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半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、競爭格局分析
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-07-02

（1）半導(dǎo)體設(shè)備定義及分類

半導(dǎo)體設(shè)備主要應(yīng)用于集成電路的制造和封測環(huán)節(jié)，可細(xì)分為晶圓制造設(shè)備（前道設(shè)備）和封裝、測試設(shè)備（后道設(shè)備）。前道工藝共有七大工藝板塊，其中光刻、刻蝕和薄膜沉積是芯片制造過程中前道工藝的三大核心工藝，相應(yīng)的設(shè)備直接影響芯片的制程工藝。

隨著芯片制程工藝逐漸向高密集度方向發(fā)展，芯片上集成的器件和芯片設(shè)計的復(fù)雜程度相應(yīng)上升，且制造過程中各工藝環(huán)節(jié)需反復(fù)循環(huán)多遍，因此對半導(dǎo)體設(shè)備的需求將進(jìn)一步擴(kuò)大。

（2）半導(dǎo)體設(shè)備與芯片制程節(jié)點(diǎn)演

進(jìn)隨著制程工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，集成電路的技術(shù)節(jié)點(diǎn)已從上世紀(jì) 80 年代的1μm 逐漸發(fā)展至現(xiàn)如今的 7nm、5nm 乃至 3nm。隨著特征尺寸的不斷縮小，集成電路制造工藝對硅片表面微粗糙度、硅單晶缺陷、晶體原生缺陷、金屬雜質(zhì)、表面顆粒尺寸和數(shù)量等直接影響產(chǎn)品良品率和性能的技術(shù)指標(biāo)要求更加嚴(yán)格。

特征尺寸的不斷縮小對生產(chǎn)技術(shù)與制造工藝提出了更高的要求，致使制造過程愈為復(fù)雜，制造成本呈顯著上升的趨勢。

影響關(guān)鍵制程的半導(dǎo)體設(shè)備主要有光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備等，例如價格昂貴的極紫外光刻機(jī)（EUV）、5nm 刻蝕設(shè)備等。此外，芯片制造過程還引入了多重模板工藝（即多重刻蝕工藝和薄膜沉積工藝）以實(shí)現(xiàn)更小的線寬，意味著晶圓制造廠商在先進(jìn)設(shè)備上的投入將呈大幅上升趨勢。

（3）全球及中國半導(dǎo)體設(shè)備銷售額及預(yù)測

全球半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)隨下游終端產(chǎn)品景氣度每隔 3-4 年會呈周期性變動趨勢。當(dāng)下游終端產(chǎn)品技術(shù)迭代更新，激增的需求將帶動資本向上游晶圓廠涌入，推動全球晶圓廠持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)。與此同時，隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，半導(dǎo)體設(shè)備投資呈大幅上升的趨勢，成為半導(dǎo)體設(shè)備銷售額增長的主要驅(qū)動力之一。

2022年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額為 1,076 億美元，同比增長 15%，預(yù)計 2027 年銷售額將達(dá)到 1,408 億美元，期間年復(fù)合增長率為 5.5%。全球半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)已進(jìn)入景氣周期，隨著主流晶圓廠商產(chǎn)能逐漸釋放，行業(yè)增速將放緩。作為全球最大的半導(dǎo)體市場，中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額增速遠(yuǎn)高于全球市場。2022 年中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額為 283 億美元，占全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售的 26.3%。

預(yù)計 2027 年銷售額將達(dá)到 498 億美元，期間年復(fù)合增長率為12%。光刻、刻蝕和薄膜沉積是前道工藝的三大核心工藝，相應(yīng)的光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備和薄膜沉積設(shè)備占晶圓制造設(shè)備銷售額的 70%至 80%，未來核心設(shè)備國產(chǎn)化是中國實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化替代的關(guān)鍵因素。

（4）半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析

半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈上游為零部件制造行業(yè)，零部件包括光學(xué)鏡頭、射頻電源、真空泵、氣體流量計、腔體零部件等，精密的零部件產(chǎn)品有助于半導(dǎo)體設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。隨著制程節(jié)點(diǎn)的不斷減小，半導(dǎo)體設(shè)備對零部件的技術(shù)工藝要求持續(xù)提高。半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈中游為半導(dǎo)體設(shè)備廠商。

境外半導(dǎo)體設(shè)備廠商發(fā)展起步較早，憑借其較為先進(jìn)的技術(shù)在各自相應(yīng)領(lǐng)域形成高度壟斷局面，如 ASML、AMAT、TEL、LAM 等。中國半導(dǎo)體設(shè)備廠商在部分領(lǐng)域如刻蝕機(jī)，已追趕上國際先進(jìn)水平，設(shè)備產(chǎn)品已通過下游頭部晶圓制造廠商的驗(yàn)證。近些年，在半導(dǎo)體行業(yè)供應(yīng)鏈不確定性因素增多的情況下，世界各國開始尋求完善本土產(chǎn)業(yè)鏈。預(yù)計全球部分地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)將呈現(xiàn)區(qū)域化趨勢，從依賴于全球化供應(yīng)鏈，逐漸實(shí)現(xiàn)部分設(shè)備供應(yīng)自主化。

（5）半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)格局

半導(dǎo)體設(shè)備包括前道工藝設(shè)備和后道工藝設(shè)備，前道工藝設(shè)備為晶圓制造設(shè)備；后道工藝設(shè)備主要包括封裝設(shè)備和測試設(shè)備。根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，2020 年全球市場前道工藝（晶圓制造）設(shè)備銷售額 586.7 億美元，銷售占比超過 80%。分而述之，前道工藝設(shè)備中光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備和薄膜沉積設(shè)備占比最大，合計占比 66%；后道工藝設(shè)備中，封裝設(shè)備占比約 5%，測試設(shè)備占比約 8%，單晶爐等其他設(shè)備占比約 4%。其中與發(fā)行人業(yè)務(wù)相關(guān)的刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、熱處理設(shè)備的市場占比分別為 17%、24%、2%，合計占比 43%（在晶圓制造設(shè)備占比約 52%）。

①刻蝕機(jī)設(shè)備行業(yè)概況

根據(jù)刻蝕方法不同，刻蝕主要分為濕法刻蝕和干法刻蝕。濕法刻蝕各向異性較差，側(cè)壁容易產(chǎn)生橫向刻蝕造成刻蝕偏差，通常用于工藝尺寸較大的應(yīng)用，或用于干法刻蝕后清洗殘留物等。干法刻蝕是目前主流的刻蝕技術(shù)（市場份額約為 90%），其中以等離子體干法刻蝕為主導(dǎo)。按照被刻蝕的材料類型來劃分，干法刻蝕主要分成三種：金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕和硅刻蝕。根據(jù)產(chǎn)生等離子體方法的不同，干法刻蝕主要分為電容耦合等離子體刻蝕（CCP）和電感耦合等離子體刻蝕（ICP）。

根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)，2020 年全球干法刻蝕設(shè)備市場規(guī)模為 136.89 億美元，預(yù)計 2025 年全球市場規(guī)模將增至 181.85 億美元，年復(fù)合增長率達(dá) 5.84%。硅環(huán)等刻蝕設(shè)備用硅部件產(chǎn)品的市場規(guī)模也隨之受益。

根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)，LAM、TEL、AMAT 三家占全球干法刻蝕設(shè)備的份額分別為 46.71%、26.57%、16.96%，合計 90.24%，行業(yè)集中度高。此外我國中微公司、北方華創(chuàng)、屹唐半導(dǎo)體等發(fā)展較快，在刻蝕設(shè)備領(lǐng)域的市場份額逐步擴(kuò)大。上述刻蝕設(shè)備供應(yīng)商并不直接生產(chǎn)刻蝕設(shè)備用硅部件，通常委托通過其認(rèn)證的硅部件制造商生產(chǎn)與其刻蝕設(shè)備相配套且滿足特定工藝要求的產(chǎn)品，并銷售給下游芯片制造廠商，該類硅部件為原廠（認(rèn)證）品。

②薄膜沉積設(shè)備行業(yè)概況

根據(jù)工作原理不同，薄膜沉積工藝可分為物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）和原子層沉積（ALD）三大類。根據(jù) Maximize Market Research 數(shù)據(jù)，全球薄膜沉積設(shè)備整體規(guī)模穩(wěn)定增長，2017 年為 125 億美元，2020 年為 172 億美元，受益于 Foundry 廠、存儲、AMOLED 以及太陽能電站等需求的增加，預(yù)計到 2025 年將達(dá)到 340 億美元。

分類型來看，CVD 設(shè)備應(yīng)用最廣，占比 57%；其次是 PVD，占比為 25%；ALD 及其他鍍膜設(shè)備占比 18%。根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)，CVD 設(shè)備中，LPCVD 占比為 11%，隨著芯片制造堆疊層數(shù)的增加，LPCVD 的應(yīng)用占比有望持續(xù)上升。在全球 CVD 設(shè)備市場中，AMAT 占比 30%，LAM 占比 21%，TEL 占比 19%，三大廠商占據(jù)了 70%的市場份額。

③ 熱處理設(shè)備行業(yè)概況

根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)，2020 年全球熱處理設(shè)備市場規(guī)模 15.37 億美元，其中快速熱處理設(shè)備 7.19 億美元，占比 46.8%，氧化/擴(kuò)散爐 5.52 億美元，占比35.9%，柵極堆疊設(shè)備 2.66 億美元，占比 17.3%。預(yù)計未來將保持穩(wěn)定增長，2025 年規(guī)模將達(dá)到 19.91 億美元，復(fù)合增長率為 5.3%。熱處理市場幾乎由 AMAT、TEL 和 KE 三家壟斷，份額占比分別為 40%、20%、19%。

（6）半導(dǎo)體零部件行業(yè)定義及分類

半導(dǎo)體零部件指的是在材料、結(jié)構(gòu)、工藝、精度和品質(zhì)、穩(wěn)定性及可靠性等性能方面符合半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)要求的零部件，如 O-Ring 密封圈、精密軸承、射頻電源、靜電吸盤、MFC 流量計、石英件、硅及碳化硅件等。半導(dǎo)體零部件對半導(dǎo)體設(shè)備的核心構(gòu)成、性能和成本起到?jīng)Q定性作用，是決定半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的關(guān)鍵因素。按照主要材料和使用功能，半導(dǎo)體零部件可以分為十二大類：硅及碳化硅件、石英件、陶瓷件、金屬件、石墨件、塑料件、真空件、密封件、過濾部件、運(yùn)動部件、電控部件以及其他部件。

以盾源聚芯主要生產(chǎn)的腔體零部件為例，同類產(chǎn)品（如電極、晶舟）在不同產(chǎn)線和（或）不同廠商的半導(dǎo)體設(shè)備中均存在設(shè)計和結(jié)構(gòu)上的細(xì)微差別，因此常以定制化方式進(jìn)行加工生產(chǎn)。此外，腔體零部件還需經(jīng)過長時間驗(yàn)證，才能獲得下游設(shè)備廠商和晶圓制造廠的認(rèn)證。

（7）半導(dǎo)體零部件行業(yè)市場規(guī)模及競爭格局

①半導(dǎo)體零部件行業(yè)市場規(guī)模

半導(dǎo)體零部件是半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈的基石，核心零部件直接影響設(shè)備的制造工藝水平。半導(dǎo)體核心零部件與半導(dǎo)體原材料相似，盡管在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模中僅占很小的一部分，卻很大程度影響了集成電路制造的整體技術(shù)工藝水平。2018 年至 2022 年，全球半導(dǎo)體零部件市場規(guī)模由 184 億美元增至 350 億美元，期間年復(fù)合增長率為 17.5%。

未來，隨著 5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、新能源汽車等新技術(shù)和新產(chǎn)品的應(yīng)用，以及制程節(jié)點(diǎn)縮小帶來的工藝技術(shù)提高，將帶來龐大的半導(dǎo)體設(shè)備市場需求，從而推動全球半導(dǎo)體零部件市場發(fā)展。預(yù)計至 2027 年，全球半導(dǎo)體零部件市場規(guī)模將擴(kuò)大至 518 億美元。

②半導(dǎo)體零部件行業(yè)競爭格局

全球半導(dǎo)體零部件行業(yè)集中度高，龍頭企業(yè)占據(jù)主要市場份額。在全球 44家主要核心零部件產(chǎn)品供應(yīng)商中，美國和日本供應(yīng)商共有 36 家。根據(jù)全球主要企業(yè)半導(dǎo)體零部件企業(yè)（不含光刻機(jī)零部件）的收入統(tǒng)計，美國和日本半導(dǎo)體零部件企業(yè)的合計收入占比超 75%，主要企業(yè)有 KYOCERA、Edwards、UCT、MKS 和 Ichor 等。

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