半导体行业专题报告从海外龙头发展历程看国
（报告出品方：东方证券）
1.回顾海外半导体设备龙头厂商的发展之路
全球半导体设备市场高度集中，海外龙头企业处于垄断地位。美国的半导体厂商主要有应用材料、泛林半导体和科磊，应用材料是全球最大的半导体设备制造厂商，产品覆盖除光刻以外的半导体前道工艺，占全球半导体设备的21%；泛林半导体是全球第三的半导体设备厂商，按照“先专后全”的路线，先专注于刻蚀设备的研发制造，逐步发展薄膜沉积、清洗以及检测业务；科磊在半导体检测设备领域长期占有50%以上的市场份额，年占全球半导体设备8%。日本的半导体厂商主要包括东京电子和迪恩士，东京电子的产品覆盖非常全面，在全球半导体设备市场占15%份额，迪恩士的清洗设备处于全球领先地位，在全球半导体设备厂商中排名第六；荷兰的半导体厂商主要为阿斯麦，阿斯麦垄断了全球的高端光刻机市场，在半导体设备市场中占有21%的份额。
ASML是全球光刻机龙头，占据75%份额；LAM（泛林半导体）是全球刻蚀领域龙头，占据50%份额；AMAT（应用材料）是薄膜沉积、离子注入、CMP多领域龙头，分别占据85%(PVD)/30%(CVD)、50%、50%市场份额；DNS（迪恩士）是全球清洗机龙头，占据45%份额；TEL是全球涂胶显影机、原子层沉积（ALD）龙头，占据87%、30%份额；KLA（科磊）是全球检测量测设备龙头，占据54%份额。
1.1应用材料：平台型龙头，外延并购成就版图
应用材料成立于年，年成为全球最大的半导体设备制造厂商，一直蝉联至今。财年AMAT主营业务收入为万美元，年上市时为万美元，到财年（.10.26-.10.31）主营业务收入已达亿美元，比上市时增长倍。
AMAT长期以来重视技术创新，保持高研发投入。公司历年研发投入占营业收入比重平均在15%左右。
AMAT不断推出新品，引领行业发展步伐。AMAT年推出第一台商用等离子化学气相沉积设备，年推出革命性的单晶圆多反应腔平台Precision，分别于年和年成为全球第一家推出mm和mm晶圆制造设备的企业；5年发布CenturaAdvantEdge系统，采用了最先进的硅片刻蚀技术；6年发布ProducerGT，是当时最高效、投入产出比最高的CVD平台。
外延扩张，打造“半导体设备超市”。半导体设备技术门槛高、研发投入大且周期长，此外客户验证复杂，通过收购能够快速集成技术，发展客户，抢占市场。AMAT年收购两家以色列公司OpalTechnologies（验证临界尺寸的高速计量系统）和OrbotInstruments（成品率提高系统），开启了并购之路。以后相继通过并购扩展了公司的CMP、晶圆检测、清洗、薄膜沉积、离子注入等业务。同时公司积极拓展泛半导体领域，7年收购HCT，帮助太阳能领域客户降低制造光伏电池的成本，扩展了光伏电源领域的业务。
紧抓半导体产业转移机遇，进行全球布局。早在年AMAT就开始全球化布局的尝试，在欧洲设立了第一个海外办事机构。20世纪70年代后期，半导体产业由美国向日本转移，80年代向韩国、中国台湾转移。AMAT紧抓产业转移的机遇，在全球各地设立办事处。进入21世纪之后，随着半导体产业转移到中国大陆，AMAT也在加强在大陆的布局。年AMAT就在北京设立了技术服务中心，成为第一家进入中国的外资半导体设备厂商。1年和7年，分别在北京和西安设立技术中心和全球开发中心。
1.2ASML：光刻龙头，突破性技术变革助力崛起
ASML是全球光刻机的领跑者，垄断EUV光刻技术。ASML成立于年，由电子巨头飞利浦和半导体设备制造商ASMI共同成立。如今ASML在全球光刻机领域处于绝对的霸主地位，占据全球约75%的光刻机市场，更是垄断了全球7nm及以下工艺的EUV光刻机技术。财年（.1.1-.12.31）ASML出货台光刻机，主营业务收入亿美元，同比增长33%。
革命性技术突破成就ASML的霸主地位。ASML一直重视研发创新，年研发投入25亿美元，占主营的14%。ASML成立以来，四项技术突破帮助其成为光刻龙头企业。年，推出突破性平台PAS，凭借其领先的生产力和分辨率，奠定了客户基础。1年，推出TWINSCAN系统及其双平台技术，最大限度地提高了系统地生产力和准确性。紧接着，ASML于3年推出第一台浸润式机器，这一技术成为此后65、45和32nm制程的主流，推动摩尔定律往前跃进了三代。年，ASML运送了第一台EUV光刻原型机，成为全球唯一使用极紫外光的光刻机制造商，开启了光刻机的新时代。
ASML重要转折之一：开发浸没式光刻技术。ASML最大的弯道超车，发生在nm制程到nm制程的升级过程，当时业内大部分企业选择在原有技术路径上改进，比如尼康、佳能都选择研发nm波长的光源。这时，台积电科学家林本坚提出，利用水的折射，使进入光阻的波长缩小到nm，由于浸没式光刻技术研发难度大，且需要推翻原有设计重新开始研发，只有ASML愿意选择浸没式光刻技术，3年，ASML和台积电合作研发出首台浸没式光刻设备，4年尼康才终于宣布nm的干式光刻机产品样机出炉，此后，ASML快速占领光刻机市场份额。
ASML重要转折之二：率先研发出EUV光刻机。年，英特尔和美国能源部牵头组建EUVLLC前沿技术组织，论证EUV技术的可行性，成员主要包括英特尔、摩托罗拉、AMD以及美国能源部(DOE)的劳伦斯·利弗莫尔、桑迪亚和伯克利国家实验室。ASML以出资在美国建工厂和研发中心，并保证55%的原材料都从美国采购的条件，挤进EUVLLC，而尼康、佳能却被排除在外。EUVLLC的研究成果大大加快了ASML的EUV研发速度，成为目前唯一掌握EUV光刻机技术的厂商。
战略并购和开放式创新平台助力ASML技术创新。ASML通过战略并购快速占领技术优势，收购MicroUnity的MaskTool部门（光学临近矫正技术）、BrionTechnologies（计算光刻技术）、HMI（电子束检测）、Mapper（电子束光刻）和SVG（微激光系统）。此外，ASML还于上下游厂商、研究机构、同业合作伙伴搭建了开放式创新平台，相互推动创新，并提供对各种技术的大型前沿知识库的访问。
推出整体光刻系统，集成工艺，共同优化性能。半导体行业受到缩小制造成本和提高设备性能的推动。然而，随着半导体特征尺寸的缩小，工艺窗口（生产可行芯片所需的精度公差）也在缩小，对套刻精度和临界尺寸均匀性(CDU)等参数提出了严格的要求。9年ASML推出整体光刻系统，集成了计算光刻技术、晶圆光刻技术和工艺控制，可以实现优化生产精度公差、提高良率、降低客户时间成本。
ASML通过收购布局上游，提出客户联合投资计划携手下游，打造上下游利益共同体。ASML通过收购Cymer、berlinerglas、WijdevenMotion以及蔡司半导体24.9%的股份，布局上游零部件，包括紫外光源、光学组件、电机和光学镜头组。年，ASML提出“客户联合投资计划”，与客户建立密切关系，共同承担研发费用，为入股客户提供优先供货权，从而构成了庞大的利益共同体。
1.3泛林半导体：深耕刻蚀，合并诺发助力平台化
LAM立足刻蚀设备，逐渐向工艺前端和后端扩展业务。泛林集团成立于年，是全球领先的综合性半导体设备龙头企业。泛林半导体成立第二年便推出了第一款刻蚀设备AutoEtch。LAM在刻蚀设备领域市场份额最大，占据47%的市场份额，公司立足刻蚀设备领域，逐步向前端薄膜沉积和后端清洗设备延伸，通过并购不断提升竞争能力，构建技术壁垒和扩充产品线。泛林半导体财年（.6.29-.6.27）的主营业务收入达到亿美元，同比增长46%。
LAM专注于刻蚀设备，不断进行技术升级。-年，LAM推出了支持1.5μm制程的刻蚀设备AutoEtch，年开发了支持0.8微米制程的刻蚀设备。年推出业内首款ICP刻蚀设备，开始引领行业发展。LAM首创ALE技术，在年推出ALE刻蚀设备FLEX系列和KIYO系列。ALE技术凭借其在原子层级别的可变控制性和能实现业内最高生产率和选择比而有望成为新一代刻蚀设备的产业趋势。
LAM通过并购扩充产品线。早在年，泛林就通过收购CMP清洗领域的市场领导者OnTrakSystems，弥补在清洁领域产品链的不足。年，LAM兼并收购了诺发，其刻蚀和单晶圆清洗设备方面的领先地位与诺发的薄膜沉积技术互补，合并后LAM不仅能够拥有更广泛的市场，而且有助于公司技术团队加强相邻工艺之间的的集成，未来有望开发“集簇”设备，以提高工艺效率、降低成本，提升设备竞争力。
技术变革驱动泛林业绩增长。随着芯片制程不断缩小、芯片结构3D化发展，相关设备的加工步骤增多，刻蚀和薄膜沉积设备成为占比最高的设备。LAM年起主营业务收入呈现快速增长的态势，除收购诺发的因素之外，另一个关键驱动力是年3DNAND的量产和多重曝光技术的应用，3DNAND层数的增加将持续增加对刻蚀技术的依赖，多重曝光技术则是增加了刻蚀工艺密度，因此对刻蚀设备的需求大幅增长，拉动刻蚀设备龙头LAM营收增长。
1.4东京电子：紧抓产业转移机遇，受益政府扶持
东京电子是日本第一的半导体设备厂商。东京电子成立于年，是日本最大的半导体设备制造商，也是全球第四大半导体供应商。东京电子成立之初主要从事汽车收音机的出口和半导体设备的进口业务，年开始专注于半导体设备制造，年成为全球营收额第一的半导体设备制造商，并且连续三年蝉联。之后东京电子开始向全球扩展业务，并加强研发，一直至今，东京电子仍然是第一梯队的半导体设备制造商。财年（.4.1-.3.31），东京电子营收亿美元，同比增长35%。
东京电子积极响应日本经济转型以及全球半导体产业转移，领跑日本半导体设备产业。东京电子成立之初是一家技术贸易公司，主要从事汽车收音机的出口和半导体设备的进口业务，年在日本产业构造调查会议上，日本政府着手制定旨在将本国高新技术发展由“摄取型发展”转变为“自主创新型发展”的长期规划，倡导由技术引进向自主创新的转型，东京电子便于年成为了日本第一家半导体设备制造厂商。年，受石油危机影响，日本政府提出要重点扶持研究开发密集产业，恰逢尼克松冲击导致日元升值，出口业务受到冲击，东京电子于年果断退出消费电子出口，专注半导体设备制造。随后日本半导体产业兴起，东京电子从美国引进技术，一跃成为全球第一的半导体设备制造商。随着日本半导体业务的下滑，东京电子开始将业务向全球扩展，并拓展到FPD领域。近年，随着大数据、新能源车的驱动半导体产业的快速发展，东京电子加大创新研发，迎来新发展。
东京电子为什么能成为全球领先的半导体设备厂商？
（1）东京电子发展于日本半导体行业的黄金时期。19世纪70年代末，美日几乎同时推出64KDRAM，迅速向全球市场渗透，-年，日本企业展开价格围剿，进一步占领市场。半导体设备市场依赖于半导体制造厂商对设备的投资，此外，日本半导体产业在政府的有意引导下，以DRAM作为商业契机，推动本土半导体生产设备与生产材料快速发展，与半导体产业同步，日本半导体设备市场规模扩大，发展迅速。
（2）引进先进技术。东京电子通过合资公司的形式从美国引进先进的技术，并与自身的制造技术融为一体，年成立TEL-VarianLtd.在日本开始生产离子注入机，年与LAM成立合资公司，在日本生产刻蚀设备。（3）立足国内市场，开拓海外市场。尽管东京电子年便开始出口业务，但是起初出口业务份额并不大，专注于国内市场。20世纪90年代是东京电子布局海外的关键时期，年是东京电子迈向海外的重要一步，东京电子开始布局在韩国的业务，年开始在欧美构建销售与服务网络，在年之前，东京电子面向国内产品的销售占比超过80%，但在年，东京电子海外销售首次超过国内销售，0年海外销售突破70%。
1.5科磊：检测设备先行者，保持技术代际优势
科磊为半导体检测设备的引领者，先发优势明显。科磊成立于年，芯片行业的起步阶段，当时所制造的半导体良率只有不到50%，随着芯片层数的增加，良率甚至不到10%，缺陷检测问题也随之升级，KLA第一个产品掩膜检测设备，将光掩膜检测所需时间从8小时减少到15分钟，并且可以做到更全面的检测，迅速被半导体行业接受，随后投入大量资金研发，不断推出新产品。KLA-Tencor合并后开始大举收购，扩展产品组合，市场份额迅速进一步扩大，财年（.7.1-.6.30）KLA主营业务收入69亿美元，同比增长19%。
KLA年推出开创性的掩模检测工具迎来了半导体工艺控制的曙光，如今运用宽带等离子技术检测缺陷，KLA一直保持技术的先发优势，推出一系列最先进入市场的设备。从产品迭代来看，KLA每年以竞争对手两倍的速度向市场新推出的新产品，且产品领先市场两代，在其服务的10个下游领域中，8个领域的市占率第一。主要是由于KLA重视研发：
（1）高研发投入：研发投入占比基本维持在15%以上，高于行业其他企业。
（2）不断提高下一代产品的研发投入：年KLA用于下一代技术的研发占总研发投入的82%。
（3）与客户合作研发：KLA作为检测设备领域的龙头企业，拥有强大的客户基础，通过与客户合作研发，提高产品竞争力。
外延并购吸收先进技术。年，KLA和Tencor合并，KLA提供高端自动化光学晶圆检测、光罩检测等设备，而Tencor更专注于薄膜量测，此次合并为半导体制造商提供了完整的良率管理产品和服务系列。此后，KLA-Tencor开始了大举收购，通过战略收购的方式获得先进技术，拓展公司的产品系列。年，KLA收购Orbotech，切入PCB检测、面板检测和特殊半导体检测，与过程控制形成四大业务板块。
KLA拥有丰富的产品系列。一方面由于KLA在研发上的高投入，另一方面KLA通过外延并购不断吸收先进技术，拓宽产品线，KLA产品可以运用到多种半导体元件的制造及封装，并且覆盖半导体制造的全产业链。
KLA近十年内在过程控制领域的市场份额保持在50%左右，是第二名的4倍，检测/量测设备市场为什么难以切入？（1）检测/量测设备开发难度大、技术壁垒高。首先检测设备的技术跨越电子束、X射线衍射、激光照明以及高性能计算等领域；其次半导体检测设备需要运用光学、电学原理进行纳米级精密程度以及3D维度上的检测及量测。
（2）检测设备定制化及差异化程度高。半导体检测设备的检测对象为定制化芯片，不同制程的芯片对参数的要求往往是不同的。芯片制造中不同工艺过程中需要运用的检测设备也有所不同，比如电子束检测可以运用在抛光、刻蚀等工艺，而掩模版检测则适用于曝光工艺。除此之外，晶圆制造过程当中还需要对不同的参数如电阻、膜厚、膜应力等进行量测，晶圆加工之后还需要检查芯片性能是否符合要求。
（3）设备使用寿命长。一方面，半导体设备的长使用寿命强化先发优势，加强与客户的长期绑定关系；另一方面，服务类收入受益于长使用寿命将不断增加，且受行业周期波动影响小。KLA超过50%设备使用寿命达18年，平均使用寿命为12年，服务收入呈指数级增长，为全行业纯服务收入占比最高的企业。
1.6迪恩士：清洗设备龙头，面临竞争压力
迪恩士是全球清洗设备龙头厂商。迪恩士成立于年，于年导入半导体设备制造，受益于日本s半导体产业的腾飞，在半导体清洗设备领域迅速发展，并于年成功开发了世界上第一台旋转晶片清洗系统。迪恩士清洗设备产品覆盖全面，引领着先进的清洗设备技术，连续多年在单片清洗设备、批量清洗设备以及旋转清洗设备领域占据世界第一。迪恩士主营业务收入呈波动向上的趋势，主要系全球经济形势的影响。财年（.4.1-.3.31）DNS主营业务收入亿日元，同比增长29%。
迪恩士在单片清洗设备领域的市场份额逐渐降低，国产设备有望切入市场。迪恩士是一家聚焦于清洗设备的企业，清洗设备占其半导体设备业务的95%以上，单片清洗机占70%，聚焦单一领域给公司带来了绝对的市场占有率，9年迪恩士在全球单片清洗设备的市场份额高达70%，但年单片清洗设备竞争力呈现下降的趋势，占比38%，主要由于：（1）清洗设备参与到芯片制造的各个环节，新进入者切入难度相对较低。
（2）迪恩士韩国市场开拓阻力大。迪恩士4年开始拓展韩国市场，明显晚于TEL（年）、LAM（年）等同业竞争企业，错失了开拓韩国市场的先机；此外，韩国本土设备厂商SEMES（三星旗下子公司）在清洗设备方面亦具备较强竞争力，年SEMES单片清洗设备占全球14%的份额，排名第三，给迪恩士开拓韩国市场带来了阻力。
2.国内外差距快速缩小，政策大力支持有望进一步加速成长进程
2.1坚定高研发投入，与海外厂商技术差距快速缩小
国内半导体设备厂商坚定高研发投入，成长动能足。国外龙头设备厂商一直保持着高研发投入，年AMAT和ASML的研发投入约25亿美元，从研发投入的绝对值来看，国内厂商虽然不及国外龙头企业，北方华创的研发投入在国内处于领先地位，年研发投入29亿元；但是从研发投入占比例来看，国内厂商非常重视研发投入，高于国外龙头，基本在15%以上。
持续实现技术突破，与海外厂商差距快速缩小。国内半导体设备厂商已实现28nm制程以上工艺技术覆盖，还有部分厂商技术达到国际先进水平，比如中微公司的CCP刻蚀设备已经可以覆盖5nm以下的逻辑芯片以及层3DNAND产线；北京屹唐干法去胶设备可用于90nm到5nm逻辑芯片、1y到2x纳米系列DRAM芯片以及32层到层3D闪存芯片制造中；盛美上海全球首创SAPS、TEBO兆声波清洗技术和Tahoe单片槽式组合清洗技术，SAPS清洗设备取得海力士的重复订单；拓荆科技的PECVD也已开展10nm及以下制程产品验证测试。
2.2多渠道提升技术实力，供应链安全保障能力大幅提升
多渠道吸收前沿技术，拓展业务布局。由于半导体设备技术门槛高，研发投入和风险相对比较大，通过外延的方式可以帮助企业迅速切入市场，掌握核心技术。比如随着技术节点发展到0.35μm，CMP设备的需求量快速增长，泛林于年收购OnTrak迅速切入CMP市场；ASML年收购MicroUnity的MaskTools部门，迅速掌握先进的光学邻近矫正技术，进一步提高瞄准精度。国内半导体设备也在积极尝试通过外延方式进行布局，精测电子通过与韩国ATE龙头ITT合作，设立合资公司，利用ITT强劲的研发实力快速布局半导体测试领域；中微公司则通过投资睿励仪器和拓荆科技进行检测设备和薄膜沉积设备的布局。
设备厂商积极布局上游零部件，供应链安全保障能力大幅提升。万业收购CompartSystems（高精度流量控制产品和技术的全球战略供应商），布局上游零部件，完善集成电路装备产业工艺链，确保供应链的安全，并且有利于实现上下游产业协同效应。北方华创收购北广科技射频应用技术相关资产，射频应用技术是半导体装备产品的核心技术之一，此次资产整合有利于提高北方华创微电子射频应用技术水平，可增强公司半导体装备产品技术开发与应用能力。
2.3迎产业转移历史机遇，国内政策强力支持
随着终端需求的不断变化，推动半导体产业转移。半导体的需求模式对产业的发展起到了重要作用，能否适应、开发和引导新产业的需求模式是半导体产业转移的重要因素。半导体起源于美国，美国政府军事需求是拉动美国半导体业初期发展的关键力量，-年，美国政府采购占半导体产业销量的45-48%。进入20世纪70年代以后，日本鼓励民营企业研发电子技术，日本民用电子得到了飞速发展，而美国依旧注重军工产品的研发生产，为日本占领半导体市场提供了机遇，之后随着日本64KDRAM研发成功，以及日本企业价格围剿，s半导体产业转移到日本。随着20世纪90年代PC的普及，韩国先于美日企业推出MDRAM，中国台湾开辟代工厂模式，半导体产业转向韩国、中国台湾。目前中国大陆正处于新一代智能手机、新能源汽车等行业快速崛起的进程中，已成为全球最重要的半导体应用和消费市场之一。
中国大陆紧抓智能手机和电动汽车两次发展机遇，半导体需求可能进一步扩大。21世纪以来，中国逐渐成为全球最大电子信息产品制造基地。同时，全球新能源车正处于快速发展阶段，中国是全球最大的新能源汽车消费市场和生产国。年，我国新能源汽车销售额占全球新能源汽车销售额的51％，新能源汽车产量.5万辆，同比增长%。
国内政策强力支持叠加举国体制持续推进，国内设备厂商有望加速成长。回看日本半导体发展的历史，我们认为国内目前半导体行业状况与日本有很多相似之处，首先电子产业都成为经济转型的重点领域，日本政府年提出重点扶持研究密集产业，支持半导体产业的发展，年开始设立超大规模集成电路的共同组合技术创新行动项目（VLSI），筹资亿日元打造DRAM集成电路产业群，而目前国内业不断出台政策扶持半导体产业的发展，国家大基金大力支持半导体产业的发展。其次，都处于产业转移的风口，19世纪70年代，日本大力支持民用电子的发展，促进了半导体产业向日本的转移，目前中国是最大的智能手机生产和消费基地，新能源汽车发展也非常强势，半导体产业第三次转移向中国大陆。东京电子在日本半导体行业发展的黄金时期专注半导体设备的发展，曾占据半导体设备销售额第一的宝座。目前国内也迎来上游设备等配套环节的发展机遇，有望诞生世界级的半导体设备厂商。
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