相较半导体设计、封测环节,晶圆制造是中国大陆当前半导体行业短板,自主可控驱动本土晶圆厂逆周期大规模扩产。据SEMI数据,2021-2022年全球新增晶圆厂29座中,中国大陆新增8座,占比达到27.59%。然而,中国大陆市场晶圆产能缺口依旧较大,2021年底晶圆全球产能占比仅为16%(包含台积电、海力士、三星等外资企业在本土的晶圆产能),远低于半导体销售额全球占比(2021年约35%)。在自主可控驱动下,本土晶圆厂具备较强逆周期扩产诉求。
在半导体行业下行周期中,2022年8月26日,中芯国际拟在天津投资75亿美元建设12英寸晶圆代工生产线万片/月。此外,中芯国际拟将2022年资本开支计划从320.5亿元上调到456.0亿元,均进一步验证逆周期扩产需求。
就具体晶圆厂而言,我们统计发现,仅华虹集团、中芯国际、长江存储、合肥长鑫四家晶圆厂未来合计扩产产能将过100万片/月。
根据集微咨询统计,2022年初中国大陆共有23座12英寸晶圆厂正在投入生产,总计月产能约为104.2万片,与总规划月产能156.5万片相比,产能装载率仅达到66.58%,仍有较大扩产空间
同时,集微咨询预计中国大陆未来5年(2022年-2026年)还将新增25座12英寸晶圆厂,总规划月产能将超过160万片。由此可见,在全球晶圆产能东移持续推进背景下,中国大陆对晶圆设备的需求有望长期维持高位。
✓1)对128层及以上3D NAND芯片、18nm半间距及以下DRAM内存芯片、14nm以下逻辑芯片相关设备进一步管控。考虑到本土28nm以下逻辑芯片扩产需求较少,市场担忧主要聚焦在2024年后存储扩产预期。
✓2)在没获得美国政府许可情况下,美国国籍公民禁止在中国从事芯片开发或制造工作,包括美国设备的售后服务人员,引发市场对本土半导体设备企业美籍高管&技术人员担忧。
展望未来,我们大家都认为市场对本次制裁升级应该更加理智看待,2024年以后行业预期不必过分悲观。具体来讲,我们大家都认为本次制裁升级对半导体设备行业的影响整体可控:
1)短期来看,我们大家都认为2022-2023年存储的扩产影响不大,对相关设备公司业绩的影响较小,2022Q4和2023年业绩受制裁影响不大。
2)中长期来看,2024年以后存储及14nm或以下制程扩产虽有一定不确定性,但我们大家都认为随着美国对中国半导体产业持续打压,会加速半导体产业国产替代。参照2017年以来中国半导体设备企业的长足进步,收入端实现数倍增长,技术层面上也在128L 3D NAND、18nm DRAM领域已有一定储备。2024年后本土半导体设备企业在128L 3D NAND、18nm DRAM是不是能够实现突破,我们该持有更加乐观的态度,看好制裁升级背景下加速设备国产替代进程。
量/检测是半导体制造重要的质量检查工艺,涉及膜厚、折射率、膜应力等参数测量,以及各类表面缺陷检验测试等,对硅片厂/晶圆厂保障产品良率、产品一致性、减少相关成本等至关重要。
根据应用场景的不同,量/检测设备大致上可以分为量测、检测两大类,其中检测设备占比高达63%。1)检测设备:大多数都用在检测晶圆结构中出没出现异质情况,如颗粒污染、表面划伤、开短路等特征性结构缺陷;2)量测设备:指对被观测的晶圆电路上的结构尺寸和材料特性做出量化描述,如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理参数的测量。
按照技术原理划分,量/检测设备可分为光学、电子束、X光三大类,其中光学占比高达75%。1)光学:对晶圆破坏性小,同时具备批量、快速检测的优点,大范围的应用于晶圆表面杂质颗粒、图案缺陷等检测,以及膜厚、关键尺寸、套刻精度、表面形貌等测量;2)电子束:精度高于光学技术,但是速度较慢,适用于部分核心工艺的抽检;3)X光:穿透力强、无损探测,适用于超薄薄膜测量、特定金属成分检测等少数特殊场景。
量/检测设备在半导体设备中价值量占比较高,2019年销售额占比达到11%,仅次于三大核心设备(薄膜沉积、光刻和刻蚀),排名第四,明显高于清洗、涂胶显影、CMP等环节。
细分设备类别来看,2020年各类缺陷检验测试类设备占据量/检测设备近六成市场占有率,其中纳米图形晶圆缺陷检验测试设备、掩模版缺陷检验测试设备、无图形缺陷检验测试设备、图形缺陷检验测试设备价值量占比分别达到24.7%、11.3%、9.7%和6.3%。此外,关键尺寸量测设备也是前道量/检测设备重要组成部分,2020年价值量占比达到10.2%。
受益于中国大陆晶圆厂逆周期扩产需求,我们预计2023年中国大陆量/检测设备市场规模将达到326亿元,其中纳米图形晶圆缺陷检验测试设备、掩模版缺陷检验测试设备、关键尺寸量测设备、无图形晶圆缺陷检验测试设备市场规模将分别达到80、37、33、32亿元。
全球范围内来看,KLA在半导体量/检测设备领域一家独大。全球前道晶圆量/检测设备市场长期由KLA、AMAT、Hitachi等海外龙头主导,其中KLA一家独大,2020年全球市场占有率高达51%,尤其是在晶圆形貌检测、无图形晶圆检测、有图形晶圆检验测试领域,KLA在全球的市场占有率更是分别高达85%、78%、72%。
KLA盈利水平明显优于AMAT、LAM等半导体设备龙头,进一步验证量/检测是半导体设备中竞争格局较好、技术附加值较高的环节之一。1)毛利端:KLA毛利率中枢常年保持在约60%,远超AMAT、LAM、ASML和TEL(中枢40-50%);2)净利端:2022财年KLA净利率高达36%,同样遥遥领先于其他半导体设备龙头。3)研发端:KLA研发投入力度常年高于AMAT、LAM、TEL,进一步验证量/检测设备的技术密集性和高附加值。
量/检测设备是前道国产化率最低的环节之一,2022年国产化率仍不足10%。1)中科飞测、上海精测、上海睿励三家企业2021年出售的收益合计约为5.13亿元,对应市场占有率不足3%。2)若以批量公开对外招标的华虹无锡和积塔半导体为统计标本,2022年1-10月份2家晶圆厂合计完成量/检测设备招标60台,国产设备中标5台,对应国产化率仅为8%,远低于去胶机、刻蚀设备、薄膜沉积设备等环节。
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