（報告出品方/作者：長城國瑞證券，黃文忠、張維娜）

1 半導體行業(yè)處于景氣周期，推動設備迎風而上

1.1 設備是奠定產業(yè)發(fā)展的基石

根據(jù) Wind 數(shù)據(jù)，2021 年全球集成電路的市場規(guī)模為 4608 億美元，占半導體規(guī)模的83%。根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2021 年中國集成電路設計、制造、封測三大環(huán)節(jié)市場規(guī)模分別為 4519/3176/2763 億元，分別占比 43%/30%/27%。 半導體設備主要應用于集成電路的制造和封測環(huán)節(jié)，可細分為晶圓制造設備（前道設備）和封裝、測試設備（后道設備）。SEMI 預估 2021 年全球晶圓制造設備、封裝設備、測試設備市場規(guī)模分別為 880.1/69.9/77.9 億美元，分別占比 86%/7%/7%，細分應用來看，邏輯代工占據(jù)晶圓制造設備的主要份額，達 493 億美元，占比 56%。

晶圓制造過程大致可分為 7 大板塊：氧化擴散（Thermal Process）、薄膜沉積（DielectrICDeposition）、光刻（Photo-lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、拋光（CMP）、以及金屬化（Metalization）。薄膜沉積、光刻和刻蝕是前道晶圓制造的三大核心工藝，制造過程反復循環(huán)多遍，涉及上千道加工工序。

光刻、刻蝕、薄膜沉積與封測設備作為核心設備，在設備資本開支中占比較高。根據(jù)集成電路制造領域典型資本開支結構來看，設備投資占比約為 70%-80%，其中用于芯片制造和封裝測試環(huán)節(jié)的設備投資占主要部分。在芯片制造環(huán)節(jié)中，核心設備光刻、刻蝕（含去膠）、薄膜沉積及封測合計占比約 68%，核心設備國產化是我國實現(xiàn)半導體制程國產化替代的關鍵。

1.2 半導體行業(yè)延續(xù)高景氣帶動設備穩(wěn)定增長

根據(jù) SIA 數(shù)據(jù)，2021 年全球半導體銷售額為 5559 億美元，同比增長26％，其中，亞太、美洲、歐洲、日本銷售額分別為 3434/1188/471/436 億美元。2021 年中國半導體銷售額為1925億美元，同比增長 27%，占全球總銷售額 35%，為全球半導體增長主要驅動力。

中國大陸晶圓廠占中國集成電路市場份額呈上升趨勢。2018 年，中國大陸企業(yè)占中國集成電路（以下簡稱 IC）市場份額為 4.19%。根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2021 年中國IC市場規(guī)模約為 1580 億美元，我們統(tǒng)計大陸前四家晶圓廠 2021 年營收合計約95 億美元，占中國IC市場規(guī)模 6.03%。依托于我國較大的芯片需求，我國本土芯片企業(yè)市場規(guī)模占比將保持持續(xù)上行趨勢，帶動設備端穩(wěn)定增長。

中國大陸半導體設備行業(yè)發(fā)展迅速，速度遠超全球增速。根據(jù)SEMI 數(shù)據(jù)，近年來全球半導體設備規(guī)模持續(xù)增長，2021 年全球半導體設備市場規(guī)模為1026 億美元，同比增長44%，預計 2022 年市場規(guī)模將有 11%左右的增速，約 1140 億美元。2021 年中國大陸半導體設備銷售額為 296 億美元，同比增長 56%，占全球半導體設備銷售額的 28.85%。中國大陸半導體設備行業(yè)增速遠超全球平均水平。

2 終端缺芯嚴重，晶圓廠積極擴產，2021-2022 年為設備需求高峰期

2.1 晶圓廠滿產，接近零庫存、訂單交付周期不斷拉長

晶圓廠滿產，接近零庫存。2018 年至 2019 年初，受晶圓廠持續(xù)擴產影響，存儲器供過于求，帶動存儲器價格下滑，加上智能手機、PC 以及服務器等終端產品需求下降，使得全球半導體行業(yè)規(guī)模在此期間下滑。2019 年起，晶圓代工廠的產能利用率持續(xù)攀升，我們從中芯國際的產能利用率來看，2019年至2021年，產能利用率由97%持續(xù)提升達到滿產，2021Q2高達100.4%；從半導體消費者庫存中位數(shù)來看，半導體產品的庫存中位數(shù)從2019 年的40 天左右下降到2021年的不到 5 天。

訂單交貨周期進一步延長，“缺芯”狀態(tài)持續(xù)。根據(jù)美國電子元件分銷商Sourcngine數(shù)據(jù)，半導體通用產品平均交貨周期目前仍在不斷拉長，截至 2022 年2 月，16 位處理器的通用產品交付周期平均為 44 周，比 2021 年 10 月增加了 15 周；同期，電源管理芯片的平均交付周期為37 周，增加了 9 周。

2.2 “缺芯”主要為終端產品載芯量高增長所致

根據(jù)全球半導體設備季度銷售增速來看，行業(yè)每隔 3-4 年會呈現(xiàn)周期性變動趨勢，當下游終端產品技術迭代更新，市場出現(xiàn)需求激增帶動資本向上游晶圓廠涌入，廠商加大資本開支，行業(yè)進入景氣周期，當市場供大于求時，行業(yè)增速放緩。

根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)，相比 2020 年，2021 年半導體下游應用端中計算機、無線應用依舊占據(jù)較大份額，分別為 29.3%、27.4%；物聯(lián)網(wǎng)&消費 IC、汽車 IC 在下游應用端占比提升較大，分別由 2020 年的 10.5%/8.3%增長至 2021 年的 11.4%/9.5%。

根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，2000 年至 2018 年，尺寸大型化是半導體硅片發(fā)展趨勢。12吋硅片出貨面積顯著增長，由 2000 年的 94 百萬平方英寸擴大至 2018 年的8005 百萬平方英寸，市場份額從 1.69%大幅提升至 2018 年的 63.83%，成為半導體硅片市場最主流的產品。根據(jù)我們的統(tǒng)計，擴充 12 吋晶圓產線為目前大部分晶圓廠主要擴產選擇。

SUMCO 預測，2021-2025 年全球 12 吋晶圓需求 CAGR 為10.2%，推動12 吋晶圓增長的終端應用主要來自智能手機、數(shù)據(jù)中心、人工智能、汽車、無線通訊。

智能手機升級，單位用硅量增加帶動芯片需求提升。根據(jù)觀研天下預測，2018-2025年全球智能手機處于存量市場，增長率在 2021 年至 2025 年呈下滑趨勢。與此同時，根據(jù)SUMCO預測，盡管 2021-2025 年智能手機銷量增速呈下滑態(tài)勢，但在此期間智能手機、5G流量對12吋晶圓需求的 CAGR 分別為 9.4%、26%，主要原因為智能手機技術更新迭代，智能化升級單位用硅量相應增長所致。根據(jù)集微咨詢數(shù)據(jù)，5G 手機的技術升級帶動邏輯芯片、存儲芯片和CIS圖像傳感器等出貨量增加，在 5G 手機中，攝像頭的數(shù)量增加帶動12 吋晶圓需求量增長，48M像素攝像頭對 12 吋晶圓平均需求量是 12M 像素攝像頭的 5 倍。據(jù)SUMCO統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每臺5G手機的半導體硅片用量為 2.2 平方英寸，是 4G 手機的 1.7 倍。

數(shù)據(jù)中心的關鍵芯片主要包含 CPU、GPU 以及 DPU（數(shù)據(jù)處理單元），根據(jù)科智咨詢預測，2022 年我國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達到 3201 億元，同比增長29%。

人工智能 IC 市場規(guī)模處于上升階段。根據(jù)億歐智庫數(shù)據(jù)，隨著技術的成熟以及數(shù)智化轉型升級，中國人工智能核心產業(yè)市場規(guī)模將持續(xù)平穩(wěn)增長，2025 年將達到4000 億元左右；AI芯片需求也將持續(xù)增長，類腦等新型芯片預計最早于 2023 年進入量產，因此2024 及2025年或有較大增長，預計市場規(guī)模將于 2025 年達到 1780 億元。

單位車用 IC 搭載數(shù)量大幅增長是驅動汽車 IC 需求增長的因素之一。2021 年以來，新能源汽車產量持續(xù)攀升，2022 年 4 月中國新能源汽車銷量為 30 萬輛，占汽車總銷量的25%，2021年同期占比為 9%。預計 2021 年汽車 IC 出貨量為 524 億顆，同比增長30%，約為2011年176億顆的 3 倍。 根據(jù) Frost&Sullivan 預測，2022 年國產燃油汽車平均芯片搭載數(shù)量為934 顆/輛，國產新能源汽車平均芯片搭載數(shù)量為 1459 顆/輛，相比 2017 年分別增長61%、79%。同時，新能源汽車平均芯片搭載量是燃油車的 1.56 倍，隨著新能源汽車占比提升，車用IC 需求也將持續(xù)增長。

2.3 晶圓廠積極擴充產能，驅動設備需求提升

下游資本開支持續(xù)攀升，本地晶圓廠積極擴產帶來設備端需求提升。2022 年以來，芯片市場依舊緊缺，半導體行業(yè)資本開支持續(xù)攀高以滿足擴產需要。全球晶圓代工龍頭臺積電在2021全年資本開支 300 億美元，并在 2022 年指引中上修資本開支至400-440 億美元，同時臺積電表示 2022 年代工行業(yè)將增長 20%。國內晶圓代工龍頭中芯國際2021 年資本開支45 億美元，并在2022 年指引中表示資本開支將增至 50 億美元。IC Insights 預測，2021 年全球半導體行業(yè)資本開支規(guī)模約為 1539 億美元，預計今年將超過 1904 億美元，同比增長24%。我們按半導體資本開支中設備投資占 70%~80%比例估算，2022 年全球半導體行業(yè)設備端投資規(guī)模約在1332.8~1523.2 億美元之間。

根據(jù)主要晶圓廠目前的融資擴產計劃不完全統(tǒng)計，中國大陸預計擴增12 吋149.9萬片/月，擴增 8 吋 33.5 萬片/月。其中，將于 2022 年內投產的 12 吋合計約為78 萬片/月，8吋約為30.5萬片/月；預計 2022 年之后投產的 12 吋合計 71.9 萬片/月，8 吋3 萬片/月。隨著擴產，產能釋放，行業(yè)缺芯的內生因素將得到緩解，此外，大部分晶圓廠產能釋放時間居于2022-2023年之間。根據(jù)晶圓廠擴產一般需要 1-2 年，設備采購于擴產前期開始，我們預計半導體設備行業(yè)受益下游晶圓廠大規(guī)模融資擴產的紅利主要集中在 2021-2022 年。

3 國產半導體設備多環(huán)節(jié)步入產業(yè)化替代階段

半導體設備市場高度集中，海外龍頭處于壟斷地位。半導體設備技術壁壘、客戶認知度壁壘以及市場壁壘三高，研發(fā)周期長難度大，故主要市場份額集中在少數(shù)頭部企業(yè)中，并且呈持續(xù)增長趨勢。根據(jù)統(tǒng)計，2021 年行業(yè) CR5 約為 84%，較 2019 年的65%顯著提高。

分規(guī)模來看，薄膜沉積設備、刻蝕設備、光刻機和量測設備在半導體設備規(guī)模中占比較高，分別約 27%/22%/20%/13%；清洗設備、CMP 分別占比 4%左右；離子注入設備、熱處理設備以及涂膠顯影設備占比約 3%；去膠設備占比約 1%。

過去我國半導體行業(yè)主要為被動的接受國際壟斷企業(yè)定價，核心設備依賴進口，產業(yè)鏈多環(huán)節(jié)受國外廠商“卡脖子”。2018 年以來，中美貿易摩擦加速了國產設備的研發(fā)進展，多環(huán)節(jié)進入產業(yè)化替代階段。 我國熱處理設備主要有屹唐股份、北方華創(chuàng)，其中，北方華創(chuàng)的THEORIS 302／FLOURIS201 立式氧化爐可以覆蓋 8 吋、12 吋 28nm 產線，國產化率 20%左右；沉積環(huán)節(jié)北方華創(chuàng)和拓荊科技已實現(xiàn) 28nm/14nm 技術領域的技術突破；CMP 設備國內廠商主要有華海清科和北京爍科精微電子；光刻環(huán)節(jié)上海微電子在 90nm 以上制程光刻機實現(xiàn)國產化；清洗環(huán)節(jié)國產替代率已達 20%；去膠設備已基本實現(xiàn)國產化替代，國產化率達 80%以上。（報告來源：未來智庫）

熱處理設備：市場規(guī)模較為穩(wěn)定，預計 2025 年達到 19.9 億美元

熱處理工藝應用于半導體制程的氧化、擴散和退火制程，所包含設備為臥式爐、立式爐以及快速升溫爐（RTP）。熱處理設備合計占半導體制造設備份額約3%。根據(jù)Gartner 數(shù)據(jù)，2020年全球半導體熱處理設備市場規(guī)模為 15.4 美元，其中快速熱處理設備市場規(guī)模為7.2億美元，氧化/擴散設備市場規(guī)模約 5.5 億美元，柵極堆疊（Gate Stack）設備市場規(guī)模為2.7 億美元。2025年熱處理設備市場規(guī)模有望達到 19.9 億美元。

目前，我國的熱處理國產化率為 20%左右，氧化擴散市場主要由外資廠商占據(jù)，根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，AMAT、TEL、日立國際全球市場合計占比約 70%；全球熱處理設備廠商主要被5家企業(yè)寡頭壟斷，其中 AMAT 占據(jù)絕對領先地位，2020 年市場份額達到70%，我國屹唐股份市場份額排在第二位，占比 11%，其他三位主要為國際電氣，維易科和斯庫林，分別占比9%、6%、4%。我國熱處理設備主要企業(yè)有屹唐股份、北方華創(chuàng)，其中，北方華創(chuàng)的THEORIS302／FLOURIS 201 立式氧化爐可以覆蓋 8 吋、12 吋 28nm 及以上的集成電路、先進封裝、功率器件。屹唐股份主要熱處理產品為快速熱處理（RTP）以及毫秒級快速熱處理（MSA），產品已覆蓋臺積電、三星電子、中芯國際、華虹集團、長江存儲等國內外知名廠商。

薄膜沉積設備：12 吋產線擴產帶動薄膜沉積設備需求量將大幅增長

薄膜沉積是半導體制程中重中之重的環(huán)節(jié)，是一連串涉及原子的吸附、吸附原子在表面擴散及在適當?shù)奈恢孟戮劢Y，以漸漸形成薄膜并成長的過程。分為原子層沉積(ALD)、物理式真空鍍膜(PVD)、化學式真空鍍膜(CVD)等，其中 ALD 是目前最先進的薄膜沉積技術，也是CVD的一種。CVD 即使用金屬鹵化物、有機金屬、碳氫化合物等熱分解，氫還原在高溫下發(fā)生化學反應以析出金屬、氧化物、碳化物等材料；PVD 是將原子從原料靶材上濺射出來，利用物理過程實現(xiàn)物質轉移，沉積形成導電電路。

根據(jù) Maximize Market Research 數(shù)據(jù)統(tǒng)計，到 2025 年，全球薄膜沉積設備市場規(guī)模將達到340 億美元，2017-2025 年均復合增長率為 95.7%，行業(yè)景氣度持續(xù)上行。

據(jù) Gartner 統(tǒng)計，2019 年全球半導體薄膜沉積設備中CVD、PVD、ALD占比分別為60%/19%/11%，其中，CVD 設備主要被 AMAT（應用材料）、Lam Research（拉姆研究）以及TEL（東京電子）壟斷，合計占比 70%；PVD 設備主要被 AMAT 寡頭壟斷，占比為85%；TEL和 ASML 為 ALD 設備主要供應商，合計占比 60%。 我國的薄膜沉積設備代表廠商有北方華創(chuàng)與拓荊科技，其中，北方華創(chuàng)已實現(xiàn)PVD、CVD以及 ALD 設備在 28nm/14nm 技術領域的突破，拓荊科技主要涉及28nm/14nm技術領域的CVD與 ALD 設備。

根據(jù)中芯國際 8 吋與 12 吋產線所需薄膜沉積設備需求量對比，12 吋產線比8 吋產線所需CVD/PVD 設備數(shù)量均大幅增長，隨著中國大陸 12 吋晶圓產線擴產逐步落地，將帶動薄膜沉積設備需求量增長。

CMP 設備：本土設備廠商不斷取得突破，國產替代進程加快

CMP（化學機械研磨）是一種表面全局平坦化技術，CMP 系統(tǒng)主要由拋光設備、拋光液和拋光墊三個部分組成，它通過夾持硅片的研磨頭和研磨墊之間的相對運動來平坦化硅片表面，在研磨墊和硅片之間有一定流量的研磨液，并通過研磨頭的不同區(qū)域同時施加不同壓力來改善區(qū)域研磨速率，從而保證硅片表面的均勻性。

國 CMP 設備國產化水平較低，目前全球 CMP 設備市場主要被AMAT（美國應用材料）、Ebara（日本荏原）所壟斷，合計占比超過 90%，國內 CMP 設備廠商主要有華海清科和北京爍科精微電子，華海清科是國內唯一一家實現(xiàn) 12 英寸 CMP 設備量產的廠商，其12 英寸系列CMP設備（Universal-300 型、Universal-300Plus 型、Universal-300Dual 型、Universal-300X型）在國內已投產的 12 英寸大生產線上實現(xiàn)了批量產業(yè)化應用，制程方面，已實現(xiàn)28nm量產，14nm工藝制程正處于驗證階段。爍科精微電子研發(fā)制造的 8 英寸 CMP 設備已搬入中芯國際（天津）FAB 7 T3 產線。 根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，2020 年中國大陸地區(qū) CMP 設備市場份額為4.3 億美元，通過測算華海清科 CMP 設備 2017-2020 年市場份額可以看到，華海清科市占率近年來提升迅速，由2017年的1.00%提升至 2020 年的 8.76%。

涂膠/顯影設備：芯源微多品類產品技術突破，進入產線驗證階段

涂膠顯影設備是光刻工序中與光刻機配套使用的涂膠、烘烤及顯影設備，包括涂膠機、噴膠機和顯影機。根據(jù)使用方式不同可分為單獨使用（Off Line）和聯(lián)機作業(yè)（In Line）。涂膠/顯影機作為光刻機的輸入（曝光前光刻膠涂覆）和輸出（曝光后圖形的顯影）設備，主要通過機械手使晶圓在各系統(tǒng)之間傳輸和處理，從而完成晶圓的光刻膠涂覆、固化、顯影、堅膜等工藝過程，是集成電路制造過程中不可或缺的關鍵處理設備。

近年來隨著全球晶圓廠擴產進程的推進，全球前道涂膠顯影設備市場規(guī)模整體穩(wěn)步增長。據(jù)統(tǒng)計，全球前道涂膠顯影設備市場規(guī)模由 2019 年的 17.85 億美元增長至2020 年的19.05億美元，預計 2023 年將達到 24.76 億美元，年均復合增長率達 8.52%。中國大區(qū)（含中國臺灣地區(qū)）前道涂膠顯影設備市場規(guī)模預計由 2016 年的 8.57 億美元增長至2023 年的10.26 億美元，年均復合增長率有望達 7.78%。

全球涂膠顯影設備行業(yè)集中度較高，CR3 超過 90%。中國涂膠顯影設備國產化率僅為4%，芯源微在涂膠顯影設備方面已成功打破國外廠商壟斷。TEL 在中國大陸的市占率高達91%，其次為 Screen（迪恩士），占比接近 5%。在集成電路前道晶圓加工環(huán)節(jié)，包括i-line、KrF、ArF等制程工藝，作為國產化設備已逐步得到驗證及應用，實現(xiàn)小批量替代；在集成電路制造后道先進封裝、化合物、MEMS、LED 芯片制造等環(huán)節(jié)，國內廠商主流機型已廣泛應用在國內知名大廠，成功實現(xiàn)進口替代。

光刻機：是最核心且技術壁壘最高的設備

光刻機是半導體制程中最核心的設備，它采用類似照片沖印的技術，把掩膜版上的精細圖形通過光線的曝光印制到硅片上。光刻工藝主要流程有涂膠、軟烘、對準曝光、顯影、堅膜烘焙、刻蝕、去除清洗等一系列步驟。所涉及到的主要設備有光刻機、涂布顯影設備、量測設備和清洗設備，其中最核心且技術壁壘最高的部分是光刻機。光刻機是半導體產業(yè)中最關鍵設備，光刻工藝決定了半導體線路的線寬，同時也決定了芯片的性能和功耗。光刻機分為無掩模光刻機和有掩模光刻機兩大類。自光刻機面世以來，光刻設備已歷經(jīng)四次技術演變。光刻設備所用的光源由最初的 g-line、i-line、DUV（KrF，ArF，ArFi）到 EUV，EUV 光刻機可應用在7-22nm及 7nm 以下的制程中。

目前全球光刻機主要市場被 ASML（荷蘭阿斯麥）、Canon（日本佳能）和Nikon（日本尼康）三家供應商包攬，尤其高端光刻機被荷蘭 ASML 廠商所壟斷，ASML 在EUV領域占比高達 100%。根據(jù) ChipInsights 數(shù)據(jù)，2021 年 ASML、Nikon 和 Canon 前道制程光刻機出貨量分別為 309/29/140 臺，合計 478 臺，同比增長 15.7%。營收方面，三家廠商2021 年營收分別為854/112/110 億元，合計 1076 億元，同比增長 8.9%。以 2021 年全球半導體設備市場規(guī)模1026億美元（SEMI 數(shù)據(jù)），光刻機占比 20%估算，2021 年全球光刻機市場規(guī)模約為205億美元，約 1306 億元人民幣（匯率 6.373，2021 年 12 月 31 日），前三家廠商市場占比合計約為82%。

去膠設備：我國已基本實現(xiàn)去膠設備國產化，國產率超 90%

在光刻工藝中，晶圓表面被均勻覆蓋光刻膠薄層后在光刻機中進行曝光。在刻蝕/離子注入等圖形化工藝完成后，通過去膠工藝進行完全清除。去膠工藝可分為濕法和干法兩類，濕法去膠工藝使用溶劑對光刻膠等進行溶解；干法去膠工藝可視為等離子刻蝕技術的延伸，主要通過等離子體和薄膜材料的化學反應完成，是目前的主流工藝。

我國在去膠領域的國產率已經(jīng)超過 90%，基本實現(xiàn)了去膠設備國產化替代。根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2020年全球集成電路制程中干法去膠設備市場規(guī)模約為538億美元，并預測將繼續(xù)以7.6%左右的年復合增長率增長至 2025 年的 699 億美元。主要供應商包括PSK（韓國比思科）、Lam、Hitachi（日本日立）、屹唐股份及 Ulvac（美國愛發(fā)科）。屹唐股份在國內半導體去膠設備領域中占主導地位，此外，芯源微和中電科 45 所也可以生產去膠機，目前我國在去膠領域的國產率已經(jīng)超過 90%，基本實現(xiàn)了去膠設備國產化替代。

刻蝕機：先進制程及芯片微縮帶動刻蝕機用量提升

刻蝕制程位于薄膜沉積和光刻之后，目的是利用化學反應、物理反應、光學反應等方式將晶圓表面附著的不必要的物質去除，過程反復多遍，最終得到構造復雜的集成電路。按照刻蝕的工藝不同可以分為干法刻蝕和濕法刻蝕。干法刻蝕按照材料不同分為CCP（介質刻蝕）、ICP（硅刻蝕）及金屬刻蝕；按不同材料所需刻蝕的技術特點，可分為CCP（電容耦合等離子刻蝕）及 ICP（電感耦合等離子刻蝕），其中 CCP 技術能量較高、但可調節(jié)性差，適合刻蝕較硬的介質材料（包括金屬）；ICP 能量低但可控性強，適合刻蝕單晶硅、多晶硅等硬度不高或較薄的材料，二者市場份額相近。

濕法刻蝕是利用化學方式，將刻蝕材料浸泡在化學溶液中進行腐蝕從而去除不必要的物質得到集成電路。由于濕法刻蝕過程中會造成材料的橫向縱向同時腐蝕，使得干法刻蝕機在刻蝕設備市場中占據(jù)主流地位，占比高達 90%。

先進制程及芯片微縮帶動刻蝕機用量提升。晶圓制造向 7nm、5nm更先進的工藝發(fā)展，除了采用昂貴的 EUV 光刻機之外，14nm 及以下的芯片制造多數(shù)通過多重模板工藝來實現(xiàn)制程微縮，即通過多次沉積、刻蝕等工藝，實現(xiàn) 10nm 線寬的制程，相較于14nm所需使用的64次刻蝕步驟，其刻蝕步驟為 117 次，到 5nm 制程刻蝕步驟將是 14nm 的2.5 倍及以上。先進制程帶動刻蝕機用量提升，行業(yè)規(guī)模穩(wěn)步增長。

全球刻蝕設備領域中，硅基刻蝕主要被 Lam 和 AMAT 壟斷，介質刻蝕主要被TEL和Lam壟斷。根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球刻蝕設備市場規(guī)模約為137 億美元，其中，介質刻蝕設備市場規(guī)模約 60 億美元，導體刻蝕設備市場規(guī)模約 76 億美元。分廠商來看，Lam獨占47%的市場份額，TEL 和 AMAT 分別占據(jù) 27%和 17%的市場份額。Gartner 預計2025 年全球刻蝕設備市場規(guī)模將達到 181 億美元。

國內主要刻蝕機廠商有中微公司、北方華創(chuàng)以及屹唐股份。中微公司刻蝕設備包含CCP與ICP，目前 CCP 已進入 7-5nm 的晶圓生產線，在 5nm 以下也取得可喜進展。2021 年，中微公司共生產付運 CCP 刻蝕設備 298 腔，產量同比增長 40%；生產付運ICP 設備134 腔，產量同比增長 235%；北方華創(chuàng)刻蝕機主要為 ICP，覆蓋 8 吋、12 吋 55-28nm 制程；屹唐股份干法刻蝕設備可用于 65nm~5nm 邏輯芯片、1y~2x nm 系列 DRAM 芯片以及32 層~128 層3D閃存芯片制造中若干關鍵步驟的大規(guī)模量產。

離子注入：國產離子注入機產線驗證成功，2022 年訂單高增長，國產進程加速

離子注入機是離子注入工藝的核心裝備，主要用于光伏及集成電路制造中的摻雜（Doping）工藝，即將特定元素（B、P、As 等）以離子形式加速到預定能量后注入至半導體材料（Si、Ge、SiC 等）之中，并按預定方式改變材料電性能，制成包括晶體管在內的集成電路基本單元。主要由氣體系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、射線系統(tǒng)五大系統(tǒng)構成。離子注入機具有兩個最基本的參數(shù)，為離子能量和注入劑量（單位面積注入離子個數(shù)），其中離子能量是決定摻雜深度的參數(shù)，而注入劑量是決定摻雜濃度的參數(shù)，基于能量和劑量兩個基本參數(shù)，應用于集成電路制造的離子注入機主要分為三種機型，即大束流離子注入機、中束流離子注入機和高能離子注入機。其中，大束流離子注入機為行業(yè)主流機型，占比約為61%，中束流離子注入機與高能離子注入機分別占比 20%、18%。

根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，2021 年全球半導體設備銷售額為 1026 億美元，中國大陸半導體設備銷售額為 296 億美元，以離子注入機在半導體設備中占比 3%計算，2021 年全球、中國大陸離子注入機市場規(guī)模分別為 30.8、8.9 億美元。綜合來看，目前市場上離子注入機主要由美國和日本的廠商壟斷，主要廠商有國外的 AMAT、Axcelis（美國亞舍立）、Nissin（日本日新離子)以及我國的凱世通、中科信。其中，凱世通半導體離子注入設備 2021 年產線驗證順利，2022年初至 4 月 8 日，已批量出售多臺 12 吋離子注入機，合計訂單超人民幣6.8 億元，由此可見，離子注入機產線驗證成功后，產品放量，國產化進程加快。

清洗設備：國產替代率約 20%

清洗步驟貫穿整個半導體制程，用于去除半導體硅片制備、晶圓制造和封裝測試每個步驟中可能存在的雜質、避免雜質影響芯片良率和芯片產品的性能。目前，隨著芯片制程工藝技術節(jié)點的不斷提高，對每一步驟晶圓表面的污染物和殘留物的要求日益提升。半導體清洗工藝包括干法清洗和濕法清洗，其中，濕法清洗為主要清洗方式，占比約90%，其采用特定的化學藥液和去離子水，對晶圓表面進行無損傷清洗，主要包括 RCA 清洗法、超聲清洗等。干法清洗指不使用化學試劑的清洗技術，主要包含等離子清洗，氣相清洗等。

根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)，2020 年全球半導體清洗設備市場規(guī)模為25.39 億美元，預計到2024年，全球半導體清洗設備市場規(guī)模將增至 31.93 億美元。2020 年全球半導體清洗設備主要被日本DNS（迪恩士）、TEL、Lam 和 SEMES（韓國細美事）等企業(yè)主導，合計占比約98.7%，產業(yè)集中度較高。 中國大陸主要的半導體清洗設備公司主要有盛美上海、北方華創(chuàng)、芯源微、至純科技等，其中，盛美主要產品為單片清洗設備，北方華創(chuàng)主要產品為單片及槽式清洗設備，芯源微主要涉及單片式刷洗領域；至純科技具備生產 8-12 英寸高階單晶圓濕法清洗設備和槽式濕法清洗設備。受益于中國大陸半導體行業(yè)的崛起，半導體清洗設備不斷進入晶圓廠產線，國產替代率約20%。

4 行業(yè)重點公司收入和銷量已上規(guī)模，研發(fā)高強度投入驅動發(fā)展

國內半導體設備廠商銷量大幅增長，營收頗具規(guī)模。伴隨行業(yè)處于景氣周期，疊加國產化替代需求，我國半導體設備廠商 2021 年業(yè)績實現(xiàn)較大突破，根據(jù)部分已披露產銷量數(shù)據(jù)的設備公司公告，可以看出行業(yè)銷售量已具規(guī)模，較上年實現(xiàn)大幅增長，大部分設備銷售量同比增長100%以上，其中，芯源微的單片式濕法設備以及至純科技半導體設備出貨量均實現(xiàn)200%以上的增長。從營收規(guī)模來看，數(shù)家廠商半導體設備板塊營收規(guī)模已超過十億元，進入規(guī)?；瘎?chuàng)收階段。

研發(fā)支出創(chuàng)新高，研發(fā)高強度投入驅動長期發(fā)展。半導體設備行業(yè)具有高技術壁壘，研發(fā)周期長，難度大的特點，持續(xù)大規(guī)模研發(fā)投入是構建核心競爭力的基礎，也是驅動長期發(fā)展的根本。根據(jù)我們統(tǒng)計的 7 家半導體設備公司研發(fā)支出測算，2021 年7 家公司研發(fā)支出合計為 44.56 億元，同比增長 65.28%，其中，研發(fā)支出較高的為北方華創(chuàng)、中微公司、至純科技及盛美上海，分別為 28.92/7.28/3.02/2.78 億元。與此同時，各公司研發(fā)強度（研發(fā)支出/營業(yè)收入）保持在較高水平，其中，北方華創(chuàng)與中微公司最高，分別為29.87%、23.42%，萬業(yè)企業(yè)為 7.99%，其余企業(yè)均保持在 10%以上。（報告來源：未來智庫）

5 重點公司分析

北方華創(chuàng)作為半導體設備平臺化公司，產品主要涵蓋等離子刻蝕、物理氣相沉積、化學氣相沉積、氧化/擴散、清洗、退火等半導體工藝裝備；平板顯示制造裝備和氣體質量流量控制器等核心零部件。涉及集成電路、先進封裝、LED、MEMS、電力電子、平板顯示、光伏電池等半導體相關領域。集成電路裝備面向邏輯、存儲、功率、先進封裝等多領域拓展，刻蝕機、PVD、CVD、ALD、立式爐、清洗機等多款新產品進入主流產線。邏輯領域主流芯片產線批量采購公司設備；存儲領域多種新型工藝設備進入產線驗證；先進封裝領域實現(xiàn)多產品系列布局，與國內主要封裝廠均建立了合作關系；功率器件領域與國內主流廠商開展深度合作，成為業(yè)內主流廠商重要設備供應商。泛半導體領域，公司新能源光伏、半導體照明、第三代半導體設備持續(xù)進行產品迭代更新，光伏 TOPCon 關鍵工藝設備批量供應市場，Mini/MicroLED工藝設備進入主流產線，第三代半導體設備實現(xiàn)批量銷售。

盛美上海作為國內半導體清洗設備的行業(yè)龍頭企業(yè)，主要產品為集成電路領域的單片清洗設備，其中包括單片 SAPS 兆聲波清洗設備、單片TEBO兆聲波清洗設備、單片背面清洗設備、單片刷洗設備、槽式清洗設備和單片槽式組合清洗設備等，產品線較為豐富。2021 年 3 月，公司新發(fā)布了高速銅電鍍技術，拓展了立式爐半導體設備產品組合以及支持邏輯、存儲器和功率器件制造工藝的更多應用；5 月，公司 SAPS 兆聲波清洗技術項目榮獲2020年上海市科技進步一等獎；8 月，公司步入濕法邊緣刻蝕領域，新產品支持3DNAND、DRAM和先進邏輯制造工藝，還發(fā)布了首臺應用于化合物半導體制造中晶圓級封裝和電鍍應用的電鍍設備；9 月，公司用于先進邏輯、DRAM 和 3D-NAND 半導體制造的300mm單片高溫SPM設備已交貨；10 月，公司濕法設備 2000 腔順利交付。公司產品出貨全年超過170 臺，公司的清洗技術及設備已經(jīng)可以覆蓋 80%以上的清洗工藝，鍍銅設備出貨量達到20 臺，爐管設備出貨量達到 8 臺，平臺化公司已初具規(guī)模。

至純科技是國內能提供到 28 納米節(jié)點全部濕法工藝的本土供應商。主要產品包含濕法槽式清洗設備及濕法單片式清洗設備。2021 年，公司拿到13 位用戶的重復訂單，期間又開拓了 10 位新用戶，均為行業(yè)內主要的晶圓制造企業(yè)，全年濕法設備的訂單達到了11.20億元，同比增長 111.32%。2021 年公司的單片濕法設備和槽式濕法設備全年出機超過了97臺。同時，12 英寸濕法設備新增訂單金額超過 6 億元，其中單片式濕法設備新增訂單金額超過3.8億元。公司濕法設備已經(jīng)在數(shù)個成熟工藝的產線上拿到了整條線的設備訂單，有效替代了之前的兩家日本廠商；公司還在氮化鎵和碳化硅產線上拿到了整條線的濕法設備訂單；在先進制程的 28 納米節(jié)點獲得全部工藝的設備訂單；在 14 納米以下制程也拿到了4 臺濕法設備訂單。2022年，公司的新增訂單目標為超過 40 億元，其中濕法設備的新增訂單目標為超過20億元，新增訂單中預估單片設備會占到 60%。

芯源微主要從事半導體專用設備的研發(fā)、生產和銷售，產品包括光刻工序涂膠顯影設備（涂膠/顯影機、噴膠機）和單片式濕法設備（清洗機、去膠機、濕法刻蝕機），可用于 6 英寸及以下單晶圓處理（如 LED 芯片制造環(huán)節(jié)）及8/12 英寸單晶圓處理（如集成電路制造前道晶圓加工及后道先進封裝環(huán)節(jié)）。1）在前道涂膠顯影領域，作為國產化設備已逐步得到了應用，實現(xiàn)了小批量替代。公司生產的 offline 涂膠顯影機已批量銷售，I-line 涂膠顯影機已通過部分客戶驗證并進入量產銷售階段、KrF 涂膠顯影機已經(jīng)通過客戶ATP 驗收；2）在前道物理清洗領域，公司已掌握前道物理清洗機 28nm 工藝節(jié)點的核心技術，包括內部微環(huán)境控制、晶圓雙面顆粒清洗、高速夾持旋轉主軸、藥液流量控制、二流體低損傷清洗等關鍵技術。公司該類設備已經(jīng)達到國際先進水平并成功實現(xiàn)國產替代；3）在后道先進封裝領域，公司生產的后道涂膠顯影設備和單片式濕法設備作為主流機型已批量應用于臺積電、長電科技、華天科技、通富微電、晶方科技、中芯紹興、中芯寧波等國內一線大廠，目前已經(jīng)成為客戶端的主力量產設備。

中微公司是一家高端半導體微觀加工設備公司，深耕芯片制造刻蝕領域，研制出了國內第一臺電介質刻蝕機，核心產品包括：1）用于IC 集成電路領域的等離子體刻蝕設備(CCP、ICP)、深硅刻蝕設備(TSV)；2）用于 LED 芯片領域的MOCVD設備。目前公司等離子體刻蝕設備已被廣泛應用于國際一線客戶從 65 納米到 14 納米、7 納米和5 納米的集成電路加工制造及先進封裝。公司的 MOCVD 設備在行業(yè)領先客戶的生產線上大規(guī)模投入量產，公司已成為世界排名前列、國內占主導地位的氮化鎵基 LED 設備制造商。

拓荊科技拓荊科技主要從事高端半導體專用設備的研發(fā)、生產、銷售和技術服務。公司主要產品包括等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）設備、原子層沉積（ALD）設備和次常壓化學氣相沉積（SACVD）設備三個產品系列，已廣泛應用于國內晶圓廠14nm及以上制程集成電路制造產線，并已展開 10nm 及以下制程產品驗證測試。

上海微電子裝備（集團）股份有限公司是一家掌握了高端光刻機相關技術且具有高端投影光刻機生產能力的企業(yè)。于 2017 年 3 月份，與全球領先的半導體設備企業(yè)ASML簽署了戰(zhàn)略合作備忘錄。公司主要從事半導體裝備、泛半導體裝備、高端智能裝備的開發(fā)、設計、制造、銷售及技術服務。2 月 7 日，上海微電子發(fā)布公告，公司已順利交付2.5D\3D先進封裝光刻機，各品類國產設備廠商進入流片環(huán)節(jié)，產線不斷通過驗證。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫 - 官方網(wǎng)站

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