导语
根据 VLSI Research 数据统计，半导体制造设备支出占半导体设备总支出的 80%左右，前 道半导体检测设备约占半导体制造设备的 13%，此前 SEMI 预测 2020 年及 2021 年中国 半导体设备总支出分别为 173 及 166 亿美元，由此可以粗略估算出 2020 年和 2021 年国 内前道检测设备市场约分别为 18.0 亿美元和 17.3 亿美元。
来源：长城证券
1、新兴领域需求旺盛，半导体行业进入上行周期
半导体产品按照制造技术分类可以分为集成电路和分立器件，根据 WSTS 统计，集成电 路占半导体总产值 80%以上。集成电路从功能、结构角度主要分为数字集成电路、模拟 集成电路与数/模混合集成电路三类。
其中：数字集成电路主要与数字信号的产生、放大 和处理有关，数字信号即在时间和幅度上离散变化的信号；模拟集成电路主要与模拟信 号的产生、放大和处理有关，模拟信号即幅度随时间连续变化的信号，包括一切的感知， 譬如图像、声音、触感、温度、湿度等；数/模混合集成电路是指输入模拟或数字信号， 输出为数字或模拟信号的集成电路。
从全球半导体市场产品占比上来看，占比最大的为存储器和逻辑电路，2018 年合计占比 57.49%。其次是微处理器，占比为 14%，模拟电路占比为 12%。集成电路产业链主要包括核心产业链、支撑产业链以及需求产业链。核心产业链包括集 成电路设计、制造和封装测试，支撑产业链包括集成电路材料、设备、EDA、IP 核等， 需求产业链包括通讯产品领域、消费电子领域、计算机芯片领域、汽车/工业领域等。通常在晶圆制造环节使用的设备被称为前道工艺设备，在封测环节使用的被称为后道工艺 设备。集成电路晶圆代工主要指以晶圆为原材料，借助载有电路信息的光掩模，运用光刻和刻蚀等工艺流程，将电路布图集成于晶圆上。晶圆经过光刻和刻蚀等工艺流程的多次循环，逐层集成，并经离子注入、退火、扩散、化学气相沉积、物理气相沉积、化学 机械研磨等流程，最终在晶圆上实现特定的集成电路结构。1.1 5G 手机、自动驾驶和数据中心等新兴领域将是主要驱动力半导体行业是一个周期性较强的行业，主要由下游产品更新迭代来带动。在历史上，半 导体行业的快速增长都预示着电子产品的时代革新。在 2000 年，出现互联网流行带动台式电脑的需求。在 2003 年，消费电子新品涌现，出现便携式 2G 手机。2009 年，由苹果 带动的智能手机市场爆发。2016 年，各大通讯公司的平板电脑开始热销。在未来，半导 体行业下一轮的高速增长驱动因子将是：5G 手机、自动驾驶和数据中心等。半导体行业 起源于西方，在美国启蒙并快速发展。第一次产业转移由美国向日本转移。第二次由日 本向韩国、台湾转移。随着中国大陆下游电子产品需求的爆发式增长和一系列政策的大 力扶持，半导体产业中心正在由韩国、台湾向中国大陆转移。根据 WSTS 发布的2020年春季预测，2020年全球半导体行业销售量将达到4260亿美元， 同比增长百分之 3.3，其中存储器将增长 15%，逻辑 IC 将增长 2.9%。WSTS 预测在 2020 年，半导体销量在美州和亚太地区将有所增长。WSTS 预测在 2021 年，全球半导体行业 将增长 6.2%，其中存储器将增长超过 10%，全球所有地区都将赢来正增长。新冠疫情对众多传统行业带来了一定的冲击，但对于偏年轻化的互联网来说，各个领域 的需求都有明显的增加。根据 Forbes 及 Fastly 统计，新冠疫情给流媒体、互联网使用、 社交媒体、教育科技分别带了 30%、70%、40%、35%的流量增长。由于下游需求的带动， 半导体行业表现出了较高的弹性，需求并没有出现持续性下降。VLSI Research 表明在全 球需求下降的大背景下，汽车和工业电子需求并没有下降，晶圆代工厂与 IDM 厂商在持 续投资来应对未来 5G、云计算与数据中心的增长，还有电脑和相关远程办公电子设备增长。1.2 中国大陆半导体增速明显高于世界水平，但自给率依然较低中国大陆在半导体有着广泛的下游应用产品，覆盖通信及智能手机、电脑、工业、医疗、 消费电子、新能源汽车、物联网、5G 等。中国大陆集成电路销量大体趋势与世界保持一 致，但增速明显高于世界平均水平。中国大陆是集成电路需求大国，长期以来靠进口满足国内需求，贸易逆差大。中国电子专用设备工业协会统计表明，2019 年中国大陆半导体晶圆制造设备进口约和 650 亿元， 而 2019 年国产半导体晶圆制造设备销售约 60 亿元，国产设备在集成电路生产设备中占 有率低，特别是高端集成电路生产线占有率不足 10%。半导体在大陆的快速增长主要驱动力除了广阔的下游应用产品之外还有一系列产业政策和政策性资本投入的刺激。国家自 2000 年起陆续出台了一系列法律法规和政策，从知识 产权、税收、投融资、研究开发、进出口、人才等方面给与本土半导体企业优惠政策。2014 年国家成立集成电路产业投资基金一期，募集资金近 1400 亿元，投资范围覆盖 IC 设计、制造、封测、设备材料等各个环节，投资比重分别约为 20%、63%、10%、7%。国家集成电路产业投资资金二期已于 2019 年 10 月注册成立，注册资本为 2,041.5 亿元， 将给大陆集成电路发展带来新一轮资本注入的热潮。2. 中国大陆晶圆厂资本开支加速扩张，国产设备进口替代势在必行
中国大陆半导体设备需求自 2012 年以来增速明显，在 2019 年全球半导体需求低迷的大 环境下，国内半导体设备需求实现逆势增长，增幅约 2.59%。根据 SEMI 数据统计，2019 年全球半导体制造设备销售额达 598 亿美元，比 2018 年的 645 亿美元的历史高点下降了 7％。中国台湾地区是去年半导体设备的最大市场，销售额增长了 68％，达到 171.2 亿美元。中国大陆以 134.5 亿美元的销售额保持其第二大设备市场的地位。其次是韩国，为 99.7 亿美元，销售额同比下降 44％。根据万得数据统计，2009-2018 年，半导体制造设备总体需求增速明显，2018 年全球半导 体制造设备体量达 502 亿美元，占比超过 80%，测试设备为 54 亿美元，封装设备为 40 亿美元。根据 VLSI Research 数据整理，在全球半导体制造设备占比中，占比最高的是刻 蚀设备和薄膜沉积设备分别为 30%和 25%，其次是光刻设备占比约为 23%，前道检测设 备约为 13%。随着半导体芯片技术结点的不断缩小，生产相同单位量的晶圆的设备投入呈加速上升趋 势。根据中芯国际招股书披露，5 纳米投资成本是 14 纳米的两倍以上，28 纳米的四倍以 上，其募集资金的约 81%将用来购置生产设备及安装，设备购置是晶圆厂建厂最主要费 用支出。SEMI在美国加州时间 2020 年 7 月 21 日发布了《半导体制造设备年中总预测-OEM 视角》， 预测到 2020 年，原始设备制造商的半导体制造设备全球销售额预计将增长 6％至 632 亿 美元，而 2019 年为 596 亿美元，2021 年将实现两位数的增长，创下 700 亿美元的纪录， 预计多个半导体细分领域的增长将推动这一增长。晶圆厂设备领域包括晶圆加工、工厂 设施和掩模/掩模版设备，预计到 2020 年将增长 5％，随后因存储器支出的复苏以及对前 沿和中国市场的投资，到 2021 年将增长 13％。到 2020 年和 2021 年，晶圆代工和逻辑支 出将占晶圆制造设备总销售额的一半左右，并将在 2020 年和 2021 年以个位数的速度增长。2020 年 DRAM 和 NAND 支出都将超过 2019 年的水平，2021 预计分别增长 20％以 上。预计到 2020 年，由于先进封装产能增长需求，封装设备市场将增长 10％达到 32 亿 美元，到 2021 年将增长 8％达到 34 亿美元。半导体测试设备市场预计将增长 13％，2020 年将达到 57 亿美元，并在 5G 需求的支撑下在 2021 年继续保持增长势头。预计中国大陆、 中国台湾和韩国将在 2020 年的支出中居首位。中国大陆在晶圆代工和存储领域的强劲支 出有望使中国大陆在 2020 年和 2021 年的半导体设备总支出中跃居首位。2.2 本土晶圆厂数量快速增长，国产半导体设备发展进入景气周期伴随着半导体产业的资本注入热潮，本土晶圆厂在建或规划的数量逐渐增加，对半导体 设备的需求将进一步提升。根据芯思想研究院的统计，截止 2019 年底我国 12 英寸晶圆 制造厂装机产能约 90 万片，较 2018 年增长 50%；8 英寸晶圆制造厂装机产能约 100 万片， 较 2018 年增长 10%；6 英寸晶圆制造厂装机产能约 230 万片，较 2018 年增长 15%；5 英 寸晶圆制造厂装机产能约 80 万片，较 2018 年下降 11%；4 英寸晶圆制造厂装机产能约 260 万片，较 2018 年增长 30%；3 英寸晶圆制造厂装机产能约 40 万片，较 2018 年下降 20%。根据中国电子专用设备工业协会的统计数据，2019 年国产半导体设备销售额预计为 162 亿元，同比增长约 30%， 2016-2019 年中国半导体设备制造商销售收入年均增长 41.3%， 实现总利润年均增长 23.5%，出口交货年均增长 27.8%。2019 年中国 14 家集成电脑晶圆 生产设备制造完成集成电脑晶圆生产设备销售收入 54 亿元，占 2019 年中国集成电路生 产设备销售收入的 75.6%，中国电子专用设备工业协会预测 2020 年中国主要半导体设备 制造商销售收入将达 200 亿左右，同比增长 20%左右。国产半导体设备销售按主要类别可分为集成电路、LED、光伏、面板等。根据中国电子 专用设备工业协会统计数据，2019 年国产集成电路晶圆生产设备产业得到快速发展，其 中集成电路设备同比增长约为 56%，太阳能电池设备同比增长约为 40%。3. 半导体检测重要性不断提升，前道检测领域 KLA 龙头优势明显
半导体检测是保证产品良率和成本管理的重要环节，随着半导体制造工艺要求的提升， 检测环节在半导体制造过程中的地位不断提升。根据摩尔定律预测：每隔 18-24 个月，当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目会增加一倍，性能也将提升一倍。现代芯 片的超复杂化与精细化将对半导体检测设备有更高的要求。半导体检测适用于 3 个阶段：设计验证测试、过程控制检测、硅片拣选测试和最终封装测试。过程控制检测被称为前道检测，包括缺陷检测和量测，主要运用光学、电子束量等科学，是一种物理性、功能性的测试，运用于晶圆加工制造过程。晶圆检测和成品测试被称为后道检测，主要通过测试机和分选机或探针台配合使用，分析测试数据，确定 具体失效原因，并改进设计及生产、封测工艺，以提高良率及产品质量。过程控制检测被称为前道检测，包括缺陷检测和量测。缺陷检测设备包括晶圆检测仪、缺陷观察系统和数据分析及管理工具。缺陷检测设备在提升产品良率的应用上非常广泛 主要包括：晶片验证、光罩验证以及生产线监控。晶圆检测仪可以在晶圆的前表面、后表面和边缘发现多余颗粒、电气问题和图案缺陷，工程师可以依此来监测和发现关键性偏差。缺陷审查系统可以捕获缺陷的高分辨率图像，帮助芯片制造商提高产品良率。量测系统主要用于验证设计可制造性、新工艺特性和大批量制造工艺监控。通过精确测量图案尺寸、薄膜厚度、层与层的对齐、图案放置位置、表面形态和光电特性，量测系统 使芯片制造商能严格控制其工艺，提高器件的性能和良率。根据 VLSI Research 数据统计，在全球半导体设备企业排名中，半导体前道检测龙头科磊 半导体（KLA，美国）位列半导体设备行业第 5 名，占全球半导体设备市场份额约为 6%。在 2019 年全球半导体市场降温的大环境下，根据 VLSI Reasearch 统计，ALD、过程控制、 EUV 和 SoC 检测领域实现逆势增长，半导体前道检测设备龙头科磊半导体实现 10%正增长。根据 Gartner 统计数据，现阶段半导体前道检测设备市场，科磊半导体实力遥遥领先， 市占率约 52%，科磊半导体 2019 年仅研发支出费用就超过了市场占有率排名第二的应用 材料 2019 年相关业务的营业收入。3.2 科磊半导体（KLA）-全球半导体前道检测先驱科磊半导体于 1977 年在美国加利福尼亚州成立，由 KLA 公司和 Tencor Instruments 公司合并而成。科磊半导体目前是全球第 5 大半导体设备公司，是从事半导体及相关纳米电 子产业设计、制造制程控制和良率管理解决方案的领导者。产品应用范围主要包括晶片 制造、晶圆制造、光掩模制造、化合物半导体制造、互补式金属氧化物半导体(CMOS)和 图像感应器制造、太阳能制造、LED 制造、资料存储媒体/读写头制造、微电子器械系统 制造及通用/实验室应用等。公司主要客户有台积电、三星电子等全球先进制程半导体制 造领导者。科磊半导体自 1998 年起，通过一系列外延并购整合行业内资源，获取先进技术，提高市场占有率。科磊半导体公告披露，在最近的一次并购中，2019 年 3 月科磊半导体以 34 亿美元收购以色列良率控制方案领先企业Orbotech，使其业务拓宽到印刷电路板(PCBs)、 半导体特色工艺(SDs)、和平板显示器检测(FPDs)市场。科磊半导体 2017 前后公布的产品收入结构口径有所区别，2017 年后公布的半导体过程控 制业务包括晶圆检测、图案化和全球服务和支持。自 2015 起，公司半导体过程控制营收持续增长，2019 年公司并购 Orbotech 使公司在印刷电路板、显示、组件检测和半导体特 色工艺上创造了新的营收点。营业收入、净利润持续增长：2015-2020 年，科磊半导体营业收入、净利润增长较快，复 合增长率分别为15.59%和27.15%，2020年营业收入约为58.06亿美元，同比增长27.09%，2020 年净利润约为 12.16 亿美元，同比增长 6.59%，2019 到 2020 上半年在全球半导体行 业降温的大环境下，公司年迎来近年来逆势增长高峰，主因为 Orbotech 并表和晶圆代工 厂及逻辑芯片客户需求增加。中国大陆为公司全球第二大市场：科磊半导体经过 40 多年的发展，其业务范围已经覆盖 了全球各个地区，中国大陆在其 2019 年的营业收入中占比为 25%，是全球仅此于台湾的 第二大地区。盈利能力稳定，研发投入稳定增长：科磊半导体作为全球半导体前道检测设备龙头，公司在产业链中语权较强，2015-2020 年，公司毛利率维持在 60%左右。2020 年公司毛利率 为 57.81%，较 2019 年下降了 1.27%，主因为被收购公司 Orbotech 无形资产摊销，服务、 生产价格上升所影响。占比最大的半导体过程控制系统产品毛利率较稳定，维持在 64% 左右。公司销售、行政及一般费用率近年来呈现先降后升趋势，2019 年期间费用率上升 主要受 Orbotech 并购所致。净利率近年来有所波动，但仍持在 20%左右的高水平。公司持续加大研发投入，研发费用占营业收入比例稳定在为 15%左右。4. 国产前道检测设备迎头追赶
根据 VLSI Research 数据统计，半导体制造设备支出占半导体设备总支出的 80%左右，前 道半导体检测设备约占半导体制造设备的 13%，此前 SEMI 预测 2020 年及 2021 年中国 半导体设备总支出分别为 173 及 166 亿美元，由此可以粗略估算出 2020 年和 2021 年国 内前道检测设备市场约分别为 18.0 亿美元和 17.3 亿美元。在半导体前道检测设备工艺上，国内半导体设备厂商于国外龙头差距较大，因该领域多 处运用到尖端光学、电子束等技术，国内厂商短期在核心技术上突破难度较大。但国内厂商科研成果已经逐渐显现，在特定领域已有少批量设备进入国内外领先存储和逻辑厂。国内重点布局企业有睿励科学仪器（上海）、中科飞测、上海精测和赛腾股份。上海睿励的薄膜测量设备成功进入三星和长江存储生产线；中科飞测的晶圆表面颗粒检测机成功打入中芯国际生产线，智能视觉检测系统成功进入长江存储生产线，椭偏膜厚量测仪进 入士兰微生产线；上海精测的膜厚测量设备已经成功小批量生产并进入长江存储生产线；赛腾股份控股子公司 Optima 的晶圆缺陷检测设备持续获得上海新昇半导体订单。4.1 睿励科学仪器（上海）-国产半导体前道光学检测设备领跑者睿励科学仪器（上海）是于 2005 年创建的合资公司，致力于研发、生产和销售具有自主 知识产权的集成电路生产制造工艺装备产业中的工艺检测设备。公司的产品填补了国家 重大产业链中的重要空白。目前拥有的主要产品包括光学检测设备、硅片厚度及翘曲测 量设备及宏观缺陷检测设备等。睿励科学仪器（上海）自主研发的 12 英寸光学测量设备 TFX3000 系列产品，已应用在 28 纳米芯片生产线并在进行 14 纳米工艺验证，在 3D 存储芯片上达到 64 层的检测能力。产品目前已成功进入世界领先芯片客户 3D 闪存芯片生产线，并取得 7 台次重复订单，是目前进入该国际领先芯片生产企业唯一的国产集成电路设备产品。睿励科学仪器（上海） 产品还进入国内多家领先芯片生产企业生产线，其产品和技术能力已获得业界的认可。此外，睿励科学仪器（上海）应用于 LED 蓝宝石衬底图形检测的自动光学检测设备，也 已成功进入众多客户国内 LED 外延芯片生产线。2019 年 8 月 22 日，国内半导体设备介质刻蚀龙头中微公司发布公告，对睿励科学仪器（上 海）投资 1,375 万元，投资完成后中微公司持股睿励科学仪器（上海）10.41%。睿励科学 仪器（上海）2018 年营业收入约为 0.27 亿元，2019 年上半年营收约为 0.08 亿元。4.2 中科飞测-中科院深入合作企业，已进入国内领先逻辑和存储厂深圳中科飞测科技有限公司是以海外留学归国的研发和管理团队为核心、与中科院微电 子研究所深入合作、自主研发和生产工业智能检测装备的高新企业，检测技术在行业处 于国际前沿地位，检测设备在高端市场实现设备的国产化。公司最具代表的产品和服务有：三维形貌量测系统 CYPRESS 系列，表面缺陷检测系统 SPRUCE 系列，智能视觉缺 陷检测系统 BIRCH 系列，3C 电子行业精密加工玻璃手机外壳检测系统 TOTARA 系列。公司于 2017 年获得国家科技部重点研发计划“重大科学仪器设备开发”重点专项立项。中科飞测与中芯国际、长江存储、长电科技、华天科技、通富微电、士兰微等，都有深 入的合作关系。公司研发成果初显，少批量产品已经成功进入国内领先逻辑和存储厂。据新浪财经报道，在集成电路领域，中科飞测已经全面覆盖了先进封装光学检测市场需求，几款半导体前道产品实现了国产设备零的突破，并从 2016 年开始陆续进入中芯国际、 长江存储等国内大厂；根据 5 月 20 日中科飞测主页报道，公司椭偏膜厚量测仪作为首批设备，正式搬入厦门士兰集科微电子有限公司。在工业 3C 和泛半导体领域，公司工业 3D 检测设备进入了蓝思、比亚迪、华为等厂商；柔性 OLED 检测设备也进入了面板厂。4.3 上海精测-聚焦椭圆偏振技术，膜厚量测产品已进入 领先存储厂生产线上海精测为上市公司武汉精测电子集团股份有限公司的控股子公司，主要聚焦半导体前道检测设备领域，以椭圆偏振技术为核心开发了适用于半导体工业应用的膜厚量测以及光学关键尺寸量测系统。上海精测膜厚产品已取得国内一线客户的批量重复订单，电子显微镜的相关设备预计在 2020 年推向市场，其余储备的产品目前正处于研发、认证以及 扩展的过程中。上海精测成功引入国家集成电路产业投资基金股份有限公司、上海半导 体装备材料产业投资基金合伙企业（有限合伙）等专业投资机构，有利于公司整合行业 内资源。2020 年上半年精测电子在整个半导体板块实现销售收入 501.17 万元。精测电子 主要从事半导体、显示、新能源检测系统的研发、生产与销售。公司是目前国内平面显 示信号测试领域的龙头企业，产品已在京东方、三星、LG、夏普、松下、中电熊猫、富士康、友达光电等知名企业批量应用，并大量用于苹果公司的 IPhone 和 IPad 系列产品显 示测试。公司及母公司积极参与行业内相关公司并购：2020 年 6 月上海精测半导体技术有限公司以 自有资金 4920 万元购买参股公司武汉颐光科技有限公司剩余 82%的股权。武汉颐光是国 内专业从事高端椭偏仪以及光学纳米测量设备研发、制造与销售的高新技术企业，由多位具有二十多年偏振光学测量经验的专家联合创办，与华中科技大学紧密合作，是椭偏 光学仪器领域的优秀技术团队。母公司精测电子积极布局半导体设备领域，精测电子与 IT&TCO.,LTD 合资设立的武汉精鸿电子技术有限公司主要聚焦自动检测设备（ATE）领 域（主要产品是存储芯片测试设备），目前已在国内一线客户实现批量重复订单。2019 年，精测电子通过增资的方式已取得 WINTEST 株式会社 60.53%的股份（主要产品是驱 动芯片测试设备），目前 WINTEST 已实现批量的订单，另外 WINTEST 在武汉的全资子 公司伟恩测试技术（武汉）有限公司已设立完成，主要聚焦驱动芯片测试设备领域，通 过对 WINTEST 半导体检测领域相关技术的引进、消化和吸收，使公司已具备相关产品 的研发及生产能力，目前已取得批量的订单。4.4 赛腾股份-并购 Optima，强势切入国内半导体前道缺陷检测设备领域赛腾股份主要从事智能制造装备的研发、设计、生产、销售及技术服务，为客户实现智 能化生产提供系统解决方案，产品和服务涉及消费电子、汽车（新能源汽车）、半导体及 锂电池等业务领域。赛腾股份通过外延并购进入高端半导体前道检测领域，在 2019 年以 约合 16,395 万元收购日本 Optima 株式会社 67.53%股权，并在 2020 年 6 月对 Optima 株 式会社增资 120,000 万日元，增资完成后，公司共持有 Optima 株式会社 73.75%股权。Optima 株式会社成立于 2015 年 2 月，主要经营半导体前道检测设备的开发、制造、销售 以及服务业务，前身为成熟晶圆检测设备商 Raytex。Optima 在国内客户主要包括上海新 昇半导体、西安奕斯伟、中环领先半导体等，其产品覆盖晶圆边缘、前表面、后表面的 缺陷检测。根据赛腾股份披露，Optima 株式会社 2018 年、2019 年 8-12 月和 2020 年上半年营业收入 分别约为 1.79 亿元、8,582.31 万元和 9,046.06 万元，2020 年上半年营业收入、盈利能力 明显提升。
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