体设备自给程度不足5%。在国外企业加强对本国产业保护趋势下，推动国内半导体产业加快国产化进程，推动关键装备国产化势在必行。落实下来，企业加大研发投入，加快自主研发，形成产业与企业利益间的良性互动，将是从根本上解决产业差距的必行之路。

半导体制造工艺与设备的对应关系

晶圆厂投资分布

晶圆厂投资分布半导体制造关键装备及份额

未来需求判断：国内晶圆厂建设迎来投资高峰期

根据我们的统计，目前在建的晶圆厂：12寸晶圆厂共16条，投资额合计6,058亿元；8寸晶圆厂共6条，投资额合计247亿元。另外计划建设的晶圆厂13条，其中有披露投资额的合计4,946亿元。

将于2018或2019年实现投产/量产的12寸厂共16条，合计投资额6,058亿元。其中存储器项目共6条，合计投资额3,752亿元；非存储器项目共10条，合计投资额2,306亿元。

根据我们的整理，目前国内计划建设的12寸晶圆厂共13座，其中有披露投资额的合计4,946亿元。

重要测算假设：晶圆厂从动工到量产通常需要1年半到2年时间，设备采购在投产前1年左右开始，且大部分采购在投产前后一年完成。（1）对在建产线按披露规划时间，以投产前12个月为设备采购起点，按照40%、30%、20%、10%对后4年进行设备投资的加权平均测算。（2）对拟建产线，按照2020-2024年5年粗略进行平均。

测算结果：在建产线将支撑2018-2019年的投资高峰，设备投资额分别达到1,550、1,458亿元；而拟建项目充足，有望拉长高景气周期。

未来需求判断：晶圆厂投资测算

未来需求判断：设备市场空间测算

第二部分：半导体设备国产化进程加快，砥砺前行后初现曙光

设备国产化——差距仍然明显，尤其是前制程领域

国内与国际先进水平差距依然巨大。 现在世界集成电路设备研发水平处于 12 英寸 7nm ，生产水平则已经达到 12 英寸 14nm ；而中国设备研发水平还处于 12 英寸 14nm ，生产水平为 12 英寸 65-28nm 。无法形成技术对垒的原因有两点： 1. 集成电路设备行业是典型的 技术密集型行业 ，不易赶超。 2. 技术封锁 ，导致国内的技术主要通过自主创新完成，直接阻碍了中国半导体技术的发展。

晶圆制造高端装备严重依赖进口，自制比例很低。 我国的自产设备更多集中于后道的封装测试环节，技术含量更高的前道设备依然依赖进口。根据中国半导体协会， 2015 年我国半导体设备进口中，光刻机、刻蚀机和 CVD 设备的比例分别为 14% 、 23 、 25% 。国产高端设备的推广难度很大，导致国产化进程缓慢。

设备的逻辑：下游强则设备强

国产品牌以封装测试为主，晶圆制造环节占比相对较少。 封装测试环节的技术含量较低，属于劳动密集型，已成为我国集成电路产业链中最具国际竞争力的环节。相比之下，IC制造属于资本和技术密集型产业，开创晶圆代工先河的台积电凭借着先发优势迅速占领市场，2016年代工市场份额58%（来源：IC Insights），遥遥领先其他企业。而中芯国际作为国产品牌代表这几年发展较快，2016年收入28亿美元，逐步逼近联华电子，但与台积电差距较大，短期内不存在超越可能。

半导体的发展已经上升到国家战略层面

国家政策支持力度空前 ，先后出台《国家集成电路产业发展推进纲要》、《鼓励集成电路产业发展企业所得税政策》等政策，从税收、资金等各个维度为半导体产业给予扶持。《纲要》明确提出到2020年，IC产业与国际先进水平的差距逐步缩小，封装测试技术达到国际领先水平，关键装备和材料进入国际采购体系，实现跨越式发展。同时设立产业基金，帮助其并购国际大厂，或与国际大厂通过合资设立新公司方式进行合作。这一系列政策显示出国家扶持半导体产业的决心。

大基金引领投资浪潮，用资金换技术

大基金将重点投资IC芯片制造业，兼顾芯片设计、封装测试、设备和材料等产业，总期限计划为15年，分为投资期（2014—2019年）、回收期（2019—2024年）、延展期（2024—2029年）。

大基金的初期规模为1400亿元，并已进入了密集投资期，涵盖了IC设计、晶圆制造、封测等领域。另外也不乏一些关键的设备企业，例如长川科技、中微半导体、拓荆科技和北方华创等，其中大基金持有长川科技的股权为7.5%。产业政策的扶持，也带来了设备国产化的良机。随着一批优秀的国内企业开始在各个制程环节切入，设备行业迎来了从0到1的布局时点。

设备国产化——正视差距，但也要承认进步

在半导体产业化浪潮趋势下，国内半导体装备企业开始有所建树。 为推动我国半导体设备制造的技术升级，国家出台了科技重大专项之“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”（02专项），半导体设备也以走上了国产化道路。

目前，我国IC设备制造已实现从无到有、从低端到中高端的突破，如 中微半导体的28nm—15nm等离子体介质刻蚀机、沈阳拓荆的12英寸65nm的PECVD设备、北京华创28nm离子注入机 等。今年以来，一批新兴的半导体设备企业开始走入资本市场，如至纯科技、长川科技等，在封装测试、高纯工艺设备、检测设备等领域有所斩获。国产优势装备企业的崛起完善了国内半导体产业链，也为其他半导体设备的国产化打下了良好基础。

国产装备已形成系列化布局

国产装备已经形成系列化布局。 目前国内半导体设备企业在半导体关键装备已经形成系列化布局，包括刻蚀、薄膜沉积、离子注入、光学测量、研磨抛光、清洗设备等主要设备均有布局，客户的接受度也不断增强。包括中微半导体的介质刻蚀机、北方华创的硅刻蚀机、PCV设备、上海盛美的清洗设备等国产12英寸设备已经在生产线上实现批量应用。另外，一部分应用于14nm的国产设备也开始进入生产线步入验证。

国产装备已经形成系列化布局。 目前国内半导体设备企业在半导体关键装备已经形成系列化布局，包括刻蚀、薄膜沉积、离子注入、光学测量、研磨抛光、清洗设备等主要设备均有布局，客户的接受度也不断增强。包括中微半导体的介质刻蚀机、北方华创的硅刻蚀机、PCV设备、上海盛美的清洗设备等国产12英寸设备已经在生产线上实现批量应用。另外，一部分应用于14nm的国产设备也开始进入生产线步入验证。

第三部分：硅片制造设备：硅片扩产红利，拉晶设备领域龙头延伸触角

晶体生长：IC产业的起点，硅片制造的基础

硅片又称硅晶圆，是生产晶圆的原材料。硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤： 硅提炼及提纯、单晶硅生长、硅片成型 。首先硅提纯。将原料放入熔炉中进行化学反应得到冶金级硅，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅，其纯度高达99.9999999%（7个9以上），成为电子级硅。然后在单晶炉中使用提拉法得到单晶硅。硅晶棒再经过切段、滚磨、切片、倒角、抛光、激光刻后，成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片

大陆硅片&晶圆产能不匹配，自给率有大幅提升空间

硅片产业是一个具有高度垄断性，从全球来看，一半以上的半导体硅片产能集中在日本，且垄断情况随硅片尺寸增大以及纯度提高而愈发严重。据IC Insights统计，2017年全球晶圆产能销售额前5名厂家集中了全球93%的销售额。而我国大陆现有的硅片产能主要在小硅片方面，8 英寸以上硅片主要还是依靠进口，尤其是12英寸硅片完全依靠进口。按中国大陆目前8寸25万片/月产能计算，仅占全球产能的1-2%。

随着中芯国际和华虹宏力在晶圆代工端的突围，中国大陆晶圆企业2016年市场份额达到7%。根据SEMI公布的数据，全球将于2017-2020年间投产62座半导体晶圆厂，其中26座设于中国大陆，占总数的42%。这些建于中国的晶圆厂将在19-20年募集达产，届时中国大陆晶圆代工能力有望达到全球的30%。这意味着中国大陆硅片产能与晶圆产能严重不匹配，自给率有大幅提升空间

全球硅片供不应求，中国产业布局正当时

半导体硅片市场供需缺口明显，全球大硅片供给出现严重短缺。 14年以来全球硅片市场存在供不应求的现象，且供需缺口逐年增加。根据晶圆厂和硅片厂的产能计算，18年全球8-12英寸硅片的供需缺口提升至40万片/月，考虑到多数12英寸硅片产线仍在建设中，全球大硅片的供给端缺口将更为显著。

8英寸和12英寸硅片价格持续上涨。 进入17年以来，存储器芯片及CPU/GPU等逻辑芯片市场快速增长导致12英寸晶圆需求激增，8英寸晶圆方面，指纹识别芯片、摄像头芯片和物联网的需求大幅增长。由于多数12英寸硅片产线的达产进度相对缓慢，而全球主要硅片厂商目前没有8英寸产线大规模扩建的计划，使得全球硅片产能吃紧。2017年硅片价格持续上涨，据SUMCO公司预测今年12英寸硅片价格仍将增长20%以上。

半导体硅片市场供需缺口明显，全球大硅片供给出现严重短缺。 硅片是最重要的半导体材料，目前90%以上的芯片和传感器是基于半导体单晶硅片制成，硅片的供应与价格的变动情况将对整个IC芯片产业造成非常大的影响。

根据IC Insights，全球半导体材料的市场容量约为240亿美元，其中占比最高的硅片达79亿美元。2017年全球硅片出货总面积较2016年增长10%，达11,810百万平方英寸，市场营收规模同比增长21%至87亿美元。这说明了去年硅晶圆不仅出货放量，价格亦大幅调涨。由于国际硅片具体扩产谨慎、新增硅片产能达产周期1.5-2年以上，预计18-19年硅片将维持价量齐扬趋势，这为处于萌芽状态的中国硅片企业提供了崛起的外部环境。

大陆硅片产业崛起带动长晶设备需求

国内硅片市场的供需测算

硅片需求测算： 中国大陆迎来半导体晶圆扩产潮，硅片作为晶圆的直接原材料，通过统计未来3年晶圆达产情况可以直接推测出硅片潜在需求。

硅片供给测算： 国内企业中以金瑞泓和有研新材等为主的传统硅片厂商起步较早，目前已具备一定的量产规模；另外中环股份等公司作为国内硅片厂商的新生力量，具有较为雄厚的资金实力和技术支持，未来几年的扩产节奏较为迅速。2017年10月，中环股份与无锡政府、晶盛机电公司共同组建中环领先半导体材料有限公司，投资总额约30亿美元，将在无锡建设半导体大硅片产线。中环股份还在天津开展了30万片/月的8英寸和2万片/月的12英寸产线建设。京东方发布公告，兴建半导体大硅片产线，转型龙头同样具有雄厚的资金实力，力求在半导体领域实现弯道超车。

长晶及硅片相关设备空间测算

根据半导体硅片协会统计数据，以1万片/月的8英寸硅片产线为例，晶体硅生长设备和硅片相关设备投资分别约0.12亿元和0.18亿元，依此进行国内8英寸晶体硅生长设备和硅片相关的市场空间测算。

测算结果显示， 2018-2020年国内8英寸晶体硅生长设备和硅片相关设备的市场空间合计为23/24/30亿元 ，未来随着国产12寸硅片扩产提上日程，行业市场空间仍将继续上升。

晶盛机电：精益求“晶”的国内晶体硅生长设备龙头

晶盛机电成立于2006年，是国内晶体生长设备领域的龙头企业。公司立足晶体生长设备的研发、制造和销售，开拓晶体硅生长设备和加工设备在光伏和半导体领域的应用，布局蓝宝石新材料产业，围绕“新材料，新装备”不断进行产业链延伸。

公司的主营产品包括晶体硅生长设备、光伏智能化装备、LED智能化装备和蓝宝石材料，其中晶体硅生长设备的收入是最重要的组成部分，代表了国内领先技术水平，具有较高的产品附加值。

晶盛机电：营收稳步增长，利润持续上升

近年来公司营业收入稳步增长。 2017年度，公司实现营业收入19.5亿元，同比增长78.6%。随着光伏市场逐步回暖和半导体产业景气上行，2013年以来公司营业收入的年均复合增速达到82.7%。

单季度净利润持续上升。 2017年度，实现归属母公司股东净利润3.9亿元，同比增长89.76%。单季度净利润持续创新高，2017年第4季度净利润达到1.3亿元，连续4个季度实现同比增长60%以上

晶盛机电：各项产品收入结构和毛利率

2017年晶体硅生长设备实现营业收入15.7亿元，占比回升至80.7%，智能化装备和蓝宝石材料分别占比10.2%和4.8%，形成了主营业务突出且多元化经营的发展模式。

从毛利率上看，晶体硅生长设备的毛利率相对较高，常年稳定在40-55%之间，其中全自动单晶硅生长炉的毛利率相较多晶硅铸锭炉一般高出10个百分点左右。光伏智能化装备的毛利率稳定在45%左右，LED智能化装备和蓝宝石材料作为2015年后的新业务，毛利率分别在30%和10%左右。

晶盛机电：注重研发投入，巩固技术优势

晶盛机电始终注重产品研发，设备产品的开发和更新离不开公司持续的研发支出。2017年研发费用达到1.6亿元，同比增长112%，近3年的专利获取数量均在40个以上。在加工设备方面，2015和2016年公司先后成功研发了光伏单晶硅棒切磨复合加工一体机和半导体设备全自动晶体滚磨一体机，不断进行半导体设备领域的产业链延伸。蓝宝石材料方面，2016年已成功研发120kg以上大投料量蓝宝石晶体生长炉，并实现了小批量投产，2017年成功制备450kg的蓝宝石晶体，创下世界之最。

晶盛机电还不断加强与高校的科研合作，2015年与浙江大学机械工程学院共建“机电装备创新研究中心”，2017年与山东大学晶体材料研究所共建“晶体材料装备研究中心”。

晶盛机电：把握产业趋势，切入半导体设备

晶盛机电创立伊始，便向半导体装备国产化目标发起冲击。 2007年成功研制出国内首台全自动直拉式单晶硅生长炉（TDR80A-ZJS型），突破了高端单晶硅生长炉设备长期被国外企业垄断的产业格局。2012年实现半导体级单晶硅棒的拉制，并于2013年研制成功首台区熔硅单晶炉，2014年完成区熔硅单晶炉商业机型的研制。2017年9月，第3000台TDR系列单晶硅生长炉在总装车间下线，成为晶盛机电在高端装备制造领域的重要里程碑。目前公司在半导体硅片领域的主要客户包括有研半导体、郑州合晶、天津环欧、金瑞泓等知名企业，目前8寸单晶硅生长设备方面已具备世界级先进水平。

目前公司在半导体硅片领域的主要客户包括有研半导体、郑州合晶、天津环欧、金瑞泓等知名企业，目前8寸单晶硅生长设备方面已具备世界级先进水平。

晶盛机电在国内单晶硅生长炉领域处于领先地位，技术工艺可比肩国际龙头。 放眼全球，日本Ferrotec公司等是单晶硅生长炉的主要企业，Ferrotec公司的主打产品是8英寸单晶硅生长炉，其产品优势于磁性流体技术的应用。

国内市场中，具备单晶硅生长炉量产能力的公司还包括京运通、天龙光电和北方华创，这些公司的设备无论投料量还是拉晶尺寸方面，均与晶盛机电存在明显差距。目前晶盛机电的主打产品可以实现300kg以上的投料量，并且能够拉制12-18英寸的超大尺寸单晶硅棒。 因此，晶盛机电代表着国内单晶硅生长炉的最先进制造技术，与国际龙头企业相比无明显差距，有望率先实现国产化目标。

晶盛机电：光伏订单持续增长，构筑未来利润空间

在“十三五”规划的引领下，我国光伏产业整体发展向好，建设超预期。据BP公司统计数据，2016年全球光伏累计装机容量达到301.5GW，其中中国累计装机容量为78.1GW，同比增长79%。根据国家能源局统计，2017年我国累计光伏装机量达到130.3GW，同比增长68%，新增和累计装机容量都位居世界首位。

光伏行业回暖使得国内光伏企业展开了新一轮扩产计划。作为晶盛机电的最大客户，中环光伏预计将单晶硅产能在2018年由当前的12GW扩至23Gw。另外，晶科和阳光能源的单晶硅产能也计划在2018年分别扩产约3GW和6GW。

晶盛机电：光伏订单持续增长，构筑未来利润空间

根据公司的重大合同中标及签订情况，2017年晶盛机电在光伏设备领域的新签订单超过30亿元。 其中单晶炉订单超过27亿元，约占90%。除了同中环光伏、晶澳、荣德等国内主要光伏企业深入合作之外，2018年1月与土耳其的韩华凯恩公司签订了单晶炉供货合同，通过与全球大型光伏企业的合作，强化了公司的行业领先地位，进一步开拓了国际市场。

晶盛机电自成立初期，立足于晶体硅生长设备的研发和销售，通过与中环光伏等国内光伏龙头企业的深入合作， 近年来已在光伏市场形成了优异的品牌地位从历年来前五名客户的收入占比来看，公司的客户集中度在逐渐下降 ，表明国内市场的新客户开拓卓有成效。

晶盛机电：培育新赛道，蓝宝石材料实现技术突破

晶盛机电积极拓展LED智能化装备及蓝宝石材料的应用，目前已形成蓝宝石晶锭、蓝宝石晶片、LED器件检测分选装备、LED灯具自动化生产线等一系列产品。公司立足晶体硅生长设备，推进研发晶片切磨抛设备，布局蓝宝石晶体生长设备和LED芯片检测及生产装备，实现了产业链的贯通，逐步从单一的设备制造商转型成了立足于“新材料、新装备”的国际领先的设备供应商和高端晶体材料生产商。

2017年蓝宝石材料实现营业收入9375万元，占公司营业收入的4.8%。蓝宝石材料具备高硬度、耐磨性、高温稳定性等特点，是半导体发光二极管、大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等理想的衬底材料。当前蓝宝石的产能70%以上用于外延片衬底，90%以上的LED生产均采用蓝宝石衬底。

第四部分：核心制程设备：国产装备形成系列化布局，迎来快速增长

认识芯片的微观结构

集成电路到最底层，都是晶体管以及连接它们的导线。芯片制造实际就是成千上万个晶体管制造。

芯片的解剖视角：最底部是晶圆基板，芯片制造最初的准备阶段就需要实现从沙子（硅元素）到硅片的制造；红色部分是逻辑闸门，是芯片最重要部分，多种逻辑闸组合在一起形成完成功能齐全的芯片，这一流程称为基板工序FEOL，晶圆加工的前半部分；黄色部分是金属层，将FEOL制造的各部件与金属材料连接布线，以形成电路，叫做布线工序BEOL，晶圆加工的后半部分。

MOSFET依照其沟道极性的不同，可分 为电子占多数的N沟道型与空穴占多数的P沟道型。

MOSFET以一个金属—氧化物层—半导体的电容为核心（现在多半以多晶硅取代金属作为其栅极材料），氧化层的材料多半是二氧化硅，其下是作为基极的硅，而其上则是作为栅极的多晶硅。这样的结构正好等于一个电容器，氧化层为电容器中介电质，而电容值由氧化层的厚度与二氧化硅的介电系数来决定。栅极多晶硅与基极的硅则成为MOS电容的两个端点。

关键工艺流程-FEOL

FEOL基板工序：在硅基板上制造出晶体管等部件。主要是形成晶体管的MOS结构（S(源source)极,D(漏drain)极,G(栅gate)极），以及介质膜，还有最后为了将晶体管的三个电极通过介质膜之上的金属层相互连接而开的接触孔。

重复的成膜、光刻、刻蚀、离子注入工艺。在一个p型硅晶圆衬底上，生成一层氧化膜（氧化），利用掩膜版图形光刻（光刻机），然后进行离子注入（进行n型离子掺杂），形成n阱；继续刻蚀出p阱，然后在表面生长一层二氧化硅膜，利用分子束外延法生成一层多晶硅膜，随后进行光刻和湿法刻蚀，再同时进行P型和N型杂质的掺杂，形成PN阱。然后用化学气相沉积生成氮化物膜，继续刻蚀出沟道，然后利用物理气相沉积的方式（溅射机），长出金属层，再利用光刻和湿法刻蚀形成沟道。整个过程多次重复利用-生长-光刻-刻蚀-掺杂-生长等工序

以下是正文

BEOL布线工序：将在FEOL制造的各部件与金属材料连接布线，以形成电路。按照电路规模，重复成膜、刻蚀、电镀、抛光等步骤，堆叠布线。在不同晶体管之间形成复合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看到极其复杂的电路网络，形如未来派的多层高速公路系统。

关键制程设备01：薄膜沉积设备

成膜工艺：根据膜的种类不同，可以分为金属膜、氮化层膜、二氧化硅膜等。根据成膜的工艺大致可以分为物理类工艺和化学类工艺。如果消耗表面的硅原子，则主要是通过氧化的方式成膜，沉积工艺则不需要消耗氧原子。沉积工艺又可以分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、分子束外延、电镀法等。CVD技术（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积），是把含有构成薄膜元素的反应剂蒸气引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。

如果是要实现金属镀膜，则主要采用的是溅射的方式，利用高能粒子撞击金属靶材（江丰电子等提供的高纯度靶材），把金属原子从靶材中撞击出来后沉积到硅片上，溅射的方式属于物理气相沉积。

根据Gartner数据，薄膜沉积设备占整体设备的18%左右；其中物理气相沉积设备占比在4%左右，而化学气相沉设备占比在14%左右。

关键制程设备02：光刻设备

光刻设备是IC制造中的核心设备，集成电路的最小线宽取决于光刻设备的分辨率，它定义了半导体器件尺寸。按曝光方式可分为接触式与非接触式光刻，现在主流的采用步进式投影光刻，每次曝光4个die，图形曝光在硅片上是投影掩模版上视场的1/5，4nm*3nm。

极紫外光刻（Extreme Ultraviolet Lithography），常称作EUV光刻，它以波长为10-14纳米的极紫外光作为光源，可使曝光波长一下子降到13.5nm，能够把光刻技术扩展到32nm以下的特征尺寸。随着晶体管尺寸越来越小，EUV代表着当前以及未来几年最前沿的光刻技术。

根据Gartner数据，整个光刻成本约为硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占40%-60%。而光刻机则是IC制造中最核心的设备，价值量占到设备总投资的比例约为20%。

关键制程设备03：刻蚀设备

与湿法化学刻蚀相比，干法刻蚀对温度不那么敏感，工艺重复性好；有一定的各向异性；等离子体中的颗粒比腐蚀液中的少得多；产生的化学废物也少得多。

根据Gartner，刻蚀设备占整体设备的9.8%左右；主要包括介质刻蚀设备与硅刻蚀设备。根据我们的测算，2018-2020年国内晶圆厂建设对应的刻蚀设备市场空间分别为152、157、167亿元；其中介质刻蚀市场需求分别为74、76、81亿元；硅刻蚀设备市场需求分别为71、73、78亿元。

关键制程设备04：离子注入设备

离子注入（一种掺杂形式）是集成电路制造中不可或缺的一环。在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。当今，采用嵌入式存储器的 CMOS 集成电路的注入工序可能多达 60 多道。

根据Gartner，离子注入设备占整个设备投资的2.7%。主要按照剂量、强度等分类。根据我们的测算，2018-2020年国内晶圆厂建设对应的离子注入设备的投资额分别为41.7、43.2、45.8亿元。

关键制程设备：高度集中的全球竞争格局

目前全球集成电路专用设备生产企业主要集中于欧美和日本等，行业排名基本保持稳定。 以美国应用材料公司、荷兰阿斯麦、美国泛林半导体、日本东京电子等为代表的国际知名企业起步较早，占据了全球集成电路装备市场的主要份额。诞生大公司的领域大多数目前技术含量比较高，同时单体设备价值量比较大的领域，例如光刻领域的ASML等。

我们对全球的半导体设备企业财务数据进行分类分析发现： （1）除了产品范围广之外，单体设备价值量大的领域，以及产品共性较强的领域，也容易产生大公司，典型的案例就是AMAT和ASML；（2）检测设备领域是可以诞生大公司的，在全球前十大半导体设备企业中，有3家企业都是以检测设备为主，分别是科磊（KLA）、爱德万（Advantest）、泰瑞达（Teradyne），排列在第5/7/8位；（3）检测设备企业的毛利率更高，科磊、爱德万和泰瑞达的毛利率都超过了50%。

应用材料：丰富的产品体系，多领域的领先者

丰富的产品体系，多领域的领导者。 应用材料是全球最大的半导体设备企业，2017年其营业收入145亿美元，其中半导体业务收入95.2亿美元，同比增长38.5%，占其总收入的65.5%。应用材料覆盖了绝大部分晶圆加工设备，并且在外延设备（Epitaxy）、物理气相沉积（PVD）、离子注入设备、热处理设备、抛光设备等占有相当的市场份额。

应用材料：成熟的领先业务与高成长业务并重

产品红利：成熟的领导者业务形成业绩基础，新领域贡献高成长。 在半导体领域，应用材料除了在外延设备、PVD等公司成熟的形成领导地位的领域保持稳健增长外，在新领域，如刻蚀、化学气相沉积、工艺控制等，注重成本效益，发展业务规模，贡献了最重要的业绩增长。

多产品布局的优势：抵御潜在的投资结构变化。工艺的变化可能会对设备投资结构带来较大影响。以3D存储器的晶体管为例，其设备支出由光刻设备向沉积设备、刻蚀设备等倾斜。从市场份额看，过去对光刻设备的预期将是投资占比的持续提升，而实际却有所下滑；另一方面，应用材料在细分设备投资占比提升以及自身产品规模提升双重利好下，市占率稳步上扬。

ASML：光刻机领域独领风骚，引领最前沿工艺

光刻机壁垒非常高，全球市场基本由ASML、佳能、尼康垄断，其中ASML占据60%以上份额。

ASML在光刻机领域优势巨大，其EUV光刻机工艺水平已经达到10nm的级别，单台设备平均售价超过1亿欧元，并且只有这一家供应商具备开发EUV光刻机的能力。因此英特尔、台积电、三星均争相投资ASML开发EUV技术，以及获得EUV设备的优先购买权。

2017年ASML营业收入108亿美元，同比增长51.0%；净利润25.3亿美元，同比增长63.2%。

ASML主要业务：（1）深紫外（DUV）光刻，包括ArF浸没式光刻机、KrF、ArF Dry、I-line等，2017年这部分收入占比79.1%；（2）极紫外（EUV）光刻，2017年这部分收入占16.5%。将是未来发展的主流，2017年ASMLEUV系统光源获得突破，量产关键技术指标已基本满足，预计2018-2020年EUV出货将成为公司成长主要动力；（3）过程工艺控制，2017年这部分收入占4.4%。

北方华创：国内产品最齐全的半导体设备企业

公司是国内半导体设备领头羊，形成多元化产品布局。 公司的产品以晶圆制造和新进封装为核心，形成了覆盖泛半导体行业的三大产品布局，分别是以等离子刻蚀、PVD/CVD设备为主的半导体设备、以搅拌机为主的锂电设备和以真空热处理、晶体生长为首的真空设备。

受益晶圆厂浪潮，公司业绩进入高速增长期。 2017公司收入22.2亿元，同比增长37%，主要来源于半导体设备，目前已推出了全面市场化的高端设备产品。其中，28nm制程设备已经进入国内先进生产线供应体系，同时正在研发14nm制程设备，为国内半导体最前沿技术。

北方华创：半导体设备占比超50%，保持高增长

受益晶圆厂浪潮，公司业绩进入高速增长期。 公司2016年合并北方微后，营业收入达到了16亿元，成为国内最大的半导体设备企业。2017公司收入22.2亿元，同比增长37%，主要来源于半导体设备，目前已推出了全面市场化的高端设备产品。其中，28nm制程设备已经进入国内先进生产线供应体系，同时正在研发14nm制程设备，为国内半导体最前沿技术。

北方华创：收购北方微和Akrion，实力更进一步

公司承担国家重大科技专项任务，实现技术突破。 作为国家02重大科技专项重点承担单位，公司逐步完成了刻蚀机、磁控溅射、氧化炉、低压化学气相沉积、清洗机、原子层沉积等集成电路设备90/55/40/28nm工艺验证，实现产业化。其中，自主研制的NMC 612高密度等离子刻蚀机正式进入中芯国际北京12英寸工厂生产线，应用于90-65纳米硅栅刻蚀和浅槽隔离刻蚀等工艺制程；28nm PVD设备成为中芯国际28纳米生产线基线配置产品。另外，刻蚀、单片退火系统、化学气相沉积三大类集成电路设备进入14nm工艺验证阶段，首次实现与国外设备同步验证。同时，公司收购北方微和Akrion后，产品线不断拓宽，技术和实力更进一步。

中微半导体：坚持自主创新，瞄准世界科技前沿

中微半导体以生产介质刻蚀机为主，其等离子体介质刻蚀设备成功进入了国际最先进的7nm生产线，同时也参与了5nm器件的开发，其最新开发的电感型等离子体刻蚀设备也顺利进入市场。

中微半导体最新的28英寸MOCVD设备销售呈现爆发式增长，一举取得国际领先的市场占有率。MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。

根据公司公告，2016年中微半导体营收已超过10亿，净利润达1亿多。2017年公司销售较2016年增长70%以上。

4月22日，南昌市政府与中微半导体签订战略合作框架协议，在南昌建设高端MOCVD装备制造基地，一期租赁9000平方米厂房进行过渡生产，现已经实现部分投产，预计5月上旬可实现全面投产；项目二期将在2019年启动项目建设。同时中微公司还与兆驰半导体、乾照光电、聚灿光电、德豪润达、士兰明芯等签订了批量MOCVD设备销售合同。截至3月底南昌中微已获得MOCVD设备订单约200腔体。预计2018年可实现销售收入约20亿元

第五部分：检测设备：具备良好产业基础，新产品创造增量空间

01 为什么重视半导体检测设备？——从价值量角度

芯片投资是一个重资产的行业，对设备的需求量巨大。通常来说，设备投资占比在70%以上。在设备投资里面，分为三个环节： （1）前制程设备，占设备的比例是70-75%。（2）封测社诶，占设备的比例是10%左右。（3）检测设备，大概占比是15-20%。所以检测设备的占比高达15%以上，价值量较大；（SEMI数据）

单个晶体管的制造成本和测试成本的对比来看，测试成本在稳步提升，但是制造成本在直线下滑。技术节点的进步带来了制造成本下移，但检测成本与良率挂钩，所以背后的隐含意义是检测成本的刚性支出水平。

为什么测试设备占比口径差异很大？

芯片投资是一个重资产的行业，对设备的需求量巨大。通常来说，设备投资占比在70%以上。在设备投资里面，分为三个环节： （1）前制程设备，占设备的比例是70-75%。（2）封测社诶，占设备的比例是10%左右。（3）检测设备，大概占比是15-20%。所以检测设备的占比高达15%以上，价值量较大；（SEMI数据）

目前市场上的两种口径其实都是正确的，只是大家统计的口径有差异。目前我们可以把半导体设备分为前制程和后制程的设备。

为什么重视半导体检测设备？——从重要性角度

为什么重视半导体检测设备？——可以诞生大公司

半导体检测设备的分类和价值量分布

半导体检测设备可以分为三大类，按照制程顺序分别是过程工艺控制类设备、晶圆检测设备和封装后测试设备，通常我们把晶圆检测设备和封装后测试设备称为ATE设备。过程工艺控制设备主要的方向是形状、线宽、膜厚、缺陷等检测，以光学为主要技术路径。ATE设备主要围绕电学性能测试，核心设备包括SOC测试机、存储器测试机、探针台、分选机等。

如果按照检测方式，大致可以分成四类

过程工艺控制：应用在IC制造所有核心制程环节

过程工艺控制：以光学为主，大多应用在前段制程

在半导体生产中，过程控制被定义为检查（Inspection）、测量（Measurement）与成品率控制（Yield Control）。过程控制中使用的设备包括过程参数管理模块、光刻过程控制设备、成品率分析软件和系统。过程工艺控制是晶圆厂的眼睛和耳朵，是对“工艺信息”的投资，有利于提升良率。

过程工艺控制设备，大多数以缺陷检测为主，应用在前制程环节。从价值体量来看，根据WSTS数据显示，2017年全球半导体设备市场规模约为556.2亿美元，过程工艺控制市场规模约为46.28亿美元。

过程工艺控制：市场需求稳步上行，波动弱于下游

工艺控制投资周期波动较弱于半导体整体投资波动。 过程控制设备的趋势与晶圆厂设备（WFE）趋势具备很高的一致性，2015-2016年过程控制设备占WFE的比重稳定在11.6%；但由于封测厂投资在近十多年里有更强的波动，因而整体上过程控制设备的投资波动较弱于半导体设备整体投资。

从下游资本开支结构来看，逻辑芯片投资占比持续下滑，存储器芯片投资在近几年有明显的恢复性提升。根据Gartner，2016年存储芯片行业资本开支达到250亿美元，同比增长51%，2017年预计增长15%左右；这其中NAND贡献了高增速，2015-2016年NAND资本开支分别同比增长35.9%、32.1%。

过程工艺控制：新工艺进步拉动持续需求

半导体制造商新工艺投资，驱动工艺控制需求持续发展。 关键技术的引入将推动精测与量测的重大改变，工艺控制要求会随着每一条设计规则而增加。在20nm的节点之前，工艺步骤随着设计规则缩小而增加的幅度非常有限，但从16/14nm节点开始，工艺步骤的数量增加得非常明显。对过程工艺控制设备带来持续需求。

随着设计规则的减少，产量对缺陷的尺寸和密度变得更加敏感，器件性能特性（即速度，容量或功率管理）对线宽和膜厚变化等参数变得更为敏感。工艺过程控制商通过开发帮助芯片制造商提升工艺控制和良率管理工具，提升其投资回报率，帮助芯片制造商在进行量产时，确保产量稳定。

过程工艺控制设备商，主要由全球巨头把控

过程工艺控制设备主要是以光学检测为主，目前来看，前道工艺控制环节设备包括: （1）有图形的晶圆检测，占比约为35%；（2）薄膜测量设备，占比为15%；（3）光罩检查和测量，占比是13%；（4）关键尺寸扫描电子显微镜、光学测量等分别各占比12%。（Gartner数据）

设备企业主要由全球巨头把控主要市场份额。全球过程工艺控制设备行业主要由科磊KLA-Tencor、日本日立Hitachi、阿斯麦ASML、应用材料Applied Maretials等占据，科磊是全球过程工艺控制领域龙头，其市场份额超过50%，特别在缺陷检测、膜厚测量等领域有极高的市场占有率。 （KLA-Tencor公告）

KLA-Tencor：全球过程工艺控制设备龙头

KLA-Tencor 公司成立于1976年，是全球工艺控管与良率管理解决方案的业界领跑者，公司主要产品市场包括硅晶圆缺陷检测、硅晶圆测量、蚀刻光罩检测、LED与应用开发。2017财年公司营收规模高达34.8亿美元，同比增长16.6%，创历史新高。

设备企业主要由全球巨头把控主要市场份额。全球过程工艺控制设备行业主要由科磊KLA-Tencor、日本日立Hitachi、阿斯麦ASML、应用材料Applied Maretials等占据，科磊是全球过程工艺控制领域龙头，其市场份额超过50%，特别在缺陷检测、膜厚测量等领域有极高的市场占有率。

KLA-Tencor：盈利能力强，高强度研发构筑壁垒

毛利率和净利率水平持续攀升。 从盈利能力来看，KLA-Tencor的毛利率自1987年以来呈稳步增长态势，2017财年毛利率已高达63%。此外，公司近年来净利率水平也有所提高，2017财年达到27%。净利润率的持续提升，一方面得益于公司产品升级，另一方面也来自于公司竞争力的强化，不仅提供产品，还提供服务。

常年保持15-20%的研发强度。 半导体设备企业，尤其是前制程检测设备企业，产品同步于下游行业的技术节点进步，因此保持高强度的研发，是构筑企业核心竞争力的基本前提，KLA-Tencor的研发费用常年保持在15-20%左右，绝对金额持续提升。

CP和FT测试分类：参数检测和功能检测

ATE测试设备是IC芯片测试过程中必不可少的环节，通常包括两个环节： （1）电参数检测，确定芯片管脚是否符合各种上升和下降时间、建立和保持时间、高低电压阈值和高低电流规范，包括DC（Direct Current）参数测试与AC（Alternating Current）参数测试。DC参数测试包括短路测试、开路测试、最大电流测试等。AC参数测试包括传输延迟测试、建立和保持时间测试、功能速度测试等。这些测试通常都是与工艺相关的；（2）功能测试，功能测试决定芯片的内部数字逻辑和模拟子系统的行为是否符合期望。这些测试由输入适量和相应的响应构成。他们通过测试芯片内部节点来检查一个验证过的设计是否正产工作。

CP和FT测试分类：CP测试和FT测试

如果按照生产流程来分，ATE测试设备可以分为CP测试和FT测试： （1）晶圆测试（CP测试Circuit Probing），晶圆制作完成后，针对制作工艺合格的晶圆再进行CP测试（Circuit Probing），通过完成晶圆上芯片的电参数测试，反馈芯片设计环节的信息，每个芯片都要测试；（2）封装后测试（Final Test）, FT测试通常执行比CP测试更为严格的标准。芯片也许会在多组温度条件下进行多次测试以确保那些对温度敏感的特征参数。民用芯片通常会经过0℃、25℃和75℃条件下的测试，而军事用途（军品）芯片则需要经过 -55℃、25℃和125℃。

三大类核心设备：测试机、探针台和分选机、

检测设备的核心设备包括三大类：测试机、探针台和分选机。 根据工艺过程环节，如果是在晶圆制造环节，探针台+测试机的组合；如果是在封装测试环节，则是分选机+测试机的组合。探针台和分选机主要实现机械自动化功能，测试机进行功能和参数测试。通过对芯片施加输入信号，采集被检测芯片的输出信号与预期值进行比较，判断芯片在不同工作条件下参数和功能的有效性。

测试机经过了近60年的发展，从低管脚数、低速测试系统逐步发展到适用于大规模、超大规模IC的高速测试系统。 随着SoC产品得到广泛应用，爱德万T2000、V93000以及泰瑞达UltraFLEX系列的SoC测试系统代表了目前的高端测试机产品。

分选机：科休、爱德万、爱普生合计占全球60%份额

常见的分选机分为三种类型。 分选机主要承担机械方面的任务，包括产品的测试接触、拣选和传送等。分选机把待测芯片逐个自动传送至测试工位，芯片引脚通过测试工位上的金手指、专用连接线与测试机的功能模块进行连接，测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号，完成封装测试。常见的分选机大致可以分为三种类型：塔盘式分选机、重力式分选机和水平拾取式分选机。

在分选机市场，科休、爱德万和爱普生三家公司的市场份额大约在60~70%左右。从市场份额来看，分选机的市场规模波动较大，根据Garnter数据显示，2005-2012年基本保持在400-600百万美元左右。根据占比来看，分选机大约占检测设备的比例为7.68%，我们测算2017年分选机市场规模约为7.68亿美元。

探针台：东京电子和东京精密占全球80%以上份额

探针台主要应用于晶圆检测环节。 探针台的主要作用是将晶圆和测试机相连接，具体过程为：探针台将晶圆逐片自动传送至测试位置，芯片的Pad点通过探针、专用连接线与测试机的功能模块进行连接。测试机对芯片施加输入信号、采集输出信号，并将测试结果通过传送给探针台，探针台据此对芯片进行打点标记，形成晶圆的Map图。

探针台约占ATE设备的比例是20%左右。 根据SEMI2017年数据推算，2017年全球探针台的市场规模约为8.5亿美元，占总检测设备的9.6%左右。全球探针台市场主要由东京精密与东京电子两家日本企业占据， 两者的市场份额可以达到80%以上。 并且从2005年到2015年的10年间，这一比例十分稳固。

测试机：主要分为存储器测试机和SOC测试机

不同芯片类型，测试方式不同。 集成电路产品又可分为模拟器件（Analog）、微处理器（Micro）、逻辑器件（Logic）和存储器（Memery）四类，根据WSTS，2017年的这四类集成电路产品销售占比分别为12.9%、15.5%、24.8%和30.1%。逻辑器件和存储器占比超过了70%。

SOC测试机占主流，存储器测试机占比有所回落。 从过去10年的历史发展来看，SOC测试机和存储器测试机占ATE的比例来看，SOC测试机的比例基本稳定在60%以上，而存储器测试设备的占比则在逐步下滑，近几年稳定在20%左右。

SOC测试机：SoC芯片的发展推动需求

SoC芯片可使系统级产品具有高可靠、实时性、高集成、低功耗等优点，SoC芯片集成了微处理器、模拟IP核、数字IP核以及片外存储器控制接口等功能，其核心技术在于IP核的复用，这些模块可以是模拟、数字或数模混合类型，不同模块的频率、电压、测试原理也不同。同时，高集成度造成测试的数据量和时间成倍增长，测试功耗也是传统测试项目的2~4倍。SOC芯片的应用推动了大量SOC测试机专机的需求。

根据泰瑞达2017年年报，2017年全球半导体测试设备市场为33.5亿美元，其中SCO测试设备达到24亿美元，占总测试设备市场的71.6%，同时预计2018年SOC测试设备需求将增长至28亿美元，同比增长16.7%。

存储器测试机：需求周期性强，逐步复苏

存储器是一个周期性极强的产业，强于半导体产业整体周期性。下游需求的周期波动、市场份额集中的格局、产品的标准化属性导致存储器行业历史上容易出现大幅的波动。根据VLSI research，在2007年之前，存储器测试还占据全部半导体自动测试设备市场的30%~40%；在2008年金融危机后，存储器测试设备的市场被侵蚀，2009年存储器测试设备比重降至11%左右，此后存储器测试设备基本在17%~22%之间。

2016年下半年开始，存储器产品迎来量价提升。 根据VLSI research， 2017年存储器销售额达到1229亿美元，同比大幅增长60.1%；受存储器需求提升影响，存储器测试设备需求迎来复苏。2017年全球存储器测试设备销售额约6.5亿美元，同比增长38.3%，占半导体测试设备比重19.4%。并且中国企业大规模在存储器市场加大投资力度，带来新的投资需求。

ATE竞争格局：爱德万和泰瑞达引领全球

国际知名测试设备企业日本爱德万（Advantest）、美国泰瑞达（Teradyne）、美国科利登（Xcerra）和美国科休（Cohu）等。据Bloomberg数据，2016年，全球半导体测试设备销售额为36.4亿美元，泰瑞达占比达到37%，爱德万为26%，前四家公司合计占全球半导体测试设备市场总份额的77%。

随着测试技术需求不断提升，全球市场份额愈发向龙头聚集。 目前测试机市场有高达90%的市场份额已经被爱德万和泰瑞达占据，其中泰瑞达在SOC测试领域具有较高的优势；而爱德万在存储器测试领域处于领军地位，在SOC测试市场相对于泰瑞达、惠瑞捷属于后进入者，但其SOC测试设备市场份额逐渐稳步上升。根据泰瑞达2017年年报，2017年泰瑞达在ATE市场的份额已经达到50%左右。

国内企业的机遇：中国存储器和逻辑芯片投资加快

从2017年开始，国内存储器和逻辑芯片产能不断释放。目前在建和拟建项目总投资金额接近万亿元规模。根据我们的测算，2018-2020年国内晶圆厂检测对应的半导体检测设备需求分别为261.8、271.1、287.5亿元；其中CP&FT测试设备分别为118.5、122.7、130.1亿元。

海外企业发展启示：加快研发积累是突破的基础

注重研发投入。不论是在欣欣向荣的行业上行周期，还是在萧条低迷的下行周期， 爱德万始终保持高水平的研发支出，近17个财年年均研发投入达273亿日元，并在日本、美国、德国以及中国建立共计12个研发中心。近年来公司研发人员数已达1500余人，占比高达35%以上。对比其他测试设备公司，爱德万的研发支出始终处于高位。

历经下行周期，仍保持充分研发投入。 高技术壁垒带来的不仅是高利润率，还有遭遇投资冲击后重获新生的资本。自21世纪以来，公司经历过三次投资冲击，但仍旧维持20%以上的研发支出，08、09年的研发费用占比甚至超过30%。正因此，凭借其行业领先的技术和创新的新产品，爱德万总能及时化险为夷并获得下一轮高速增长的新动力。