【康沃真空網】（報告出品方/作者：東亞前海證券/李子卓）
1 2021年半導體設備行情回顧
1.1.半導體設備板塊表現和持倉
2021年以來（截至2021/12/23），半導體設備在機械板塊中漲跌幅排名第二。分季度來看，Q1漲幅排名第十三，Q2排名第十五，Q3排 名第九，排名呈上升趨勢。半導體設備持倉比例持續上升。2021Q3半導體設備在公募基金的持倉比例為0.71%，環比上升0.17pct。自2019Q3以來，半導體設備的持 倉比例由0.1%持續上升，但2020Q4、2021Q1連續下降，此后快速反彈至歷史最高水平。
1.2.半導體設備板塊持倉集中度較高
半導體設備持倉比例和市值均有所上升。2021Q3公募基金重倉股中半導體設備的持倉市值達453.01億元，環比增加32.42%；持倉市值占 比達到0.71%，環比上升0.17pct。北方華創(305.400, -9.20, -2.92%)、中微公司(116.530, -1.84, -1.55%)、晶盛機電(61.240, -1.23, -1.97%)持倉排名前三位。2021Q3公募基金對半導體設備公司的持倉集中度較高，北方華創、中微公司和晶盛 機電持股市值分別為236、69和59億元，占整個半導體設備板塊的80.1%，較2021Q2的88.8%有所下降。
1.3.2021Q3半導體設備板塊業績創單季新高
2021Q3營收和歸母凈利潤均創下2019年以來單季新高。2021Q3半導體設備板塊的營收和歸母凈利潤分別為79億元和15億元，同比增長 率分別為47.2%和53.4%，均創下2019年以來單季度新高。合計來看，2021Q1-Q3的營收和歸母凈利潤分別為211.0億元、38.7億元，同比 增長率分別為55.9%、85.2%。按個股來看，2021Q1-Q3營收的最大值/中位數/最小值及對應的公司分別為61.7（北方華創）/14.3（華興 源創）/5.5（芯源微(144.010, -6.21, -4.13%)）億元；歸母凈利潤的最大值/中位數/最小值及對應的公司分別為11.1（北方華創）/2.7（華興源創(37.160, -0.08, -0.21%)）/0.5（芯源微） 億元；2021Q1-Q3營收同比增速的最大值/中位數/最小值及對應的公司分別為158.2%（芯源微）/60.6%（晶盛機電）/14.6%（萬業企業(27.620, -1.51, -5.18%)）， 歸母凈利潤同比增速的最大值/中位數/最小值及對應的公司分別為265.4%（長川科技(49.750, 0.00, 0.00%)）/95.7%（中微公司）/18.8%（芯源微）。
2 半導體設備需求步入上行區間
2.1.2021、2022年全球半導體市場將持續正增長
全球半導體產業景氣上行。1）5G、汽車電子、IoT以及AI等新興應用領域快速發展，使得全球芯片需求側穩定增長；2）疫情推動全球 范圍內遠程辦公/教學迅速普及，相關下游需求激增；3）自2020年Q3以來，全球半導體行業發生了嚴重的芯片短缺，預計芯片缺貨至少 延續至2022年才能緩解。多家產業研究機構預測全球半導體產業2021年的平均增速為24%，而2022年的平均增速為12%。全球半導體設備市場有望繼續高增長，至2022年創下千億美元新高。SEMI《World Fab Forecast report》（2021/09）預測，受益全球工 業數字化對前沿技術的強勁需求，全球晶圓廠設備支出在2021年將增長44%至914億美元；2022年增速下降為8%，但支出將創下歷史新 高980億美元。
2.2.半導體設備市場表現向好
2021年1~10月全球半導體設備市場 持續增長。北美半導體設備出貨額 自2020年10月至2021年10月，已連 續25個月實現同比正增長，2021年 1~10月累計同比增長43.5%；日本 半導體設備出貨額2021年1~10月累 計同比增長31.9%。
2021Q3全球龍頭半導體設備廠商營 收增長，全年仍有望保持高增長。2019Q4以來，受益全球半導體市場 景氣復蘇，以ASML、AMAT、 LAM、KLA為代表的國際半導體設 備龍頭公司單季收入恢復同比正增 長。2021Q3，各企業收入表現出同 比增長，但增速出現分化，LAM、 AMAT（半導體設備業務）增速均 超過50%；而KLA（26.7%）、 ASML（22.0%）的增速較小。
2.3.全球主要半導體企業紛紛上調資本開支
從資本開支角度看，全球主要半導體企業紛紛調增資本開支，將拉動對半導體設備的需求。2021年，受終端5G手機、服務器、筆電等需求強勁以及 下游晶圓產能緊張的影響，上述主要公司紛紛上調資本開支。（報告來源：未來智庫）
3 全球半導體設備行業格局
3.1.全球半導體設備市場大幅增長，市場呈現寡頭壟斷格局
預計2021年全球半導體設備市場銷售額將創下新記錄。半導體行業具 有周期性。受中國大陸以及韓國資本開支大幅增加的拉動， 近5年半導體設備市場的增長主要由中國大陸、中國臺灣以及韓國驅動。2015~2020年，全球半導體設備市場規模的CAGR為14.3%，其中中國大 陸、韓國以及中國臺灣半導體設備市場規模的CAGR依次為30.7%、 16.6%以及12.2%，是驅動全球增長的主要動力。2020年中國大陸 （26%）、中國臺灣（24%）和韓國（23%）半導體設備市場規模排在 前三位；日本（11%）、北美（9%）、歐洲（4%）依次位居榜后。
3.2.全球半導體設備產業高度集中，先發優勢下強者恒強
全球半導體設備產業高度集中，龍頭企業先發優勢明顯。國際半導體企業經過數十年發展， 行業市場份額向頭部廠商集中，半導體設備巨頭通過“內生+外延”擴大在細分領域的領先優勢，形成強者恒強的局面。
3.3.全球主要半導體設備制造商主要集中在美國、日本、荷蘭等國
全球主要半導體設備制造商主要集中在美國、日本、荷蘭等國。從企業分布來看，全球知名的半導體設備制造商主要集中在美國、日本、荷 蘭等國家；從半導體設備產品看，美國主要控制等離子刻蝕設備、離子注入機、薄膜沉積設備、掩膜版制造設備、檢測設備、測試設備、表 面處理設備等，代表性企業包括AMAT、KLA、LAM等；日本則主要控制光刻機、刻蝕設備、單晶圓沉積設備、晶圓清洗設備、涂膠機/顯 影機、退火設備、檢測設備、測試設備、氧化設備等，代表性企業包括TEL、DNS、Advantest等；而荷蘭則是憑借ASML的高端光刻機在全 球處于領先地位。
4 景氣高漲疊加國產化加速， 本土設備廠商迎發展良機
4.1.中國大陸半導體設備市場空間廣闊、自給率低
中國大陸的半導體設備需求量大，但自給率低。2020年，中國半導體設備市場規模為187億美元，同比增長39.2%。2010年以來，中國在半 導體產業“第三次轉移”中扮演著越來越重要的角色，目前中國半導體市場規模已經位居全球第一，但本土芯片制造能力不足的弊端也日益顯 現，比如半導體設備和關鍵原材料與世界一流水平差距較大甚至部分領域無可替代產品。
4.2.本土設備廠商不斷突破，產品獲得國內外晶圓廠認可
中國半導體設備產業涌現出一批優秀的國產設備制造商。在IC領域的主要關鍵設備方面，中國已基本具備自主研發能力，本地化配套能力 顯著增強。北方華創是國內可提供IC設備品類最多的公司，包括刻蝕機、PVD、氧化爐、LPCVD、清洗機、ALD、外延設備以及氣體質量 流量計等，已在多條國內外主流產線上驗證和使用。中微公司的CCP刻蝕機打破美國壟斷，在亞洲、歐洲的數十條生產線上交付超過1150個 反應臺，其中5nm刻蝕機進入臺積電產線；ICP刻蝕機面世以來快速獲取訂單。盛美上海(107.200, -3.33, -3.01%)的清洗設備、上海精測的工藝檢測設備、芯源微的 勻膠顯影設備、沈陽拓荊的PECVD、凱世通的離子注入機、華海清科的CMP等一批晶圓制造前道設備均已進入國內外一流產線驗證或使用。
4.3.長存中標數據顯示部分設備國產化率大幅提升
2021年1月，來自于上海微電子的首臺國產光刻機中標長江存儲；ALD設備、離子注入設備、勻膠顯影設備的國產化率仍為零。在本土供應商中，北方華創（熱處理/PVD/刻蝕）、中微公司（刻蝕）、 屹唐半導體（去膠/刻蝕/清洗）、盛美半導體（清洗）、華海清科（CMP）、上海精測（量測）、沈陽拓荊（CVD）、武漢精鴻（ATE） 等企業，均獲得了批量重復訂單。（報告來源：未來智庫）
5 半導體設備投資圖譜
5.1.IC制造流程包括硅片制造、晶圓制造、封裝測試三個主要環節
IC制造流程包括硅片制造、晶圓制造、封裝測試三個主要環節，晶圓制造設備是IC制造過程中最主要的設備大類，其價值量占所有設備 的比例約為80%。硅片制造設備：首先將半導體級硅制造成符合規格的單晶硅棒材，再經過一系列的拋光、刻蝕和清洗等工藝流程，制造成硅單晶缺陷、 金屬雜質、晶體原生缺陷、表面顆粒尺寸和數量等技術指標達標的硅片/外延硅片；硅片制造設備主要包括單晶爐、切割機、磨片機、 倒角機、刻蝕機、拋光機、清洗機以及檢測設備等。
晶圓制造設備：在硅片上加工集成極小的微型電路，使之具有特定電性功能。主要使用的設備包括光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備、離 子注入設備、熱處理設備、清洗機、拋光機以及工藝檢測設備等。封裝設備：將晶圓裸片裝配為集成電路產品，過程中使用到的設備包括晶圓減薄機、切割機、黏片機、引線鍵合機以及一些先進封裝設 備等。測試設備：對硅片或晶圓的質量、性能進行量檢測的設備，主要包括ATE、分選機、探針臺等。
5.2.硅片制造工藝包括長晶、整型、切片、磨片倒角等
半導體硅片的生產流程依次包括拉晶、整型、切片、倒角、研磨、刻蝕、拋光、清洗、檢測、包裝等步驟。半導體硅片制造包括多道 供需，其中拉晶、研磨和拋光工藝是決定硅片質量的關鍵步驟。半導體硅片制造使用的設備包括單晶爐、滾磨機、切片機、倒角機、研 磨設備、CMP拋光設備、清洗設備、檢測設備等。
5.3.晶圓制造是擴散、光刻、刻蝕等主要工藝的多次重復
晶圓制造過程主要包括擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、化學機械拋光、金屬化七個相互獨立的工藝流程。集成電路制造過 程復雜通常需要花費1個半月到2個月的時間，涵蓋步驟至少有350道，但只是有限的幾種工藝，如薄膜沉積、光刻、刻蝕、注入、拋光 等的多次運用。
5.3.1.薄膜沉積在晶圓表面構建不同功能的淀積層
集成電路薄膜沉積工藝可分為物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）和外延三大類。PVD是指通過熱蒸發、濺射或者電離等 方法處理材料源的物理方法，將物質原子轉移至硅片表面并形成薄膜的技術，多應用于金屬膜沉積；CVD是指含有薄膜所需原子或分子 的化學物質在反應室內混合并反應，其原子或分子淀積在晶圓表面形成，可應用于絕緣薄膜、多晶硅以及金屬膜層的沉積；外延是一種 在硅片表面按照襯底晶定向生長單晶薄膜的工藝。不同工藝節點對膜質量、厚度以及孔隙溝槽填充能力等的要求不同，常用CVD設備包 括APCVD、LPCVD、PECVD、HDPCVD以及FCVD等。
5.3.2.北方華創、沈陽拓荊開啟薄膜沉積設備的進口替代
薄膜沉積設備也已開啟進口替代，北方華創是國內PVD/ALD設備的領軍企業。在薄膜沉積設備領域，全球主要廠商包括美國的應用材 料（ AMAT)、泛林（ Lam Research)，日本的東京電子（TEL）等。國內企業在薄膜沉積設備上不斷取得突破，北方華創（002371.SZ） 自主開發的系列PVD設備已經用于28nm生產線中，用于14nm工藝的PVD設備實現重大進展；沈陽拓荊的PECVD設備也在多條芯片生產 線上得到應用。（報告來源：未來智庫）
6 中國半導體設備龍頭概覽
6.1.北方華創：國內品類最豐富的泛半導體設備龍頭
公司是國內產品體系最豐富、涉及領域最廣的高端半導體工藝設備供應商。公司的主要業務板塊可分為半導體裝備、真空裝備、新能源 鋰電裝備及精密電子元器件四大類，具體是由原七星電子的半導體裝備相關業務與原北方微電子的全部業務整合而成。
“內生+外延”打造國內品類最豐富的泛半導體設備龍頭
重組后的北方華創主要包括四大業務板塊：1）半導體裝備：等離子刻蝕（Etch）、物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、 氧化/擴散、清洗等半導體工藝設備，以及核心零部件氣體質量流量控制器（MFC）；2）真空裝備：真空熱處理設備、氣氛保護熱處理 設備、連續式熱處理設備以及晶體生長設備等；3）新能源鋰電裝備：自動上料系統、真空攪拌機、涂布機、強力軋膜機、高速分切機 以及儲能系統等；4）精密元件：精密電阻、晶體器件、微波組件、模塊電源以及鉭電容器等。公司的業務主要通過三家子公司運營， 其中北方微電子主營泛半導體裝備業務、北方華創真空主營真空裝備及鋰電裝備業務、七星華創主營電子元器件業務。
平臺化發展助業績快速增長，政府補助貢獻較多利潤
“內生+外延”使公司營收快速增長，政府補助 貢獻較大利潤數額。2015~2020年，公司營收 從8.5億元升至60.6億元，CAGR約48%，歸母 凈利潤由0.4億元上升至5.4億元，CAGR約69%， 期間完成了與北方微電子的重組及美國Akrion 高端集成電路設備相關資產業務的收購，通過 “內生+外延”并舉的方式不斷拓寬產品線，實 現了高速增長。在下游需求拉動下，公司業績 實現高增。2021Q1~Q3營收為61.7億元，同比 增61.0%；歸母凈利潤為6.6億元，同比增 101.6%。以政府補助為主的非經常性損益長期 為公司貢獻了較大程度的利潤，但在近期切換 為業績驅動，2021Q1~Q3年公司實現扣非歸母 凈利潤5.3億元，非經常性損益1.3億元，其中 政府補助1.5億元。分業務來看，公司主營業 務包括電子工藝裝備、電子元件，2021H1分 別實現營業收入/占營收比例28.3億元/78.3%、 7.7億元/21.4%；電子工藝裝備業務包括半導體 設備和真空設備，2020年分別占裝備業務比例 為85.3%和14.7%。2015~2020年，公司營業收 入的增長主要由電子工藝裝備的高增長導致， 期間電子工藝裝備、電子元件的CAGR分別為 48.7%、17.7%。
大力投入研發保障長期領先，盈利能力穩中有升
始終保持高額研發投入，費用率與毛利率維持平穩。2015~2020年公司研發支出穩步增長， 占營收比例均高于25%，2021Q1~Q3的研發支出為8.7，占營收比例為14.1%，同比大幅上 升191.6%。公司毛利率水平維持在35%以上，2021Q1~Q3為40.9%；凈利率呈上行趨勢， 2021Q1~Q3為12.3%。公司銷售費用率、財務費用率較低，分別在5%、-0.7%~2%左右的 水平；但是管理費用率較高，2021Q1~Q3為10.5%。
6.2.華峰測控(409.830, -5.00, -1.21%)：深耕半導體測試設備的高增長龍頭
公司深耕半導體測試系統領域二十余年，成為本土最大半導體測試系統供應商。公司成立于1993年，其前身是航空航天工業部第一研 究院下屬北京光華無線電廠設立的企業，2020年2月于上交所科創板掛牌上市。公司成立后歷時數年開發了STS 2000系列產品，覆蓋模 擬、數字、繼電器、分立器件等類別的測試需求；2008年，公司成功開發了滿足集成電路測試行業需求的新一代STS 8200平臺；2014年， 公司推出了“CROSS”技術平臺，可在同一個測試技術平臺上通過更換不同的測試模塊提高了平臺延展性；2018年成功開發了最新一代的 STS 8300平臺，并進軍SoC測試領域，目前已獲得中國大陸、中國臺灣及美國客戶的訂單。自成立以來，公司憑借產品的高性能、易操 作和服務優勢等特點，在模擬/數模混合測試機領域打破了國外廠商的壟斷地位，成為目前國內最大的半導體測試系統本土供應商，并 進入了國際封測市場供應商體系。公司國內市占率50~60%（國內市場一直在增長），全球占10%左右（持續拓展海外市場）。
6.3.中微公司：本土半導體設備企業明日之星
刻蝕設備龍頭，引領市場發展。中微公司聚焦用于集成電路、LED芯片（也包括先進封裝、MEMS）等微觀器件領域的等離子體刻蝕設 備、深硅刻蝕設備和MOCVD設備等關鍵設備的研發、生產和銷售。公司的等離子體刻蝕設備已在國際一線客戶從65納米到14納米、7 納米和5納米的集成電路加工制造及先進封裝中有具體應用；公司的MOCVD設備在行業領先客戶的生產線上大規模投入量產，已成為 世界排名前列、國內占領先地位的氮化鎵基LED設備制造商。
“優質賽道+過硬綜合實力”推動業績持續高增長
受益優質賽道及綜合能力，公司業績保持 高速增長。公司2016~2020年，主營業務 收入整體呈現高速增長的態勢，CAGR約 38.9%；歸母凈利潤在2017年實現扭虧為 盈，2017~2020年的歸母凈利潤大幅增長 CAGR約153.7%。2021Q1~Q3公司業績快 速增長，營收為20.7億元，同比增40.4%， 歸母凈利潤為5.4，同比95.7%。分業務來 看，2021H1公司專用設備、備品備件、設 備維護及其他分別實現收入10.8（占比 80.5%）、2.5（占比18.5%）、0.14億元 （占比1.0%）。專用設備中，刻蝕機實現 收入8.6億元（占專用設備79.7%），同比 增長83.8%；MOCVD設備實現收入2.2億 元（占專用設備20.3%），受LED產線建設 低迷的影響，同比下降10.1%。公司盈利 能力穩步增長，2021Q1~Q3的毛利率和凈 利率分別為42.7%和26.1%。
深耕刻蝕擴大工藝覆蓋率，拓展品類打開市場空間
深耕刻蝕領域，由CCP向ICP拓展。公司刻蝕機產品可按CCP、ICP，單、雙反應臺兩個尺度，分為四個品類，即CCP單反應臺產品 （SSC系列）、CCP雙反應臺產品（DSC系列）、ICP單反應臺產品（Nanova）以及ICP雙反應臺產品（Twinstar、TSV刻蝕機）。公司 的刻蝕機產品從CCP切入，逐步拓展至ICP，于2018年正式發布第一代ICP刻蝕機Nanova。2021年3月，公司在Semicon China宣布了 TwinStar進入市場；6月，Nanova第100臺反應腔順利交付，標志著公司ICP產品發展邁入了新的階段。
布局CVD及工藝檢測賽道，打造IC制造設備平臺型企業
布局CVD及工藝檢測賽道，打造IC制造設備平臺型企業。在集成電路制造設備領域，公司有望進一步向CVD及工藝檢測領域進行拓展。CVD領域：公司持有沈陽拓荊股權比例約11.2%。沈陽拓荊成立于2010年4月，是由海外專家團隊和中科院所屬企業共同發起成立的國 家高新技術企業，專業從事高端半導體薄膜設備開發，多次承擔國家重大專項。工藝檢測領域：公司2020年12月投資上海睿勵，持股比 例約1.2%。上海睿勵是集成電路生產前道工藝檢測設備生產商，是國內少數幾家進入國際領先12英寸生產線的高端裝備企業之一，且是 國內唯一進入某韓國領先芯片生產企業的國產集成電路設備企業。若中微將產品類別由刻蝕機延伸至CVD及工藝檢測設備，則產品覆 蓋范圍將擴大至所有晶圓制造設備市場規模的50%左右，對應全球市場空間356億美元、國內市場空間94億美元。
