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中國半導體設備市場有望“砸”出新格局

本文來自格隆匯專欄:半導體行業觀察

美國擁有世界一流的半導體設備公司,如應用材料、Lam和 KLA,這些公司的全球市場份額超過 40%,並且都製造半導體關鍵設備,例如蝕刻、沉積和檢測。然而,令人意外的是,雖然美國收緊了半導體出口法規以遏制中國在高科技領域的進步,但中國對美國設備的購買量卻增加了。

據ET News分析,今年第一季度,美國向中國出售的半導體設備總額爲12.71億美元,較上一季度(10.63億美元)增長約20%。今年1-5月,美國半導體設備對華出口總額爲21.96億美元,比去年同期的14.12億美元增長了55%。

之所以出現以上情況,一方面是因爲中國必須儘快獲得半導體設備,並在可能的情況下通過購買設備來爲美國可能追加的制裁做好準備。目前,只有用於10nm及更先進製程的半導體設備受到出口管制,但10nm及以上工藝的設備可隨時納入出口禁令。另一方面,可以看出中國大陸半導體消費市場的火爆程度,各晶圓廠建設如火如荼,對各種半導體設備有着強烈的需求。

半導體設備消費力大增

在消費端,隨着晶圓產能向中國大陸轉移,晶圓廠建設提速,對半導體設備的需求也水漲船高。美國最大的半導體設備製造商應用材料2020財年數據顯示,該財年的營收爲172億美元,其中,來自中國大陸的營收達到54.6億美元,佔比31.7%,而且連續5年增長。中國大陸超過韓國和中國臺灣,成爲世界最大的半導體設備市場。

另外,Lam公司2020財年營收100.45億美元,中國大陸市場貢獻了31%的營收,超過韓國成爲其最大營收市場。日本東京電子2021財年前兩個季度來自中國大陸的營收達到1530億日元,佔到其營收的24%,2021財年前兩個季度來自中國大陸的營收已經超過韓國,成爲其營收最大市場。此外,ASML的DUV光刻機營收最大市場也是中國大陸。

按照SEMI的統計和預測,中國大陸市場對半導體設備的需求量已經超過全球所有其它市場,且增長潛力還很大,這在很大程度上是由存儲芯片製造驅動的。這是因爲生產製造能力是存儲器廠商的核心競爭力,促使投資規模化、長期化。存儲器產業的兩大特點是拼製造工藝和產能,原因在於存儲芯片技術標準化程度高,各家廠商的產品容量、封裝形式都遵循標準的接口,在同質化競爭下,存儲廠商通過改進製造工藝,提升產能,利用規模優勢降低成本,以提升競爭力。

在這種情況下,中國大陸存儲器廠商正在積極進行工藝研發與產能建設,需要長期、大規模的設備投入。

在過去幾年裏,中國大陸掀起了存儲芯片製造廠建設熱潮,代表企業有:主要生產3D NAND閃存的長江存儲,專注於DRAM的合肥長鑫,以及福建晉華。其中,長江存儲和合肥長鑫在2020年都進入了產能爬坡期,對相應設備需求很迫切。

以長江存儲爲例,據集邦諮詢統計,該公司2019年第四季度產能約爲2萬片/月(12英寸),到2020年底有望擴產至7萬片/月,預計2023年將擴產至30萬片/月。根據湖北省發改委發佈的信息,長江存儲一期投資569.5萬元(對應10萬片/月產能),其中2018、2019年投資分別爲200萬元和50萬元。

此外,紫光集團曾宣佈在南京、成都、重慶陸續展開集成電路基地建設,投資總規模在千億級別,其中,計劃在紫光南京存儲器製造基地投資300億美元,根據南京市人民政府發佈的信息,紫光南京存儲器製造基地(一期)投資計劃800億元。

就目前情況來看,預計中國大陸主要存儲器廠在2019-2022年的投資規模分別爲321.7億元、495.0億元、806.0億元、1116.3億元。這些錢“砸”下去,會對相應的半導體設備市場繁榮做出很大貢獻。

本土設備供給能力提升

中國大陸具備強大的半導體設備消費能力,因此,各大半導體設備廠商都在緊盯着這塊蛋糕。然而,在供給側,中國本土的設備廠商在全球市場影響力比較小,很難對國際大廠形成壓力。

不過,隨着貿易壁壘加劇,以及本土設備廠商的頑強成長,還有政府的大力支持,使得本土設備廠商有了更大的試錯和成長空間,近兩年的訂單量明顯提升。有統計顯示,多家本土半導體設備企業斬獲大單,2020年第四季度,國內設備商中標82臺,同比增長100%,訂單週期2-3個季度,收入確認在2021年,多項設備國產市場份額大幅提升10%以上。

國內半導體設備企業營收陸續突破7-10億盈利拐點(統計國內外設備企業,營收7-10億是盈利拐點區間)。

按這樣的勢頭發展下去,2021年中國半導體設備國產化率有望繼續提升。有望在競爭激烈的國際半導體設備市場佔有一席之地。

下面看一下WFE市場中國本土設備企業的發展情況。

刻蝕機方面,Lam、TEL、應用材料都實現了硅刻蝕、介質刻蝕、金屬刻蝕的全覆蓋,佔據了全球幹法刻蝕機市場80%以上的份額。

在中國市場,介質刻蝕機是我國最具優勢的半導體設備,目前,我國主流設備中,去膠設備、刻蝕設備、熱處理設備、清洗設備等的國產化率均已經達到20%以上。而這其中市場規模最大的就是刻蝕設備,代表廠商爲中微公司、北方華創,以及屹唐半導體。

中微半導體在介質刻蝕領域較強,其產品已在包括臺積電,SK海力士、中芯國際等廠商的20多條生產線上實現了量產。該公司5nm等離子體蝕刻機已通過臺積電驗證,已用於全球首條5nm工藝生產線。中微半導體還切入了TSV硅通孔刻蝕和金屬硬掩膜刻蝕領域。

北方華創在硅刻蝕和金屬刻蝕領域較強,其55nm/65nm硅刻蝕機已成爲中芯國際主力設備,該公司的28nm硅刻蝕機也已進入產業化階段,14nm硅刻蝕機正在產線驗證中,金屬硬掩膜刻蝕機則攻破了28nm-14nm製程。

物理薄膜沉積(PVD)方面,應用材料一家獨大,佔全球市場份額的80%以上。化學沉積(CVD)方面,應用材料、Lam Research、TEL三家佔全球市場份額的70%以上。

中國設備廠商中,北方華創的薄膜沉積設備產品種類最多,其28nm硬掩膜PVD已實現量產,銅互連PVD、14nm硬掩膜PVD、Al PVD、LPCVD、ALD(原子沉積)設備已進入產線驗證階段。2020年4月,北方華創宣佈,其THEORISSN302D型12英寸氮化硅沉積設備進入國內集成電路製造龍頭企業。該設備的交付,意味着國產立式LPCVD設備在先進集成電路製造領域的應用拓展上實現重大進展。

另外,中微半導體的MOCVD在國內已實現國產替代。瀋陽拓荊65nm的PECVD已實現量產。

離子注入方面,廠商主要有應用材料和Axcelis。中國生產線上使用的離子注入機多數依賴進口。

在國內,北京中科信、中電科48 所、上海凱世通等也能提供少量產品。其中,中科信公司已具備不同種類(低能大束流、中束流和高能)離子注入機上線機型的量產能力。

清洗設備方面,目前槽式圓片清洗機在整個清洗流程中約佔20%的份額,市場已逐漸被單圓片清洗機取代。槽式圓片清洗機主要廠商有迪恩士、TEL和JET,三家約佔全球75%以上的市場份額。

在中國的單圓片溼法設備廠商中,盛美半導體獨家開發的空間交變相位移(SAPS)兆聲波清洗設備和時序氣穴振盪控制(TEBO)兆聲波清洗設備已經成功進入韓國及中國的集成電路生產線。北方華創的清洗設備也已成功進入中芯國際生產線。

據中國國際招標網統計,在長江存儲、華虹無錫、上海華力二期項目累計採購的200多臺清洗設備中,按中標數量對供應商排序,依次是迪恩士、盛美股份、Lam、TEL以及北方華創,所佔份額依次是48%、20.5%、20%、6%和1%。

拋光機(CMP)方面,主要生產商是應用材料,以及日本的Ebara,其中應用材料約佔全球CMP設備市場60%的份額,Ebara約佔20%的份額。在中國,CMP設備的主要研發單位包括天津華海清科和中電科45所,其中,華海清科的拋光機已在中芯國際生產線上試用。

變數

針對中國半導體設備市場,韓國一家半導體設備公司的負責人表示,中國“囤積”半導體設備直接或間接影響到韓國半導體產業。首先,中國對半導體設備的持續採購將給韓國設備企業帶來出口機會,這對韓國半導體設備行業是利好因素。

實際上,不僅是韓國,日本也有望在這波禁令和設備採購熱潮中受惠。

目前來看,韓國半導體設備市佔率與日本相比還是有不小差距的,而日本半導體設備在全球範圍內,市佔率僅次於美國。

在日本,除了全球排名第三的東京電子之外,還有多家排名在全球前15的半導體設備廠商,如迪恩士(SCREEN),日立高新(Hitachi-High Technologies),日立國際電氣(hitachi kokusai),Daifuku(大福),尼康和Advantest。

韓國方面,與日本相比,半導體設備廠商的數量和市場影響力都比較有限。最知名的就是SEMES了,該公司成立於1993年,是韓國半導體設備第一大廠,主要生產清洗、光刻和封裝設備。

在政府的支持下,韓國本土的中小半導體設備廠商躊躇滿志,有望實現快速增長。

代表廠商如Jusung Engineering,該公司生產半導體,平板顯示器和太陽能電池生產設備。儘管該公司在2020年苦苦掙扎,當地客戶的訂單減少了,但在政府的支持下,今年有望恢復增長,主要的半導體和顯示設備客戶已恢復投資,近幾個月來,來自中國客戶的訂單也已恢復。Jusung與LG Display簽訂了一項合同,於2020年11月提供175億韓元的顯示器製造設備。它還與中國的InfoVision光電公司簽訂了顯示設備供應協議。該公司正加大在下一代設備上的研發投資力度,2020年前三季度,累計投資383億韓元,佔公司銷售額的43.3%。

中國大陸對半導體設備的長期需求強烈,而美國禁令難以繞開,因此,今後幾年,韓國和日本的半導體設備廠商很有希望迎來一大波商機。

此外,隨着中國半導體設備採購量的增加,設備供應短缺的情況可能會惡化。由於全球半導體供應短缺,半導體設備的供應期變長,中國的“囤積”很可能會加劇這種情況。事實上,由於設備交付期延長以及對供需失衡的擔憂,SK海力士正在將明年的部分投資投入到今年下半年。另外,對於日韓的設備廠商而言,中國對本土半導體設備的投資正在成爲一個“負面”信號,因爲這意味着日韓半導體設備行業的潛在競爭對手正在崛起。

韓國一家半導體設備公司的負責人表示,由於中國的採購量增加,其他半導體製造商採購設備變得越來越困難。而這也可能是全球半導體設備市場的一個變數。

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