突围卡脖子复盘海外半导体设备巨头，看好国产替代空间

　　集成电路设备领域长期保持寡头垄断的市场格局，通常表现为23家行业龙头占在半导体制造各个环节所需设备的大部分市场份额，在对技术要求非常高的光刻机、薄膜沉积和刻蚀机这三大设备领域表现尤其明显。在集成电路制造过程中，光刻精度决定了元器件刻画的尺寸，刻蚀和薄膜沉积的精度则决定了实际加工后的结果和良率，这三大设备占据整个集成电路前道设备价值的近70。
　　而在这三大领域中，ASML独自垄断高端光刻机，尤其是适用于7nm的EUV光刻机的全部市场份额，泛林半导体LAM是刻蚀领域的龙头企业，AMAT更是长年保持行业第一，在多领域都占用重要市场份额，因此我们选取这三家公司进行分析，希望从中能得出一些启示，促进国内半导体设备行业的发展。
　　ASML：内生外延，合作创新
　　光刻机龙头荷兰ASML公司成立于1984年，由半导体设备代理商ASMI和飞利浦旗下光刻设备研发小组合并而来。光刻机是集成电路制造中精密复杂、难度高、价格昂贵的设备，用于在芯片制造过程中的掩膜图形到硅衬底图形之间的转移，ASML成立初期由于技术落后和资金不足，一度陷入困境，但在1990年推出技术突破性产品PAS5500后，公司在光刻机领域一路保持技术领先，首先研发出浸润式光刻技术，又联合三星、英特尔和台积电等大客户研究开发，成为世界上唯一能生产EUV光刻机的公司。截至2021年7月，公司市值为2903亿美元是1995年初上市时的255倍。公司在光刻机的市场份额在2009年后成为第一一直保持领先，2020年公司独占全球光刻机市场63的份额。
　　回顾ASML的发展历史，其成功可以总结为以下几点：
　　4。1。1。外延并购，快速扩大业务版图
　　由于光刻技术的难度产生高壁垒，ASML的收购标的大多是围绕光刻的高附加值补充技术和上游关键子系统供应商。同业横向方面，ASML收购硅谷集团（SVG）获得了其市场份额和美国客户的认可，在技术方面，收购光学邻近校正技术公司MicroUnity、计算光刻技术公司BrionTechnologies和量测公司Hermers等，进一步提高成品率稳固行业地位；纵向方面，ASML并购上游供应商WijdevenMotion、Cymer和卡尔蔡司半导体技术制造部门，布局光刻机核心子系统工作台、光源照明和投影物镜，进一步实现产业协同，降低成本。
　　4。1。2。注重创新研发，客户入股打造共同利益，建立开放研究网络
　　ASML的成功是基于在技术方面的不断突破，光刻技术一直是集成电路产业摩尔定律持续推进的关键技术之一。从1980年代准分子激光光源，到使用193nmArF光源的干法光刻，可用于28nm的浸润式光刻，再到可用于更高端制程的EUV光刻机，ASML持续推动行业发展。
　　ASML一直注重创新，在其他企业执着于提升干刻技术时，公司于2004年与台积电共同研发出第一台浸润式微影机，这一技术也奠定了ASML的霸主定位。公司产品TWINSCAN系列是目前世界上精度最高、生产效率最高、应用最为广泛的高端光刻机型。TWINSCAN系列分为TWINSCANDUV机型和TWINSCANNXE机型。WINSCANDUV机型是一种深紫外光刻机，其干法系统可用于制备38nm的芯片，而浸润式系统可用于制备远低于20nm的芯片。TWINSCANNXE机型是一种极紫外光刻机，装载了完整的新型EUV光源技术和新型反射镜（一般是使用传统凸透镜），用于10nm量产和7nm的研发。公司正在进一步研发可用于2nm工艺的光刻机。
　　鉴于光刻机的技术复杂度，对各个组成部分都有着较高的技术要求，公司保持开放式创新模式，和研究机构、高等院校、外部技术合作伙伴形成开放式研究网络，保持前沿知识和技能领先；同时，公司于2012年10月提出客户联合投资专案，允许其大客户对公司进行少数股权投资，并支持公司未来的研发支出，公司则向股东提供设备的优先购买权，打造利益共同体。英特尔、台积电、三星总计以38亿欧元的代价取得23的股份，并另外出资13。8亿欧元支持公司未来五年的EUV技术研发，这项计划使得公司与客户共享研发风险与回报，获得充分资金支持。公司对研发的重视使得公的技术和产品快速迭代更新，满足客户需求，推进摩尔定律。
　　AMAT：平台化策略，多领域覆盖
　　美国应用材料股份有限公司AMAT（AppliedMaterials，Inc）成立于1967年，总部位于加利福尼亚硅谷，1972年在纳斯达克上市（股票代码：AMAT。O）。2020年实现营收172亿美元，在19个国家和地区设有110个分支机构，全球员工24000人，拥有14300个专利。公司是全球领先的半导体设备和服务供应商。公司致力于打造多品类、全方位的平台化企业，产品线覆盖薄膜沉积、刻蚀、离子注入、测量和检测、清洗等多个集成电路生产步骤。
　　20世纪60年代中后期，IDM公司逐渐发展壮大，伴随着工业技术的提升，专业分工的优势开始显现，一大批专业设备和材料提供公司应运而生，AMAT正是其中之一。AMAT深耕半导体50余年，从最开始加利佛尼亚的小厂房发展为如今半导体设备巨头，其发展可以划分为三大阶段：90年代完成全球化布局、20世纪初并购外延提升技术实力并拓展产业链、以及过去十年内平台内不断整合推出新产品满足客户需求，稳固行业龙头地位。
　　回顾AMAT的发展历史，其成功可以总结为以下几点：
　　4。2。1。抓住三次产能转移机会积极布局海外
　　20世纪70年代中后期，半导体产业由美国向日本转移，80年代后期向韩国转移，公司审时度势把握良机，发展新兴市场，于海外设立办事处。顺应趋势、因地制宜，在海外市场获得了较大成功。1992年公司实现营收7。5亿美元，成为全球最大的半导体设备供应商，其中来自亚洲的营收占42，超过美国本土至此成为最重要的收入来源之一。
　　4。2。2。外延并购丰富产品线，打造全方位平台
　　伴随着半导体设备行业逐渐成熟，公司在步入发展稳健期后开始实施大范围的并购，外延扩展公司产品线。平台化的布局一方面使得公司能够掌握市场最先进的关键技术，降低研发失败的风险，进一步引领行业技术前沿；另一方面拓展的公司业务，为公司的营业收入贡献新的增长点，进一步稳固公司市场份额。
　　LAM：战略聚焦蚀刻的半导体设备巨头
　　泛林集团LAM（LamResearchCorporation）总部位于加利福尼亚硅谷，成立于1980年，正是半导体设备行业的高速成长期。由于硅刻蚀从产品到市场时间短，小型化晶片又存在着大规模的需求，泛林从成立时就专注于刻蚀设备，在第二年就推出第一款刻蚀机产品AutoEtch。此后保持高速成长，于1984年在纳斯达克上市（股票代码：LRCX）。2020年公司实现营收约119亿美元，拥有约12200名员工。
　　刻蚀技术按刻蚀材料分可分为金属刻蚀、介质刻蚀、和硅刻蚀。其中，硅刻蚀和介质刻蚀占据主流，市占率达95。2017年干法蚀刻设备LAM、TEL、AMAT占据93市场份额，介质刻蚀设备TEL、LAM占据92。5市场份额。就市场总体份额来说，LAM凭借领先的专业前沿技术和产品协作，公司五大系列产品覆盖多层面，满足客户制造尺寸更小和结构更复杂的器件的要求，占据50以上的市场份额。
　　不同于AMAT的全方位范产品布局战略，LAM战略聚焦于刻蚀设备，并逐步向前端薄膜沉积和后端清洗设备延伸，公司发展速度远超行业龙头AMAT。1998年之前，公司推出的旋转清洗系统和HDPCVD系统等极具产品创新力，尽管在1997年前后公司曾因为过于多样化一度被对手占领了刻蚀领域的市场份额，但公司在1998年之后选择专注于高技术含量的刻蚀设备，研发出多款跨时代产品，并一直保持技术领先，在2005年实现营收约15亿美元，实现稳定收入上升。
　　并购和产业协同是LAM发展的必要因素。2006年，LAM收购BullenSemiconductor，BS是全球大的高纯度定制硅元件和组件供应商，为太阳能、光学和半导体设备市场提供集成的硅解决方案；2008年收购全球领先晶圆清洁和干刻设备供应商SEZAG，现为LamResearchAG；2012年以33亿美金与NovellusSystems（诺发系统）合并，诺发系统创建于1984年，主要生产用半导体生产的化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、电化沉积（ECD）、化学机械研磨（CMP）、紫外热处理（UVTP）和表面处理设备。此次并购中，LAM获取了高级半导体器件制造关键技术：表面处理工艺和沉积工艺，应成为仅次于应用材料的综合性半导体设备厂商，加速了整个行业的寡头格局进程；2017年，LAM收购领先MEMS自动化设计软件供应商Coventor，提升工艺开发，设计和集成技术能力。
　　对国内半导体设备公司发展的启示
　　4。4。1。技术研发仍是内生增长的核心
　　持续的高研发投入是内生增长的核心。三家公司研发投入占比营收均为15左右。对于半导体设备这一类技术壁垒较高的专用型产品而言，其预期收入和盈利严重依赖于下游晶圆厂未来的资本开支计划，而产品一旦被下游晶圆厂验证通过，通常能够成为该晶圆厂相对应制程节点扩产时的首选，即高研发投入取得技术竞争力进入晶圆厂在晶圆厂保持份额。龙头公司的技术领先优势得以保持，使得公司拥有更高的安全边际和定价能力，越先技术突破，越早享受技术红利。
　　4。4。2。外延并购保证技术优势，产业链整合产生业务协同
　　外延扩张是企业持续高速发展的重要途径。半导体设备技术壁垒高，单纯靠企业内生研发，难以保证企业技术实力一直保持前沿，也难以实现在一个新产品新领域的布局。回顾ASML、AMAT和LAM的发展历史，可以发现企业大都是在并购关键性技术企业后推出更新一代突破性产品。
　　结合以上三家企业的并购历史，无论是强化已有产品线还是拓展丰富其他领域产品，能够发现其并购的原因多为技术并购，保持技术前沿性使得公司产生更高的技术壁垒，为用户提供更好的服务提升用户信任，进而从客户角度加快产品迭代推出更适合市场的产品，从而进一步形成寡头垄断。国内目前并购行为也基本符合这一行业法则。2015年七星华创与北方微电子合并，增强其28nm产品的竞争能力，同时提高14nm的研发能力，目前已成为国内半导体设备的领军企业之一。清洗设备方面，尤其是单晶圆清洗设备，需求大量提升的情况，北方华创收购Akrion以加强对清洗设备的布局和供应能力，迎合单晶圆清洗设备需求的大幅的提升。在半导体检测设备方面，精测电子收购日本WINTEST、同时参股韩国ITT等优质半导体检测设备资产。
　　国家对集成电路产业发展的支持有增无减，大基金二期对半导体设备也持续重视，国内企业在保持内生研发的同时，通过外延并购实现加速突破，占领市场份额，先满足国内客户的技术需求，支持国内在建和计划建设的产线，通过客户反馈不断沉淀自身实力，以期在国际市场占有一席之位。当公司在某一领域产品成熟并拥有一定的市场份额后，可以向上下游产业链进行整合，进一步稳固自身优势，提升市场占有率。
　　报告出品方：天风证券研究所
　　分析师：潘暕、骆奕扬
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