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 2-3 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 PAS 5500 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 Brion Technologies 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 Wijdeven Motion、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 193nm ArF 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 TWINSCAN DUV 机型和 TWINSCAN NXE 机型。WINSCAN DUV 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。TWINSCAN NXE 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（Applied Materials, 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（Lam Research Corporation）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 HDP-CVD 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 Bullen Semiconductor，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 SEZ AG，现为 Lam Research AG；2012 年以 33 亿美金与 Novellus Systems（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 IT&T 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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