半导体设备分类、发展现状及驱动因素

半导体设备是支撑电子行业发展的基石，也是半导体产业链上游环节市场空间最广阔，战略价值最重要的一环。从整体来看，中国大陆的半导体设备行业，同全球半导体设备行业一样，享受着本土晶圆厂扩产，地方规划重点扶持的政策福利。从国内市场而言，供应链结构合理化和地缘政治的需求，带来了国内设备市场国产替代的动能。因此，国产设备商享有晶圆厂扩产+国产化提速的双重增速。

根据SEMI2022年7月中旬发布的报告预测，半导体制造设备全球总销售额预计将在2022年再次突破记录达到1175亿美元，比2021的1025亿美元增长14.7%，并预计在2023年增至1208亿美元。全球半导体设备作为一个具有显著的周期性特点的行业，将实现罕见的连续四年的快速增长。本轮的半导体设备周期在全球范围内延续的时长超出预期。

半导体设备分类、发展现状及驱动因素

1.分类

以产业链应用环节来划分，半导体设备可分为前道工艺设备（晶圆制造）和后道工艺设备（封装测试）两个大类。其中后道工艺设备还可以细分为封装设备和测试设备。设备中的前道设备占据了整个市场的80%-85%，其中光刻机，刻蚀机和薄膜设备是价值量最大的三大环节，各自所占的市场规模均达到了前道设备总量的20%以上。因此，全球半导体设备前十名厂商之中，有多家是平台型企业，横跨多个半导体工艺环节。

2.发展现状

半导体产业链庞大复杂的特性，使得很难有某一家公司能够在所有设备领域做到全覆盖。来自全球各个国家的企业共享整个市场。

从2021年的全球竞争格局来看，第一梯队top5的收入规模均在百亿规模左右或以上，排名前top10的公司营收体量也要在20亿美元以上。对比国内设备龙头北方华创2021年电子装备业务（包含集成电路业务和泛半导体业务）约为79.5亿元人民币的营收，我国半导体装备行业的营收规模距行业头部厂商仍存在较大差距，替代空间巨大。

按照2021财年半导体业务收入排名，全球前五大半导体设备厂商分别为应用材料242亿美元营收，ASML约211亿美元营收，东京电子171亿美元营收，泛林半导体165亿美元应收，柯磊82亿美元营收。分地区来看，排名前十的厂商中有五家日本公司，四家美国公司，以及一家荷兰公司。

2021年全球营收排名前五的设备厂商均属于前道设备的应用厂商，与前道设备占据80%以上的设备市场相匹配。同时，前五大厂商中有三家是平台型（应用材料，泛林半导体，东京电子），横跨刻蚀，薄膜，清洗，离子注入等多个领域，对比来看，国内许多公司也在横向拓展业务领域以不断突破天花板,向平台型转型。比如，中微公司从刻蚀及化合物半导体外延设备延展到集成电路薄膜设备；万业企业从离子注入设备延展到其嘉芯半导体子公司，覆盖除光刻机之外的几乎全部前道大类；盛美上海从清洗，电镀等业务逐步覆盖，炉管，沉积及其他前道品类。

3.驱动因素

先进制程发展、工艺流程改进，半导体设备迎来新需求。

（1）新能源，AIot推进成熟制程设备发展加速

半导体设备行业波动性成长，产业链最下游电子应用终端发生新变化，产生新需求。半导体设备行业呈现波动性上涨的趋势。近二十年间半导体设备的周期性正在减弱，行业成长趋势加强。得益于各类电子终端的芯片需求，智能化，网联化，AIOT的发展，行业规模连续四年出现大幅度的正增长。2022年仍将维持较高增速，这在半导体设备发展历史上极为罕见。

先进制程（5nm以下先进制程）的扩产和研发投入变得十分巨大，同时成熟制程的芯片需求量大大提升。根据ASML的财报显示，Arf光刻机单价在6000万欧元左右，EUV光刻机单价在1.5亿欧元左右，而最新一代预告的3nm/2nm世代光刻机预计的单价将在3亿欧元以上，先进制成的研发和突破成本以指数曲线的形式上升。在先进制程未来2nm，1nm的发展方向愈发接近物理极限的同时，成熟制程经济效益在不断提高，车规MCU,超级结MOS，光伏IGBT等成熟制程芯片大量缺货，交付期延长，使得行业重新审视成熟制程产线的经济效益，台积电也在2022年提出在未来三年将成熟制程扩产50%。我国半导体设备厂商精准卡位12英寸成熟制程所对应设备，覆盖28nm/14nm以上节点成熟制程领域并不断完善。

（2）从衬底到芯片：工艺流程决定设备使用需求量变化

芯片产线的精细化，自动化程度高，芯片/设备对于环境的要求高。

半导体设备处于产业链最上游环节，中游的芯片代工晶圆厂采购芯片加工设备，将制备好的晶圆衬底进行多个步骤数百道上千道工艺的加工，配合相关设备，通过氧化沉积，光刻，刻蚀，沉积，离子注入，退火，电镀，研磨等步骤完成前道加工，再交由封测厂进行封装测试，出产芯片成品。

芯片的制造在极其微观的层面，90nm的晶体管大小与流行感冒病毒大小类似。在制程以纳米级别来计量的芯片领域，生产加工流程在自动化高精密的产线上进行，对设备技术的要求极高。无论是设备的制造产线，还是晶圆厂的生产产线，所有芯片的生产加工均在无尘室中完成。任何外部的灰尘都会损坏晶圆，影响良率，因此对于环境和温度的控制也有一定的要求。在代工厂中，晶圆衬底在自动化产线上在各个设备间传送生产，历经全部工艺流程大致所需2-3个月的时间，这其中不包括后道封装所需要的时间。通常来说，晶圆厂中的设备90%的时间都在运行，剩余时间用于调整和维护。

前道工艺步骤繁杂，工序繁多，是芯片出产过程中技术难度较大，资金投入最多的环节。在芯片代工厂中的芯片的工艺制备流程如下：氧化、匀胶、曝光、显影、刻蚀、沉积、研磨、离子注入、退火。离子注入完成之后，继续沉积二氧化硅层，然后重复涂胶，光刻，显影，刻蚀等步骤进入另一个循环，用以挖出连接金属层（导电层）的通孔，从而使互通互联得以是现在晶圆中。实现这一功能的是使用物理气相沉积的方式沉积金属层。上述步骤在晶圆的生产制造中将重复数次，直到一个完成的集成电路被制作完成。最后，将制备好的晶圆进行减薄，切片，封装，检测。完成后到的工艺流程，至此，一颗完整的芯片制作完成。

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