半导体设备专题报告(一)：前道设备-扼喉之手 亟待突破！

千亿美金的半导体设备赛道，或即将迎来上行周期：全球半导体产业发展呈现周期性：技术和宏观环境驱动的10年大周期和由资本开支驱动的3-4年的小周期，根据历史周期判断，2024年全球半导体资本开支有望上修。

半导体突破是发展之重，前道设备是半导体生产之重：半导体设备作为行业基石，与资本开支关系密切，2022年市场规模达到1076.5亿美元，国际限制半导体设备向我国出口之下，半导体设备国产替代是必经之路，国内晶圆厂逆势扩产拉动国产半导体设备需求进一步上行。半导体制造分为前道制造和后道封测，前道设备价值量占据总设备价值量约80%。前道制程的工艺模块可以归类为前段工艺（FEOL）、中段工艺（MOL）和后段工艺（BEOL），前段工艺负责形成器件、后段工艺负责形成金属互连，中段工艺将器件与金属层连接起来。模块工艺是由不同的单项工艺组合而来，单项工艺包括光刻、涂胶显影、薄膜沉积、刻蚀、离子注入、CMP、清洗等，其中薄膜沉积、刻蚀和光刻设备是价值量最大的三类设备：

1. 薄膜沉积：半导体制造过程中需要反复进行薄膜生长，不同工艺环节沉积的薄膜作用不同，所用工艺也不同，总体来看，沉积工艺可以分为物理气相沉积和化学气相沉积，原子层气相沉积本质上属于化学气相沉积，是应新技术或材料而生的沉积工艺。制程进步+存储芯片架构3D化为提升薄膜沉积设备需求，2022年全球薄膜设备总市场已经达到229亿美元，主要由欧美和日系厂商垄断，应用材料是PVD龙头，Lam在ECD领域一家独大，TEL和ASM在ALD领域市占率较高，国内各厂商产品可以互补：拓荆科技主要产品为PECVD，还布局了ALD、SACVD和HDPCVD，北方华创在PVD上优势明显；微导纳米以ALD为核心产品；中微公司起家于刻蚀，依托底层技术进入薄膜沉积领域，产品布局包括MOCVD、WCVD等；盛美上海在ECD领域优势明显。

2. 刻蚀：使用物理或者化学的方法在器件表面形成微观结构，制程微缩+存储芯片3D化引起刻蚀难度和需求量增大，2022年全球干法刻蚀设备市场规模大概为230亿美元，ICP和CCP几乎平分超95%市场份额。Lam，TEL和AMAT几乎垄断全球干法刻蚀设备市场，国内主要由中微公司和北方华创进行突破，前者优势产品为CCP，后者优势产品为ICP，二者在发展过程中向对方领域渗透。

3. 光刻：ASML系全球绝对龙头，掌握最先进的EUV光刻技术，ASML和Nikon均可以提供浸没式DUV光刻机，国内近乎空白。

4. 涂胶显影：光刻工艺中除了曝光之外的关键环节，分为offline和inline设备，2021年全球涂胶显影设备超30亿美元，TEL垄断近乎90%份额，国产厂商中芯源微率先取得突破，可以实现28nm以上工艺节点全覆盖。

5. 掺杂：改变半导体材料的物理性质，离子注入工艺是主流，全球半导体离子注入设备市场规模主要被美国的AMAT和Axcelis占据，国产厂商主要是凯世通（万业企业子公司）和中科信。

6. 热处理：包括氧化、扩散和退火，相关设备又叫做炉管设备，其中快速退火设备市场份额较大，AMAT占据全球市场的主要份额，国产厂商中，屹唐股份处于领先位置；北方华创布局多种氧化/扩散炉。

7. CMP：化学机械抛光，全球CMP设备市场处于高度垄断状态，主要由美国应用材料和日本荏原两家设备制造商占据，两家制造商合计拥有全球CMP 设备超过90%的市场份额， 尤其在14nm 以下最先进制程工艺的大生产线上所应用的CMP 设备仅由两家国际巨头提供。国产CMP 设备厂商主要是华海清科和烁科精微，华海清科CMP设备已广泛应用于中芯国际、长江存储、华虹集团、大连英特尔、厦门联芯、长鑫存储、广州粤芯、上海积塔等行业内领先集成电路制造企业的大生产线，占据国产CMP 设备销售的绝大部分市场份额。

8. 清洗：针对不同的工艺需求对晶圆表面进行无损伤清洗，是贯穿半导体产业链的重要工艺环节，能避免杂质影响芯片良率和芯片产品性能。湿法清洗是主流技术路线，2021年全球半导体清洗设备市场规模达到39.18亿美金，迪恩士（SCREEN）、TEL、LAM与SEMES四家市占率合计高达90%以上，其中迪恩士（SCREEN）一家市占率就高达50%以上，我国清洗设备市场同样主要由日系厂商垄断，国产厂商主要有盛美上海、至纯科技和北方华创，芯源微拥有物理清洗机并积极开发化学清洗机。

9. 量测/检测：属于过程控制工艺，分为检测和量测两个环节，量测和检测设备种类众多，采用光学检测技术原理的占大多数。2020年全球量测检测设备市场规模为76.5亿美元，纳米图形晶圆缺陷检测设备占比最高，达到24.7%。全球量测检测设备市场中KLA占据半数以上份额。国产厂商主要有上海精测、中科飞测和上海睿励，上海精测布局纳米级图形晶圆缺陷检测（明场技术路线）、无图形晶圆缺陷检测、膜厚量测、关键尺寸量测设备等；中科飞测主要产品包括无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备等检测设备和三维形貌量测设备、薄膜膜厚量测设备等量测设备；上海睿励产品主要为光学膜厚测量设备和光学缺陷检测设备，以及硅片厚度及翘曲测量设备等。

风险提示：宏观环境影响下半导体行业景气度恢复不及预期风险、国产设备导入进度不及预期风险、国际上对我国半导体管制力度加大风险、上游零部件供应风险

知前沿，问智研。智研咨询是中国一流产业咨询机构，十数年持续深耕产业研究领域，提供深度产业研究报告、商业计划书、可行性研究报告及定制服务等一站式产业咨询服务。专业的角度、品质化的服务、敏锐的市场洞察力，专注于提供完善的产业解决方案，为您的投资决策赋能。

转自天风证券股份有限公司 研究员：李鲁靖/朱晔