行業發展概況
（一）半導體設備是國產化的核心領域
半導體是許多工業整機設備的核心，普遍應用于計算機、消費類電子、網絡通信、汽車電子等核心領域，半導體主要由四個部分組成：集成電路、光電器件、分立器件和傳感器，其中集成電路在全球總銷售額中的占比高達80%以上，是半導體產業鏈的核心領域。
圖1. 半導體各個細分板塊簡介
集成電路產業鏈通常以芯片設計、制造和封裝測試為三大環節，從市場需求調研中來再回到市場需求中去，是一個閉環回路。設備材料與制造和封裝測試聯系最為緊密，對應分為前道設備和后道設備，晶圓材料和封裝材料。設備材料在高端領域處于美歐日壟斷狀態，“卡脖子”問題突出，是當前及未來國產化重點突破的領域。
圖2. 半導體產業鏈示意圖（以集成電路為例）
根據SIA的統計報告，2019年中國在晶圓制造設備領域的占比僅為2%，晶圓制造設備基本上被美歐日壟斷，設備“卡脖子”問題尤為明顯。隨著國家扶持力度的不斷加大，制造企業與國產設備企業的合作意愿較強，國產化進度明顯加快，市占率不斷提升，半導體設備是未來長周期必選的優質賽道。半導體設備資本投入大，人才缺乏，行業壁壘較高，能獲得優勢資源的各細分領域的龍頭企業，市占率的提升預計將快于同領域的其他企業。
根據SIA數據統計，全球半導體設備大致可以分為11大類，50多種機型。前道設備主要有光刻機、刻蝕機、薄膜沉積機、離子注入機、CMP設備、清洗機、前道檢測設備和氧化退火設備八大類，后道設備主要分為測試設備和封裝設備。前道設備用于晶圓制造過程，覆蓋從光片到晶圓的成百上千道工序。光刻機、薄膜沉積設備、刻蝕及清洗設備、前道檢測設備和后道檢測設備2019年全球銷售額市場份額占比分別約為19%、19%、25%、9%和9%。
2020年全球半導設備產業結構中，前道設備在總銷售額中的占比約85%，后端測試設備占比約9%，后道封裝設備占比約6%。目前全球前道設備市場份額主要由美歐日企業壟斷，幾家頭部設備大廠美國AMAT占比約為17.0%，荷蘭ASML占比約為16.6%，日本TEL占比約12.5%，美國LAM占比約11.2%，美國KLA占比約6.3%，合計占比近64%。
圖3. 2020年全球半導體設備產業結構
全球半導體設備細分領域均呈現寡頭壟斷格局。根據Gartner數據，2019年全球光刻機主要由ASML一家壟斷，占據83%的份額；涂膠顯影/去膠市場主要由TEL一家壟斷，占據91%的份額；熱處理市場由AMAT、TEL和Kokusai三家壟斷，份額占比分別為40%、20%和19%；刻蝕市場主要由LAM、TEL和AMAT三家壟斷，份額占比分別為45%、28%和18%；離子注入市場主要由AMA、Axcelis和SMIT三家壟斷，份額占比分別為60%、18%和17%；PVD市場主要由AMAT一家壟斷，占據85%的市場份額；CVD市場主要由AMAT、LamResearch和TEL三家壟斷，份額占比分別為30%、26%和17%；清洗市場主要由SCREEN、TEL和Lam Research三家壟斷，份額占比分別為51%、27%和12%；CMP市場由AMAT和Ebara兩家壟斷，份額占比分別為66%和28%；流程控制市場主要由KLA、AMAT和Hitachi三家壟斷，份額占比分別為54%、11%和9%。
（二）中國大陸設備市場份額占比不斷提升
根據SEMI于2021年12月14日公布的《年終總半導體設備預測報告》，預計2021年原始設備制造商的半導體制造設備全球銷售總額將達到1030億美元的新高，比2020年的712億美元的銷售歷史記錄增長44.4%，預計2022年全球半導體制造設備市場銷售總額將擴大到1140億美元，同比增長11.2%，到2023年全球半導體制造設備市場銷售總額預計將略微下滑0.8%至1134億美元。
圖4. 全球半導體設備銷售額及同比增速
2020年中國大陸半導體設備銷售額為187.2億美元，同比增長39.2%，占全球半導體設備市場的26.3%，首次成為全球最大的半導體設備市場。根據歷史數據的年均增量，我們預計中國大陸半導體設備銷售額全球占比有望從2021年的28%提升到2023年的32%，呈逐年上升的趨勢。由此測算，2021年中國大陸半導體設備銷售額預計將達到287.8億美元，同比增長53.7%，預計2022年中國大陸半導體設備銷售額有望達到343.0億美元，同比增長19.2%，到2023年中國大陸半導體設備銷售額有望增長5.8%至362.9億美元。
圖5. 中國大陸半導體設備銷售額及同比增速
圖6. 中國大陸半導體設備銷售額全球占比變化趨勢
（三）半導體設備國產替代的黃金浪潮開啟
2019年5月15日，美國商務部將華為列入出口管制的實體清單，美國技術比例限制為25%，隨后2020年5月15日將25%的限制比例調整為凡是含有美國技術皆需美國行政許可，限制比例變為0%。2020年10月4日中芯國際發布公告，美國BIS已根據美國出口管制條例對于向中芯國際出口的部分美國設備、配件及原物料進行限制，隨后2020年12月4日美國商務部將中芯國際及其部分子公司及參股公司列入“實體清單”，限制中芯國際在10nm及以下技術節點獲取相關設備，直接導致中芯國際未來將擴產的重心放在了成熟制程上。隨著華為和中芯國際被制裁，設備國產化成為迫切需求，正式開啟了本輪國產替代的黃金浪潮。
行業發展趨勢
半導體設備及材料行業景氣度與國產替代進度、晶圓廠擴張以及技術迭代息息相關，國產替代進度和晶圓廠擴張決定著當前景氣周期內對國產半導體設備及材料的需求，而技術創新帶來的技術迭代則不斷驅動著半導體設備及材料的需求長周期持續向上，國產替代是本輪半導體設備及材料景氣度高企的核心驅動力。
(一) 國產替代：本土設備廠商驗證及導入速度加快
在中美貿易摩擦加劇之前，本土晶圓廠商為了盡快在半導體景氣周期內完成產線建設，一般都傾向于采購國外的成熟的設備，減少認證的周期和成本。而半導體設備的發展離不開晶圓廠協同開發的核心驅動作用，在過去很長一段時間國產設備發展緩慢，獲得驗證及導入的機會并不多。
隨著拜登政府延續并擴大了中美貿易摩擦以來的半導體政策：對內補貼芯片制造，對外拉攏臺積電和三星赴美建廠，同時繼續卡住對華關鍵企業的技術和設備出口，導致潛在的設備供應壓力和“實體清單”風險逐步加大，國內晶圓廠產能不斷擴張的同時，也在不斷地導入國產設備，扶持本土戰略供應商。國產半導設備產商獲得了難得的發展機遇期，國產化率正在穩步提升中，成為了未來比較確定的優質賽道。
(二) 晶圓廠擴張：半導體設備景氣周期持續
半導體設備收入的增長與晶圓廠擴張息息相關，晶圓廠擴產的資本支出中的70-80%將用于購買半導體設備，晶圓廠產能的持續擴張將會給半導體設備廠商的營收帶來比較大的增量。
頭部三家純晶圓代工廠資本開支近三年持續上行。據調研機構IC Insights發布的報告顯示，繼2021年激增36%之后，預計2022年半導體行業資本支出將大增24%，達到1904億美元的歷史新高，比三年前的2019年增長86%。在調研的全球13家樣本企業中，這13家公司2021年的總支出比2020年增長62%至606億美元，預計2022支出將同比增長52%至918億美元。其中統計的三大純晶圓代工廠TSMC、UMC和Global Foundries，2019-2022年的資本支出分別為149.37/172.4/300.43/420億美元、5.66/9.52/17.55/30億美元和7.73/5.92/17.66/45億美元，近三年均呈現快速增長態勢。
國內主要晶圓廠產能不斷擴張。截至2021年底，國內主要晶圓廠擴產計劃：中芯國際總擴產計劃24萬片/月，其中中芯京城10萬片/月，中芯深圳4萬片/月，中芯臨港10萬片/月；華虹半導體計劃擴產4萬片/月；長江存儲總產能規劃，一期10萬片/月，二期20萬片/月，總產能目標30萬片/月；合肥長鑫2021年擴產6萬片/月，2022年有望達到12萬片/月，總產能目標30萬片/月；粵芯半導體一期二期產能4萬年/月，總產能目標12萬年/月。
(三) 技術不斷迭代：設備需求長周期持續向上
由2010年左右開始的由手機和社交媒體等驅動的晶圓制程設備的需求周期慢慢地過渡到了由AR/VR、大數據、智能駕駛、機器學習、物聯網等新興應用驅動的新周期，而新興應用的出現帶來了更大的數據處理的需求，據AMAT預測數據處理量有望從2021年的13.8ZB增長到2025年的157ZB，增長超10倍。
數據處理量的持續高增長，驅動著邏輯芯片、存儲芯片（如DRAM、3DNAND）等不斷地去改良工藝制程：工藝制程步驟的增加，提升了設備數量的需求；新的材料和晶體管結構，催生了新的設備種類；工藝制程難度的加大，抬高了設備的銷售價格。未來半導體設備將持續迎來數量、種類和價格的三重共振，需求長周期持續向上。
行業發展前景
目前大力提高中國大陸半導體設備及材料供應商的競爭力，對保障中國半導體產業鏈安全具有顯著的溢出效益，有助于大大降低美國等出口管制所帶來的風險。因此，盡管存在巨大的進入壁壘，中國政府將繼續重點支持本土的半導體設備及材料行業，即使在中美關系緩和以及設備松綁的情況下，國產化大趨勢不變。
隨著半導體設備廠商逐漸登陸科創板或受到大基金扶持，如今不少本土企業的產品已經能夠用于28nm產線，部分產品如中微公司的CCP刻蝕機甚至已經進入了臺積電最先進的5nm邏輯芯片產線。回顧2021年很多國產半導體設備實現了0-1的跨越，2022年將逐步進入到1-N的放量過程，預計國產替代的進度將不斷加快。
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來源：半導體行業觀察
