半导体设备行业投资价值分析及发展前景预测

半导体设备行业投资价值分析及发展前景预测中国半导体设备行业竞争格局（一）半导体设备行业市场份额2021年我国半导体设备行业市场规模为2015亿元，根据行业内生产企业的业务收入进行核算，其中北方华创的市场份额占比位居第一，达到12．4％，其次是中微公司、盛美上海和至纯科技分别占比6．2％、5．7％和4．9％，长川科技、华海清科和新益昌占比3．5％、2．8％和1．6％，其他企业占比合计为62．9％。（二）半导体设备行业市场集中度在国内半导体设备市场集中度方面来看，整体市场集中度处于低速上升的趋势，行业分布格局较为分散，2020年行业CR5为29．6％，同比提高2．1个百分点，到2021年行业CR5超过30％，达到32．7％，同比提高3．1个百分点。（三）半导体设备行业地区分布从地区分布来看，基于地区的生产产值和企业分布的数量，华南和华东等地区的产业集中度较高，根据北京研精毕智的行业分析数据，2021年两者所占的市场比重分别为36．2％和29．8％，其次是华北、华中和东北地区的占比相对比较低，为9．2％、7．6％和5．1％，其他地区占比为12．1％，未来我国半导体设备行业集中度仍有进一步提高的发展空间。中国半导体设备行业市场处于高速发展期近年来，我国大陆半导体检测与量测设备行业处于高速发展期。根据数据，2020年中国大陆半导体检测与量测设备行业市场规模达21亿美元，同比增长24．3%，2016-2020年均复合增长率为31．6%。在市场竞争方面，由于国外知名企业凭借着规模大、产品线覆盖广度高、品牌认可度高等优势，占据我国主要市场份额，国产企业推广难度较大，导致我国半导体检测与量测设备行业国产化率较低。长期来看，随着国产企业在检测与量测领域突破不断增加，受益于国内半导体产业链迅速发展，我国半导体检测与量测设备行业国产化率有望在未来几年加速提升。全球半导体设备市场规模2016-2020年，全球半导体检测和量测设备行业市场规模保持高速增长趋势。根据数据，2020年全球半导体检测与量测设备行业市场规模达到76．5亿美元，同比增长20．1%，2016-2020年均复合增长率为12．6%，预计2022年市场规模将超90亿美元。根据产品类型，检测设备可细分为无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备、掩膜检测设备等；量测设备可细分为三维形貌量测设备、薄膜膜厚量测设备（晶圆介质薄膜量测设备）、套刻精度量测设备、关键尺寸量测设备、掩膜量测设备等。在半导体检测和量测设备市场各类设备占比中，检测设备占比最高，为62．6%，包括无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备、掩膜检测设备等；其次是量测设备，占比为33．5%，包括三维形貌量测设备、薄膜膜厚量测设备（晶圆介质薄膜量测设备）、套刻精度量测设备、关键尺寸量测设备、掩膜量测设备等。在市场竞争方面，全球半导体检测和量测设备行业呈现垄断的市场格局，主要企业包括科磊半导体、应用材料、日立等。其中，科磊半导体一家独大，市场份额占全球半导体检测和量测设备行业总规模的50．8%，市场规模达38．9亿美元。同时，全球半导体检测和量测设备行业市场集中度较高，CR5超过了82．4%，并且均来自美国和日本。半导体设备行业市场再创新高，空间广阔全球半导体设备支出进入上升周期。5G、物联网、大数据、人工智能以及汽车电子等新技术和新产品的应用，将带来庞大的半导体市场需求，行业将进入新一轮的上升周期。半导体设备位于产业链的上游，其市场规模随着下游半导体的技术发展和市场需求而波动。根据SEMI预测，2020年全球半导体设备市场规模达创纪录的689亿美元，同比增长16%，2021年将达719亿美元，同比增长4．4%，2022年仍旧保持增长态势，市场将达761亿美元，同比增长5．8%。半导体产业向中国转移，中国成为最大半导体设备市场。中国凭借低劳动力成本的优势，不断引进半导体产业先进技术，加大半导体产业人才培养，逐步承接了半导体低端封测和晶圆制造业务。随着全球电子化进程的开展，下游产业快速发展，不断推动中国半导体产业持续兴旺。中国大陆半导体设备市场规模在全球的占比逐年提升，SEMI预计2020年中国大陆半导体设备市场规模将达181亿美元，同比增长34．6%，成为全球*大的半导体设备市场。在2020年晶圆厂密集的资本支出之后，SEMI预计中国大陆2021年半导体设备市场将小幅回落，市场规模为168亿美元，同比下降7%。半导体设备市场为海外厂商垄断，国产设备企业奋起直追。2019年国产半导体设备销售额为161．82亿元，中国大陆2019年半导体设备市场规模134．5亿美元，国产化率约17%，具备较大空间。在当前美国持续加强技术和设备封锁的情况下，半导体设备步伐正在加快。国产设备企业在政策和资金大力支持下，在刻蚀、薄膜沉积、测试等多个领域不断取得突破。国产刻蚀设备、薄膜沉积设备和测试设备有望成为半导体设备国产化先锋。中微公司和北方华创分别在CCP和ICP刻蚀设备领域取得突破，部分产品已进入先进制程生产线验证；北方华创在PVD领域实现了国产**薄膜制备设备零的突破，设备覆盖了90-14nm多个制程，沈阳拓荆CVD设备成功进入长江存储生产线。华峰测控模拟测试机国内市占率已达60%，后续SOC项目推进可能为公司带来新的增长空间。半导体产业运作的两种模式：IDM和垂直分工模式半导体产业运作主要有两种模式，即IDM模式和垂直分工模式。如前文所述，半导体整个制造过程主要包括芯片设计、晶圆制造和封装测试三大环节。所谓IDM（IntegratedDeviceManufacture）模式，即由一个厂商独立完成芯片设计、制造和封装三大环节，英特尔和三星是全球*具代表性的IDM企业。另一种模式为垂直分工模式，即Fabless（无晶圆制造的设计公司）+Foundry（晶圆代工厂）+OSAT（封装测试企业），Fabless是指专注于芯片设计业务，只负责芯片的电路设计与销售，将生产、测试、封装等环节外包的设计企业，代表企业有高通、英伟达、AMD等；Foundry即晶圆代工厂，指只负责制造、封测的一个或多个环节，不负责芯片设计，可以同时为多家设计公司提供服务的企业，代表企业有台积电、中芯国际等。OSAT指专门从事半导体封装和测试的企业。在台积电成立以前，半导体行业只有IDM一种模式。IDM模式的优势在于资源的内部整合优势，以及具有较高的利润率。IDM模式贯穿整个半导体生产流程，不存在工艺流程对接问题，新产品从开发到面市的时间较短，且因为覆盖前端的IC设计和末端的品牌营销环节，具有较高的利润率水平。但其公司规模庞大、管理成本和运营费用较高，同时半导体生产需要庞大的资本支出，使得行业内只有极大的几家IDM企业能够生存。半导体制造业具有明显的规模经济效应，扩大规模可以显著降低单位产品的成本，提高企业竞争力，降低产品价格，垂直分工模式应运而生。一方面，垂直分工模式使得Fabless投资规模较小，运行费用较低，因此涌现出了大量的上等的芯片设计企业。另一方面，Foundry能够最大化的利用产能，提高资本支出的收益率。但垂直分工模式可能会因芯片设计和生产无法顺利协同，导致芯片从设计到面市的时间过长，给芯片设计厂商造成损失。半导体工业中有两种常用方法生产单晶硅，即直拉单晶制造法（CZ法）和悬浮区熔法（FZ法）。CZ法是硅片制造常用的方法，它较FZ法有较多优点，例如只有CZ法能够做出直径大于200mm的晶圆，并且它的价格较为便宜。CZ法的原理是将多晶硅硅料置于坩埚中，使用射频或电阻加专线圈加热熔化，待温度超过硅的熔点温度后，将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩等径等步骤，完成一根单晶硅棒的拉制。单晶生长炉是生产单晶硅的主要半导体设备。目前全球的单晶生长炉主要由美国Kayex、德国PVATePla、日本Ferrotec等企业供应，国内的单晶生长炉企业主要包括晶盛机电、南京晶能、连城数控等。单晶硅棒完成后，还需要经过一系列加工才能得到硅片成品，主要涉及的半导体设备有切片机、研磨机、湿法刻蚀机、清洗机、抛光机和量测机。目前上述硅片加工设备主要由日本、德国和美国厂商提供，国内仅有晶盛机电等少数厂家推出了部分硅片加工设备，市场占有率较低。半导体设备市场空间广阔。2019年-2021年，受到下游应用需求的驱动以及疫情对行业供需关系的影响，全球半导体设备市场经历了一轮高景气周期。2022年，半导体设备市场规模有望再创新高。根据SEMI的数据，2022年，全球半导体设备销售额有望达1143．4亿美元，同比增长11．24%，以2021年中国市场的占比测算，预估2022年中国半导体设备市场规模有望达329．48亿美元，同比增长11．24%。半导体设备公司的增量将更多地来源于市场份额的提升。在半导体设备整体市场规模保持稳定的过程中，产业链公司的增量将更多地来源于市场份额的提升。市场份额的提升主要由三个因素驱动：产品的竞争力、所处细分市场的份额或空间、品类扩张能力。其中，产品的竞争力是公司立足于市场获取份额的基础，所处市场的份额或空间将决定公司高速成长的持续性，而品类扩张能力能够持续拓展公司的成长边界。在市场国家战略产业自主可控等多重因素的驱动下，中国大陆晶圆制造及其配套设备环节的加速发展势在必行。中国大陆是全球最大的电子终端消费市场和半导体销售市场，吸引着全球半导体产业向大陆的迁移。从产业链配套层面来看，在中游晶圆制造环节，中国具备成为全球最大晶圆产能基地的潜力。特别是在中国打造制造强国的战略下，政府在产业政策、税收、人才培养等方面大力支持和推进本土半导体制造的规模化和高端化。近年来，中美贸易摩擦凸显出供应链安全和自主可控的重要性和急迫性，晶圆制造及其配套设备等产业环节作为半导体产业的基石，加速发展势在必行。根据ICInsights的数据，2021年，全球晶圆产能约2160万片/月（8寸约当），同比增长3．78%，中国大陆晶圆产能350万片/月（8寸约当），同比增长9．92%，在全球的占比约16．2%。根据SIA的数据，伴随着中国大陆晶圆产能的持续快速扩张，2030年，大陆晶圆产能在全球的占比有望达24%，届时将成为全球最大的晶圆产能区域市场。中国大陆晶圆产能的持续扩张，有望持续拉动上游配套半导体设备的市场需求。内资晶圆产线产能距离规划仍有较大的提升空间，国产半导体设备的订单增量前景广阔。目前，内资晶圆产线仍然是国产半导体设备的消费主力，从远期内资晶圆产线的建设情况来看，国产半导体设备的需求前景更为乐观。根据各公司官网的不完全统计，目前，内资晶圆产线的总产能约为162．5万片/月（8寸约当），而各条产线的规划总产能约为454．5万片/月（8寸约当），现有产能距规划产能仍有较大的扩充空间，因此，内资晶圆产能的大幅扩张，有望为国产半导体设备公司带来广阔的订单增量。当前半导体设备国产化率仍处于非线性提升区间，驱动的份额提升，将为行业贡献可观的成长速度和空间。对于国产半导体设备厂商而言，其驱动力除了行业规模的自然扩张，还包括在国内市场的。根据中国电子专用设备工业协会的数据，2021年，国产半导体设备销售额为385．5亿元，同比增长58．71%，占中国大陆半导体设备销售额的比例为20．02%。以半导体晶圆制造设备为例，当前的国产设备对28nm及以上制程的工艺覆盖度日趋完善，并积极推进14nm及以下制程的工艺突破，产品正处于验证密集通过、开启规模化起量的成长阶段。并且，各大半导体设备厂商基于产品上线量产的契机，也在与客户密切开展工艺设备的合作研发、已有产品的迭代和细分新品类的扩充，利于产品竞争力和市场拓展的继续深入。所以，目前的半导体设备国产化率仍处于非线性增长区间，未来国产设备有望加速渗透。假设2025年，该统计口径下的中国大陆半导体设备市场的国产化率提升至50%，则2021-2025年，国产半导体设备销售额的CAGR近30%。并且，对于65-40nm等国内配套较成熟的制程，本土半导体设备供应商的单一供应比例最高已达80%，足见设备国产化有较高的成长空间。丰富的半导体工序催生出众多的半导体设备类型，从硅片制造、芯片设计、晶圆制造、封装和测试，配套的半导体设备品类多元，各个领域间具备较高的技术和市场壁垒。布局刻蚀沉积等大赛道的设备厂商，具备更为广阔的收入空间。通过对半导体设备市场竞争格局的分析可知，营收在百亿美金量级的龙头公司，其业务结构基本覆盖了半导体设备细分市场规模前三大的品类：刻蚀、光刻和沉积。鉴于此，对于本土半导体设备厂商而言，在刻蚀和沉积等大赛道深入布局的公司，具备更为广阔的远期收入空间，未来的发展前景十分广阔。半导体设备是一个拥有极高技术壁垒的行业，目前主要被美国、日本和荷兰的巨头垄断，他们起步较早，伴随着整个半导体产业一起成长，相应产品也已经成为事实上的行业标准，其他设备公司无论资金、技术、研发能力、市场地位等各方面。半导体设备行业投资前景如何?半导体设备是一个拥有极高技术壁垒的行业，目前主要被美国、日本和荷兰的巨头垄断，他们起步较早，伴随着整个半导体产业一起成长，相应产品也已经成为事实上的行业标准，其他设备公司无论资金、技术、研发能力、市场地位等各方面，都与排名靠前的国际巨头差距较大。从半导体设备行业细分产品来看，光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为半导体设备主要核心设备，分别占比24%、20%、20%。其次为测试设备和封装设备，分别占比9%、6%。前端（晶圆制造）和后端（封装和测试）半导体设备市场都在为全球增长做出贡献。其中，晶圆制造设备还是占据主导地位，2020年销售额为612亿美元，占整个半导体设备销售额的86．12%。封装设备和测试设备销售额分别为60．1亿美元和38．5亿美元，占比分别为8．46%和5．42%。我国已成为全球第一大半导体设备市场，约占全球35%的市场份额，但设备依赖进口，自给率低。在未来销售额分化的大背景下，国产设备厂商仍然具有较大的市场空间。我国半导体设备产业发展将在多重限制下稳步发展，市场竞争加剧，供需不平衡依然严重。我国工艺水平落后，制程功率密度不足，需要多种复杂的制程设备供应产业发展。半导体设备下游需求旺盛叠加国产化加速，中国半导体设备行业将进入超级景气周期。从半导体设备行业的核心产品光刻机、刻蚀机、PVD、CVD和氧化/扩散设备来看，各类半导体设备top3的企业中主要为美国、荷兰与日本的企业，且各类半导体设备行业集中度极高，top3企业的合计市占率均在70%以上。根据《国家集成电路产业推荐纲要》，2030年半导体芯片行业产业将扩大至5倍以上，对人才的需求将成倍增长。如果国家对集成电路项目全部投资到位，中国需要70万人，而目前中国的从业者只有一半左右，约30多万。从集成电路企业发布的人才需求来看，研发和销售是企业人员需求量最大的两个部分，对半导体芯片行业研发岗位的需求高达55%，其后是销售客户支持类岗位，占18%。随着国际产能不断向我国大陆地区转移，英特尔、三星等国际大厂陆续在我国大陆地区投资建厂，同时在集成电路产业投资基金的引导下，我国半导体设备的需求巨大。随着半导体行业的发展，半导体设备行业突破1000亿美元，其中晶圆设备占据主流，市场份额超过85%。作为全球最大的半导体市场，中国的半导体设备市场规模接近2000亿元。半导体设备行业与中国已经在全球范围内获得高额市场份额的行业（包括高铁，太阳能电池板和电信设备）不同，中国大陆在半导体领域的全球市场份额和竞争力，尤其是在总部设在中国的公司方面，在半导体领域仍然不大。半导体产业的全球领导者主要分布在欧洲，日本，韩国，中国台湾和美国。半导体可能是世界上最重要的行业，因为它们是各种产品和服务的基础。此外，它们在新兴技术（例如人工智能（AI），高性能计算（HPC），5G，物联网和自治系统等）中发挥关键的促成作用。随着5G、物联网、大数据、人工智能以及汽车电子等新技术和新产品的应用，将带来庞大的半导体市场需求，行业将进入新一轮的上升周期。半导体设备位于产业链的上游，其市场规模随着下游半导体的技术发展和市场需求而波动。半导体设备行业市场规模的扩大离不开对半导体材料的巨大需求。第三代半导体材料应时代而生，以碳化硅、氮化镓为代表的材料可以制备耐高压、高频的功率器件，其中碳化硅是综合性能最好、商品化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料。根据数据显示，2020年全球半导体设备行业市场规模已经达到710．6亿美元，同比上升18．93%。预计2021年原始设备制造商的半导体制造设备全球销售总额将达到1030亿美元的新高，比2020年的710亿美元的历史记录增长44．7%。预计2022年全球半导体制造设备市场总额将扩大到1140亿美元，预计2023年半导体设备市场规模1792亿美元。半导体设备行业概况（一）半导体设备简介半导体产业的核心在于制造，制造的核心在于工艺，而工艺的核心是设备和材料。半导体制造流程主要包括芯片设计、晶圆制造、封装测试三个主要环节。按制造流程区分，半导体设备可分为前道设备和后道设备，前道设备是晶圆制造设备，负责芯片的核心制造，后道设备是封装测试设备，负责芯片的包装和整体性能测试。半导体专用温控设备、半导体专用工艺废气处理设备以及晶圆传片设备，作为半导体前道制造不可或缺的一部分，对于半导体制造至关重要。（二）半导体设备行业市场规模1、全球半导体设备市场规模波动上涨半导体设备行业与半导体行业密切相关，且市场规模波动幅度更大。长期来看，半导体行业将会保持旺盛生命力，作为产业链上游的半导体设