一文读懂读透 半导体行业设备

近年来，美国对华半导体限制持续加码，制裁升级，主要聚焦先进制程，在自主安全和国产替代背景下，本土化成为趋势，随着晶圆厂加速导入，半导体设备各环节国产替代有望高速发展。

设备在半导体产业链的位置：

集成电路的发展离不开半导体设备的支撑，而我国目前在这方面存在短板，要实现发展半导体供给侧，需要将半导体设备提到重要地位。

半导体应用于集成电路领域的设备通常可分为前道工艺设备（晶圆制造）和后道工艺设备（封装测试）两大类。晶圆制造中，可分为7大工艺，分别为氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、清洗和金属化。

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半导体设备核心环节

在半导体制造设备中，前道（晶圆制造）设备占比最大。其中***，刻蚀机，薄膜沉积设备为核心设备，其在晶圆制造设备的市场占比分别为21%、22%、28% 。市场高度集中于少数欧美日巨头手中。国产设备自给率较低，技术处于追赶状态，替代空间巨大。

01.刻烛设备

①刻蚀设备的重要性仅次于***。而随着NAND闪存进入3D、4D时代，要求刻蚀技术实现更高的深宽比，刻蚀设备的投资占比显著提升，从25%提至50%。同时，***由于波长的限制不能直接加工小于14纳米的微观结构，更小的微观结构要靠等离子体刻蚀和薄膜组合的“双重模板”和“四重模板”工艺技术重复多次来实现。逻辑制程中的刻蚀步骤数量大幅增加，进一步提升刻蚀技术及相关设备的重要性和需求量。目前主流的半导体刻蚀工艺以干法刻蚀技术为主。 

②刻蚀设备行业集中度高，行业壁垒显著。2021年中国大陆以296亿美元设备销售额连续第二年成为全球半导体设备最大市场。全球刻蚀设备行业的龙头企业仍然为泛林半导体、东京电子和应用材料三家，2020年三家企业合计市场份额占到了全球刻蚀设备市场的90%以上，其中泛林半导体独占44.7%的市场份额。预计2025年全球刻蚀设备规模将超155亿美元，而2022年国内刻蚀设备市场规模已达到70亿美元左右。

由于海外供应风险，国内晶圆厂将更依赖国产刻蚀设备，为国产刻蚀迈向高端提供充分机遇。我们预计国产企业有望迎来技术规模的双重突破。

 

02.薄膜沉积设备

薄膜沉积是芯片制造的核心工艺环节，薄膜沉积设备是芯片生产核心设备。

①薄膜沉积工艺在半导体制程中应用广泛，根据其成膜原理可以大致分为几类：物理气相沉积(Chemical Vapor Deposition，PVD)以及化学气相沉(Physical Vapor Depositon，CVD)，和原子层沉积（ALD）。CVD占沉积设备整体市场份额的64%，不需要高真空、设备简单、可控性和重复性好、适合大批量生产，因此是用途最广的沉积设备。

②2020年全球薄膜设备市场达到138亿美元，占IC制造设备21%；其中主要是CVD和PVD，合计占IC制造设备18%。CVD市场规模高度89亿美元。

③CVD设备主要是由海外龙头主导。根据Gartner数据，全球CVD市场前五大供应商包括 AMAT(28%)Lam Research(25%)、 TEL(17%)、Kokusai (原日立高新，8%)、ASM(11%)。从PVD市场格局来看，AMAT一家独大，长期占据约80%的市占率。中国整个薄膜沉积设备领域98%依赖进口，国产化率很低，未来替代空间巨大，并且在设备单价中含金量高，值得长期关注。

03. ***

①***主要分为两类：DUV***和EUV***。前者只能做到7nm制程，后者是5nm及更先进制程芯片的刚需。由于EUV***可实现的工艺制程更先进，技术要求极高，全球只有***巨头ASML一家厂商能够设计和制造。国内对标产品为ASML的DUV***：TWINSCAN NXT:2000i。NXT:2000i为例。

②***产业链主要包括上游设备及配套材料、中游***系统集成和生产及下游***应用三大环节，技术极为复杂，因此***的生产通常涉及上千家供应商。

③我国***市场未来几年预计将保持稳步增长。预计到2025年，中国***市场规模将达到约100亿美元，年复合增长率约为8％。此外，5G、人工智能、物联网等新兴技术的快速发展也将为***市场的增长提供新的动力，国内相关配套设备都将迎来较好的增长空间。

04. 涂胶显影设备

涂胶显影设备是光刻工序中与***配套使用的涂胶、烘烤及显影设备。

①涂胶显影作为前道环节中的必要一环，在晶圆厂设备采购中占有重要地位。根据VLSI数据，全球前道涂胶显影设备销售额由2013年的14.07亿美元增长至2018年的23.26亿美元，年均复合增长率达10.58%，预计2023年将达到24.76亿美元。

②在光刻工序涂胶显影设备领域，主要企业有日本东京电子（TEL）、日本迪恩士（DNS）、德国苏斯微（SUSS）、台湾亿力鑫（ELS）、韩国CND等。在前道涂胶显影设备领域，2020年日本厂商东京电子（TEL）在全球的市场份额高达87%。

③中国涂胶显影设备市场，仍然以国外厂商为主，国内厂商占比不超4%，国产化率很低，未来替代空间巨大。

05. 清洗设备

半导体清洗作为芯片生产中最基本的环节贯穿硅片制造、晶圆制造、封装始末。随着技术节点的进步，清洗工序也愈加精细化，对清洗设备的需求也将相应增加。

①目前，全球清洗设备市场主要被迪恩士SCREEN、东京电子TEL、泛林LAM与细美事SEMES把持，四家公司合计市场占有率达到90%以上，其中，迪恩士市场份额超过50%。

2024年全球半导体清洗设备市场规模将达到32亿美元。

②我国半导体清洗设备的国产化率已经维持在10%~20%，突破最快，国产化率超过了其他大部分设备。国产替代趋势正在加速，国内清洗设备企业有望保持较高成长。

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另外相关设备细分还包括

氧化/扩散设备(下游对半导体产品性能需求的不断提升，将对上游热处理设备市场产生拉动效应)、CMP抛光设备(国内厂商涌现出了一批优秀的企业，填补了CMP设备厂商空白。国产化率仍有较大提升空间)、离子注入机(我国离子注入机市场中，集成电路IC所占比最高，为97.1%，市场规模为43.2亿元)、去胶设备(去胶设备国产化率74%。屹唐半导体市占率位居全球第一，已全面覆盖全球前十大芯片制造商和国内行业领先芯片制造商)、测试机(半导体测试机贯穿设计、制造、封测全产业链，测试设备又分为测试机、分选机和探针机，其中测试机份额最大，占到63%。测试机按应用领域划分又分为模拟、存储、SOC、分立器件和RF测试。

对于半导体后道测试设备，国内已经国产化比较高，相对于半导体后道测试，我们更看好前道量测检测设备，市场空间更大，壁垒更高，国产化率超低，相关龙头公司计划IPO中，保持关注)。

半导体设备行业发展前景

全球半导体设备市场规模2005年到2021年的17年间市场规模复合增速6.9%，对比来看，中国地区17年来复合增速为20%，中国半导体设备行业过去数年一直维持着较高的成长性。周期性弱于全球。同时，中国市场的占比从2005年的4%提升到2021年的28.8%，17年间高速发展。近几年，中国半导体设备市场规模扩大继续提速，近五年行业规模复合增速高达35%。随着下游晶圆厂订单和验证效率的提升，预计2022-2025将是半导体国产设备的放量期，高增速有望延续。

编辑：黄飞