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半导体制造的解决方案不断发展变化

来源:http://www.3i65.com 责任编辑:凯发娱乐 更新日期:2018-10-14 19:14

  广发证券机械/电子团队

  原题《国内第一份全球半导体设备产业并购史研究:以史为镜,可以知兴替》2018.8.26

  从总览全球半导体设备企业并购史,呈现三重特征

  在并购行为的推动下,半导体设备行业经历了从内生发展、外延调整和聚焦成熟三个主要时间,至今已形成了高度聚焦的市场。并购史具备三重特征,一是并购时点滞后于行业周期,二是在地域分布上以美国为核心向其他地区扩散,三是企业并购的数量和金额特征符合企业的发展战略。

  并购动机归因,外延发展成效显著

  归纳半导体设备行业的并购行为,主要可以分为五类:一是跟随下游工艺节点的技术要求,捕捉行业前沿设备和技术的需求;二是丰富产品线,并通过管理、客户互补等实现协同效应;三是作为竞争手段直接挤出竞争对手,获取对应市场份额;四是延伸产品品类以拓展市场空间,提高企业高速增长的可能;五是纵向布局行业的上游,形成产业链的协同从而提升附加值。

  并购反思录:行业法则与研发刚性

  可以从两个角度理解并购行为:一是行业法则,保持前沿性是设备企业竞争力的重要来源,行业在制程与需求的共同催化下发展,并购作为实现跟随性的重要途径是必然发生的,进而促成了高度聚焦的市场格局;二是研发刚性,研发与并购存在替代与互补的双重关系,研发是企业在中长期维度上实现技术可延展的重要手段,具有较强刚性。

  以史为镜,看国内设备企业的破局之道

  国内半导体设备行业体现出需求与供给的错配,需求持续增长,但先进设备的供给能力未发育完善。目前国内半导体领域正处于关键的破局时期,在许多领域尚有很多的发展和并购需求。可以从三个角度来观测企业在设备领域的破局可能性:能否通过外延式的方式切入半导体设备领域;在短期维度内是否能保持前沿性,是否能提供满足国内下游产线需求的设备;在中长期维度是否可将研发投入转化为技术延展性。三者任一均有利于企业的破局。

  投资建议:从并购和发展历程的经验来看,我们认为具有如下特征的企业将更加有望实现破局:通过外延式方式迅速切入设备领域;短期维度内保持跟随下游技术能力,提供“合意”设备的企业;中长期保持较高研发投入,并转化为技术可延展性的企业。对于个股而言,我们建议关注高端IC工艺装备龙头、积极布局半导体前道和后道检测设备的检测设备龙头、后道检测设备领先企业、单晶设备龙头和清洗设备企业等。

  风险提示:行业投资波动带来的收入不确定性;行业竞争加剧导致毛利率下滑;技术研发及国产化趋势推进不及预期;国家产业扶持政策变化或扶持力度不及预期;并购机会稀缺及并购后整合不确定性。

  全球半导体设备并购史研究:以史为镜,可以知兴替

  总览全球半导体设备企业并购史,呈现三重特征

  1.1 并购历史回顾:推动行业走向高度聚焦

  考虑到半导体设备市场的高集中度和设备种类的多样性,本文选取排名靠前且设备种类覆盖各种工艺设备到检测设备的十家企业作为行业代表,讨论其发展过程中的并购行为,具体包括应用材料(Applied Materials)、泛林(LAM Research)、阿斯麦(ASML)、东电电子(TokyoElectron)、科天半导体(KLA-Tencor)、迪恩士(DainipponScreen)、爱德万(Advantest)、泰瑞达(Teradyne)、日立高新(HitachiHigh-Technologies)和尼康(Nikon)十家。且本文仅考虑半导体业务相关部门的收购,如迪恩士在可得资料中仅有一次收购,标的为Alpha MED Scientific,归属于生命科学业务部门,不属于讨论范畴。

  并购是半导体设备企业发展史上不可绕过的命题。回顾设备企业的并购发展历史,我们认为可以分为三个阶段。第一阶段为1995年之前的内生增长期。自上世纪60年代,半导体设备行业从半导体行业垂直一体化的结构剥离出来后,作为半导体行业的重要上游不断发展,但市场体量较小,直到1995年达到200亿美元,此阶段市场的发展主要依赖于许多公司的内生性增长。竞争格局相对激励,但后期龙头企业已经初显锋芒,应用材料作为代表性企业开始引领设备企业的先进发展方向。

  第二阶段为1996年至2012年的外延调整期。市场体量有所提升,但在整个区间内维持在200-400亿美元的周期性波动中,区间重点为保持周期性内生增长的同时寻求外延发展的机会,以应用材料收购Opal和Orbot公司为起始点正式拉开了并购浪潮序幕,成功调整了主要半导体设备企业的产品结构,基本形成了当前的市场格局。此轮并购浪潮的环境基础在于前一阶段积累了较多的并购标的,并且龙头企业的不断成长孕育了实施并购的能力,现金流较为充沛。

  第三阶段为2013年至今的聚焦成熟期。并购行为逐渐不活跃,但市场体量完成400亿周期的突破,根据SEMI的预测,市场份额有望向600亿美元冲击。市场格局在经历前一轮的积极并购后已经基本定型,并购标的逐渐稀缺,大型企业的相互并购(如应用材料和东电电子、泛林与科天)在反垄断的要求下难以实现,使得并购行为逐渐冷静和沉寂,数量小幅波动。同时,龙头企业在合并后的协同效应和马太效应开始显现,伴随着下游资本开支的提升,表现出龙头企业强劲的聚焦增长能力。

  根据对各公司网站历史及收购相关公告的整理,样本中的十家公司自1996年起至今共发起了87次并购。在高技术壁垒的基础上,并购行为助力半导体设备市场逐渐成为高度聚焦的市场。根据Gartner的数据,前十家半导体设备企业的市场占有率不断提升,1998年为58.2%,2016年达到77.2%。

  1.2时机、地域、标的选择三重特征塑型并购历史

  特征1:并购时机选择?——半导体设备行业的并购时期通常滞后于行业周期。并购时点的选择通常基于对收购方自身、被收购方、行业的综合考量。在行业上升期,半导体设备公司有扩张市场的动力和较为充沛的现金流,会积极推动并购行为以追求市场占有率的上升和管理、研发的协同效应。但并购不是瞬时发生的行为,而是在寻找标的、交流、谈判中不断演进的过程,所以必然会存在一定的滞后期间。即使在行业的衰退期,也会有已经谈判好的交易进行正式公告和并购。但随着行业的下行,并购的动力和能力会逐渐缩减,在行业刚复苏时并购案例较少,也体现出滞后性。

  在半导体设备企业的外延调整阶段,这一趋势十分明显。当半导体销售额上升时,如1996-1997年、2002-2004年,景气度通过设备订单传导至设备企业,设备企业开始寻求并购,根据相应初次公告或新闻的日期,并购数量的上升要滞后于行业1年左右。而当半导体销售额下降时,尤其是2001年互联网泡沫破灭的低谷,当年仍有并购发生,但2002年未发生任何并购行为。而在市场逐渐进入聚焦成熟期后,由于交易数量变少,每年交易数小幅波动,未显示出明显时间趋势性。

  特征2:并购地域选择——并购以美国为核心,向欧洲和日本扩散,全球性持续增强。87次并购中,共有85次被收购方的国别或地区可查,其中美国是绝对的重心,共有56家美国半导体设备企业或业务部门被收购。欧洲公司有16家,主要分布在德国、瑞士和英国。日本则有6家公司被收购,以色列有3家公司被收购,此外,中国台湾也有2家公司被收购。

  在地域范围上,未来并购有望持续扩散。美国作为当之无愧的半导体行业先行者,聚集了大量的优质半导体设备企业,是并购标的选择的集中区域。但同时不可否认,全球范围内有着许多充满潜力的企业值得收购,如日本、欧洲在技术追赶后都有许多成熟的设备企业。以色列的检测设备技术也在全球处于领先地位,应用材料收购的检测设备企业Opal和Orbot即为以色列公司,基于此,其过程工艺控制部门也布置在以色列境内。

  特征3:并购标的选择——并购标的的数量和金额特征适应于公司发展战略。并购的目的始终是促进公司更好、更快地发展,故在企业的微观决策中,必然将公司的发展战略及目标作为并购标的选择的重要考量,以追求可得利益的最大化。历史数据较好地佐证了这一点。

  回顾设备企业并购史,十家企业中应用材料和科天半导体的收购行为最为积极,收购次数分别达到20次和26次;而阿斯麦的平均单次收购金额最高,达到了17.3亿元,远超其他企业,体现出企业发展模式的区别。应用材料的核心发展战略之一为提供全流程的有竞争力的设备产品,除了光刻产品基本由阿斯麦垄断外,其他产品基本均有布局,故其并购行为也表现出积极、广泛的特征,尤其会选择并购自身不具备的产品线,或者能够改进其现有产品的技术。科天作为过程工艺控制设备的龙头,在各个细分领域均希望保持强劲的竞争力,因此其并购标的覆盖了七个主要细分领域,表现为并购数量较多。阿斯麦则专注于技术壁垒很高的光刻设备,收购标的均为围绕光刻的高附加值补充技术和上游关键子系统供应商,表现为收购的次数较少,但平均交易价格高昂。

  整体而言,半导体设备行业的并购事件较多,企业进行并购的动机也较为多样。我们认为,可以从跟随工艺节点,捕捉行业前沿;实现产品互补,追求协同效应;挤出竞争对手,强化市场优势;延伸产品品类,拓展市场空间;纵向布局上游,形成产业链协同五种动机维度来归纳半导体设备企业的并购行为,理解并购作为一种外延式的发展策略,是如何影响到企业的产品、技术乃至盈利空间和能力的。

  整体而言,半导体设备行业的并购事件较多,企业进行并购的动机也较为多样。我们认为,可以从跟随工艺节点,捕捉行业前沿;实现产品互补,追求协同效应;挤出竞争对手,强化市场优势;延伸产品品类,拓展市场空间;纵向布局上游,形成产业链协同五种动机维度来归纳半导体设备企业的并购行为,理解并购作为一种外延式的发展策略,是如何影响到企业的产品、技术乃至盈利空间和能力的。

  2.1 动机一:跟随工艺节点,捕捉行业前沿

  半导体和半导体设备行业的发展离不开工艺节点的进步。在工艺节点不断缩小的过程中,半导体制造的解决方案不断发展变化,形成了新的设备和技术需求。新设备和技术需求兴起时,在相应领域的及时布局可以使设备企业有着较强的先发优势和竞争能力,充分受益于需求红利。而并购正是企业跟随工艺节点,迅速且有效地捕捉行业前沿趋势,享受需求红利的重要手段。

  案例1:0.35微米制程带来了新设备——化学机械平坦化设备的需求,各公司发起并购以布局行业前沿设备。化学机械平坦化(CMP)技术是通过化学研磨液与机械研磨结合的方式,对晶圆进行表面处理,以使晶圆表面满足一定平坦精度要求的技术。CMP设备一般由研磨头、研磨垫、研磨液和研磨平台组成,其中研磨液(浆料)为消耗量较大的耗材,且会污染晶圆片,因此CMP工艺后必须进行特殊的CMP后清洗。

  1995年以前,在大于0.35微米的制程中, 极少应用到CMP技术。当时,非全局性的平坦化手段,如加热流动或回刻蚀制程,可以达到光刻的景深要求,顺利完成光刻环节以制作芯片。但1995年当工艺节点发展到0.35微米时,非全局性的平坦化手段基本失效,只有CMP能够提供光刻所需要的平滑度。因此CMP设备需求迅速爆发,成为各类设备中市场空间与需求增长速度最快的设备。CMP设备收入从0开始,至1995年已达到1.7亿美元,并1995至1999年内持续增长,至1999年达到9.3亿美元。

  受急剧增加的需求催化,为竞争市场份额,CMP设备行业发生了多起并购。泛林选择通过收购OnTrak来迅速切入新兴的CMP市场;应用材料在自主研发的基础上,收购无浆料CMP设备的龙头企业Obsidian,以追求最为先进的一体化CMP设备;诺发系统(2011年被泛林收购)通过收购SpeedFam-IPEC进入CMP设备领域。

  案例2:0.25微米制程带来了新技术——光学邻近校正技术的要求,阿斯麦适时并购以掌握技术前沿。在20世纪90年代中后期,当半导体工艺节点刚进入250nm以下的领域时,主流设备为KrF 248nm的光刻机。由于晶圆线宽小于曝光波长,出现了衍射带来的图像失真问题,而光学邻近校正技术恰好适应于解决该问题,并广泛应用于之后的各代光刻机产品中,成为250nm以下工艺节点的晶圆的制程关键技术。

  阿斯麦瞄准先进光刻机的这一必要技术于1999年收购了MicroUnity的MaskTools部门,以保证自身拥有先进的光学邻近校正技术能力。MicroUnity是光学邻近校正技术的主要推动人,作为一家初创的快速发展的网络处理器公司,在解决高端处理器的架构问题同时,推动了光学邻近校正的发展,并较早地应用于光刻的商业用途中。

  2.2动机二:实现产品互补,追求协同效应

  半导体工艺的复杂性决定了半导体设备的种类繁多,各企业布局的设备产品也必然有所差异。同时各企业的下游具有高度的一致性,因此半导体设备企业有动力通过并购行为,较好地结合两类甚至多类成熟的产品,追求收入、费用、客户、研发等等多方面的协同效应,从而提升自身的盈利能力和市场竞争地位。

  案例3:KLA与Tencor合并为科天,形成过程工艺控制设备细分领域的互补,奠定过程控制控制设备龙头地位。上世纪90年代后,检测工艺在生产流程中越来越重要,过程工艺控制演化出多种细分领域,并且设备的需求显著上升。1996年市场较为低迷,推动了KLA与Tencor的合并。从产品布局和市场占有率来看,两者形成了较好的产品协同效应,Tencor补充了KLA没有的薄膜测量和无图案晶圆检测,KLA则在Tencor不涉及的光学检测和光罩检测领域有着极强的竞争力。合并后的科天成为过程工艺控制设备各个细分领域的重要参与者,也是过程工艺控制设备整体领域的龙头企业。

  案例4:泛林收购诺发系统,在刻蚀、表面处理与沉积三个领域形成产品互补以追求协同效应。伴随着先进封装的应用越来越广泛而重要,应用于先进封装凸点中的沉积工艺、硅通孔(TSV)中的刻蚀和沉积工艺等也越来越重要。在此环境下,泛林收购诺发系统,基于自身领先的刻蚀和表面处理技术,结合诺发系统的表面处理技术,并与诺发系统领先的沉积技术形成良好的产品互补,以追求收入和成本上的协同效应。

  从财务数据的角度来看,此次收购的协同效应主要体现在收入的增长和费用的降低上。在2011年及之前,泛林与诺发的营业收入之和与其余前四家半导体设备企业(即应用材料、东京电子、阿斯麦、科磊)营业收入之和的比值保持在20%左右,但合并后的营业收入体现出协同效应,营业收入的绝对值和比值均有所上升,在2017年该比值接近30%。

  费用也体现出协同下降低的趋势,其中研发费用相对刚性。在2012年后,营业开支(包括销售费用、管理费用、研发费用和其他营业支出)占营业收入的比重有明显的下降趋势,从2012年的34.8%下降至2017年的19.0%,降低了15.8个百分点。而其中又表现出研发费用的下降慢于销售和管理费用的下降,研发费用下降6.3个百分点,其他费用下降9.5个百分点。原因在于研发投入是相对刚性的,尤其半导体设备研发的难度逐渐加大,研发费用很难缩减,企业往往通过加大研发的投入才能满足设备的技术要求,因此研发费用率往往不会过快下降,甚至会有一定提升。2009年费用率的异常值原因为当年下游需求急剧萎缩导致设备收入缩减。

  2.3动机三:挤出竞争对手,强化市场优势

  并购有时是一种挤出竞争对手,并获得其客户,强化自身在市场上竞争地位的两全之法。此类并购往往发生于同类产品的横向竞争对手之间,产品线存在直接的冲突与竞争,并通常是由市场地位高的一方并购市场地位略低的一方,以达到强化市场优势的目的。

  案例5:阿斯麦收购硅谷集团,挤出竞争对手,并获得其市场份额和重要客户。硅谷集团光刻最初为Perkin-Elmer的光学光刻部门,于1990年由美国硅谷集团(SVG)接管。在2000年以前,硅谷集团光刻为光刻系统的领先供应商,市场占有率为9%左右,排名第4。2000年,硅谷集团的收入规模为8.42亿美元,同比增长77.8%,公司毛利率稳定,为40%左右。2000年初期,阿斯麦寻求市场的扩张,而硅谷集团陷入了财务危机,直接促成了这一交易,阿斯麦以16亿美元的价格、58%的溢价收购了硅谷集团。

  以产品线为视角,硅谷集团对于阿斯麦有较大威胁。硅谷集团在1996年推出其代表性的248nm产品,而阿斯麦则在1999年推出,晚于硅谷集团。并且,在2000年,硅谷集团提出了当时最为先进的193nm光刻机,并成功拿下英特尔订单,尽管最终因财务危机和被收购无法成功交付。

  阿斯麦在收购硅谷集团后,获取了其市场份额和美国客户的认可,并挤出了有威胁性的竞争对手。且由于两者光刻机的关键子系统——光学系统差异性较大,阿斯麦使用的是折射式的透镜技术,但硅谷集团则采用了完全不同的反射-折反射透镜技术(reflectivecatadioptric lens technology),硅谷集团系列产品研发遭遇困境。在2001年,半导体行业随着网络互联网泡沫的破灭陷入低谷时,阿斯麦正式宣布放弃了硅谷集团下一代产品Micrascan V 193-nm光刻系统的产品研发。

  案例6:科天在过程工艺控制的各个细分领域保持积极的收购节奏,强化在市场上的优势竞争地位。承接于KLA和Tencor的合并,科天在过程工艺控制设备的七个细分领域均有布局,并在多个领域市场占有率排名首位。随后,科天保持着在各个细分领域积极收购的节奏,以强化自身的竞争优势。其收购的标的大多比较小,通常有着在某一细分领域有着较为先进的设备,对科天存在潜在的威胁性,或是掌握能够提升过程工艺控制效果的先进技术。

  2.4 动机四:延伸产品品类,拓展市场空间

  在当前市场增长空间有限或是增长速度放缓时,利用并购可以延伸产品品类,迅速地拓宽企业面临的市场空间,形成企业有效的高速增长点,提高企业的营收和利润规模。

  案例7:Cohu收购Xcerra,丰富产品类型以提供差异化的解决方案,扩大企业面对的行业市场空间。Xcerra与Cohu都属于全球半导体测试设备领域的领先企业。全球半导体测试设备行业中,泰瑞达、爱德万以ATE寡头垄断地位占据第一梯队,其次Cohu与Xcerra占据第二梯队。但两者具体业务侧重有所不同,在测试设备的细分领域布局有一定差异。

  Xcerra以测试机与分选机为主。2017年公司营业收入390.8百万美元,其中ATE设备占比约40%,测试分选机设备占比约40%。旗下LTX-Credence是全球第三大ATE设备商,是除了泰瑞达和爱德万以外,极为少数具备SOC测试系统生产能力的企业,但该细分领域内泰瑞达和爱德万作为垄断寡头占据了约90%的市场。旗下Multitest是全球主要的半导体测试分选机提供商之一。

  Cohu是全球测试分选机领先企业。2014年公司剥离了微波通信业务,目前公司业务包括两部分:半导体测试系统(主要是分选机)与备件、测试插座、工具及服务业务。2017年Cohu营业收入352.7百万美元,其中半导体测试系统业务占比56%。除分选机之外,公司主要产品还包括测试插座,以及用于老化测试的热子系统(Thermal sub-systems)等。

  在ATE行业,Xcerra代表了在泰瑞达与爱德万双寡头压力下,“小企业”的生存状态,即有限的市场空间与份额、刚性的高研发投入与微薄的盈利。虽然Xcerra已经是全球第三大ATE企业,但由于行业景气下滑,在2013年公司收购Multitest几家公司之前,Xcerra经常处于盈亏平衡甚至大幅亏损的状态。因此Xcerra寻求着市场空间的突破和盈利能力的释放,相比之下,分选机虽然毛利率相对ATE行业较低,但研发投入相对较低,因而分选机企业可以拥有较好的盈利表现。因此,Cohu与Xcerra选择合并以加强自身的竞争优势,同时拓宽自己的利润空间,以期更好的发展。合并后,尽管对于ATE市场影响微弱,但在分选机市场可以形成较强的竞争优势。并且,两者所处市场的合并使得企业面临着更加宽阔的市场空间,促成企业的高速增长点。

  2.5 动机五:纵向布局上游,形成产业链协同

  纵向布局上游是半导体设备企业并购的重要方向。由于上游关键子系统对半导体设备起到至关重要的作用,设备企业与关键子系统企业往往有着较强的相互依赖关系,因此企业有着纵向收购以进行供应商管理的动机。同时,纵向布局也有助于降低自身的生产成本,提升产品的附加值,形成产业链上的协同。并且,对关键子系统的收购会形成对于竞争对手的排挤,有助于提升市场竞争地位,对于技术壁垒高、垄断性强的产品上游而言尤其如此,如光刻机。

  案例8:阿斯麦收购光刻机的三种最主要的关键子系统的供应商,提升产品的附加值,形成产业链协同,进行供应商管理,并奠定在EUV光刻机上的垄断地位。光刻机由三大核心系统构成:照明系统、投影物镜和工作台。1)照明系统主要包括光源和光源处理系统,从根本上决定了光刻机所能达到的加工分辨率。光源为光刻机提供频率和能量稳定的光波。其功率的大小决定了光刻机的产能,而光源处理系统主要实现对掩膜版的各种模式的照明。2)投影物镜的主要作用是将掩膜图案无失真地投影在晶圆上,投影物镜系统设计复杂,加工精度要求极高。3)工件台包括晶圆台和掩膜台,其作用是在光刻机曝光过程中对晶圆和掩膜进行装载、对准、步进、扫描、和卸载,是极其精密的机械系统,运动精度要求极高,达到纳米级别。

  阿斯麦于2012年9月收购了荷兰的线性电机制造商Wijdeven Motion,布局工作台上游。线性电机是一种提供直线方向运动动力的机械,在光刻机中,线性电机主要用来在直线方向上移动工作台,即掩膜台和晶片台,以使掩膜和晶片到达正确的位置。而工作台的要求运动精度决定了线性电机也需要有纳米级别的运动精度,因此线性电机是非常精密且重要的组件。据阿斯麦公告称,阿斯麦是Wijdeven Motion的最大客户。

  2012年10月,阿斯麦又收购了光源的重要供应商Cymer,布局光源上游。Cymer主要为光刻机提供DUV光源和EUV光源,是光刻机的重要上游。公司2012年营业收入为5.39亿美元,毛利率持续保持高水平,2010-2012年三年均超过50%。公司研发强度极高,研发支出占营业收入的比最低为12.26%,至高可达36.8%,2012年达到了34.85%。阿斯麦通过现金和换股结合的方式,以26亿美元的价格收购了Cymer,相比Cymer过去30日均价溢价61%。

  Cymer是EUV光源的核心供应商。据公司公告,Cymer于2011年已经出货了8台EUV的光源,并收获了来自阿斯麦的2亿美元订单等多项订单。Cymer针对EUV光源进行了高强度研发,并表现为专利数量的迅速增长,2003年,公司申请了第一项EUV专利,而到2012年达到146项,2016年达到193项,占总专利数的30%左右。

  2016年11月,阿斯麦以11亿美元的现金收购了光学系统龙头卡尔蔡司半导体制造技术部门(Carl Zeiss SMT)24.9%的股份,布局投影物镜的上游,并承诺在随后6年内提供8.44亿美元以支持卡尔蔡司研发。这是唯一一次阿斯麦未完全控股。卡尔蔡司半导体一直是半导体行业物镜系统的核心供应商,可查年份中,其在半导体设备的关键子系统供应商排名中始终为首位。阿斯麦、卡尔蔡司、Cymer三者相互之间均有良好的合作关系,形成光源-投影物镜-光刻机的稳定商业合作伙伴。

  从成本与收入结构来看,阿斯麦与卡尔蔡司半导体部门在产业链中有着十分密切的相互依赖关系。2008年至2017年,阿斯麦的光刻机整机的销售成本的30%左右交付给卡尔蔡司,而来自阿斯麦的收入占各年卡尔蔡司总收入的50%-70%不等。

  同时,卡尔蔡司也十分重视研发,尤其是EUV技术配套光学透镜系统的开发,从专利数量来看,甚至超过了Cymer的EUV相关专利数量。由于半导体制造技术部门未上市,无法获得准确的研究支出数据,但据阿斯麦与卡尔蔡司共同出具的报告测算,卡尔蔡司半导体部门在2001-2010年研发支出共计19亿欧元,约占营业收入的25%。在2005年,阿斯麦出厂的第一台EUV展示样机中,即使用了卡尔蔡司的物镜系统,而之后的正式EUV设备也均依赖于卡尔蔡司的光学物镜。

  并购反思录:行业法则与研发刚性

  在讨论了半导体设备企业丰富的并购动机后,我们需要进一步将思考延伸至并购行为之上,考虑并购为什么是成功的,为什么是对企业有益的,并购结果是什么,其中又是否有其他因素影响着并购的成效。本文着重讨论两点,一是行业法则,半导体设备企业的竞争力重要来源为保持前沿性,即跟随下游技术要求的能力,并购是实现跟随的重要路径之一;二是研发刚性,研发与并购存在互补和替代的双重关系,双重维度促使研发具有较高的刚性。

  3.1反思一:行业法则——保持前沿性是竞争力的重要来源

  回顾和总结半导体设备企业的成功并购史,我们发现一个较为共性的特征,并购往往隐含着对于下游技术和设备需求的布局。以应用材料、泛林和东电电子为例,在历史上制程发展的三个关键时点,均选择了积极并购以布局下游需求激增的关键设备和技术,提升自身的竞争能力,在对应的领域实现了较好的收入增长。

  并购史背后,是半导体设备行业在制程(供给)和需求两侧的共同促进之下保持着源源不断的更新动力。其中,制程供给侧由摩尔定律揭示,历史上成本下降和盈利能力提升的目标推动半导体厂商和设备商不断追求更加先进的工艺节点;需求侧与一般行业类似,处于行业波动性的需求周期之中。并且,两者存在着循环促进的关系,制程供给侧的进步引发了市场对于新一代、高性能产品的追捧,创造出新的需求,而需求端的向好通过收入传导至制程供给端,在技术和设备两个层面配合新工艺节点的发展。

  而随着工艺节点的不断缩小,半导体行业发展越来越困难,体现于先进制程技术难度的不断提升和成本下降的可能性不断缩减。一方面,单位面积芯片的制造成本下降趋势越来越平坦,成本下降的空间越来越小,另一方面,芯片的设计成本呈指数型上升,导致在20nm以下芯片的综合制造成本有所上升。所以在经济效益方面,工艺节点缩小形成了对于工厂生产良率的挤压,并对公司盈利能力产生较大的负面影响。

  据盛美半导体估计,对每月生产10万片晶圆的20nm的DARM厂来说,良率下降1%将导致每年利润减少3000至5000万美元,而逻辑芯片厂商的损失更高。故半导体下游对适应工艺节点且高性能的产品有着极强的需求,而更新需求会自然地传导至上游半导体设备企业。设备企业需要根据半导体技术路线图适时、甚至提前布局对应节点的工艺设备以满足下游客户的需求。换句话说,保持前沿性,提供满足先进制程的设备的能力是半导体设备企业竞争能力的重要来源。并购是设备企业更新技术,保持行业前沿性的重要路径之一。

  在这一法则下,半导体设备行业发展为一个大而精的行业,各细分设备领域能够容纳的企业空间小,体现出高度聚焦性。行业的高技术壁垒决定了只有较少的企业能够及时地跟随技术前沿,保证自身的核心竞争力,做大做强。因此在经历了行业初期的内生增长期和中期的外延调整期后,2013年设备行业市场进入聚焦成熟期,竞争格局表现为高度聚焦性。根据Gartner数据,2016年前十家设备企业的市场占有率达到77.2%。并且考虑到设备种类繁多,每种细分设备领域市场更加体现出高度聚焦性,往往被1-3家大企业所掌控。

  3.2 反思二:研发刚性——并购与研发的替代/互补关系

  在制程与需求双向催化下的发展逻辑图中,研发是半导体设备企业保持行业前沿性的另一种重要途径。横向维度上,并购与研发体现出替代的特征。企业保证其跟随下游制程和需求的能力,既可以通过并购整合的方式迅速实现,也可以通过自主研发来获得满足制程要求的能力。

  以迪恩士清洗设备的发展历程为例。迪恩士是半导体清洗设备的龙头企业,在清洗设备的三个主要细分领域占有首位的市场份额,包括单晶圆清洗设备、自动清洗台和洗刷机。在长期的时间维度上,迪恩士的半导体业务部门未针对清洗设备进行收购,但其始终保持着在清洗设备领域的先进设备供应能力。迪恩士专注于自主研发,凝结了较高的产品竞争力,从上世纪90年代到2010年后,自动清洗台和喷雾式清洗设备的市场占有率明显提升,且喷雾式清洗设备的收入体量有巨大增长。喷雾式清洗设备在1994-1997年主要为槽式喷雾清洗设备,在2012年后主要为单晶圆清洗设备。

  对比迪恩士与其他企业,研发与并购之间存在一种替代的关系。研发适合于发展自身较为成熟的业务和产品线,该类产品有着成熟且稳定的客户群体,通过研发产出的先进设备可以通过原有的渠道和客户群体转化为收入。迪恩士的清洗设备符合这一特征,产品线相对单一,有着稳定优质的客户群体,研发复杂性相对较低,新产品容易被客户认可,研发可以保证其跟随下游技术要求的能力。而并购则是一种相对迅速的发展新产品或更新技术的途径,当并购是基于此类目的时,可以认为并购是一种迅速的、但有较高代价的研发。

  纵向维度上,研发对并购起到补充作用,为并购提供可延展性。在短期维度上,并购带来的通常是当前产品线的整合、收入和盈利体量的突发性提升,但在长期维度上,并购行为的效果则需要更多的验证,关注重心在于能否保证并购标的产品和技术的可延展性。尤其对于半导体设备企业这一类专用型自动化装备而言,其收入和盈利依赖于下游晶圆厂的资本开支,设备企业在并购之后的技术可延展性是客户的重要考量。研发是保证技术可延展性的根本路径。

  以应用材料的过程工艺控制(PDC)部门发展历程为例。并购在应用材料的过程工艺控制设备部门的搭建过程中起到了至关重要的作用,但后期,研发则发展了并购技术的可延展性,成为应用材料不断推出适应先进工艺的检测设备的主要手段。1996年,应用材料分别以1.75亿和1.1亿美元的现金收购了以色列的Opal和Orbot两家公司,后两者分别为用于缺陷检测的扫描电子显微镜的领先供应商和光罩检测与有图案晶圆检测系统的领先供应商,并在这两家公司的运营基础上设立了PDC部门,业务集中在以色列。短期维度上,应用材料通过收购直接获得了对应细分领域的市场份额,但在长期维度上,应用材料的过程工艺控制设备至今仍然不断更新换代,部分产品已经更新到第7-8代,并且依然具有较强的竞争能力,2015和2016年的市场占有率份额相对1997年刚并购后有明显提升,体现出其研发提供的可延展性和竞争能力。

  综合两点,半导体设备企业的研发具有较强刚性。无论在替代还是互补的角度上,研发都对企业的发展起到至关重要的作用。因此,多数半导体设备企业保持着较高的研发费用率,应用材料、阿斯麦、东电电子、泛林与科天五大设备企业的研发费用率本保持在10%-20%的区间内。并且研发支出的绝对规模也具有较强的刚性,在行业整体收入下行时体现为研发费用率的升高。

  总结以上内容,并购行为是多样且有重要意义的。并购能够帮助企业在五种维度上提升企业的盈利能力和市场地位,分别为追求前沿技术、扩展产品线、挤出竞争对手、拓展市场空间、寻求产业链协同。通过并购行为,设备企业在短期维度上获得了满足下游重要需求的能力,从而提升了竞争能力,而在中长期维度上,企业通过并购后的持续不懈的研发扩充技术的可延展性,从而确保持续性的增长空间。

  以史为镜,全球半导体设备企业的并购历程和发展经验对于正处于关键破局时期的国内本土设备企业有着极大的借鉴和参考价值。当下本土半导体设备企业面临着供给与需求错配的情况。一方面,国内的半导体设备需求随着下游产线的扩张而迅速增加,行业存在充分的红利,大陆的半导体设备需求占全球半导体设备需求的比重较高;但另一方面,本土的设备供给存在着水平较为落后,国产化率不高的情况。国内设备企业针对这一情形,正在积极布局以在各细分设备领域实现突破。

  从当前国内设备企业在各种产品线的布局和工艺节点的发展程度来看,在许多领域尚有很多的发展和并购需求。面向下游不断增长的半导体设备需求红利,国内的半导体设备企业积极布局,在多种设备领域有一定的布局和突破,部分产品已经可应用于14nm的制程中,且开始研发7nm的设备。但不可忽视的是,国内设备与国外先进设备相比仍有两方面的差距,一是有一定竞争力的产品在领先制程上的差距,如刻蚀,尚未达到最领先的水平;二是部分产品完全没有竞争能力或尚未布局,比如国内光刻机落后许多代际,仅能达到90nm的光刻要求,国内探针台也处于研发阶段,尚未实现销售收入。

  基于对并购行为的归纳和对并购结果的讨论,我们认为观测未来国内企业在半导体设备领域的破局之道的可参考经验主要有三点:

  1. 外延式的途径是切入半导体设备领域的捷径。

  企业依赖自身技术实力完成半导体设备从无到有的布局是十分困难的。半导体设备龙头在自身产品基础上向新类型产品的扩充往往经历了较为曲折与漫长的过程,而在半导体设备领域零积淀的企业的发展显然会更加艰难。此时,外延式的方式将是企业迅速切入半导体设备领域,产生成熟产品甚至迅速形成收入的重要捷径。外延式的方式不仅包括并购,还包括引进成熟技术、先进人才,或是与掌握技术的企业合作、成立子公司等。

  目前来看,某面板检测设备龙头企业是国内在外延式布局方面有领先意识、较为主动的代表性企业。其擅长利用外延式的发展扩充自身的技术实力和竞争力。最初专注于模组检测系统,2014年通过引进台湾光达及宏懒光电的技术和人才,产品线逐渐丰富,覆盖AOI光学检测系统和平板显示自动化设备,初步形成了“光、机、电”一体化的产品线。今年,公司与IT&T共同设立中外合资公司,正式进军半导体检测设备领域,培育新的利润增长点。目前,尚未推出成熟的半导体产品,但外延式的切入方式使其在国内布局上有着一定的先发优势。

  2. 在短期维度上强调企业提供当前“合意”设备的能力,即保持行业前沿性。

  从并购的角度看,无论是丰富多种产品线还是强化单一产品线,保持前沿性以提高竞争能力是催生很多并购的原因,也是并购得以成功的要点,进而推动了设备行业在高技术壁垒下形成了高度聚焦的市场。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一,14nm进入量产验证阶段,技术研发则延伸至10nm以下。而适应于清洗设备,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。至纯科技也积极布局清洗设备,其目的均为保持前沿性,提供满足下游需求的“合意”设备。

  延伸到并购行为之外,在讨论半导体设备企业的盈利能力时,维持行业前沿性的能力是通用的重要考量。面向新技术、新设备需求的快速增长,设备企业需要及时布局以争夺市场份额,才能完整地享受到设备需求增长的红利。换句话说,在短期维度上及时布局适应于当前制程与需求的半导体设备的企业有更大可能充分地受益于行业发展的红利,实现迅速发展。需注意,对于国内设备企业来说,行业的前沿性不一定是全球领先的技术节点设备能力,而更应该是跟随主要客户技术的能力,目前主要是国内在建和计划建设的产线。如当前的华力集成和长江存储产线,已有一批国产设备企业实现客户的认可与订单的销售,可谓破局正当时。

  3. 在中长期维度上重视研发的力量。

  无论作为并购的替代或是互补,研发都是半导体设备企业发展的重要支柱。尤其对于半导体设备这一类技术壁垒较高的专用型自动化装备而言,其预期收入和盈利依赖于下游晶圆厂未来的资本开支,因此中长期维度上设备企业的技术可延展性决定了企业的安全边际和估值溢价。

  研发既是并购之后保证技术可延展性的主线,也与并购存在并行替代的关系。在双重维度下表现出研发的刚性特征。半导体设备龙头企业的成长经验紧紧依附于这两个维度,一方面通过自主研发不断推出强化原有产品的竞争优势,另一方面通过研发将短期的并购行为转化为长期的可延展产品线,共同构筑企业的竞争力和市场地位。

  就破局之道而言,保持高研发是国内半导体设备企业在中长期维度上实现国产化替代、追赶乃至超越的重要路径,塑造了企业的技术延展性,影响着企业满足下游需求的能力,是企业竞争力的重要考量。以北方华创为例,北方华创十分重视研发费用的投入,自2011年后研发费用率不断增加,在2016和2017年均超过30%,高于前五大企业的平均研发费用率。但由于企业规模和收入体量的差距,在研发费用的绝对体量上差距仍然很大,2017年,北方华创的研发费用为1.13亿美元,而前五大企业的平均研发支出高达11.07亿美元。纵向来看,北方华创比前五大企业平均研发费用的相对比例持续上升,意味着北方华创研发投入力度的增长速度较快,将有利于北方华创在半导体设备上的进一步破局。

  投资建议:从并购和发展历程的经验来看,我们认为具有如下特征的企业将更加有望实现破局:通过外延式方式迅速切入设备领域;短期维度内保持跟随下游技术能力,提供“合意”设备的企业;中长期保持较高研发投入,并转化为技术可延展性的企业。对于个股而言,我们建议关注高端IC工艺装备龙头、积极布局半导体前道和后道检测设备的面板检测设备企业、后道检测设备领先企业、单晶设备龙头和清洗设备企业等。

  风险提示:行业投资波动带来的收入不确定性;行业竞争加剧导致毛利率下滑;技术研发及国产化趋势推进不及预期;国家产业扶持政策变化或扶持力度不及预期;并购机会稀缺及并购后整合不确定性。

  (声明:本文仅代表作者观点,不构成任何投资建议。)

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