北方华创研究报告半导体设备龙头，国产替代空间广阔

　　（报告出品方作者：长江证券，杨洋，赵智勇，倪蕤，王泽罡）北方华创：国资背景深厚，设备龙头成长性凸显
　　北方华创是由北京七星华创电子股份有限公司（七星电子）和北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司（北方微电子）战略重组而成，业务涵盖半导体装备、真空装备、新能源锂电装备及精密元器件等领域。
　　七星电子与北方微电子均成立于2001年，七星电子由七星集团作为主发起人设立，主营半导体装备及精密电子元器件业务，半导体装备主要包括清洗机、扩散氧化炉等，同时也向太阳能电池（光伏）、TFTLCD、分立器件以及电力电子等行业拓展；北方微电子由北京电控联合七星集团、清华大学、北京大学、中科院微电子所和中科院光电技术研究所共同出资设立，以高端集成电路设备为主业，重点发展刻蚀机、PVD和CVD等集成电路设备。2016年，在国家大基金的参与下，七星电子与北方微电子完成战略重组，伴随着半导体产业的快速发展和国产化替代的兴起，近年来公司逐渐成长为国内领先的半导体设备平台型供应商。
　　国资背景，股权结构集中且稳定，产业布局清晰明了。北京电子控股有限责任公司为北方华创的实际控制人，直接持有公司约9。5的股份，通过其全资子公司北京七星华电科技集团有限公司间接持股比例约33。7。公司为国资背景，架构稳定，有利于长期发展。从产业布局的角度来看，公司目前下属主要有五家全资子公司，业务划分较为清晰。
　　业务矩阵推动收入规模与盈利能力共同增长
　　近年来随着公司产业布局逐渐完善，技术工艺不断升级，收入呈现持续增长的趋势。半导体设备和电子元器件业务2022上半年在公司收入中的比重分别达到71和25，是公司最核心的收入来源。近年来，半导体设备业务受益于行业的快速发展以及国产替代需求的爆发，电子元器件业务受益于下游航天航空等高精尖应用领域的需求拉动，均实现了快速增长，2022年上半年半导体设备业务和精密元器件业务的收入分别为38。7亿元和13。3亿元，同比分别增加55。1和72。5；公司2022年前三季度整体收入达到100。1亿元，超过2021年全年收入水平，同比增加62。2。
　　截至2022Q3，公司合同负债和存货分别为65。1亿元和115。7亿元。公司近几年营收状况持续向好，同时合同负债及预收账款也表明公司订单充裕，预示着未来业绩的高度确定性。另一方面，由于半导体设备多为以销定产的模式，较高的存货水平也反映出公司积极储备原材料以应对未来生产，同时库存成品也表明公司拥有较多交付途中的设备。
　　平台化效应显现，盈利能力向好。从业务端来看，公司核心业务电子工艺装备的毛利率在35左右的水平，电子元器件的毛利率则受益于核心竞争力不断增强及下游需求的旺盛呈现出持续提升的趋势，2022上半年达到76。7；2022年上半年公司综合毛利率水平为46。4。费用端，受益于收入规模的快速增长，公司销售费用率和管理费用率均呈现出下行的趋势，从而也驱动了公司盈利能力的持续提升，2022年前三季度公司归母净利润为16。9亿元，归母净利率约16。8，均为过去几年以来的最高水平。未来随着产品迭代和规模效应的显现，公司盈利能力有望进一步向好发展。在研发投入方面，公司始终维持在较高的水平，2021年公司研发投入金额达到28。9亿元，占营收比重为29。9；研发人员数量达到2，044人，在国内半导体公司中处于领先水平。
　　股权激励落地彰显长期增长信心
　　公司分别于2018年、2019年、2022年多次推行股权激励计划，通过长效激励更好地吸引和留住核心人才。从2022年的股权激励情况来看，公司激励覆盖面进一步扩大，首次授予总共向838人授予约1，047。60万份股票期权，占股本总额比例约1。99，主要面向核心技术人员（775人）和管理骨干（63人）。在考核方面，公司综合考虑了收入、研发、利润以及自有资本效率等多个方面的指标。本次股权激励的考核期从2023年持续至2026年，一共包含了4个会计年度，有望驱动公司业绩持续快速增长。产品布局：内生外延，打造泛半导体设备平台
　　芯片制造分为前道和后道工艺，前道主要包括晶圆制造过程中的热处理、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、机械抛光等工艺；后道主要包括封装测试，包括减薄、划片、测试、分选等工艺。根据SEMI数据显示，2021年全球半导体设备销售额约1，025亿美元，其中前道设备占比约为85，主要包括热处理氧化扩散设备、光刻设备、刻蚀去胶设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、机械抛光设备等。
　　半导体设备具有研发周期长、行业高度垄断的特点，国际领先的半导体设备公司通过大量的研发投入，持续保持产品的技术先进性，巩固其垄断性市场占有率，形成高度垄断高额利润高额研发技术领先发展格局，因此整体市场竞争格局较为集中，各类半导体设备top3的企业中主要为美国、荷兰与日本等国的企业。北方华创产品布局全面，覆盖多个工艺环节，是国内最具竞争力的前道硅刻蚀机、PVD、立式炉、清洗机产品的供应商。
　　将工艺整合为机床平台，优化生产效率及工艺覆盖面。半导体专用设备生产流程以模块化为主，同时辅以系列化、标准化手段来缩短生产周期并提高生产效率。若客户有特殊的工艺需求，则公司可在原有的平台基础之上保留通用模块部分，对部分关键零部件进行重新设计，从而实现客制化的生产和工艺面的覆盖。热工艺方面，公司拥有THEORIS302FLOURIS201系列立式炉管设备，能够应用于28nm及以上的集成电路、先进封装、功率器件等领域，具备高精度温度控制能力、严格的金属污染控制能力以及稳定的传输控制能力；
　　薄膜设备方面，公司拥有eVictor、exiTin和Polaris系列PVD设备，形成了国产集成电路领域高端薄膜制备设备零的突破，同时公司的APCVD、LPCVD和ALD等设备均在集成电路领域实现产业化应用，完备的产品线能够在28nm及以上成熟制程方面能够实现较好的国产替代；刻蚀设备方面，公司开发了NMC612和NMC508系列产品，分别对应12英寸和8英寸两种晶圆尺寸，同时NMC612D硅刻蚀机已经达到先进水平，近年来公司推出的NMC508RIECCP介质刻蚀机目前已在5家客户完成验证并实现量产；公司的清洗设备产品主要为单片及槽式清洗设备，可适用于技术节点为65nm、28nm工艺的芯片制造。
　　热工艺设备：底蕴深厚，产品线成熟
　　热工艺设备市场寡头垄断，关注国产龙头替代潜力。全球热工艺设备市场规模在2021年达到约264亿美元，相较于2020年提升幅度明显，其中RTP（快速热处理）设备、氧化扩散炉、栅极堆叠设备市场占比分别为45、34、12。从市场竞争格局来看，应用材料、Kokusai、东京电子等海外龙头占据了市场的大部分份额，国内厂商中，屹唐半导体通过收购美国半导体设备厂商MattsonTechnologyInc。（MTI）从而实现了在该领域的快速突破，北方华创则多年深耕该领域，具有一定的市场份额。
　　从热工艺未来的发展方向来看，芯片性能对热预算、温度的敏感度要求越来越高：1）芯片尺寸缩小要求更低的工艺温度及更快的升降温速率的立式炉设备；2）先进的工艺需求更先进的温度场控制技术；3）在更高温下，对零部件选材及金属离子污染控制提出更高要求；4）炉管式化学气相沉积薄膜工艺向原子层沉积薄膜工艺发展。
　　公司热工艺设备国内领先，产品覆盖28nm及以上制程。北方华创氧化扩散类设备历史悠久，自2004年起相关项目就已经列入北京市重点技术创新计划，2008年公司的12英寸9065nm立式氧化炉申请国家重大专项并于2009完成立项。近几年，北方华创的12英寸立式氧化炉设备陆续通过了90654528nm生产工艺验证，技术快速追赶海外。
　　公司自主研发的12英寸立式氧化炉THEORISO302具有先进的颗粒控制技术、高精度温度场控制技术、先进的微环境氧含量控制技术、后期维护费用低等特点，具备12英寸晶圆干氧氧化、湿氧氧化、DCE氧化等工艺能力，主要应用于LOGIC、DRAM、NAND等产品工艺制程，并成为客户的POR机台（扩产优先采购机台），2021年该产品荣获第四届集成电路产业技术创新奖。此外，公司SiC650系列高温炉可用于SiC基功率器件制造中的高温工艺环节。近年来，公司热工艺设备被广泛应用于长江存储、华虹无锡、上海积塔等主要晶圆厂产线。
　　薄膜沉积设备：PVD国内领先，打破海外公司垄断
　　市场空间广阔，国产替代加速推进。根据MaximizeMarketResearch数据统计，全球半导体薄膜沉积设备市场规模从2017年的125亿美元扩大至2020年的172亿美元，年复合增长率为11。2，预计至2025年市场规模可达340亿美元。根据Gartner统计，2019年全球半导体薄膜沉积设备中PECVD、PVD、ALD设备的市场规模占比分别为33、23和11；2020年全球半导体薄膜沉积设备中PECVD、PVD、ALD设备的市场规模占比分别为34、21和12。8，ALD设备的占比相对提升。
　　从竞争格局来看，2021年应用材料、泛林半导体、东京电子、ASM、Kokusai占据了全球主要市场份额，国内以北方华创、拓荆科技、中微公司为代表的厂商正在加速追赶，北方华创在PVD设备方面布局较为领先；拓荆科技产品涵盖PECVD、ALD、SACVD三类半导体薄膜沉积设备，是国内唯一一家产业化应用的集成电路PECVD设备和SACVD设备厂商；中微公司在MOCVD设备上积累深厚。
　　随着集成电路工艺的进步及结构复杂化，先进制程下薄膜沉积设备精密化、多样化，对薄膜均匀性、颗粒数量控制、金属污染控制的要求逐步提高：1）PVD技术发展对台阶覆盖率及填充特性要求逐步提高；2）器件性能的提高要求低损伤、亚原子级沉积速率控制；3）高深宽比填充工艺下新材料的引入带来越来越多的ALD沉积需求；4）填充尺寸开口直径的不断缩小，促进了HDPCVD、SACVD及FCVD等技术的发展。
　　薄膜沉积设备快速追赶，PVD产品布局广泛。公司拥有PVD、CVD两大类产品，其中PVD为主力产品。公司的PVD产品采用金属溅射工艺，自研的AlPadPVD设备可应用于9028nm技术节点的BondPad和AlInterconnect工艺；自研的exiTinH630TiN金属硬掩膜PVD系统是针对5528nm制程12寸金属硬掩膜设备；铜互连PVD设备方面也实现了技术能力的不断提升，有望打破AMAT在该领域的垄断地位。此外，公司的LPCVD和APCVD产品也都可应用于集成电路领域，并已进入主流代工厂。
　　刻蚀设备：硅刻蚀领军者，持续完善产品布局
　　国产替代前列，自主刻蚀设备突破巨头垄断。根据Gartner统计数据，2020年全球集成电路制造干法刻蚀设备市场规模预计将回升至136。9亿美元，同比增长25。4，在全球集成电路制造设备市场的规模占比达21。1；2025年，全球集成电路制造干法刻蚀设备市场规模预计将增长至181。9亿美元，年复合增长率约为5。8。按刻蚀技术路线不同，全球等离子刻蚀设备市场90以上为CCP、ICP设备，2020年市场规模分别约48、76亿美元。从竞争格局来看，泛林半导体、东京电子、应用材料的市场份额在全球处于领先水平，国内厂商中中微公司、北方华创实现突破，市场份额处于上升通道。
　　随着集成电路技术节点的不断缩小，先进的等离子体刻蚀工艺面临更多的挑战：1）线宽尺寸不断缩小；2）逻辑、存储、功率等领域的刻蚀深宽比显著增加；3）三维堆叠技术的应用，对刻蚀形貌、粗糙度、深宽比和准直度有着更苛刻的要求；4）新材料和新器件的引入，需要新的刻蚀技术；5）更精细的芯片结构要求刻蚀技术实现原子级控制。
　　公司重点布局硅刻蚀和金属刻蚀的ICP刻蚀机，CCP刻蚀机实现量产突破。公司在刻蚀技术上突破了新型高密度低损伤等离子体源和脉冲射频控制系统两项等离子刻蚀设备的核心关键技术，12英寸ICP刻蚀机实现28nm制程的国产替代，14nm产品也通过相关工艺验证。公司2001年开始组建团队钻研刻蚀技术，2004年研发设备实现成功起辉，2005年8英寸ICP刻蚀机在客户端上线，并于2007年获得了国家科学技术进步二等奖，目前已有上千台设备服务客户；2017年11月，公司推出第一台金属刻蚀机，目前也已有上百台设备服务客户；2022年，公司推出CCP介质刻蚀机，实现了在8吋刻蚀设备上的整体解决方案，包括硅刻蚀、深硅刻蚀、金属刻蚀、化合物半导体刻蚀等工艺设备。随着产品的进步，近年来公司在主要晶圆产线导入的设备数量也在不断提升。
　　清洗设备：历史悠久，整合Akrion未来可期
　　2006年，北方华创启动了8英寸单片清洗机的研发并于2008年向科技部申请了65nm超精细清洗设备的国家重大专项。当前，公司拥有Saqua系列、Bpure系列两种用于集成电路清洗工艺的设备平台，工艺可覆盖至28nm。
　　截至2016年12月，公司的Saqua系列清洗机在IC生产线上累计流片就超过了60万片，并于2017年获得了SMIC公司的重复订单。2018年北方华创完成了对美国清洗设备公司Akrion的收购，公司半导体清洗设备产品线得到了有效的补充和增强，整合后的清洗业务包括单片清洗和批式清洗两大产品线，覆盖工艺种类进一步增多，包括PreFilmDepositionClean，PRStrip，BacksideClean，WaferReclaim，PostEtchClean，SiNOxideEtch，PostMetalDepositionClean和AlPadClean等关键清洗工艺。薄膜沉积、刻蚀、清洗三道工艺绑定程度较高，当前，公司正积极积累清洗设备相关的技术和专利，依托薄膜沉积、刻蚀的平台化布局，未来有望在清洗设备行业大放异彩。半导体设备市场：景气度高企，国产化加速
　　半导体作为下游电子应用的核心组成之一，行业的发展本身与下游整体需求变化强相关，同时半导体作为较为完整的产业链，包含EDAIP、设计、晶圆制造、封装测试、设备、材料等多个环节，其产品的研发、产能扩张和库存周转都具备一定的时间性变化，而这将较大程度地影响半导体企业基本面的变化，因此在复盘行业股价波动前我们首先将回顾半导体行业的周期性变化。基于下游需求、产能扩张和库存变化三大维度，我们一般将半导体行业划分为810年的关键产品大周期（核心为新产品的总量、渗透率和单应用半导体价值量）、35年的产能中周期（核心为晶圆厂、封测厂的资本开支与产能扩张进度）以及35个季度的库存短周期（核心为下游应用的季度性库存情况）。
　　基于这三大维度分析2019年中至今的半导体总体情况，我们认为当前5G智能机、AIoT、新能源车、自动驾驶系统等多种关键应用释放较强增长动力，驱动全球半导体月度销售额持续增长至今。但一方面下游需求在20202021年密集释放后随着经济的疲软有所下滑，另一方面中游产能扩张仍在保持较快增速，供需紧张的情况有所缓解，2022年以来半导体月度销售金额增速有所下滑，2022年11月、12月销售金额分别为454。1、434。0亿美元，同比增速分别为9。34、14。65，目前已进入加速下滑阶段，而下滑本身意味着产业链开始控制供给端产出，在未来需求不出现大级别衰退的前提下，这预示着景气底部也即将在未来的12季度内逐步出现。
　　我们认为，未来阶段性变化的关键节点需要关注虚拟现实、5G、新能源车和自动驾驶等下游渗透率的变化情况，而当前而言这类下游的渗透率仍较低，创新脉络指引长期成长，未来全球半导体仍有相对长的一段增长期，中短期的需求库存波动对行业景气的影响或将逐步收敛。
　　国产晶圆需求旺盛，自主可供重要性凸显
　　晶圆需求长期增长，中国大陆产能占比提升。SEMI数据显示，预计全球半导体行业将在2021至2023年间开始建设84座大规模芯片制造工厂，其中中国大陆新芯片制造工厂数量将超过所有其他地区，计划有20座支持成熟工艺的工厂产线。从产能来看，预计从2022年至2025年，全球300mm晶圆产能将以接近10的复合年增长率（CAGR）增长，达到每月920万片的历史新高，其中中国大陆市场份额将从2021年的19增加到2025年的23，达到230万wpm；全球200mm晶圆产能20212025年预期产能将提升20，达到每月700万片的历史新高，其中中国大陆的产能在2022年的占比约21，20212025年的增速将达到66。
　　自主可控将推动行业国产化替代进程加速。2022年预计全球半导体设备销售将达到1，085亿美元，其中中国大陆仍是全球最大的半导体设备市场。根据芯谋研究数据，2022年中国半导体设备国产化率为12，国产替代仍处于相对早期阶段。2022年以来，美国对华半导体出口管制不断升级，2022Q4中国半导体设备进口额同比随之下滑。一方面，国内晶圆厂对成熟制程及特色工艺晶圆厂的扩产意愿仍然较强，SMIC预计2023年资本开支与2022年相比大致持平，主要将用于成熟产能扩张；另一方面，不确定的外部环境凸显供应链自主可控的重要性。多方面因素共同推动下，下游厂商或将加快国产设备认证，半导体设备的国产化进程有望进一步提速。
　　设备公司22年增速可观，海外龙头23年指引谨慎
　　22Q4海外龙头公司收入符合预期，环比增速有所放缓。半导体设备的交付周期相对较长，一定程度上落后于行业下行周期，22Q4（自然年2022年第四季度）海外龙头公司收入同比仍然保持较为快速的增长，AMATLAMASMLTELKLA收入同比增速分别为7。524。929。07。626。8，且大都略高于业绩指引中枢水平。
　　从对23Q1的指引情况来看，龙头公司大都对市场的需求情况保持相对谨慎，预期收入同比增速或将放缓。具体来看，AMAT认为23年存储市场方面的设备投资将会下降，但对于ICAPS（物联网、通信、汽车、电源和传感器）芯片的态度比上一季度更加积极。LAM认为2023年所有的细分市场客户都将保持谨慎的态度，尤其是存储市场，预计全球晶圆设备市场规模将从2022年的900亿美元左右下降至2023年的700亿美元左右，同时LAM将在全球范围内裁撤1300名（约7）左右员工。受设备交付时间和客户投资进度加快等因素的影响，TEL在22Q4上调了其该财年的收入预期。
　　TEL认为尽管晶圆设备市场正处于调整阶段，但是2023年下半年有望逐步迎来恢复，半导体市场和晶圆设备市场都将在2024年迎来下一个增长阶段，驱动因素来自于数据中心升级带来CPU和高效节能半导体器件的需求，以及智能手机和电动汽车等设备需求的复苏。KLA预计23财年全球对晶圆设备的需求将下降20左右，其中存储领域的投资下降幅度较大，代工和逻辑领域相对较好，此外由于美国对华出口新规的出台，KLA初步评估23财年在收入端或将产生69亿美元的影响，KLA在中国大陆的业务集中在成熟制程，限制相对较小，主要影响是对向中国大陆提供服务受阻。
　　盈利预测
　　半导体业务替代空间广阔，光伏新能源等业务受益行业发展。公司作为国内平台型半导体设备龙头公司，产品工艺覆盖率及客户渗透率持续提高，刻蚀机、PVD、CVD、立式炉、清洗机、ALD等设备新产品市场导入节奏也在加快，在当前半导体设备国产化率仍然偏低的情况下具备较为广阔的成长空间；其他业务方面，近几年新能源光伏设备保持高速增长，同时受益于新材料等新兴行业的发展，公司相关的设备、电子元器件业务也将保持高速增长。我们预计公司20222024年营业收入分别为145。5亿元、191。1亿元、244。8亿元，归母净利润分别为23。4亿元、34。9亿元、47。7亿元，对应当前股价的市盈率水平分别为58。6x、39。2x、28。7x。
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　　精选报告来源：【未来智库】链接