平安证券研究所 智能制造团队 2021年 5月 28日 半 导体设备篇 吴文成 S1060519100002（证券投资咨询）邮箱（ ） 证券研究报告 半导体系列报告（二） 2 要点 总结 我国半导体设备市场迎来新一轮上升周期。 半导体设备主要用于半导体制造和封 测环节， 分为 晶圆加工设备、封装设备和检测设备。随着台积电等晶圆厂龙头开启新一轮扩产周期、技术 升 级、晶圆产 能向大陆转移以及国内政策的大力支持，我国半导体设备市场迎来新一轮上升周期。 2020年全球半导体设备市场达到 712亿美元，其中大陆市场为 187亿美元，占比达 26%，成为全球 第一大市场。 2020年大陆半导体设备增速为 39%，远高于全球的 19%，是全球市场增长的主要动 力。 全球竞争格局集中，国产替代加速。 全球半导体设备竞争格局高度集中（ CR5占比 66%）、诞生 了应用材料、 ASML、泛林半导体等巨头。这些龙头企业收入体量大、产品布局丰富。相比而言， 国内设备公司体量较小、产品线相对单一。 2019年，我国半导体设备国产化率约为 18.8%，技术 难度最高的集成电路 设备 国产化率 仅 为 8%。国产替代迫在眉睫。目前，我国企业在刻蚀设备、 薄膜沉积设备、离子注入机、清洗设备、检测 设备等领域 正奋力追赶并取得了一定的成绩。 投资建议： 我国半导体设备企业有望形成两类企业，一类是以北方华创、中微公司、盛美股份 为代表的平台型设备公司，体量大、研发实力强、产品条线丰富；一类是以上海微电子、沈阳 拓荆、精测电子、华峰测控、芯源微为代表的专业设备公司， 专攻细分 领域，加速实现国产替 代。建议 关 注半导体设备平 台型上市公司北方华创、中微公司、盛美股份，以及专业型上市公 司华峰测控、精测电子、芯源微等。 3 半导体设备产 业 链 资料来源： SEMI、各公司官网， 平安证券研究所，红色字体为国内公司 氧化 光刻 刻蚀 离子注入 物理气相沉积晶圆检测 化学气相沉积多次清洗 抛光 IC设计 IC制造 IC封测 涂胶 电路设计 图形设计 设计验证逻辑设计 氧化炉 应用材料 日本日立 东京电子 北方华创 屹唐半导体 涂胶显影设备 东京电子 迪恩士 苏斯微 芯源微 光刻机 ASML 日本尼康 日本佳能 上海微电子 刻蚀机 泛林半导体 东京 电子 应用材料 中微公司 北方华创 离子注入机 应用材料 美国 Axcelies 凯世通 中科信 PVD设备 应用材料 日本 Evatec 日本 Ulvac 北方华创 CVD设备 应用材料 泛林半导体 东京电子 北方华创 沈阳拓荆 CMP设备 应用材料 日本 Evatec 华海清科 电科装备 45所 质量检测设备 科磊半导体 应用材料 日本日立 上海睿励 上海 精 测 中科飞测 电学检测设备 泰瑞达 爱德万 东京电子 长川科技 华峰测控 上海中艺 清洗设备 迪恩士 东京电子 泛林半导体 北方华创 盛美半导体 至纯科技 装片 焊线 封装切割 成品检测 CONTENT 目录 行业 总览 投资要点 风险提示 竞争格局 市场空间 5 光电子 9% 分立器件 5% 传感器 3% 逻辑芯片 27% 存储芯片 27% 微处理器 16%模拟电路 13% 集成电路 83% 超八成 半导体产品是集成电路 超八成半导体产品是集成电路 半导体产品主要分为 4类： 光电器件 指利用半导体光生伏特效应 工 作器件。 半导体传感器 指利用半导体材料特性制 成的传感器。 分立器件 指具有单一功能的电路元器 件。 集成电路 指把基本电路元器件制作在晶 片上然后封装起来，形成具有一定功能 的单元。 2020年全球半导体销售额为 4404亿美元，其 中集成电路销售额 3612亿美元，占比 83%。集 成电路是半导体最主要、技术难度最高的产 品 。 半导体产品介绍 2020年全球半导体产品构成 资料来源： wind， WSTS， SIA，平安证券研究所 6 半导体产业链分解 半导体产业链 分解 半导体生产主要分为设计、制造、封测 三大流程，同时需要用到半导体材料和 设备。 设计：即按照功能要求设计出所需 要的电路图，最终的输出结果是掩 膜版图。 制造：将设计好的电路图转移到硅 片等衬底材料上的环节。 封测：半导体产品制作完成之后， 通过封装工艺为其提供机械保护， 免受物理、化学等因素的损伤。测 试是指利用专业设备，对集成电路 进行功能和性能测试 。 半导体产业链 资料来源： wind，中国半导体行业协会，平安证券研究所，金额为我国相关产业 2020年销售额 设计 3778亿 元 制造 2560亿 元 封测 2510亿 元 台积电、格罗方 德、中芯国际、联 电、华立微电子 设 备 材料 日月光、艾克尔、 长电科技、通富微 电、天水华天 I D M 高通、联发科、 英伟达、华为海 思、紫光展讯 三 星、 英特 尔 光刻机 PVD设备 CVD设备 检测设备 清洗设备 刻蚀机等 硅片 靶材 光刻胶 抛光材料 光罩等 ASML、 应用材料 、 泛林半导体 信越化 学、江丰 电子、 SUMCO 7 我国集成电路自给缺口巨大 我国集成电路缺口巨大 根据 IC Insight数据， 2020年我国集成 电路供给量约为 227亿美元，需求量为 1430亿美元，自给率仅为 15.9%，集成 电路缺口巨大。 资料来源： IC Insight， wind,平安证券研究所 从进出口来看， 2020年我国集成电路进 口 3500亿美元，出口 1166亿美元，贸易 逆差高达 2334亿美元。近年来，我国集 成电路进口金额超过原油、汽车整车和 汽车零部件。 我国集成电路连年逆差 由于集成电路巨大的缺口以及贸易逆 差，我国发展集成电路产业的需求非常 迫切，半导体设备行业迎来机遇。0 1,000 2,000 3,000 4,000 进口金额（亿美元） 出口金额（亿美元） 0 1000 2000 3000 中国集成电路市场规模 (亿美元 ) 中国集成电路自给规模 (亿美元 ) 我国集成电路自给率低 8 半导体制造工艺及对应设备 半导体 制造流程 及 主要 设备 半导体领域中，集成电路运用最广泛、占比最高、 技术难度最大。 本篇报告将主要围绕集成电路制造 工艺和相关设备展开。 半导体设备主要运用于集成电路的制造和封测两个 流程，分为晶圆加工设备、检测设备和封装设备， 以晶圆加工设备为主。检测设备在晶圆加工环节 （前道检测）和封测环节（后道检测）均有使用。 半导体制造流程及对应设备 资料来源： 长川科技招股说明书，平安证券研究所 晶圆加工流程包括氧化、光刻和刻蚀、离子注入 和退火、气相沉积和电镀、化学机械研磨、晶圆 检测。所用设备包括氧化 /扩散炉、光刻机、刻 蚀机、离子注入机、薄膜沉积 设备检测 设备等。 氧化 光刻 刻蚀离子注入 物理气相沉积 晶圆检测 化学气相沉积 氧化炉 刻蚀机离子注入机 PVD设备 测试机 探针台 CVD设备 光刻机 机械抛光 CMP设备 9 半导体制造工艺复杂 芯片制造工艺 资料来源： 中芯国际，平安证券研究所 步骤 主要功能 晶圆表面绝缘：氧化 芯片制造的第一步是对晶圆表面进行氧化，形成一层绝缘层，一是可做后期工艺的辅助层，二是 协助隔离电学器件，防止短路。 设计图形转移：光刻和刻蚀 把氧化后的晶圆表面旋涂一层光刻胶，随后对其进行曝光，再通过显影把电路图形显现出来，光 刻层数多达几十层，每一层之间的校准必须非常明确，接下来进行刻蚀，用化学腐蚀反应的方式， 或用等离子体轰击晶圆表面的方式，光刻胶覆盖的位置被保护，没有被覆盖的位置被刻蚀，形成 凹陷，实现电路图形的转移。 离子注入、退火：激活晶体 电性 离子注入就是把杂质离子轰进半导体晶格中，使得晶格中的原子排列混乱或者成为非晶区，退火 是将离子注入后的半导体放在一定温度下进行加热，恢复晶体的 结构 ， 消除 缺陷，从而激活半导 体材料的不同电学性能。 形成金属连线或绝缘层：气 相沉积、电镀 物理气相沉积用于形成各种金属层，连通不同的器件和电路，以便进行逻辑和模拟计算；化学气 相沉积用于形成不同金属层之间的绝缘层。电镀则专用于生长铜连线金属层。 结构层表面平整：化学机械 研磨 每个结构层完成后用化学腐蚀和机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛，实现表面平坦化。 后期处理 最后，晶圆再经过 背面切片 、封装、检测，一个完整的芯片产品制备完成 。 重复流程 芯片制造的主要步骤需要循环反复几十次甚至上百次 。 CONTENT 目录 行业总览 投资要点 风险提示 竞争格局 市场空间 11 行业驱动力 龙头扩产，晶圆厂新一轮产能扩张开启 2021年 4月，台积 电将其 2021年资本 开支提高 至 300亿美金（ 2020年 Q4指引是 250280亿美 金），其中 80%投在 3nm/5nm/7nm等先进制程， 10%投在先进封装， 10%投在成熟制 程。台积电 未来 三年资本开支合计为 1000亿美金。 资料来源： SEMI，各公司公告，平安证券研究所 晶圆厂龙头带头扩产 主要晶圆厂资本开支 计 划 (百万美元 ) 全球半导体晶圆厂资本开支 在经历 2019年的短期下滑之后，全球半导体晶 圆厂均开始加大资本开支。根据 SEMI统计， 2020年全球半导体晶圆厂资本开支达 1069亿美 元，同比增长 7.6%。预计 2024年将达到 1276亿 美元， 2019-2024年 CAGR达 5.1%。 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 2018 2019 2020 2021E 台积电开启大陆扩产计划。 2021年 4月 22日，台 积电董事会批准了新的投资计划，核准 28.87亿 美元（约合 187亿人民币）扩建南京工厂，生产 28nm工艺，月产能为 4万片晶圆，主要用于汽车 电子芯片。 -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 全球晶圆厂资本开支（亿美元） YOY（ %） 12 行业驱动力 技术升级带来半导体设备巨大需求 摩尔定律指出，当价格不变时，集成电路上可 接纳的元器件数目，每隔 18-24个月便会增加一 倍，性能也将提升一倍。摩尔定律推动集成电 路线宽的缩小，目前国际一流代工厂台积电已 经量产 5nm芯片，并在 积极研发 3nm和 2nm制程； 国内制程最先进的中芯国际目前能实现 14nm芯 片量产， 7nm工艺处于试产阶段。 资料来源： 计算机科学，平安证券研究所 技术升级带来设备巨大需求 半导体技术升级快，常表现为“一代技术、一 代设备”。技术升级同样会带来设备的巨大需 求。 摩尔定律推动微处理器的芯片面积持续缩减 晶圆技术升级两大方向 此外，硅片的尺寸也在变大，从 1980s的 6英寸 升级为 2000s的 12英寸，未来还将朝着 18英寸 发展。 制程越小 晶体管越 小 相同面积上的元 器件越多 性能越高 产品越好 硅片直径 越大 硅片面积 越大 单个晶圆上芯片 数量越多 效率越高 成本越低 13 40 55 65 115 140 160 0 50 100 150 200 28nm 20nm 14nm 10nm 7nm 5nm 行业驱动力 技术革新提升设备需求并改变需求结构 资料来源： 中微公司 ，盛美股份，平安 证券研究所 逻辑器件各制程刻蚀工艺步骤数 存储器正由 2D NAND向 3D NAND发展 芯片线宽的缩小对设备提出更高要求。以刻蚀 设备为例，据中微公司测算，逻辑器件 14nm制 程所需使用的刻蚀步骤达到 65次，较 28nm提升 62.5%； 7nm制程所需刻蚀步骤达 140次，较 14nm 提升 115%。 芯片线宽缩小和堆叠层数增加提升设备需求 存储器由 2D向 3D发展带来设备增量。 2D存储器 件线宽接近物理极限 ， 通过增加堆叠层数提高 集成度的 3D NAND逐渐成为主流工艺 路线。 3D 结构的形成要求在氧化硅和氮化硅叠层结构上 刻蚀 40： 1 到 60： 1的极深孔或沟槽。这 大 大 增加 了 刻蚀和清洗工艺步骤，带动相关 设备 增量需求。 14 行业驱动力 全球半导体产能向大陆转移 回顾历史，全球半导体产业发展经历过由美 国向日本、向韩国和中国台湾地区几轮转 移，近几年， 正大 规模 向 大陆转移。 资料来源： sohu、 SEMI，平安证券研究所 全球半导体产能向大陆转移 近年来，除了台积电等外资品牌加速在大陆 扩产外，内资半导体厂同样在扩建产能 。 中 芯国际、华虹集团、长江存储、合肥长鑫、 积塔半导体等企业均在扩建产能。 全球半导体产业区域转移发展历程 美国一直霸占 全球半导体产 业第一名的地 位 日本凭借存储 器产业的成功， 于 1986年成为 全球最大的半 导体生产国。 随后，开始走 下坡路。 韩国在存储器 产业超越日本。 中国台湾凭借 创新的代工厂 模式跻身全球 领先地位。 受益于 PC和智 能手机的普及， 大陆成为全球 电子制造中心， 大陆半导体产 业开始加速发 展。半导体产 业向大陆转移 的趋势加强。 20世纪 80 年代 20世纪 90年代 21世纪之 后 20世纪 80 年之前 技术创新、 先发优势 大型工业级 电脑存储器 市场快速增 长 个人电脑存储 器市场爆发增 长 台湾开创了垂 直分工模式 智能手机 市场快速 增长 15 行业驱动力 国内政策大力支持 2018年之后，受中美贸易冲突事件 的刺激，我国发展集成电路产业之 心更加坚决。“十四五”规划更是 确定了集成电路前沿领域的战略定 位。在政策扶持下，我国集成电路 的研发和产能建设力度将会 加强， 带来新的设备需求。 资料来源 ：政府 网 站， 平安证券研究所 国内政策 大力支持 政策大力支持我国集成电路产业发展 我国集成电路产业相对落后的局面 早已受到国家的高度关注，近些年 国家出台一系列政策支持集成电路 产业发展。这些政策通过集中研 发、政府补助、税收优惠、培养人 才、股权投资等多方面支持集成电 路产业发展。 时间 政策 相关内容 2012年 集成电路产业“十二五”发展规划 到“十二五”末，产业规模再翻一番，关键技术和产品取得突破性进展。 2014年 国家集成电路产业发展推进纲要 到 2020年，集成电路全行业销售收入年均增速超过 20%， 16/14nm制造工艺实现规模量产，并设立国家集成电路产业 投资基金 (简称大基金 )。 2015年 中国制造 2025 将集成电路及专用装备作为“新一代信息技术产业”纳入 大力推动突破发展的重点领域。提出要形成关键制造装备 供货能力。 2016年 “ 十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知 启动集成电路重大生产力布局规划工程，加快先进制造工艺、存储器、特色工艺等生产线建设。 2018年 关于集成电路生产企业 有关企业所得税政策问题 的通知 （国发 4号文） 分别给予 2018年 1月 1日后投资新设的集成电路线宽小于 130nm、小于 65nm或投资额超过 150亿元的企业减免企业所 得税。 2020年 新时期促进集成电路产 业和软件产业高质量发展 的若干政策 （国发 8号 文） 对先进制程的优惠力度明显加大：集成电路线宽小于 28纳 米（含）且经营期在 15年以上的集成电路生产企业或项目， 第一年至第十年免征企业所得税。 2021年 中华人民共和国国民经 济和社会发展第十四个五 年规划和 2035年远景目标 纲要 制定实施战略性科学计划和科学工程，瞄准前沿领域。其 中，在集成电路领域，关注集成电路设计工具、重点装备 和高纯靶材等关键材料研发、集成电路先进工艺和绝缘栅 双极型晶体管（ IGBT）、微机电系统（ MEMS）等特色工艺 突破，先进存储技术升级，碳化硅、氮化镓等宽禁带半导 体发展。 16 187.2 171.5 160.8 75.8 65.3 26.4 24.8 0 50 100 150 200 0 100 200 300 400 500 600 700 800 大陆半导体设备市场全球占比 26%，成为全球第一大市场 SEMI2021年 4月发布报告称， 2020年全球半导体 制造设备销售额达到 712亿美元，与 2019年的 598亿美元相比激增 19%，创下历史新高。 资料来源： SEMI，平安证券研究所 大陆半导体设备市场规模和增速领先 全球半导体设备市场（亿美元） 2020年全球半导体设备区域分布（亿美元） 2020年中国大陆、中国台湾、韩国、日本、北 美、欧洲半导体设备增速分别为 39%、 0.2%、 61%、 21%、 -20%、 16%。中国大陆、韩国地区增 长强劲，亚洲市场成为全球半导体设备市场增 长的主要动力。 区域分布上，中国大陆、中国台湾、韩国、日 本、北美、欧洲分别占比 26%、 24%、 23%、 11%、 9%、 4%，中国大陆市场规模超过中国台湾 地区，成为全球半导体设备第一大市场。 17 晶圆加工设备是核心，尤其以光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为代表 在经历 2019年的下滑之后 ,随着本轮半导体产 能的扩张，全球半导体晶圆设备市场迎来景 气上升周期。 2020年 全球 晶圆加工设备市场 为 632亿美元 ,同比增长 13.9%。 SEMI预计 2024 年晶圆加工设备市场将达到 778亿美元， 2019-2024年 CAGR达 7%。 资料来源： SEMI， 平安证券研究所 全球半导体晶圆加工设备市场及预测 晶圆加工设备技术难度最高 光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备是晶圆加工设备的核心 晶圆加工设备中，光刻机、干法刻蚀机、薄膜 沉积 设备、 质量控制设备技术难度最高。 2020 年这四类设备市场规模分别为 132亿美元、 123 亿美元、 138亿美元、 72亿美元，占比分别为 21%、 20%、 22%、 11%。 半导体设备分为晶圆加工设备、检测设备、 封装设备和其他设备。其中晶圆加工设备是 主要设备，占全部设备比重超过 80%。 -10% -5% 0% 5% 10% 15% 20% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 全球晶圆加工设备市场（亿美元） YOY（ %） 光刻机 , 21% 薄膜沉积设 备 , 22% 干法刻蚀设备 , 20% 质量检测设备 , 11% 其他 , 26% 18 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 200 mm and Below 300 mm 先进 制程、大尺寸设备占比提升 资料来源： SEMI， Gartner， 平安证券研究所 晶圆加工设备中先进制程占比不断增加 先进制程、大尺寸 设备占比提升 300mm（ 12英寸）晶圆设备占比逐步提升 0% 20% 40% 60% 80% 100% 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 90nm 90 nm 65 nm 45 nm 32 nm 22 nm 14 nm 10 nm 7 nm 先进制程设备占比快速提升。 Gartner预计， 2024年 7nm及以下制程设备将占全球晶圆加工设 备出货量的 38%，远超过 2020年的 27%.与此同 时，成熟制程仍有稳定需求， 45nm及以上制程 设备始终占新增设备的 30%以上。 300mm（ 12英寸）晶圆设备占 比逐步提升。 Gartner预计，到 2024年， 300mm晶圆设备将 占全球晶圆加工设备出货量的 90.9%，较 2020 年 89.8%的水平小幅上升。 CONTENT 目录 行业总览 投资要点 风险提示 竞争格局 市场空间 20 全球竞争格局高度集中， CR5占比 66% 半导体设备市场集中度高 2020年全球半导体设备榜单前 五名包括应用材料、阿斯麦、 泛林半导体、东京电子和科磊 半导体。除阿斯麦外，各家公 司产品线均比较丰富，且前四 名企业营收均超过一百亿美 元。 资料来源： VLSI，平安证券研究所 2020年全球半导体设备十强 半导体设备高门槛导致竞争格 局高度集中 。 目前全球半导体 设备市场主要被美国 、 日本 、 荷兰企业所垄断 。 2020年行业 CR5占 比 66%， CR10占比 77%， 全球半导体设备竞争格局呈现 高度集中状态 。 排名 单位英文名 中文名 主要产品领域 国别 2019年营收（亿美元） 2020年营收（亿美元） 营收增长率 2020年市场份额 1 Applied Materials 应用材料 沉积、刻蚀、离 子注入机等 美国 134.68 163.65 21.5% 17.7% 2 ASML 阿斯麦 光刻设备 荷兰 127.70 153.96 20.6% 16.7% 3 Lam Research 泛林半导体 刻蚀、沉积、清 洗等 美国 95.49 119.29 24.9% 12.9% 4 Tokyo Electron 东京电子 沉积、刻蚀、匀 胶显影设备等 日本 95.52 113.21 18.5% 12.3% 5 KLA 科磊 硅片检测，测量 设备 美国 47.04 54.43 15.7% 5.9% 6 Advantest 爱德万 检测设备 日本 24.70 25.31 2.5% 2.7% 7 Screen 迪恩士 刻蚀、清洗设备 日本 22.00 23.31 6.0% 2.5% 8 Teradyne 泰瑞达 检测设备 美国 15.53 22.59 45.5% 2.4% 9 Hitachi High-Technologies 日立高新 沉积、刻蚀、检 测、封装贴片设 备等 日本 14.90 17.17 15.2% 1.9% 10 ASM International ASM国际 沉积、封装键合 设备等 荷兰 12.61 15.16 20.2% 1.6% 21 我国半导体设备 国产化率约为 18.8% 根据 上海集成电路产业发展研究报 告 ， 2019年我国半导体设备国产化 率 约为 18.8%。该数据 包括集成电 路、 LED、面板、光伏等设备 ，预计 国内 集成电路 设备国产化率仅为 8%左 右。 目前我国企业在去胶设备、清洗设 备、刻蚀设备、热处理设备、 PVD设 备、 CVD设备、 CMP设备、涂胶显影设 备均有突破，部分产品 成功 实现了国 产替代。 资料来源： 中微公司招股 说明书 、 2020年上海集成电路产业发展研究报告 、睿工业，平安 证券研究所 排名 单位名称 1 北京北方华创微电子装备有限公司 2 中微半导体设备（上海）股份有限公司 3 中电科电子装备集团有限公司 4 盛美半导体设备（上海）有限公司 5 沈阳拓荆科技有限公司 2019年我国半导体设备五强（ CSIA） 我国半导体设备国产化率低 2019我国 半导体 设备自制率约为 18.8% 我国半导体设备国产化率情况 设备名称 2016年国产化率 2020年国产化率 主要国内厂家 刻蚀设备 2% 7% 北方华创、中微半导体 光刻设备 1% 1% 上海微电子 薄膜沉积设备 5% 8% 北方华创、中微半导体、沈阳拓荆 量检测设备 1% 2% 上海睿励、精测电子、长川科技 清洗设备 15% 20% 盛美半导体、北方华创、芯源微、至纯科技 离子注入设备 1% 3% 中信科、凯世通 CMP设备 2% 10% 华海清科 涂胶显影设备 6% 8% 沈阳芯源 0% 5% 10% 15% 20% 0 20 40 60 80 100 120 140 我国半导体设备市场（亿美元） 国产半导体设备市场（亿美元） 国产设备比重（ %） 22 (1)光刻设备 光刻的本质是把电路结构图复制到硅片上的光刻胶 上，方便之后进行刻蚀和离子注入。从集成电路诞生 之初，光刻就被认为是集成电路制造工艺发展的驱动 力。 全球光刻机市场规模（亿美元） 资料来源： Gartner、 SEMI， 平安证券研究所 2019年全球光刻机市场竞争格局 ASML光刻机全球垄断 全球光刻机市场主要由荷兰的阿斯麦 (ASML)、日本尼 康和佳能三家把持，其中 ASML更是全球绝对龙头，市 占率 83.3%，几乎垄断了高端光刻机（ EUV）市场。日 本尼康和佳能产品主要为中低端机型。 国产光刻机领域中，上海微电子 (SMEE)一枝独秀。 2018年 3月，上海微电子承担的“ 02专项”的“ 90nm 光刻机样机研制”顺利通过验收 ，正在攻关“ 28nm光 刻机”，成为 国产光刻机的优秀代表。 根据 Gartner数据， 2020年全球光刻机市场规模 131.8 亿美元，预计到 2024年市场规模 166.3亿美元， 2019- 2024年 CAGR为 7.3%。 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 83.3% 6.8% 4.7% 5.3% 阿斯麦 尼康 佳能 其他 23 91.3% 5.6% 2.2% 1.0% 东京电子 迪恩士 SEMES Suss MicroTec (2)涂胶显影设备 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。该设 备不仅直接影响光刻工序细微曝光图案的形成，对后续 蚀刻和离子注入等工艺中图形转移的结果也有着深刻的 影响。 芯源微是国内涂胶设备龙头 全球涂胶显影设备市场规模（亿美元） 2019年全球涂胶显影设备市场竞争格局 全球涂胶显影设备龙头为东京电子，全球市占率超过 90%。国内最有竞争力的公司为沈阳芯源微，其涂胶显 影设备已 从后道先进 封装领域、 LED领域拓展到 MEMS、 化合物、功率器件、特种工艺等领域，作为主流机型应 用于台积电、长电科技、华天科技、通富微电、晶方科 技、华灿光电、乾照光电、澳洋顺昌、中芯绍兴、中芯 宁波等国内一线大厂。 根据 Gartner数据， 2020年全球涂胶显影设备市场规模 23.9亿美元，预计到 2024年市场规模 29.6亿美元， 2019-2024年 CAGR为 7.5%。 0 5 10 15 20 25 30 35 资料来源： Gartner、 SEMI， 平安证券研究所 24 40.4% 20.3% 19.2% 4.9% 4.7% 3.8% 6.6% 应用材料 东京电子 日立国际 ASM International Mattson Technology 迪恩士 其他 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Gate Stack RTP Oxidation/Diffusion Furnace (3)氧化 /扩散炉 芯片制造流程中，硅片表面通过氧化的方式生长一层氧化 层 ， 然后 在 氧化层上刻印图形和刻蚀 ， 并 对 硅衬底进行扩 散掺杂，激活硅片的半导体属性，从而形成有效的 PN结。 氧化 /扩散炉设备主要分为三类：氧化炉 /扩散炉、 RTP （快速热处理设备）和栅层叠设备。 全球氧化 /扩散炉市场规模（亿美元） 氧化 /扩散炉设备国产替代加速 根据 Gartner数据， 2020年全球氧化 /扩散炉市场规模为 15.8亿美元，同比增长 12.8%。预计到 2024年市场规模 18.8亿美元， 2019-2024年 CAGR为 6.0%。 氧化 /扩散炉市场主要被外资品牌占据，如应用材料、东 京电子、日本日立（ kokusai）等企业， CR3市场份额近 80%。内资品牌中，屹唐半导体 2016年收购美国 RTP公司 Mattson， 2019年其 快速 退火设备进入 5纳米逻辑量产生产 线， 2019年全 球市占率达 4.7%。北方华创立式炉、卧式 炉达到国内半导体设备的领先水平， 2019年全球市占率约 1.7%。 2019年全球氧化 /扩散炉市场竞争格局 资料来源： Gartner、 SEMI， 平安证券研究所 25 0 20 40 60 80 100 120 140 160 导体刻蚀 介质刻蚀 44.7% 28.0% 18.1% 5.2% 1.4%1.1% 0.8%0.6% 泛林半导体 东京电子 应用材料 日立 科磊半导体 中微公司 北方华创 其他 (4)干法刻蚀设备 中微公司介质刻蚀机全球领先 全球刻蚀设备市场规模（亿美元） 2019年全球刻蚀设备市场竞争格局 刻蚀指将硅片上未被光刻胶掩蔽的部分通过选择性去掉， 从而将预先定义的图形转移到硅片的材料层上的步骤。根 据被刻蚀材料的不同，刻蚀设备可分为介质刻蚀设备和导 体刻蚀设备，其中导体刻蚀包括硅刻蚀和金属刻蚀。 2020 年导体刻蚀和介质刻蚀占比分别为 61%和 39%。 全球刻蚀设备行业前三名分别为泛林半导体、东京电 子、应用材料， CR3超过 90%。 国内企业中，中微公司的介质刻蚀领机全球领先，已经 进入台积电最新工艺产线， 2019年全球市占率约为 1.1%。北方华创的硅刻蚀机和金属刻蚀机在国内领先， 2019年全球市占率约为 0.8%。 根据 Gartner数据， 2020年全球刻蚀设备市场规模 123.3 亿美元，预计到 2024年市场规模 151.8亿美元， 2019- 2024年 CAGR为 7%。 资料来源： Gartner、 SEMI， 平安证券研究所 26 60.0%17.8% 16.5% 5.7% 应用材料 亚舍利科技（ Axcelis） SMIT 其他 0 5 10 15 20 (5)离子注入设备 离子注入设备市场集中 2019年全球离子注入设备市场竞争格局 一般而言，本征硅 (即最原始不含杂质的硅单晶 )导电性能 很差，只有当硅中加入少量杂质，使其结构和电导率发生 改变时，硅才成为真正有用的半导体。这个过程被称为掺 杂，离子注入是最主要的掺杂方法。 全球离子注入机龙头为应用材料、 Axcelis、 SMIT，三家 公司合计占据全球 90%以上市场份额。 国内企业中，凯世通（万业企业旗下）和中科信（电科装 备旗下）具备集成电路离子注入机的研发和生产能力。 2019年，凯世通 IC离子注入机在国内 12英寸晶圆厂及主流 存储芯片厂成功验证。 2020年，电科装备自主研制出了高 能离子注入机，填补了国内高能离子注入机的空白。 全球离子注入设备市场规模（亿美元） 根据 Gartner数据， 2020年全球离子注入设备市场规模 14.1亿美元，预计到 2024年市场规模 17亿美元， 2019- 2024年 CAGR为 6.4%。 资料来源： Gartner、 SEMI， 平安证券研究所 27 (6)薄膜沉积设备 CVD设备 CVD设备集中度较高 薄膜沉积常见工艺为化学气相沉积 (CVD)和物理气相沉 积 (PVD)。化学气相沉积是通过气体混合的化学反应在 硅片表面沉积一层固体膜的工艺。 CVD设备分为管式和 非管式两大类，其中非管式 CVD占比超过 80%，进一步可 以细分 为 ALD、 PECVD、非管式 LPCVD等。 全球 CVD市场上，应用材料占据龙头地位，全球市场份 额近 30%，其次是泛林半导体和东京电子，市场集中度 较高。 国内市场上，北方华创的 LPCVD，以及沈阳拓荆的 PECVD，已通过主流晶圆代工厂验证，开始进行小批量 生产交付。 全球 CVD设备市场规模（亿美元） 2019年全球 CVD设备市场竞争格局 根据 Gartner数据， 2020年全球 CVD设备市场 规模达 84.2 亿美元，预计到 2024年市场 规模达 103.3亿美元， 2019- 2024年 CAGR为 7.3%。 29.9% 25.9% 17.1% 10.3% 7.7% 3.8% 5.2% 应用材料 泛林半导体 东京电子 ASM International Kokusai Electric Wonik IPS 其他 0 20 40 60 80 100 120 资料来源： Gartner、 SEMI， 平安证券研究所 28 84.8% 6.0% 3.2% 3.0% 3.0% 应用材料 Ulvac 科磊半导体 北方华创 Evatec (7)薄膜沉积设备 PVD设备 应用材料 PVD设备一家独大 全球 PVD设备市场规模（亿美元） 2019年全球 PVD设备市场竞争格局 物理气相沉积 (PVD)沉积金属属于集成电路工艺的金属化 环节，金属化是芯片制造过程中在绝缘介质薄膜上沉积金 属薄膜以及随后刻印图形以便形成互连金属线和接触孔或 通孔连接。物理气相沉积 (PVD)最常用的方法是溅射。 目前全球 PVD市场高度垄断，应用材料一家独大，占据 全球近 85%的市场份额。 国内企业北方华创实力领先，公司 28nm氮化钛硬掩膜 (Hardmask PVD)、 Al-Pad PVD设备已率先进入中芯国 际供应链体系； 12英寸背金 PVD系统进入厦门士兰集科 微电子 12英寸生产线建设项目。 2019年北方华创全球 份额约 3.0%。 根据 Gartner数据， 2020年全球 PVD设备市场规模 30.9亿 美元，预计到 2024年市场规模 38.1亿美元， 2019-2024年 CAGR为 7.3%。 0 5 10 15 20 25 30 35 40 资料来源： Gartner、 SEMI， 平安证券研究所 29 66.1% 28.3% 3.2% 2.4% 应用材料 荏原 Ebara KC Tech 其他 0 5 10 15 20 25 (8)CMP设备 CMP设备被美日企业垄断 全球 CMP设备市场规模（亿美元） CMP（化学机械抛光）工艺指抛光机的抛光头夹持住硅 片相对抛光垫做高速运动，抛光液在硅片和抛光点之间 连续流动，抛光液中的氧化剂不断接触裸露的硅片表 面，产生氧化膜，然后借助抛光液中的微粒机械研磨作 用去除氧化膜。 CMP机台市场被应用材料和日本的 Ebara高度垄断，两者 市占率超过 90%。 国内市场上，华海清科和电科装备 45所是主要的研发力 量。华海清科是国内唯一 12英寸 CMP设备制造商，其设 备已应用在中芯国际、长江存储、华虹集团、英特尔、 长鑫存储等 IC制造商的大生产线中。电科装备 45所自主 研发的 CMP商用机已进入中芯国际生产线。 2019年全球 CMP设备市场竞争格局 根据 Gartner数据， 2020年全球 CMP设备市场规模 16.3亿 美元，预计到 2024年市场规模 20.4亿美元， 2019-2024年 CAGR为 7.1%。 资料来源： Gartner、 SEMI， 平安证券研究所 30 (9)检测设备 质量检测设备 科磊半导体是全球质量检测设备龙头 半导体制造环节的检测流程分为前道检测和后道检 测。其中，前道检测主要分为光学测量、缺陷检测和 膜厚测量设备等，统称为质量测量。 目前集成电路质量测量设备全球主要的供应商是科磊 半导体 (KLA)和应用材料，市占率分别为 54%和 11%，市 场竞争格局集中。 国产企业主要代表是上海睿励科学和上海精测。睿励 科学具备光学膜厚测量系统、光学关键尺寸和形貌测 量系统，国内技术领先。 2014年获得三星数台订单， 并于 2018年获得三星的重复订单。上海精测开发了适 用于半导体工业级应用的膜厚测量以及光学关键尺寸 测量系统。 全球质量测量设备市场规模（亿美元） 2019年全球质量测量设备市场竞争格局 根据 Gartner数据， 2020年全球质量检测设备市场规模 71.7亿美元，预计到 2024年市场规模 88亿美元， 2019- 2024年 CAGR为 7.1%。 0 20 40 60 80 100 53.6% 11.3% 9.1% 4.9% 21.1% 科磊半导体 应用材料 日立 阿斯麦 其他 资料来源： Gartner、 SEMI， 平安证券研究所 31 0 10 20 30 40 50 60 70 (10)检测设备 电学检测设备 资料来源： semi，赛迪顾问， 长川科技招股说明书，泰瑞达等公司官网，平安证券研究所 华峰、长川检测设备国内领先 中国电学检测设备市场规模（亿元） 国内外电学检测设备主要竞争者 根据 SEMI估计， 2020年中国电学检测设备市场规模 64 亿元， 2016-2020年 CAGR为 22.7%。