2022年半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)深度研究

2022年半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)深度研究1.設(shè)備為IC制造之基，零部件系設(shè)備之核1.1.芯片制造，設(shè)備為基半導(dǎo)體設(shè)備是集成電路產(chǎn)業(yè)的基石，為萬億數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)保駕護(hù)航。集成電路產(chǎn)業(yè)在近年來全社會的數(shù)字智能化變革下迅速發(fā)展，隨著摩爾定律趨近極限，極尖端的半導(dǎo)體設(shè)備至關(guān)重要且市場廣闊。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上來看，半導(dǎo)體設(shè)備位于行業(yè)上游，與各種半導(dǎo)體材料共同形成半導(dǎo)體的支撐。而中游制造產(chǎn)業(yè)包括設(shè)計、制造與封測，對應(yīng)下游通訊、消費電子、工業(yè)電子、汽車電子等多種應(yīng)用。根據(jù)Gartner的統(tǒng)計結(jié)果，全球半導(dǎo)體行業(yè)銷售收入2016年至2018年一直保持增長趨勢，復(fù)合增長率達(dá)17.34%。據(jù)WSTS數(shù)據(jù)，2021年全球半導(dǎo)體銷售額為5559億美元，同比增長26%；同年半導(dǎo)體設(shè)備銷售額1026億美元。半導(dǎo)體設(shè)備分為前道制造設(shè)備以及后道封測設(shè)備。其中，前道設(shè)備主要包括光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、離子注入設(shè)備、清洗設(shè)備、機(jī)械拋光設(shè)備以及擴(kuò)散設(shè)備。而后道測試設(shè)備主要包括分選機(jī)、測試機(jī)、劃片機(jī)、貼片機(jī)等。從市場規(guī)模來看，前道晶圓制造設(shè)備的市場規(guī)模占整個設(shè)備市場規(guī)模的80%以上。1.2.受益于集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模持續(xù)增長，大陸市場增速領(lǐng)先設(shè)備行業(yè)增速明顯，設(shè)備自主化重要性凸顯。半導(dǎo)體設(shè)備作為整體產(chǎn)業(yè)的支柱，受益于全球半導(dǎo)體行業(yè)的高速發(fā)展，全球?qū)Π雽?dǎo)體制造愈發(fā)重視，對應(yīng)半導(dǎo)體設(shè)備需求快速增長。據(jù)SEMI統(tǒng)計，2014年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售規(guī)模僅為375億美元，而2021年在全球各地晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)的帶動下，半導(dǎo)體制造設(shè)備銷售額激增，相比2020年的712億美元增長了44%，達(dá)到1026億美元的歷史新高；預(yù)計2022年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模將擴(kuò)大到1140億美元。中國作為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要參與者，半導(dǎo)體設(shè)備增速顯著高于全球。在全球范圍來看，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主要集中在美國、日本、韓國、中國臺灣以及中國大陸地區(qū)。其中，中國大陸地區(qū)經(jīng)過多年快速發(fā)展，已經(jīng)成為全球最重要的半導(dǎo)體產(chǎn)出和消費地區(qū)，2021年中國半導(dǎo)體銷售約占全球35%。在下游行業(yè)快速發(fā)展的推動下，半導(dǎo)體設(shè)備保持快速增長。根據(jù)SEMI統(tǒng)計，2020年中國大陸地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)備銷售規(guī)模達(dá)187.2億美元，同比增長39%；2021年銷售額增長58%，達(dá)到296億美元，占全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模的28.86%，第二次成為全球半導(dǎo)體設(shè)備的最大市場。海外廠商先發(fā)優(yōu)勢明顯，占據(jù)設(shè)備領(lǐng)先地位。目前全球半導(dǎo)體設(shè)備市場目前主要由國外廠商主導(dǎo)，其中又以美國和日本廠商為主，包括美國的應(yīng)用材料（AMAT）和泛林半導(dǎo)體（LamResearch），日本的東京電子（TEL）和日立高新（HITACHI）等國際知名企業(yè)。除此以外，荷蘭的ASML（ASMLHoldingN.V.）憑借其在光刻機(jī)市場的霸主地位，同樣在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色。各大國際廠商經(jīng)過幾十年發(fā)展，憑借資金、技術(shù)、客戶資源等多方面的優(yōu)勢，牢牢占據(jù)了全球半導(dǎo)體設(shè)備市場的大部分份額。1.3.七大設(shè)備零部件構(gòu)成多種半導(dǎo)體設(shè)備，上游地位重要性顯著半導(dǎo)體設(shè)備零部件作為半導(dǎo)體設(shè)備的基礎(chǔ)，受重視程度日益提升。目前，全球范圍內(nèi)地緣政治、產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性緊缺等因素極大地影響了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，全球芯片制造商2022年的資本支出預(yù)計合計將達(dá)到1460億美元，比之前的水平高出約50%。而半導(dǎo)體設(shè)備零部件作為各種半導(dǎo)體設(shè)備的組成部分，供應(yīng)鏈安全越來越成為各大設(shè)備廠商所重視的關(guān)鍵。從結(jié)構(gòu)上看，設(shè)備零部件可以簡單分為七大類，在氣體輸送、機(jī)械運動、電氣信號控制、晶圓傳輸、維持設(shè)備整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等諸多方面起到重要作用，實現(xiàn)高精度制造與高產(chǎn)率產(chǎn)出，為設(shè)備的穩(wěn)定運行和安全可靠提供保障。設(shè)備零部件市場規(guī)模約占全球半導(dǎo)體設(shè)備市場的50%。從半導(dǎo)體設(shè)備的毛利率可以推出設(shè)備零部件的市場規(guī)模，一般來說，設(shè)備成本中90%以上為零部件產(chǎn)品，而當(dāng)前半導(dǎo)體設(shè)備公司毛利率一般維持在45%~50%左右，從而可以推出設(shè)備零部件市場規(guī)模約為半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模的一半，對應(yīng)2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備零部件市場規(guī)模約為461億美元。2.半導(dǎo)體設(shè)備：八種前道工藝，共筑IC制造輝煌2.1.光刻機(jī)：摩爾定律的續(xù)命藥圖形刻畫，光刻機(jī)必不可少。光刻是將設(shè)計好的電路圖從掩膜版轉(zhuǎn)印到晶圓表面的光刻膠上，通過曝光、顯影將目標(biāo)圖形印刻到特定材料上的技術(shù)，可以簡單理解為畫圖過程，是晶圓制造中最重要的技術(shù)。光刻工藝包括三個核心流程：涂膠、對準(zhǔn)和曝光以及光刻膠顯影，整個過程涉及光刻機(jī)，涂膠顯影機(jī)、量測設(shè)備以及清洗設(shè)備等多種核心設(shè)備，其中價值量最大且技術(shù)壁壘最高的部分就是光刻機(jī)。光刻機(jī)不斷迭代，滿足制程提升需求。光刻機(jī)經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)演化出五代產(chǎn)品，由光源波長進(jìn)行區(qū)分可以分為可見光（g-line），紫外光（i-line），深紫外光（KrF、ArF）以及極紫外（EUV）幾大類，從工作類型又可以分為接觸式、掃描式、步進(jìn)式、浸沒式等方式。不同類型的光刻機(jī)主要是為了滿足日益提升的制程需求，當(dāng)前最先進(jìn)的3nm制程只能通過EUV光刻機(jī)才能實現(xiàn)。三大海外廠商占據(jù)主導(dǎo)，EUV僅ASML一家獨供。目前全球光刻機(jī)市場幾乎由ASML、尼康和佳能三家廠商壟斷，其中又以ASML一家獨大。由于光刻機(jī)需要超十萬個零部件，在各大晶圓廠不斷擴(kuò)產(chǎn)的背景下，光刻機(jī)的交貨時間一再推遲，EUV光刻機(jī)的交期已經(jīng)推遲到24個月以后。從銷量來看，2021年ASML占比65%，出貨量達(dá)到309臺，力壓尼康和佳能，其中EUV/ArFi/ArF高端光刻機(jī)占比分別為100%/95.3%/88%。從銷額來看，EUV光刻機(jī)單價超過1億歐元，最新一代0.55NA大數(shù)值孔徑EUV光刻機(jī)單價甚至超過4億歐元，全球僅有ASML可提供，使其占據(jù)市場絕對龍頭地位，2021年市場份額達(dá)到85.8%。上海微電子重點突破，國產(chǎn)光刻機(jī)有望打破封鎖。目前國內(nèi)具備光刻機(jī)生產(chǎn)能力的企業(yè)主要是上海微電子裝備有限公司，主要致力于半導(dǎo)體裝備、泛半導(dǎo)體裝備、高端智能裝備的開發(fā)、設(shè)計、制造、銷售及技術(shù)服務(wù)。公司設(shè)備廣泛應(yīng)用于集成電路前道、先進(jìn)封裝、FPD面板、MEMS、LED、PowerDevices等制造領(lǐng)域。公司的光刻機(jī)產(chǎn)品有SSX600和SSB500兩個系列，其中SSX600系列主要應(yīng)用于IC前道光刻工藝，可滿足IC前道制造90nm、110nm、280nm關(guān)鍵層和非關(guān)鍵層的光刻工藝需求；SSB500系列光刻機(jī)主要應(yīng)用于IC后道先進(jìn)封裝工藝。2.2.刻蝕機(jī)：微觀世界雕刻師半導(dǎo)體制造核心工藝，刻蝕雕刻芯片大廈。作為半導(dǎo)體制造過程中三大核心工藝之一，刻蝕可以簡單理解為用化學(xué)或物理化學(xué)方法有選擇地在硅片表面去除不需要的材料的過程，可以分為干法刻蝕和濕法刻蝕，目前市場主流的刻蝕方法均為干法刻蝕，可將其分為CCP刻蝕和ICP刻蝕。CCP刻蝕主要是以高能離子在較硬的介質(zhì)材料上，刻蝕高深寬比的深孔、溝槽等微觀結(jié)構(gòu)；而ICP刻蝕主要是以較低的離子能量和極均勻的離子濃度刻蝕較軟的或較薄的材料。新技術(shù)路線步入量產(chǎn)，對刻蝕提出更高技術(shù)要求。三星宣布將成為全球首家采用GAA工藝進(jìn)行3nm制程的生產(chǎn)，相較于FinFET工藝，GAA被譽為突破3nm制程的有力手段。每一代芯片新技術(shù)的突破，晶體管體積都會不斷縮小，同時性能不斷提升。從平面MOSFET結(jié)構(gòu)到FinFET晶體管架構(gòu)，再到后面的GAA結(jié)構(gòu)甚至MBCFET結(jié)構(gòu)，晶體管的復(fù)雜度不斷提升，對刻蝕和薄膜沉積等核心技術(shù)提出了更高的要求。海外廠商占據(jù)8成份額，國內(nèi)廠商正迎難而上。從全球范圍來看，刻蝕設(shè)備主要由美國泛林半導(dǎo)體、日本東京電子以及美國應(yīng)用材料三家占據(jù)領(lǐng)先地位，2020年三家市場份額合計占比近9成。目前國內(nèi)有中微公司和北方華創(chuàng)兩家刻蝕設(shè)備供應(yīng)商，從營收端來看，2020年和2021年中微公司和北方華創(chuàng)刻蝕設(shè)備營收占國內(nèi)總刻蝕市場規(guī)模的9.19%和10.48%左右，隨著公司的訂單逐步釋放，國產(chǎn)化率有望明顯提升。中微公司是國內(nèi)領(lǐng)先刻蝕設(shè)備廠商，持續(xù)創(chuàng)新，不斷推出新產(chǎn)品。中微公司半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備主要包含CCP刻蝕設(shè)備、ICP刻蝕設(shè)備以及深硅刻蝕設(shè)備，在邏輯、存儲等諸多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。在邏輯芯片制造環(huán)節(jié)，公司開發(fā)的12英寸高端刻蝕設(shè)備已運用在國內(nèi)外知名客戶65nm到5nm制程的芯片生產(chǎn)線上；同時，公司根據(jù)客戶需求，已開發(fā)出5nm及更先進(jìn)刻蝕設(shè)備用于若干關(guān)鍵步驟的加工，并已獲得行業(yè)領(lǐng)先客戶的批量訂單。公司目前正在開發(fā)新一代刻蝕設(shè)備和包括大馬士革在內(nèi)的刻蝕工藝，能夠涵蓋5nm以下更多刻蝕需求。在3DNAND芯片制造環(huán)節(jié)，公司的CCP刻蝕設(shè)備可應(yīng)用于64層、128層及更高層數(shù)NAND的量產(chǎn)，并且正在開發(fā)新一代能夠涵蓋200層以上極高深寬比的刻蝕設(shè)備和工藝。此外，公司的ICP刻蝕設(shè)備已經(jīng)在多個邏輯芯片和存儲芯片廠商的生產(chǎn)線上量產(chǎn)，正在進(jìn)行下一代產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)，以滿足5nm以下的邏輯芯片、1X納米的DRAM芯片和200層以上的3DNAND芯片等產(chǎn)品的刻蝕需求。2.3.薄膜沉積設(shè)備：集成電路奠基者薄膜沉積支撐集成電路，多種類型滿足不同需求。薄膜沉積技術(shù)是以各類化學(xué)反應(yīng)源在外加能量（包括熱、光、等離子體等）的驅(qū)動下激活，將由此形成的原子、離子、活性反應(yīng)基團(tuán)等在襯底表面進(jìn)行吸附，并在適當(dāng)?shù)奈恢冒l(fā)生化學(xué)反應(yīng)或聚結(jié)，漸漸形成幾納米至幾微米不等厚度的金屬、介質(zhì)、或半導(dǎo)體材料薄膜。作為芯片襯底之上的微米或納米級薄膜，是構(gòu)成了制作電路的功能材料層。隨著集成電路制造不斷向更先進(jìn)工藝發(fā)展，單位面積集成的電路規(guī)模不斷擴(kuò)大，芯片內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，所需要的薄膜層數(shù)越來越多，對絕緣介質(zhì)薄膜、導(dǎo)電金屬薄膜的材料種類和性能參數(shù)不斷提出新的要求。薄膜設(shè)備的發(fā)展支撐了集成電路制造工藝向更小制程發(fā)展。薄膜沉積設(shè)備市場增速穩(wěn)，規(guī)模大。隨著半導(dǎo)體行業(yè)整體景氣度的提升，全球半導(dǎo)體設(shè)備市場呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，拉動市場對薄膜沉積設(shè)備需求的增加。根據(jù)MaximizeMarketResearch數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2017-2020年全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模分別為125億美元、145億美元、155億美元和172億美元，2021年擴(kuò)大至約190億美元，年復(fù)合增長率為11.04%。預(yù)計全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模在2025年將從2021年的190億美元擴(kuò)大至340億美元，保持年復(fù)合15.7%的增長速度。下游應(yīng)用多樣化促進(jìn)各種薄膜沉積設(shè)備需求。近年來，下游產(chǎn)業(yè)新技術(shù)、新產(chǎn)品快速發(fā)展，正迎來市場快速增長期。5G手機(jī)、新能源汽車、工業(yè)電子等包含的半導(dǎo)體產(chǎn)品數(shù)量較傳統(tǒng)產(chǎn)品大比例提高；人工智能、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等新業(yè)態(tài)的出現(xiàn)，對于半導(dǎo)體產(chǎn)品產(chǎn)生了新需求。經(jīng)過不斷發(fā)展，根據(jù)不同的應(yīng)用演化出了PECVD、LPCVD、濺射PVD、ALD等不同的設(shè)備用于晶圓制造的不同工藝。其中，PECVD是薄膜設(shè)備中占比最高的設(shè)備類型，占整體薄膜沉積設(shè)備市場的33%；ALD設(shè)備目前占據(jù)薄膜沉積設(shè)備市場的11%；SACVD是新興的設(shè)備類型，屬于其他薄膜沉積設(shè)備類目下的產(chǎn)品，占比較小。芯片工藝進(jìn)步及結(jié)構(gòu)復(fù)雜化提高薄膜設(shè)備需求。在晶圓制造過程中，薄膜起到產(chǎn)生導(dǎo)電層或絕緣層、阻擋污染物和雜質(zhì)滲透、提高吸光率、臨時阻擋刻蝕等重要作用。隨著集成電路的持續(xù)發(fā)展，晶圓制造工藝不斷走向精密化，芯片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度也不斷提高，需要在更微小的線寬上制造。制造商要求制備的薄膜品種隨之增加，最終用戶對薄膜性能的要求也日益提高。這一趨勢對薄膜沉積設(shè)備產(chǎn)生了更高的技術(shù)要求，市場對于高性能薄膜設(shè)備的依賴逐漸增加。產(chǎn)線升級，薄膜設(shè)備需求陡增。隨著集成電路的持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)線逐漸升級，晶圓廠對薄膜沉積設(shè)備數(shù)量和性能的需求將繼續(xù)隨之提升。越先進(jìn)制程的產(chǎn)線所需的薄膜沉積設(shè)備數(shù)量越多。先進(jìn)制程使得晶圓制造的復(fù)雜度和工序量都大大提升，為保證產(chǎn)能，產(chǎn)線上需要更多的設(shè)備。進(jìn)入壁壘高，行業(yè)高度壟斷。半導(dǎo)體設(shè)備屬于高新技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)廠商均在各自專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域耕耘幾十年。從全球市場份額來看，薄膜沉積設(shè)備行業(yè)呈現(xiàn)出高度壟斷的競爭局面，行業(yè)基本由應(yīng)用材料（AMAT）、先晶半導(dǎo)體（ASMI）、泛林半導(dǎo)體（Lam）、東京電子（TEL）等國際巨頭壟斷。2019年，ALD設(shè)備龍頭東京電子和先晶半導(dǎo)體分別占據(jù)了31%和29%的市場份額，剩下40%的份額由其他廠商占據(jù)；而應(yīng)用材料則基本壟斷了PVD市場，占85%的比重，處于絕對龍頭地位；在CVD市場中，應(yīng)用材料全球占比約為30%，連同泛林半導(dǎo)體的21%和TEL的19%，三大廠商占據(jù)了全球70%的市場份額。2.4.其他前道設(shè)備：占比不高但缺一不可除了光刻、薄膜沉積以及刻蝕三大核心工藝外，其他前道設(shè)備雖然占比不高，但同樣不可或缺。從芯片制造工藝來看，包括涂膠顯影設(shè)備、清洗設(shè)備、離子注入設(shè)備以及擴(kuò)散設(shè)備。其中涂膠顯影設(shè)備與光刻機(jī)共同完成光刻工藝；清洗機(jī)與CMP共同完成芯片的各步驟的清洗與拋光；離子注入機(jī)和擴(kuò)散爐則專注于摻雜工藝。涂膠顯影設(shè)備是光刻工藝中除光刻機(jī)外的另一核心設(shè)備。涂膠顯影設(shè)備是光刻工序中與光刻機(jī)配套使用的涂膠、烘烤及顯影設(shè)備，包括涂膠機(jī)、噴膠機(jī)和顯影機(jī)，在8英寸及以上晶圓的大型生產(chǎn)線上，此類設(shè)備一般都與光刻設(shè)備聯(lián)機(jī)作業(yè)，組成配套的圓片處理與光刻生產(chǎn)線，與光刻機(jī)配合完成精細(xì)的光刻工藝流程。作為光刻機(jī)的輸入（曝光前光刻膠涂覆）和輸出（曝光后圖形的顯影），涂膠顯影機(jī)的性能不僅直接影響到細(xì)微曝光圖案的形成，其顯影工藝的圖形質(zhì)量和缺陷控制對后續(xù)諸多工藝（諸如蝕刻、離子注入等）中圖形轉(zhuǎn)移的結(jié)果也有著深刻的影響。日本廠商占據(jù)前道涂膠顯影機(jī)領(lǐng)先地位，國內(nèi)芯源微重點突破。在光刻工序涂膠顯影設(shè)備領(lǐng)域，主要企業(yè)有日本東京電子（TEL）、日本迪恩士（DNS）、德國蘇斯微（SUSS）、臺灣億力鑫（ELS）、韓國CND等，國內(nèi)前道涂膠顯影目前只有芯源微能提供相關(guān)產(chǎn)品。相對而言，芯源微技術(shù)水平整體弱于東京電子和迪恩士，產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域也不如競爭對手完整。盡管目前國產(chǎn)化率不高，但隨著國內(nèi)自主產(chǎn)線的通線，有望進(jìn)入設(shè)備快速驗證期，屆時有望快速提升產(chǎn)品競爭力，擴(kuò)大市場份額。在全球清洗設(shè)備市場，日本DNS公司占據(jù)40%以上的市場份額，此外，TEL、LAM等也在行業(yè)占據(jù)了較高的市場份額，市場集中度較高。國內(nèi)的清洗設(shè)備領(lǐng)域主要有盛美半導(dǎo)體、北方華創(chuàng)、芯源微、至純科技。其中，盛美半導(dǎo)體主要產(chǎn)品為集成電路領(lǐng)域的單片清洗設(shè)備和單片槽式組合清洗設(shè)備；北方華創(chuàng)收購美國半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商AkrionSystemsLLC之后主要產(chǎn)品為單片及槽式清洗設(shè)備；芯源微產(chǎn)品主要應(yīng)用于集成電路制造領(lǐng)域的單片式刷洗領(lǐng)域；至純科技具備生產(chǎn)8-12英寸高階單晶圓濕法清洗設(shè)備和槽式濕法清洗設(shè)備的相關(guān)技術(shù)。下游應(yīng)用多樣化促進(jìn)CMP設(shè)備需求。集成電路按制造工藝及應(yīng)用領(lǐng)域主要分為邏輯芯片、3DNAND閃存芯片、DRAM內(nèi)存芯片，上述三種芯片雖然在結(jié)構(gòu)及制造工藝上有明顯的區(qū)別，但無論哪種芯片的制造，都要求每層制造表面必須保持納米級全局平坦化，以使下一層微電路結(jié)構(gòu)的加工制造成為可能，因此在集成電路制造流程中CMP設(shè)備必不可缺且需要循環(huán)使用，通常每片芯片制造完成需經(jīng)過幾十道拋光工藝，尤其是集成電路制造工藝在納米節(jié)點上的持續(xù)推進(jìn)，將使CMP設(shè)備的平坦化應(yīng)用機(jī)會及關(guān)鍵作用愈加凸顯。平坦化工藝助力芯片制造。CMP設(shè)備系依托CMP技術(shù)的化學(xué)-機(jī)械動態(tài)耦合作用原理，通過化學(xué)腐蝕與機(jī)械研磨的協(xié)同配合作用，實現(xiàn)晶圓表面多余材料的高效去除與全局納米級平坦化，在硅片制造、集成電路制造、封裝測試等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。CMP設(shè)備在制造芯片過程中起到重要的作用，保證芯片每層之間足夠平坦，確保了芯片的整體性能和可靠性。（1）在硅片制造領(lǐng)域，CMP設(shè)備及工藝實現(xiàn)平整潔凈的拋光片；（2）在集成電路制造領(lǐng)域，芯片制造過程按照技術(shù)分工主要可分為薄膜淀積、CMP、光刻、刻蝕、離子注入等工藝環(huán)節(jié)，各工藝環(huán)節(jié)實施過程中均需要依靠特定類型的半導(dǎo)體專用設(shè)備；（3）在先進(jìn)封裝領(lǐng)域，CMP工藝會越來越多被引入并大量使用，其中硅通孔技術(shù)、扇出技術(shù)、2.5D轉(zhuǎn)接板、3DIC等將用到大量CMP工藝，這將成為CMP設(shè)備除IC制造領(lǐng)域外一個大的需求增長點。芯片復(fù)雜化，CMP步驟次數(shù)提升。隨著芯片制造技術(shù)發(fā)展，CMP工藝在集成電路生產(chǎn)流程中的應(yīng)用次數(shù)逐步增加，以邏輯芯片為例，65nm制程芯片需經(jīng)歷約14道CMP步驟，而7nm制程所需的CMP處理增加為30道；晶體管結(jié)構(gòu)從平面型向3DFinFET轉(zhuǎn)變，新增10次CMP過程；存儲器由2D向3D轉(zhuǎn)換，新增5次CMP步驟。進(jìn)入壁壘高，技術(shù)路徑延續(xù)性強(qiáng)。半導(dǎo)體設(shè)備屬于高新技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)廠商均在各自專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域耕耘幾十年。全球CMP設(shè)備市場處于高度壟斷狀態(tài)，主要由美國應(yīng)用材料和日本荏原兩家設(shè)備制造商占據(jù)，兩家制造商合計擁有全球CMP設(shè)備超過90%的市場份額，尤其在14nm以下最先進(jìn)制程工藝的大生產(chǎn)線上所應(yīng)用的CMP設(shè)備僅由兩家國際巨頭提供。根據(jù)SEMI統(tǒng)計，2019年美國應(yīng)用材料和日本荏原機(jī)械市占率合計達(dá)95%，而其他廠商總份額僅5%。華海清科是目前國內(nèi)唯一實現(xiàn)12英寸系列CMP設(shè)備量產(chǎn)銷售的半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商，打破了國際廠商的壟斷，填補國內(nèi)空白并實現(xiàn)進(jìn)口替代。據(jù)其營收統(tǒng)計，2021年國內(nèi)市場占有率已經(jīng)達(dá)到25.8%，有望實現(xiàn)CMP設(shè)備的完全。離子注入與熱擴(kuò)散共同進(jìn)行摻雜工藝。離子注入是一種添加工藝，利用高能量帶電離子束注入的形式，將摻雜原子強(qiáng)行摻入半導(dǎo)體中，從而控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電率。離子注入提供了比擴(kuò)散過程更好的摻雜工藝控制，例如在擴(kuò)散工藝中摻雜物的濃度和結(jié)深無法獨立控制，而在離子注入中可以通過離子束電流和注入時間控制摻雜物濃度，通過離子的能量控制摻雜物的結(jié)深，因此離子注入是目前半導(dǎo)體行業(yè)中的主要摻雜方法。精確可控性使得離子注入技術(shù)成為最重要的摻雜方法。隨著芯片特征尺寸的不斷減小和集成度增加，各種器件也在不斷縮小，由于晶體管性能受摻雜剖面的影響越來越大，離子注入作為唯一能夠精確控制摻雜的手段，且能夠重復(fù)控制摻雜的濃度和深度，使得現(xiàn)代晶圓片制造中幾乎所有摻雜工藝都從熱擴(kuò)散轉(zhuǎn)而使用離子注入來實現(xiàn)。根據(jù)離子束電流和束流能量范圍可將離子注入機(jī)分為三大類。三類離子注入機(jī)分別是中低束流離子注入機(jī)、低能大束流離子注入機(jī)、高能離子注入機(jī)。另外還有用于注入氧的氧注入機(jī)，或者注入氫的氫離子注入機(jī)。離子注入機(jī)包含5個子系統(tǒng)：氣體系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和射線系統(tǒng)。其中，射線系統(tǒng)為最重要的子系統(tǒng)。離子注入機(jī)約占半導(dǎo)體前道設(shè)備的2~3%，大束流離子注入機(jī)占比過半。從半導(dǎo)體前道設(shè)備規(guī)模來看，離子注入機(jī)約占2~3%，對應(yīng)2021年全球市場規(guī)模約22億美元，國內(nèi)市場規(guī)模6億美元。在三類主要離子注入機(jī)中，大束流離子注入機(jī)占比約60%，中束流離子注入機(jī)占比約20%，高能離子注入機(jī)占比約18%，可分別推算出2021年國內(nèi)市場中三類離子注入機(jī)市場規(guī)模為3.6/1.2/1.08億美元。集成電路離子注入機(jī)的市場份額高度集中，國內(nèi)凱世通完成0到1的突破。美國應(yīng)用材料公司、Axcelis占據(jù)全球大部分市場份額，其中美國應(yīng)用材料公司在離子注入機(jī)產(chǎn)品上的市占率達(dá)到70%，主要產(chǎn)品包括大束流離子注入機(jī)、中束流離子注入機(jī)、超高劑量的離子注入。美國Axcelis主要產(chǎn)品高能離子注入機(jī)市占率55%。除此以外，日本Nissin主要生產(chǎn)中束流離子注入機(jī)，在中束流離子注入機(jī)的市占率約為10%；日本SEN公司的產(chǎn)品包括高束流離子注入機(jī)、中束流離子注入機(jī)、高能量離子注入機(jī)，但在中國大陸地區(qū)的市占率相對較低。在國內(nèi)市場，萬業(yè)企業(yè)旗下凱世通率先完成了國產(chǎn)離子注入機(jī)從0到1的突破，2022年上半年取得在手訂單超過11億元，并逐步向客戶批量交付低能離子注入機(jī)，邁入1到N的放量階段。2.5.測試設(shè)備：晶圓質(zhì)量把關(guān)人晶圓與芯片兩大檢測領(lǐng)域，三大設(shè)備協(xié)同作用。集成電路生產(chǎn)需要檢測工藝是否合格、版圖設(shè)計是否合理、產(chǎn)品是否可靠，而這些都需要用到專門的測試設(shè)備，以此提高芯片制造水平，保證芯片質(zhì)量。測試設(shè)備主要有測試機(jī)、分選機(jī)和探針臺三大類設(shè)備，其中測試機(jī)用于檢測芯片功能和性能，對芯片施加輸入信號，采集輸出信號來判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性；而分選機(jī)和探針臺則是將芯片的引腳與測試機(jī)的功能模塊起來，進(jìn)而實現(xiàn)批量自動化測試。在晶圓檢測中，探針臺將晶圓傳送至測試位置，芯片的Pad點通過探針、專用連接線與測試機(jī)連接，測試機(jī)通過I/O信號，判斷芯片性能是夠是否達(dá)到規(guī)范設(shè)計要求。在芯片檢測中，分選機(jī)將被測芯片逐個自動傳送至測試工位，測試機(jī)對芯片進(jìn)行性能檢測，最后分選機(jī)將被測芯片進(jìn)行標(biāo)記、分選、收料。預(yù)計2022年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備市場規(guī)模達(dá)到82億美元。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2021年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備市場規(guī)模為78億美元，同比增長30%，預(yù)計2022年測試設(shè)備增長5%，達(dá)到82億美元。對于細(xì)分的半導(dǎo)體測試設(shè)備，2021年全球測試機(jī)、分選機(jī)和探針機(jī)占半導(dǎo)體測試設(shè)備的比例分別為63.1%、17.4%和15.2%，市場規(guī)模約為49.2、13.6、11.9億美元。據(jù)此可以簡單估算，2022年測試機(jī)、分選機(jī)和探針機(jī)的全球市場規(guī)模分別約為51.7、14.3和12.5億美元。數(shù)字測試機(jī)相比于模擬測試機(jī)難度較高，SoC占據(jù)主要市場份額。根據(jù)測試對象的不同，測試機(jī)可以分為SoC、存儲、模擬和RF等，其中數(shù)字測試機(jī)主要包括SoC和存儲測試機(jī)。相比于模擬測試機(jī)，數(shù)字測試機(jī)的技術(shù)難度更高。從市場份額來看，SoC測試機(jī)占據(jù)60%份額，與存儲測試機(jī)共同占據(jù)全球80%市場份額。測試機(jī)領(lǐng)域國產(chǎn)份額較低，本土廠商逐步追趕。全球測試機(jī)行業(yè)被泰瑞達(dá)和愛德萬占據(jù)大部分市場份額，據(jù)華經(jīng)情報網(wǎng)援引SEMI數(shù)據(jù)，2021年全球半導(dǎo)體測試機(jī)市場中泰瑞達(dá)、愛德萬和科休的市場份額占比分別為51%、33%、11%，合計市占率為95%，份額高度集中。在國內(nèi)市場，競爭格局相對分散，國內(nèi)廠商華峰測控和長川科技的市占率分別為8%和5%，正逐步追趕當(dāng)中，長川科技數(shù)字測試機(jī)等產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)有效突破。分選機(jī)市場空間較大，探針臺由日本企業(yè)壟斷。不同于測試機(jī)，全球分選機(jī)的競爭格局相對分散，2020年前五大分選機(jī)廠商分別為科休、Xcerra、愛德萬、臺灣鴻勁、長川科技，市占率分別為21%、16%、12%、8%、2%。其中大陸企業(yè)只有長川科技并且市占率僅為2%，未來的空間廣闊。而探針臺市場幾乎由日本東京電子和東京精密兩家占據(jù)，2020年兩家企業(yè)在全球范圍市占率分別為46%和42%，具有極高的進(jìn)入壁壘。3.設(shè)備零部件：位處上游，雙重受益于設(shè)備需求和晶圓廠直接采購3.1.全球晶圓廠“擴(kuò)產(chǎn)+直接采購”，上游零部件迎機(jī)遇半導(dǎo)體設(shè)備上游零部件，單一產(chǎn)值雖小但品類繁多，綜合價值量大，地位重要。從半導(dǎo)體行業(yè)來看，零部件年產(chǎn)值上百億美元，卻是奠定信息產(chǎn)業(yè)幾十萬億美元產(chǎn)值的重要基石。七大類設(shè)備零部件從機(jī)械、結(jié)構(gòu)、腔體等方面向設(shè)備供給各種工藝件、結(jié)構(gòu)件、模組系統(tǒng)。其中以機(jī)械類占比最高，達(dá)到半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模的12%，對應(yīng)2021年有百億美元空間。國內(nèi)半導(dǎo)體零部件產(chǎn)業(yè)起步較晚，我國半導(dǎo)體零部件產(chǎn)業(yè)總體水平偏低，高端產(chǎn)品供給能力不足，產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性和一致性較差的問題日益凸顯。半導(dǎo)體設(shè)備需求+晶圓廠直接采購，零部件實現(xiàn)雙輪驅(qū)動。據(jù)統(tǒng)計，2020年中國本土晶圓制造廠商采購零部件金額約為4.3億美元，采購的設(shè)備零部件主要有石英（Quartz）、射頻發(fā)生器（RFGenerator）、各種泵（Pump）等，占零部件采購金額的比重達(dá)到或超過10%。此外，各種閥門（Valve）、吸盤（Chuck）、反應(yīng)腔噴淋頭（ShowerHead）、邊緣環(huán)（EdgeRing）等零部件的采購占比也比較高。按照現(xiàn)有本土晶圓制造產(chǎn)能計劃，設(shè)備和產(chǎn)線同時有零部件的采購需求，形成雙輪驅(qū)動。在晶圓廠的成本當(dāng)中，設(shè)備折舊與當(dāng)年設(shè)備銷售之間存在一定比值關(guān)系，通過將設(shè)備銷售額分5年折舊可得每年晶圓廠設(shè)備折舊額約為設(shè)備銷售額的70%。通過設(shè)備毛利率與零部件占成本的比例，可以估算出2021年前道設(shè)備和后道設(shè)備帶來的零部件規(guī)模分別為407億美元和61億美元。據(jù)晶合集成招股說明書披露，晶圓廠直接采購材料中，零配件占成本的比重約為10%。由此可以測算得出，2021年全球由晶圓廠和封測廠帶來的零部件規(guī)模分別達(dá)到113億美元和36億美元，全球零部件市場規(guī)模達(dá)到618億美元，空間廣闊，未來可期。3.2.設(shè)備零部件細(xì)分種類多，海外廠商占據(jù)領(lǐng)先半導(dǎo)體零部件種類多，市場細(xì)碎，多為國際巨頭壟斷。半導(dǎo)體零部件產(chǎn)業(yè)通常具有高技術(shù)密集、學(xué)科交叉融合、市場規(guī)模占比小且分散，但在價值鏈上卻舉足輕重等特點，國際領(lǐng)軍企業(yè)以跨行業(yè)多產(chǎn)品線發(fā)展和并購策略為主。根據(jù)VLSI的數(shù)據(jù)，2020年全球半導(dǎo)體零部件領(lǐng)軍供應(yīng)商前10名均為海外廠商，且長期占據(jù)領(lǐng)先地位。設(shè)備零部件國產(chǎn)化率較低，替代空間巨大。目前我國本土零部件企業(yè)的技術(shù)能力、工藝水平、產(chǎn)品精度和可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足國內(nèi)設(shè)備和晶圓制造廠商的需求。據(jù)芯謀研究數(shù)據(jù)，在眾多零部件中，僅有石英件、Edgering和噴淋頭的國產(chǎn)化率在10%以上，而腔體、真空規(guī)（VacuumGauge）和O-ring還尚未有效突破。實際上，高端零部件市場主要被美國、日本、歐洲供應(yīng)商占有；中低端零部件市場主要被韓國、中國臺灣供應(yīng)商占據(jù)。隨著國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新建產(chǎn)能及擴(kuò)產(chǎn)速度加快，疊加新冠疫情造成物流運輸服務(wù)受阻導(dǎo)致國外零部件交期不斷延遲，為我國一些具有高成長潛力的國內(nèi)半導(dǎo)體零部件企業(yè)帶來加快進(jìn)行的機(jī)會。4.增長邏輯：進(jìn)入2.0階段，“設(shè)備+零部件”國產(chǎn)化將是貿(mào)易封鎖的突破口4.1.美國對華半導(dǎo)體遏制加速，迫在眉睫限制范圍從公司擴(kuò)大到行業(yè)，發(fā)展問題轉(zhuǎn)向生存問題。隨著我國經(jīng)濟(jì)實力與科技水平的不斷發(fā)展，正在面臨美國層層加碼的限制措施。起初將中興通訊、華為列入實體清單，實行出口管制以限制中國5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨后將限制公司數(shù)量進(jìn)一步擴(kuò)大，禁止來自海康、大華等多家中國公司的產(chǎn)品進(jìn)入美國。而今年，更是對整個半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)行全方位的限制，從基本的設(shè)備、軟件、芯片等對中國進(jìn)行科技封鎖。當(dāng)前國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)面臨的問題已經(jīng)從“發(fā)展”轉(zhuǎn)向了“生存”，如何在外部重重封鎖下保證企業(yè)的生存和行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為亟待解決的問題。限制措施頒布頻次越來越快，影響程度越來越深。回顧近期美國對我國半導(dǎo)體行業(yè)頒布的一系列限制措施，可以發(fā)現(xiàn)整體的限制領(lǐng)域正在逐步從下游應(yīng)用向上游制造轉(zhuǎn)移。從最初的的5G產(chǎn)品出口限制到現(xiàn)在的設(shè)備、軟件限制，其影響程度越發(fā)深遠(yuǎn)。底層的設(shè)備與軟件，正是支撐整個數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心，倘若無法破局，對我國發(fā)展將是極大的掣肘。半導(dǎo)體“鐵幕”正在形成，迫切性加劇。隨著美國發(fā)布《芯片法案》，遏制中國半導(dǎo)體發(fā)展的“鐵幕”正在形成。該法案將為美國半導(dǎo)體研發(fā)、制造以及勞動力發(fā)展提供527億美元。其中390億美元將用于半導(dǎo)體制造業(yè)的激勵措施，20億美元用于汽車和國防系統(tǒng)使用的傳統(tǒng)芯片。此外，在美國建立芯片工廠的企業(yè)將獲得25%的減稅。而接受法案提供的聯(lián)邦資金和稅收補貼的芯片制造商將被禁止十年內(nèi)在中國大陸建造先進(jìn)制程產(chǎn)線，以此遏制中國半導(dǎo)體發(fā)展。除此以外，還限制美國14nm及以下制程半導(dǎo)體設(shè)備和先進(jìn)制程EDA軟件出口中國，從上游對中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行封鎖。在此國際局勢下，半導(dǎo)體國產(chǎn)化進(jìn)程需要進(jìn)一步加強(qiáng)。而目前各種半導(dǎo)體前道核心設(shè)備的國產(chǎn)化率還很低，如光刻機(jī)等設(shè)備尚未形成有效突破，整體國產(chǎn)化率還有極大的提升空間。4.2.半導(dǎo)體自主化愈發(fā)重要，國產(chǎn)晶圓廠逆勢擴(kuò)產(chǎn)正在進(jìn)行國內(nèi)晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)穩(wěn)步進(jìn)行，半導(dǎo)體設(shè)備需求強(qiáng)勁。據(jù)SEMI最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國大陸在晶圓廠建廠速度全球第一，預(yù)計至2024年底，將建立31座大型晶圓廠，且全部鎖定成熟制程。據(jù)集微網(wǎng)統(tǒng)計，2021年底中國大陸現(xiàn)有12英寸線和8英寸線的產(chǎn)能分別為120萬片/月和123萬片/月，預(yù)計今年將分別新增36.6萬片/月和9.6萬片/月，對應(yīng)半導(dǎo)體設(shè)備需求強(qiáng)勁。根據(jù)ICInsights的數(shù)據(jù)，中國大陸晶圓產(chǎn)能在全球的占比約16.2%。隨著國內(nèi)晶圓廠的快速擴(kuò)產(chǎn)，預(yù)計到2023年，中國大陸晶圓產(chǎn)能在全球的占比有望達(dá)24%，產(chǎn)能占比提升將極大地帶動半導(dǎo)體設(shè)備的市場規(guī)模。緊抓成熟制程，中芯國際產(chǎn)能快速擴(kuò)張。作為國內(nèi)頭部晶圓代工廠，中芯國際今年陸續(xù)有4條12英寸在建產(chǎn)線，分別位于