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行業概況：受儲存器電路中的DRAM和NAND Flash漲價影響，2017年全球半導體行業銷售額同比增長21.62%，首破4000億美元大關，增速創自2010年以來的新高。
地域分布：2017年北美地區半導體銷售額為885億美元，同比增長35%，增速居全球首位；亞太及其他地區銷售額為2488億美元，同比增長13.3%，占全球市場總值的60.36%。從國內來看，2017年中國半導體銷售額為1315億美元，同比增長22.3%，占全球半導體市場比重為32%。
產業鏈構成：半導體產業鏈包括上遊的半導體支撐產業，中遊的半導體製造產業以及下遊的半導體應用產業。細分來看，半導體支撐產業包括半導體材料及半導體設備；中遊的半導體製造的核心是集成電路製造，包括IC設計、IC製造以及IC封測；下遊的半導體應用領域眾多，2017年全球半導體應用領域排名前三的行業是通信及智慧型手機（31.83%）、PC/平板（26.13%）、工業/醫療（14.51%）。
1.2、半導體設備的分類及功能
晶圓製造設備
晶圓製造設備是通過對矽進行加工從而製造出矽片的設備。美國典型的半導體公司都不會自己製造矽片，矽材料和矽片制備是由高度專業化工廠完成，生產出來的矽片提供給半導體製造商以製造各種各樣的晶片。晶圓製造設備包括以下9類設備：
①熔煉礦熱爐。主要功能是用碳加熱矽石獲得冶金級矽（純度98%）。
②CVD設備。通過化學反應獲得半導體級矽（SGS，7-12個「9」的高純度），比如採取西門子法進行化學反應時，將用到西門子反應器。但該工藝生產後的矽沒有按照希望的晶體順序排列原子。
③單晶生長爐。包括CZ法和區熔法，主要功能是將半導體級的多晶矽塊轉換成一大塊單晶矽，從而獲得滿足晶片製造所需的電學和機械性質。目前主流是CZ法，其拉矽棒的直徑通常比區熔法大，但是區熔法由於不用坩堝，含氧量更低，純度更高。
④研磨機。應用於兩個環節：一是去掉矽棒兩端；二是切片後對表面進行研磨。
⑤切片機。對矽錠進行切片，獲得矽片，包括線切及砂漿切割。
⑥倒角機。對矽片邊緣修整，減少機械應力產生的位錯。
⑦刻蝕機。腐蝕矽片表面約20微米以抹掉邊緣損傷及玷污。
⑧拋光機。對刻蝕後的表面進行拋光處理，表面平整度將影響到後續光刻。
⑨清洗機。使矽片在給晶片製造廠之前達到超淨的潔淨狀態。
晶圓加工設備
晶圓加工設備是指通過將矽片加工成晶片所需的設備。典型的集成電路矽片製造工藝要花費6-8周時間，包括幾百甚至上千道步驟來完成製造工藝。從本質上來看，集成電路是由晶體管（主要為場效應管）及電路共同構成，一切的工藝和設備流程的最終目的是在指甲蓋大小的範圍內集成更多的晶體管並做到連接（如第四代 Intel CPU Haswell i7的晶體管數約為14億多）。
從設備端來看，晶圓加工廠可以分為6個獨立的生產區：擴散（包括氧化、膜淀積和摻雜工藝）、光刻、刻蝕、薄膜、離子注入、拋光。其中，擴散區主要進行高溫工藝及薄膜淀積，設備包括氧化爐、高溫擴散爐等；光刻區的目的是將電路圖形轉移到矽片表面的光刻膠上，然後通過深紫外線曝光來印制掩膜版的圖像，設備包括塗膠/顯影設備，光刻機；刻蝕區是在沒有光刻膠保護的地方留下永久的圖形，設備包括刻蝕機、去膠機和濕法清洗設備；薄膜區是在生產各個步驟間的介質層與金屬層的淀積，包括化學氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）設備等；離子注入區的主要設備為離子注入機，是一種摻雜工具；拋光區主要作用是使矽片表面平坦化，主要設備為拋光機。
①氧化爐。主要是在矽片表面生長一層氧化層（SiO2），由於矽是半導體而二氧化矽是絕緣體，因此是良好的介質材料；同時二氧化矽具備保護器件劃傷和隔離玷污的作用。
②光刻機及塗膠/顯影設備。光刻的本質是把臨時電路結構復制到以後要進行刻蝕和離子注入的矽片上。主要包括氣相成底膜、旋轉塗膠、軟烘、對準和曝光、曝光後烘焙、顯影、堅膜烘焙、顯影觀察等8個步驟。目前光刻機主要包括極紫外光刻技術（EUV）、角度限制投影電子光束光刻技術（SCALPEL）、離子束投影光刻技術（IPL）和X射線光刻技術。
③刻蝕機。一般來說，互聯材料淀積在矽片表面，然後有選擇地去除它，就形成了由光刻技術定義的電路圖形。這種有選擇性的去除材料叫刻蝕。刻蝕的對象包括鋁合金復合層（做到電學鏈接）、多晶矽柵（構造晶體管中的柵極）等。刻蝕分為幹法刻蝕和濕法刻蝕，前者的刻蝕劑是等離子體，後者的刻蝕劑主要是化學刻蝕液。影響刻蝕機性能的主要參數包括刻蝕速率、刻蝕剖面、刻蝕偏差、選擇比、均勻性、殘留物、聚合物形成、等離子體誘導損傷和顆粒沾污。
④高溫擴散爐。高溫擴散爐也是做到熱氧工藝的關鍵設備，包括臥式爐、立式爐和快速熱處理擴散爐（RTP）。通常矽片進行光刻前形成的二氧化矽稱為場氧，由氧化爐完成；利用多晶矽淀積形成柵極前的氧化稱為柵氧化矽，由高溫擴散爐完成。同時，完成離子注入後的退火時也能用到高溫擴散爐，有助於修復晶格缺陷。
⑤離子注入設備。本征矽的導電性很差，因此需要摻入其他雜質，使其結構和導電率發生變化，矽才能成為一個半導體。矽摻雜是制備半導體中pn結（pn結和前文中提到的柵極是晶體管的重要構成）的基礎，離子注入是最重要的摻雜方法。離子注入的兩個重要參數是劑量和射程。
⑥化學氣相沉積設備（CVD）。化學氣相淀積是通過氣體混合的化學反應在矽片表面淀積一層固體膜的工藝，應用的工藝包括光刻前的氣相底成膜以及形成絕緣介質層（如氮化矽）。CVD設備包括APCVD（常壓CVD）、LPCVD（低壓CVD）、等離子體增強CVD（PECVD）和高密度等離子體CVD（HDPCVD）。
⑦物理氣相沉積設備（PCD）。用於半導體製造業中的金屬化工藝被稱為物理氣相沉積，通過淀積一層金屬化薄膜，並輔助光刻及刻蝕的方法，從而在晶片上做到互聯金屬線和接觸孔或通孔鏈接。
⑧拋光機（CMP）。主要功能為獲得金屬和介質層的局部和全局的平坦化，主要的方法包括反刻、玻璃回流和旋塗膜層。
⑨測試設備。包括探針台和測試機，根據探針測試晶片進行接觸，測試機進行測試。最終輸出結果為判斷一片矽片上的晶片成品率。
IC封測設備
IC封裝測試設備將加工好的晶圓進行揀選、分片、封裝、測試進而轉變成為獨立可用的電子元器件。封裝測試環節運用到以下8類設備：
①減薄機。將加工好的晶圓進行背面減薄，通常需減薄到8—10密耳，以降低矽片裝配過程中的熱應力、減小矽片封裝後的尺寸。
②劃片機。將矽片切割為單個晶片，劃片後，根據晶圓檢測環節的檢測和揀選結果，晶片將被分類進行下一個環節，符合性能預期的晶片將進行正式的封裝。劃片機通常採用金剛石刃作為切割工具。
③貼片機。將切割後性能符合預期的晶片背面黏貼到引線框架或基座上，最常用的黏貼方法是利用環氧樹脂進行黏貼。
④焊線機。主要用於引線鍵合環節，將晶片與引線框架進行電連接。引線鍵合屬於封裝的一級互連環節，常用的一級互聯方法有載帶自動焊、倒裝焊、引線互聯。
⑤塑封機。將完成引線鍵合的晶片和引線框架完成包封，常用的塑膠封裝方法有SOP、SIP、QFP，進行塑封是為了對晶片和焊線進行保護。
⑥切筋打彎機。即將模塊式的引線框架切割成為單獨的塑封好的引線框架，之後將引腳成型，達到工藝需求要求的形狀。常見的引腳打彎形狀有海鷗形引腳、直插型引腳、J形引腳。
⑦分選機。分選機是將封裝後的晶片和測試機進行連接的自動化晶片運輸和連接設備，通常需根據不同封裝形式進行分選機設計。
⑧測試機。對接分選機，對封裝後的晶片進行電學性能測試。封裝後的測試是晶片製造環節最後的測試環節，測試通過的晶片將直接交付給客戶。封裝過程對晶片可能存在一定的損壞，因此封裝後進行晶片功能測試是非常必要的。
分地區增速方面，2017年韓國半導體設備市場規模約180億美元，同比增長133%，主要系三星成立半導體代工業務部門，晶片及晶片外包業務需求持續增長。台灣半導體設備市場規模約115億美元，同比下滑6%，喪失連續五年的第一寶座，主要系台灣半導體所依賴增長的PC市場進入衰退期，智慧型手機增速趨緩。中國大陸半導體市場規模約82億美元，同比增長27%。
競爭格局：全球市場集中度高，國產企業差距明顯。根據SEMI統計，2017年全球前十大IC設備企業合計營收為414.8億美元，占全球市場比重為73%。其中，前四強與2016年一致，合計營收占比為59%。
從細分產品來看，核心設備壟斷程度較高。在整個半導體設備市場中，晶圓加工設備大約占整體的80%，封裝及組裝設備大約占 7%，測試設備大約占 9%，其他設備大約占 4%。同時根據VLSI Research 2017年公布的數據，晶圓加工設備中，擴散設備、光刻設備、刻蝕設備、離子注入設備、薄膜沉積設備、前道檢測設備、拋光設備、清洗設備投資額占生產設備比例為1%、23%、30%、2%、25%、13%、4%、2%。
在市占率方面，2016年光刻機，刻蝕機，CVD、PVD設備的前三大設備供應商市占率合計分別為92.8%、90.5%、70%、96.2%，壟斷程度較高。
國產半導體設備企業實力仍然偏弱。根據Gartner 數據顯示，全球列入統計的規模以上晶圓製造設備商共計58 家，其中日本企業最多，數量達到21 家，占比為36%。其次是歐洲的13 家、北美10 家、韓國7 家。中國大陸僅4 家納入統計，按數量統計占比不到 7%，國產半導體設備公司整體實力偏弱。
同時，中國雖然是全球半導體設備第三大市場，但是2017年國產半導體集成電路設備國內市占率僅為4%，且國產設備基本上都是銷售到國家投資的集成電路生產線，比如中芯國際、長江存儲、上海華虹、華力微。外商投資的公司普遍採用進口設備。
根據中國電子專用設備協會統計，2017年中國半導體設備前三強分別是晶盛機電、電科裝備、捷佳偉創，其中主營業務為集成電路設備的前三強分別是中微半導體、北方華創、上海微電子，2016年營收規模分別為6.87、4.85、2.90億元。
2、三大因素齊發力，國產半導體設備迎發展良機
我們認為國產半導體設備正處於發展的機遇期，主要基於三點原因：①受汽車電子以及工業互聯網等新興領域的需求帶動，半導體行業發展有望持續復蘇；②國家政策持續加碼，國家集成電路產業投資基金（以下簡稱大基金）第二期正在籌資，國產企業有望充分受益；③矽片廠和晶圓廠產能擴張疊加技術迭代，國產半導體設備企業有望在8英寸半導體設備做到突圍，縮短與外企的差距。
③人工智能領域。人工智能或稱機器學習，是在面臨海量數據時做到舉一反三，通過大數據訓練能夠尋找數據與結果之間的內在關聯，並形成新的洞察力以幫助企業進行最優決策。2017年7月、12月，國務院和工信部接連發布《新一代人工智能發展規劃的通知》、《促進新一代人工智能產業發展三年行動計劃（2018-2020年）的通知》，為大陸人工智能發展提供政策保障。規劃表示到2020年大陸人工智能核心產業規模超過1500億元，帶動相關產業規模超過1萬億元。根據中國信息通信研究院發布的《2017年中國人工智能產業數據報告》，2017年，大陸人工智能市場規模達到了216.9億元，比2016年增長了52.8%，預計2018年市場規模有望達到339億元，增速達到56.3%。
④汽車電子領域。汽車電子化是汽車技術發展進程中的一次革命，主要應用為汽車電子控制裝置和車載汽車電子裝置。在國內汽車電子化最為顯著的代表是汽車的電動化，2012-2017年，國內電動汽車產量的復合年均增長率達79.16%。2016年11月29日，國務院印發《‘十三五’國家戰略性新興產業發展規劃》，提出重點發展新能源汽車，到2020年做到當年純電動汽車和插電式混合動力汽車的產銷量達200萬輛以上，相較2017年將增加200.03%。目前大陸電動汽車電機電控核心組件IGBT晶片98%採用國外進口，在國內汽車電子化蓬勃發展的過程中，汽車晶片的國產替代將存在較大的需求。
⑤5G領域。工信部2017年1月17日印發《信息通信行業發展規劃（2016-2020）》，明確5G是大陸信息通信行業十三五期間重點研發和規劃工程，將在十三五期間構建5G試商用網路，打造系統、晶片、終端、儀表等完整產業鏈。同時國家發改委於2018年2月23日發布《2018年新一代信息基礎設施建設工程擬支持項目名單》進一步為推進5G商用加碼。中國移動、中國聯通和電信則緊跟規劃腳步，計劃將於2018年在上海、杭州、深圳等16城市進行試點商用。目前聯發科、台積電等均在進行5G晶片研發，5G的應用推進將在移動智能設備端帶來革命性的更新需求。根據英飛凌預測，到2020年，全球將有500億台設備進行5G連接。
2.2、「02專項」+大基金助力，政策紅利持續落地
大基金一期成效明顯，二期正處於籌劃之中
國家集成電路產業投資基金（大基金）2014年9月24日正式成立，存續期為10年，註冊資本為987.2億人民幣，財政部、國開金融、中國煙草、北京亦莊為公司前4大股東，持股比例分別為36.47%、22.29%、11.14%、10.13%。大基金分為兩期進行，截至2018年5月，大基金一期已經投資完畢，共募集1387.2億人民幣，有效決策投資67個項目，累計項目承諾投資額達1188億元，實際出資818億元。
從投資領域來看，大基金一期投資重點關注晶片製造，設備領域較少涉及。截止到2017年底，大基金一期承諾投資中，晶片製造、晶片設計、封裝測試和裝備材料的投資占比分別為67%、17%、10%、6%。在半導體設備方面，目前大基金投資比重仍相對較低，投資對象僅包括北方華創、中微半導體、長川科技、瀋陽拓荊等設備類公司。
在影響力方面，大基金對長電科技、通富微電、華天科技、中芯國際等國內行業主管者的投資均可反映大基金偏向投資行業引領型企業以促進中國半導體企業的國際影響力形成。如2014年12月，大基金通過與長電科技簽署三級股權架構協議註資3億美元助力其完成對原全球第四大封裝測試廠星科金朋的「蛇吞象」式收購，收購完成後長電科技順利於2017年成為全球第三大封測企業。
另一方面，大基金二期正處於籌備之中。根據搜狐新聞網報導，大基金二期籌資規模預計為3000億元（高於此前預期的1500-2000億），按照1：3的撬動比測算，撬動的社會資金在9000億左右，整體投資總額將超過萬億，預計將對半導體行業發展起到有效地提振作用。
與存量產能相比，矽片廠與晶圓廠的產能增量均非常明顯，且主要集中於12英寸產能。根據我們統計，截至2018年7月國內8英寸矽片存量產能為68.5萬片/月，增量產能提升幅度為326%；國內12英寸矽片產能幾乎空白，僅能統計到上海新昇的5萬片/月，增量產能提升幅度為62倍。在晶圓廠方面，國內8英寸晶圓存量產能為83.3萬片/月，增量產能提升幅度為66%；國內12英寸晶圓存量產能60.9萬片/月，增量產能提升幅度為178%。
半導體產線技術迎來迭代，國產半導體設備企業有望迎來發展機遇期。半導體設備作為下遊矽片廠及晶圓廠建廠時重要的資本開支，在國內矽片廠以及晶圓廠的持續大幅投產的背景下，需求有望得到大幅提升。從半導體設備的投資側重點來看，12英寸矽片廠和晶圓廠增量產能均大幅超過8英寸增量產能，充分表明未來2年晶圓廠正處於技術迭代期。在海外半導體設備龍頭競逐12英寸半導體設備的過程中，國產半導體設備企業在以大基金為核心的政策扶持下有望在8英寸半導體設備做到突圍，縮短與外企的差距。另一方面，我們亦關注到部分國產企業在12英寸半導體設備取得突破，如晶盛機電在中環領先半導體的中標項目中已涵蓋12英寸半導體單晶爐，預計隨著12英寸成為主流技術路線，公司的業績將充分受益。
半導體設備市場空間小結：綜上所述，2018-2020年國內半導體設備市場空間分別為1935.68、1854.47、424.73億元。
4.1、 北方華創：充分受益半導體設備國產化，公司步入發展機遇期
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