半导体设备行业研究：行业处于国产替代初期需求强劲.docx

1半导体行业处于景气周期，推动设备迎风而上1.1 设备是奠定产业发展的基石根据Wind数据，2021年全球集成电路的市场规模为4608亿美元，占半导体规模的83%o根据中国半导体行业协会统计，2021年中国集成电路设计、制造、封测三大环节市场规模分别为4519/3176/2763亿元，分别占比43%30%27%o半导体设备主要应用于集成电路的制造和封测环节，可细分为晶圆制造设备（前道设备）和封装、测试设备（后道设备）。SEMI预估2021年全球晶圆制造设备、封装设备、测试设备市场规模分别为880.1/69.9/77.9亿美元，分别占比86%7%7%,细分应用来看，逻辑代工占据晶圆制造设备的主要份额，达493亿美元，占比56%o图3：202IE全球半导体设备分市场占比7%封装设备测试设备晶圆制造设备Z一"Tf,TcrC'""9系包尧根海晶圆制造过程大致可分为7大板块：氧化扩散(ThermalProcess)、薄膜沉积(DielectricDeposition)、光刻(Photo-Iithogmphy)、亥IJ蚀(Etch)、离子注入(IonImplant)、抛光(CMP)x以及金属化(Metalization)薄膜沉积、光刻和刻蚀是前道晶圆制造的三大核心工艺，制造过程反复循环多遍，涉及上干道加工工序。光刻、刻蚀、薄膜沉积与封测设备作为核心设备，在设备资本开支中占比较高。根据集成电路制造领域典型资本开支结构来看，设备投资占比约为70%-80%,其中用于芯片制造和封装测试环节的设备投资占主要部分。在芯片制造环节中，核心设备光刻、刻蚀（含去胶）、薄膜沉积及封测合计占比约68%,核心设备国产化是我国实现半导体制程国产化替代的关键。1.2 半导体行业延续高景气带动设备稳定增长根据SIA数据，2021年全球半导体销售额为5559亿美元，同比增长26%,其中，亚太、美洲、欧洲、日本销售额分别为3434/1188/471/436亿美元。2021年中国半导体销售额为1925亿美元,同比增长27%,占全球总销售额35%,为全球半导体增长主要驱动力。图6：分区域半导体销售额（亿美元）中国大陆晶圆厂占中国集成电路市场份额呈上升趋势。2018年，中国大陆企业占中国集成电路（以下简称IC）市场份额为4.19%o根据中国半导体行业协会数据，2021年中国IC市场规模约为1580亿美元，我们统计大陆前四家晶圆厂2021年营收合计约95亿美元,占中国IC市场规模6.03%o依托于我国较大的芯片需求，我国本土芯片企业市场规模占比将保持持续上行趋势，带动设备端稳定增长。亚太美洲一欧洲一麻礁砺中国大陆半导体设备行业发展迅速，速度远超全球增速。根据SEMI数据，近年来全球半导体设备规模持续增长，2021年全球半导体设备市场规模为1026亿美元，同比增长44%,预计2022年市场规模将有11%左右的增速，约1140亿美元。2021年中国大陆半导体设备销售额为296亿美元,同比增长56%,占全球半导体设备销售额的28.85%中国大陆半导体设备行业增速远超全球平均水平。图8：全球半导体设备销售额及增速全球销售额（亿美元）增速（右轴）z.二X二7先口FT=四弟尧索智库2终端缺芯严重，晶圆厂积极扩产，2021-2022年为设备需求高峰期2.1 晶圆厂满产，接近零库存、订单交付周期不断拉长晶圆厂满产，接近零库存。2018年至2019年初，受晶圆厂持续扩产影响，存储器供过于求，带动存储器价格下滑，加上智能手机、PC以及服务器等终端产品需求下降，使得全球半导体行业规模在此期间下滑。2019年起，晶圆代工厂的产能利用率持续攀升，我们从中芯国际的产能利用率来看，2019年至2021年，产能利用率由97%持续提升达到满产,2021Q2高达100.4%;从半导体消费者库存中位数来看，半导体产品的库存中位数从2019年的40天左右下降到2021年的不到5天。订单交货周期进一步延长，缺芯状态持续。根据美国电子元件分销商Sourcngine数据，半导体通用产品平均交货周期目前仍在不断拉长,截至2022年2月，16位处理器的通用产品交付周期平均为44周，比2021年10月增加了15周；同期，电源管理芯片的平均交付周期为37周，增加了9周。图10：中芯国际产能利用率&一7。Z S一SZ5-ZoZ OoSZ00ZOZ SoZoe3。ZoZSz一。Z中芯国际产能利用率2.2 缺芯主要为终端产品载芯量高增长所致根据全球半导体设备季度销售增速来看，行业每隔3-4年会呈现周期性变动趋势，当下游终端产品技术迭代更新，市场出现需求激增带动资本向上游晶圆厂涌入，厂商加大资本开支，行业进入景气周期，当市场供大于求时，行业增速放缓。根据Gartner数据，相比2020年，2021年半导体下游应用端中计算机、无线应用依旧占据较大份额，分别为29.3%、27.4%;物联网&消费汽车IC在下游应用端占比提升较大，分别由2020年的10.5%8.3%增长至2021年的IL4%/9.5%。根据SEMI数据，2000年至2018年，尺寸大型化是半导体硅片发展趋势。12口寸硅片出货面积显著增长，由2000年的94百万平方英寸扩大至2018年的8005百万平方英寸，市场份额从1.69%大幅提升至2018年的63.83%,成为半导体硅片市场最主流的产品。根据我们的统计，扩充12口寸晶圆产线为目前大部分晶圆厂主要扩产选择。图16：全球不同尺寸半导体硅片出货面积SUMCO预测z2021-2025年全球12口寸晶圆需求CAGR为10.2%,推动12口寸晶圆增长的终端应用主要来自智能手机、数据中心、人工智能、汽车、无线通讯。智能手机升级，单位用硅量增加带动芯片需求提升。根据观研天下预测，2018-2025年全球智能手机处于存量市场，增长率在2021年至2025年呈下滑趋势。与此同时，根据SUMCO预测,尽管2021-2025年智能手机销量增速呈下滑态势，但在此期间智能手机、5G流量对12口寸晶圆需求的CAGR分别为9.4%、26%,主要原因为智能手机技术更新迭代，智能化升级单位用硅量相应增长所致。根据集微咨询数据，5G手机的技术升级带动逻辑芯片、存储芯用口CIS图像传感器等出货量增加，在5G手机中，摄像头的数量增加带动12口寸晶圆需求量增长,48M像素摄像头对12时晶圆平均需求量是12M像素摄像头的5倍。据SUMCo统计数据，每台5G手机的半导体硅片用量为2.2平方英寸,是4G手机的1.7倍。图19：2018-2025年全球手机销量及预测智能手机（亿部）功能手机（亿部）四京弟尧智库数据中心的关键芯片主要包含CPU、GPU以及DPU（数据处理单元），根据科智咨询预测，2022年我国数据中心市场规模将达到3201亿元，同比增长29%o人工智能IC市场规模处于上升阶段。根据亿欧智库数据，随着技术的成熟以及数智化转型升级，中国人工智能核心产业市场规模将持续平稳增长，2025年将达到4000亿元左右；AI芯片需求也将持续增长，类脑等新型芯片预计最早于2023年进入量产，因此2024及2025年或有较大增长，预计市场规模将于2025年达到1780亿)Lo单位车用IC搭载数量大幅增长是驱动汽车IC需求增长的因素之-O2021年以来，新能源汽车产量持续攀升，2022年4月中国新能源汽车销量为30万辆，占汽车总销量的25%,2021年同期占比为9%o预计2021年汽车IC出货量为524亿颗，同比增长30%,约为2011年176亿颗的3倍。根据Frost&Sullivan预测，2022年国产燃油汽车平均芯片搭载数量为934颗/辆，国产新能源汽车平均芯片搭载数量为1459颗/辆，相比2017年分别增长61%、79%o同时，新能源汽车平均芯片搭载量是燃油车的1.56倍，随着新能源汽车占比提升，车用IC需求也将持续增长。图25：中国新能源汽车销量及占比?%XPxPO5O5O3221150_1_一OaOZ_1_8。，-COe_1_moRoz_J_O:OeOZ_1_s。OZoZ_L_Zsoz_1_36_Oe_1_Zosoe_1_60,8IOe!_寸。.0zL二吐07190II0Z-1-T-q一OlIOCOooooOooo4321汽车销量（万辆）新能源汽车占比（右轴）新能源汽车销量（万辆）23晶圆厂积极扩充产能，驱动设备需求提升下游资本开支持续攀升，本地晶圆厂积极扩产带来设备端需求提升。2022年以来，芯片市场依旧紧缺，半导体行业资本开支持续攀高以满足扩产需要。全球晶圆代工龙头台积电在2021全年资本开支300亿美元,并在2022年指引中上修资本开支至400-440亿美元，同时台积电表示2022年代工行业将增长20%o国内晶圆代工龙头中芯国际2021年资本开支45亿美元，并在2022年指引中表示资本开支将增至50亿美元。ICInsights预测，2021年全球半导体行业资本开支规模约为1539亿美元，预计今年将超过1904亿美元，同比增长24%。我们按半导体资本开支中设备投资占70%80%比例估算，2022年全球半导体行业设备端投资规模约在1332.81523.2亿美元之间。根据主要晶圆厂目前的融资扩产计划不完全统计，中国大陆预计扩增12口寸149.9万片/月，扩增8寸33.5万片/月。其中，将于2022年内投产的12口寸合计约为78万片/月，8时约为30.5万片/月；预计2022年之后投产的12时合计71.9万片/月，8时3万片/月。随着扩产，产能释放，行业缺芯的内生因素将得到缓解，此外，大部分晶圆厂产能释放时间居于2022-2023年之间。根据晶圆厂扩产一般需要1-2年，设备采购于扩产前期开始，我们预计半导体设备行业受益下游晶圆厂大规模融资扩产的红利主要集中在2021-2022年。3国产半导体设备多环节步入产业化替代阶段半导体设备市场高度集中，海外龙头处于垄断地位。半导体设备技术壁垒、客户认知度壁垒以及市场壁垒三高，研发周期长难度大，故主要市场份额集中在少数头部企业中，并且呈持续增长趋势。根据统计，2021年行业CR5约为84%,较2019年的65%显著提图30：2019年、2021年全球前五大半导体设备厂商市场份额分规模来看，薄膜沉积设备、刻蚀设备、光刻机和量测设备在半导体设备规模中占比较高，分别约27%22%20%13%;清洗设备、CMP分别占比4%左右;离子注入设备、热处理设备以及涂胶显影设备占比约3%;去胶设备占比约1%。过去我国半导体行业主要为被动的接受国际垄断企业定价，核心设备依赖进口，产业链多环节受国外厂商卡脖子”。2018年以来，中美贸易摩擦加速了国产设备的研发进展，多环节进入产业化替代阶段。我国热处理设备主要有屹唐股份、北方华创，其中，北方华创的THEoRIS302/FLOURIS201立式氧化炉可以覆盖8时、12口寸28nm产线,国产化率20%左右;沉积环节北方华创和拓荆科技已实现28nm14nm技术领域的技术突破；CMP设备国内厂商主要有华海清科和北京烁科精微电子；光刻环节上海微电子在90nm以上制程光刻机实现国产化；清洗环节国产替代率已达20%;去胶设备已基本实现国产化替代，国产化率达80%以上。（报告来源：未来智库）热处理设备：市场规模较为稳定，预计2025年达到19.9亿美元热处理工艺应用于半导体制程的氧化、扩散和退火制程，所包含设备为卧式炉、立式炉以及快速升温炉（RTP）。热处理设备合计占半导体制造设备份额约3%o根据Gartner数据，2020年全球半导体热处理设备市场规模为15.4美元，其中快速热处理设备市场规模为7.2亿美元，氧化/扩散设备市场规模约5.5亿美元，栅极堆叠（GateStack）设备市场规模为2.7亿美元。2025年热处理设备市场规模有望达到19.9亿美元。图32：全球半导体热处理设备市场规模目前，我国的热处理国产化率为20%左右，氧化扩散市场主要由外资厂商占据，根据Gartner数据，AMAT、TEL、日立国际全球市场合计占比约70%;全球热处理设备厂商主要被5家企业寡头垄断，其中AMAT占据绝对领先地位，2020年市场份额达到70%,我国屹唐股份市场份额排在第二位，占比11%,其他三位主要为国际电气，维易科和斯库林，分别占比9%、6%、4%o我国热处理设备主要企业有屹唐股份、北方华创，其中，北方华创的THEORIS302/FLOURIS201立式氧化炉可以覆盖8口寸、12口寸28nm及以上的集成电路、先进封装、功率器件。屹唐股份主要热处理产品为快速热处理(RTP)以及毫秒级快速热处理(MSA),产品已覆盖台积电、三星电子、中芯国际、华虹集团、长江存储等国内外知名厂商。薄膜沉积设备：12时产线扩产带动薄膜沉积设备需求量将大幅增长薄膜沉积是半导体制程中重中之重的环节，是一连串涉及原子的吸附、吸附原子在表面扩散及在适当的位置下聚结，以渐渐形成薄膜并成长的过程。分为原子层沉积(ALD)、物理式真空镀膜(PVD)、化学式真空镀膜(CVD)等，其中ALD是目前最先进的薄膜沉积技术,也是CVD的一种。CVD即使用金属卤化物、有机金属、碳氢化合物等热分解，氢还原在高温下发生化学反应以析出金属、氧化物、碳化物等材料；PVD是将原子从原料靶材上溅射出来，利用物理过程实现物质转移，沉积形成导电电路。根据MaximizeMarketResearch数据统计，到2025年z全球薄膜沉积设备市场规模将达到340亿美元，2017-2025年均复合增长率为95.7%,行业景气度持续上行。据Gartner统计，2019年全球半导体薄膜沉积设备中CVDxPVDxALD占比分别为60%19%ll%,其中，CVD设备主要被AMAT（应用材料）、LamResearch（拉姆研究）以及TEL（东京电子）垄断，合计占比70%;PVD设备主要被AMAT寡头垄断，占比为85%;TEL和ASML为ALD设备主要供应商，合计占比60%o我国的薄膜沉积设备代表厂商有北方华创与拓荆科技，其中，北方华创已实现PVDxCVD以及ALD设备在28nm14nm技术领域的突破，拓荆科技主要涉及28nm14nm技术领域的CVD与ALD设氤图37：2019年全球薄膜沉积设备市场格局CVDPVDALD其他9为弟弟智库根据中芯国际8口寸与12口寸产线所需薄膜沉积设备需求量对比，12口寸产线比8口寸产线所需CVD/PVD设备数量均大幅增长，随着中国大陆12时晶圆产线扩产逐步落地，将带动薄膜沉积设备需求量增长。CMP设备：本土设备厂商不断取得突破，国产替代进程加快CMP（化学机械研磨）是一种表面全局平坦化技术，CMP系统主要由抛光设备、抛光液和抛光垫三个部分组成，它通过夹持硅片的研磨头和研磨垫之间的相对运动来平坦化硅片表面，在研磨垫和硅片之间有一定流量的研磨液，并通过研磨头的不同区域同时施加不同压力来改善区域研磨速率，从而保证硅片表面的均匀性。图41：CMP工作原理示意图压力-抛光液-抛光型抛光以以市弟智厚国CMP设备国产化水平较低，目前全球CMP设备市场主要被AMAT（美国应用材料）、Ebara（日本荏原）所垄断,合计占比超过90%,国内CMP设备厂商主要有华海清科和北京烁科精微电子,华海清科是国内唯家实现12英寸CMP设备量产的厂商,其12英寸系列CMP设备（Universal-300型、Universal-300PlUS型、UniVerSal-300DUal型、UniVerSal-300X型）在国内已投产的12英寸大生产线上实现了批量产业化应用，制程方面，已实现28nm量产，14nm工艺制程正处于验证阶段。烁科精微电子研发制造的8英寸CMP设备已搬入中芯国际（天津）FAB7T3产线。根据SEMI数据，2020年中国大陆地区CMP设备市场份额为4.3亿美元，通过测算华海清科CMP设备2017-2020年市场份额可以看到，华海清科市占率近年来提升迅速，由2017年的1.00%提升至2020年的8.76%涂胶/显影设备：芯源微多品类产品技术突破，进入产线验证阶段涂胶显影设备是光刻工序中与光刻机配套使用的涂胶、烘烤及显影设备，包括涂胶机、喷胶机和显影机。根据使用方式不同可分为单独使用（OffLine）和联机作业（InLine）o涂胶/显影机作为光刻机的输入（曝光前光刻胶涂覆）和输出（曝光后图形的显影）设备，主要通过机械手使晶圆在各系统之间传输和处理，从而完成晶圆的光刻胶涂覆、固化、显影、坚膜等工艺过程，是集成电路制造过程中不可或缺的关键处理设备。近年来随着全球晶圆厂扩产进程的推进，全球前道涂胶显影设备市场规模整体稳步增长。据统计，全球前道涂胶显影设备市场规模由2019年的17.85亿美元增长至2020年的19.05亿美元，预计2023年将达到24.76亿美元,年均复合增长率达8.52%o中国大区（含中国台湾地区）前道涂胶显影设备市场规模预计由2016年的8.57亿美元增长至2023年的10.26亿美元,年均复合增长率有望达7.78%o图44：全球前道涂胶显影设备市场规模全球涂胶显影设备行业集中度较高，CR3超过90%o中国涂胶显影设备国产化率仅为4%,芯源微在涂胶显影设备方面已成功打破国外厂商垄断。TEL在中国大陆的市占率高达91%,其次为Screen（迪恩士），占比接近5%o在集成电路前道晶圆加工环节，包括i-Iine、KrF.ArF等制程工艺，作为国产化设备已逐步得到验证及应用，实现小批量替代；在集成电路制造后道先进封装、化合物、MEMS、LED芯片制造等环节，国内厂商主流机型已广泛应用在国内知名大厂，成功实现进口替代。光刻机：是最核心且技术壁垒最高的设备光刻机是半导体制程中最核心的设备，它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。光刻工艺主要流程有涂胶、软烘、对准曝光、显影、坚膜烘焙、刻蚀、去除清洗等一系列步骤。所涉及到的主要设备有光刻机、涂布显影设备、量测设备和清洗设备，其中最核心且技术壁垒最高的部分是光刻机。光刻机是半导体产业中最关键设备，光刻工艺决定了半导体线路的线宽，同时也决定了芯片的性能和功耗。光刻机分为无掩模光刻机和有掩模光刻机两大类。自光刻机面世以来，光刻设备已历经四次技术演变。光刻设备所用的光源由最初的g-ine.i-line.DUV（KrF,ArF,ArFi）到EUV,EUV光刻机可应用在7-22nm及7nm以下的制程中。目前全球光刻机主要市场被ASML（荷兰阿斯麦）、Canon（日本佳能）和Nikon（日本尼康）三家供应商包揽，尤其高端光刻机被荷兰ASML厂商所垄断，ASML在EUV领域占比高达100%。根据ChipInsights数据，2021年ASMLxNikon和Canon前道制程光刻机出货量分别为309/29/140台，合计478台，同比增长15.7%o营收方面，三家厂商2021年营收分别为854/112/110亿元，合计1076亿元，同比增长8.9%o以2021年全球半导体设备市场规模1026亿美元（SEMI数据），光刻机占比20%估算，2021年全球光刻机市场规模约为205亿美元，约1306亿元人民币（汇率6.373,2021年12月31日），前三家厂商市场占比合计约为82%o图47：上海微电子600系列光刻机及主要技术参数一IC前道制程SSA600/20SSC600/10SSB60010型号SSA600/20SSC60010SSB6001090nmIlOnm280nmArFexdmerlaserKrFexcimerlaseri-linemercurylamp蜻头倍率1:41:41:4硅片尺寸200mm3J300mm200mm3K300mm20Omm或30OmmzJ5rI方济殂匹弟尧来皆厚去胶设备：我国已基本实现去胶设备国产化，国产率超90%在光刻工艺中，晶圆表面被均匀覆盖光刻胶薄层后在光刻机中进行曝光。在刻蚀/离子注入等图形化工艺完成后，通过去胶工艺进行完全清除。去胶工艺可分为湿法和干法两类，湿法去胶工艺使用溶剂对光刻胶等进行溶解；干法去胶工艺可视为等离子刻蚀技术的延伸，主要通过等离子体和薄膜材料的化学反应完成，是目前的主流工艺。我国在去胶领域的国产率已经超过90%,基本实现了去胶设备国产化替代。根据Gartner数据，2020年全球集成电路制程中干法去胶设备市场规模约为538亿美元，并预测将继续以7.6%左右的年复合增长率增长至2025年的699亿美元。主要供应商包括PSK（韩国比思科）、LamxHitachi（日本日立）、屹唐股份及Ulvac（美国爱发科）。屹唐股份在国内半导体去胶设备领域中占主导地位，此外，芯源微和中电科45所也可以生产去胶机，目前我国在去胶领域的国产率已经超过90%,基本实现了去胶设备国产化替代。刻蚀机：先进制程及芯片微缩带动刻蚀机用量提升刻蚀制程位于薄膜沉积和光刻之后，目的是利用化学反应、物理反应、光学反应等方式将晶圆表面附着的不必要的物质去除，过程反复多遍，最终得到构造复杂的集成电路。按照刻蚀的工艺不同可以分为干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀按照材料不同分为CCP（介质刻蚀）、ICP（硅刻蚀）及金属刻蚀；按不同材料所需刻蚀的技术特点，可分为CCP（电容耦合等离子刻蚀）及ICP（电感耦合等离子刻蚀），其中CCP技术能量较高、但可调节性差，适合刻蚀较硬的介质材料（包括金属）；ICP能量低但可控性强，适合刻蚀单晶硅、多晶硅等硬度不高或较薄的材料，二者市场份额相近。湿法刻蚀是利用化学方式，将刻蚀材料浸泡在化学溶液中进行腐蚀从而去除不必要的物质得到集成电路。由于湿法刻蚀过程中会造成材料的横向纵向同时腐蚀，使得干法刻蚀机在刻蚀设备市场中占据主流地位，占比高达90%o表11：干法刻蚀与湿法刻蚀主要原理刻蚀方法原理分类优劣势占比用于物理刻蚀、化学刻蚀、干法刻蚀物理-化学刻蚀介质刻蚀+4,1最大优势在于能够实现各向异性刻蚀，保证细硅刻蚀90%/小图形转移后的保真性金属刻蚀湿法刻蚀化学刻蚀会导致材料的横向纵向同时腐蚀，导致一定的10%>3m线宽损失，芯片品质变差刻蚀方法主要去除材质市场占比硅刻蚀用于除畦，材料包括单晶硅、多晶硅、硅化物等48%资料来源：国际电子商情，长城国瑞证券研究所表12：三种干法刻蚀设备原理介质刻蚀金属刻蚀介质材料刻蚀包括氧化硅,氮化硅、光刻胶等刻蚀刻蚀铝、鸨、铜及合金层49%<*r.jF7?¾南非智库先进制程及芯片微缩带动刻蚀机用量提升。晶圆制造向7nm、5nm更先进的工艺发展，除了采用昂贵的EUV光刻机之外，14nm及以下的芯片制造多数通过多重模板工艺来实现制程微缩，即通过多次沉积、刻蚀等工艺，实现IOnm线宽的制程,相较于14nm所需使用的64次刻蚀步骤，其刻蚀步骤为117次，到5nm制程刻蚀步骤将是14nm的2.5倍及以上。先进制程带动刻蚀机用量提升，行业规模稳步增长。全球刻蚀设备领域中,硅基刻蚀主要被Lam和AMAT垄断，介质刻蚀主要被TEL和Lam垄断。根据Gartner数据显示，2020年全球刻蚀设备市场规模约为137亿美元，其中，介质刻蚀设备市场规模约60亿美元，导体刻蚀设备市场规模约76亿美元。分厂商来看，Lam独占47%的市场份额,TEL和AMAT分别占据27%和17%的市场份额。Gartner预计2025年全球刻蚀设备市场规模将达到181亿美元。国内主要刻蚀机厂商有中微公司、北方华创以及屹唐股份。中微公司刻蚀设备包含CCP与ICP,目前CCP已进入7-5nm的晶圆生产线，在5nm以下也取得可喜进展。2021年，中微公司共生产付运CCP刻蚀设备298腔，产量同比增长40%;生产付运ICP设备134腔，产量同比增长235%;北方华创刻蚀机主要为ICPz覆盖8口寸、12口寸55-28nm制程；屹唐股份干法刻蚀设备可用于65nm5nm逻辑芯片、ly2xnm系列DRAM芯片以及32层128层3D闪存芯片制造中若干关键步骤的大规模量产。图52：全球集成电路制造刻蚀设备市场规模介质刻蚀设备（亿美元）导体刻蚀设备（亿美元）离子注入：国产离子注入机产线验证成功，2022年订单高熠长，国产进程加速离子注入机是离子注入工艺的核心装备，主要用于光伏及集成电路制造中的掺杂（Doping）工艺，即将特定元素（B、P、AS等）以离子形式加速到预定能量后注入至半导体材料（Si、Ge、SiC等）之中，并按预定方式改变材料电性能，制成包括晶体管在内的集成电路基本单元。主要由气体系统、电机系统、真空系统、控制系统、射线系统五大系统构成。离子注入机具有两个最基本的参数，为离子能量和注入剂量（单位面积注入离子个数），其中离子能量是决定掺杂深度的参数，而注入剂量是决定掺杂浓度的参数，基于能量和剂量两个基本参数，应用于集成电路制造的离子注入机主要分为三种机型，即大束流离子注入机、中束流离子注入机和高能离子注入机。其中，大束流离子注入机为行业主流机型，占比约为61%,中束流离子注入机与高能离子注入机分别占比20%、18%o根据SEMI数据,2021年全球半导体设备销售额为1026亿美元，中国大陆半导体设备销售额为296亿美元，以离子注入机在半导体设备中占比3%计算，2021年全球、中国大陆离子注入机市场规模分别为30.8、8.9亿美元。综合来看，目前市场上离子注入机主要由美国和日本的厂商垄断，主要厂商有国外的AMALAxcelis（美国亚舍立）、Nissin（日本日新离子）以及我国的凯世通、中科信。其中，凯世通半导体离子注入设备2021年产线验证顺利，2022年初至4月8日，已批量出售多台12口寸离子注入机，合计订单超人民币6.8亿元，由此可见，离子注入机产线验证成功后，产品放量，国产化进程加快。图54：离子注入机系统构成清洗设备：国产替代率约20%清洗步骤贯穿整个半导体制程，用于去除半导体硅片制备、晶圆制造和封装测试每个步骤中可能存在的杂质、避免杂质影响芯片良率和芯片产品的性能。目前，随着芯片制程工艺技术节点的不断提高，对每一步骤晶圆表面的污染物和残留物的要求日益提升。半导体清洗工艺包括干法清洗和湿法清洗，其中，湿法清洗为主要清洗方式，占比约90%,其采用特定的化学药液和去离子水，对晶圆表面进行无损伤清洗，主要包括RCA清洗法、超声清洗等。干法清洗指不使用化学试剂的清洗技术，主要包含等离子清洗，气相清洗等。根据Gartner数据，2020年全球半导体清洗设备市场规模为25.39亿美元，预计到2024年，全球半导体清洗设备市场规模将增至31.93亿美元。2020年全球半导体清洗设备主要被日本DNS（迪恩土）、TEL、Lam和SEMES（韩国细美事）等企业主导，合计占比约98.7%,产业集中度较高。中国大陆主要的半导体清洗设备公司主要有盛美上海、北方华创、芯源微、至纯科技等，其中，盛美主要产品为单片清洗设备，北方华创主要产品为单片及槽式清洗设备，芯源微主要涉及单片式刷洗领域；至纯科技具备生产8-12英寸高阶单晶圆湿法清洗设备和槽式湿法清洗设备。受益于中国大陆半导体行业的崛起，半导体清洗设备不断进入晶圆厂产线，国产替代率约20%o图57：全球半导体清洗设备市场规模及预测4行业重点公司收入和销量已上规模，研发高强度投入驱动发展国内半导体设备厂商销量大幅增长，营收颇具规模。伴随行业处于景气周期，叠加国产化替代需求，我国半导体设备厂商2021年业绩实现较大突破，根据部分已披露产销量数据的设备公司公告，可以看出行业销售量已具规模，较上年实现大幅增长，大部分设备销售量同比增长100%以上，其中，芯源微的单片式湿法设备以及至纯科技半导体设备出货量均实现200%以上的增长。从营收规模来看，数家厂商半导体设备板块营收规模已超过十亿元，进入规模化创收阶段。研发支出创新高，研发高强度投入驱动长期发展。半导体设备行业具有高技术壁垒，研发周期长，难度大的特点，持续大规模研发投入是构建核心竞争力的基础，也是驱动长期发展的根本。根据我们统计的7家半导体设备公司研发支出测算,2021年7家公司研发支出合计为44.56亿元，同比增长65.28%,其中，研发支出较高的为北方华创、中微公司、至纯科技及盛美上海，分别为28.92/7.28/3.02/2.78亿元。与此同时，各公司研发强度（研发支出/营业收入）保持在较高水平，其中，北方华创与中微公司最高，分别为29.87%、23.42%,万业企业为7.99%,其余企业均保持在10%以上。（报告来源：未来智库）图59：部分半导体设备公司研发支出（亿元）2021万业企业5040302018芯源微北方华创2020192020至纯科技盛美上海中微公司华峰测控5重点公司分析北方华创作为半导体设备平台化公司，产品主要涵盖等离子刻蚀、物理气相沉积、化学气相沉积、氧化/扩散、清洗、退火等半导体工艺装备；平板显示制造装备和气体质量流量控制器等核心零部件。涉及集成电路、先进封装、LED、MEMS、电力电子、平板显示、光伏电池等半导体相关领域。集成电路装备面向逻辑、存储、功率、先进封装等多领域拓展，刻蚀机、PVD.CVD.ALDs立式炉、清洗机等多款新产品进入主流产线。逻辑领域主流芯片产线批量采购公司设备；存储领域多种新型工艺设备进入产线验证；先进封装领域实现多产品系列布局，与国内主要封装厂均建立了合作关系；功率器件领域与国内主流厂商开展深度合作，成为业内主流厂商重要设备供应商。泛半导体领域，公司新能源光伏、半导体照明、第三代半导体设备持续进行产品迭代更新,光伏TOPCon关键工艺设备批量供应市场，Mini/MicroLED工艺设备进入主流产线，第三代半导体设备实现批量销售。盛美上海作为国内半导体清洗设备的行业龙头企业，主要产品为集成电路领域的单片清洗设备,其中包括单片SAPS兆声波清洗设备、单片TEBO兆声波清洗设备、单片背面清洗设备、单片刷洗设备、槽式清洗设备和单片槽式组合清洗设备等，产品线较为丰富。2021年3月，公司新发布了高速铜电镀技术，拓展了立式炉半导体设备产品组合以及支持逻辑、存储器和功率器件制造工艺的更多应用；5月，公司SAPS兆声波清洗技术项目荣获2020年上海市科技进步一等奖；8月，公司步入湿法边缘刻蚀领域，新产品支持3DNANDsDRAM和先进逻辑制造工艺，还发布了首台应用于化合物半导体制造中晶圆级封装和电镀应用的电镀设备；9月，公司用于先进逻辑、DRAM和3D-NAND半导体制造的300mm单片高温SPM设备已交货；10月，公司湿法设备2000腔顺利交付。公司产品出货全年超过170台，公司的清洗技术及设备已经可以覆盖80%以上的清洗工艺，镀铜设备出货量达到20台，炉管设备出货量达到8台，平台化公司已初具规模。至纯科技是国内能提供到28纳米节点全部湿法工艺的本土供应商。主要产品包含湿法槽式清洗设备及湿法单片式清洗设备。2021年，公司拿到13位用户的重复订单，期间又开拓了10位新用户，均为行业内主要的晶圆制造企业，全年湿法设备的订单达到了11.20亿元，同比增长111.32%o2021年公司的单片湿法设备和槽式湿法设备全年出机超过了97台。同时，12英寸湿法设备新增订单金额超过6亿元，其中单片式湿法设备新增订单金额超过3.8亿元。公司湿法设备已经在数个成熟工艺的产线上拿到了整条线的设备订单，有效替代了之前的两家日本厂商；公司还在氮化铉和碳化硅产线上拿到了整条线的湿法设备订单；在先进制程的28纳米节点获得全部工艺的设备订单；在14纳米以下制程也拿到了4台湿法设备订单。2022年，公司的新增订单目标为超过40亿元，其中湿法设备的新增订单目标为超过20亿元，新增订单中预估单片设备会占到60%o芯源微主要从事半导体专用设备的研发、生产和销售，产品包括光刻工序涂胶显影设备（涂胶/显影机、喷胶机）和单片式湿法设备（清洗机、去胶机、湿法刻蚀机），可用于6英寸及以下单晶圆处理（如LED芯片制造环节）及8/12英寸单晶圆处理（如集成电路制造前道晶圆加工及后道先进封装环节）OD在前道涂胶显影领域，作为国产化设备已逐步得到了应用，实现了小批量替代。公司生产的Offline涂胶显影机已批量销售，I-Iine涂胶显影机已通过部分客户验证并进入量产销售阶段、KrF涂胶显影机已经通过客户ATP验收；2）在前道物理清洗领域，公司已掌握前道物理清洗机28nm工艺节点的核心技术，包括内部微环境控制、晶圆双面颗粒清洗、高速夹持旋转主轴、药液流量控制、二流体低损伤清洗等关键技术。公司该类设备已经达到国际先进水平并成功实现国产替代；3）在后道先进封装领域，公司生产的后道涂胶显影设备和单片式湿法设备作为主流机型已批量应用于台积电、长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技、中芯绍兴、中芯宁波等国内一线大厂，目前已经成为客户端的主力量产设备。中微公司是一家高端半导体微观加工设备公司，深耕芯片制造刻蚀领域，研制出了国内第一台电介质刻蚀机，核心产品包括：1）用于IC集成电路领域的等离子体刻蚀设备（CCP、ICP）、深硅刻蚀设备（TSV）；2）用于LED芯片领域的MOCVD设备。目前公司等离子体刻蚀设备已被广泛应用于国际一线客户从65纳米到14纳米、7纳米和5纳米的集成电路加工制造及先进封装。公司的MOCVD设备在行业领先客户的生产线上大规模投入量产，公司已成为世界排名前列、国内占主导地位的氮化锡基LED设备制造商。拓荆科技拓荆科技主要从事高端半导体专用设备的研发、生产、销售和技术服务。公司主要产品包括等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备、原子层沉积（ALD）设备和次常压化学气相沉积（SACVD）设备三个产品系列，已广泛应用于国内晶圆厂14nm及以上制程集成电路制造产线，并已展开IOnm及以下制程产品验证测试。上海微电子装备（集团）股份有限公司是一家掌握了高端光刻机相关技术且具有高端投影光刻机生产能力的企业。于2017年3月份，与全球领先的半导体设备企业ASML签署了战略合作备忘录。公司主要从事半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的开发、设计、制造、销售及技术服务。2月7日，上海微电子发布公告，公司已顺利交付2.5D3D先进封装光刻机,各品类国产设备厂商进入流片环节，产线不断通过验证。（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议）