机械设备 行业 专题 报告 请 务必 阅读正 文之后的 声 明 渤海证券股份有限公司具备证券投资咨询业务资格 1 of 31 Table_MainInfo 刻蚀设备 国产替代 空间广阔 ， 看好长期 发展 前景 机械设备行业专题报告 专题研究小组成员 ： 姚磊 、 宁前羽 2022 年 7 月 7 日 Table_Summary 技术 层面， 干法刻蚀 是目前 主流 ， 原子层 刻蚀 为 未来 方向 刻蚀技术按工艺分类可分为湿法刻蚀和干法刻蚀 ， 由于 在 刻蚀 率、 微粒 损 伤等 方 面 具 有 较大的优势 ， 干法刻蚀 是目前 主流技术 。 按 被刻蚀材料 特性 不同，目前 常用的 方法 可分为 离子束 刻蚀 、 等离子体刻蚀 和 反应离子刻蚀， 其中 电容性 等离子 体 刻蚀（ CCP） 和 电感性等离子体刻蚀（ ICP） 两种 刻 蚀 设备 基本 覆盖 目前 主要 的 刻蚀 应用。 不过 随着半导体制程的不断缩小，受光波长限制，关键尺寸无法满足要求，必须采用多重模板工艺，重复多次薄膜沉积和刻蚀工序以实现更小的线宽，使得薄膜沉积和刻蚀次数显著增加 ， 10 纳米工艺和 7 纳米工艺所需刻蚀步骤 更是 超过 100 次。 原子层 刻蚀能够精密 控制被去除材料量而不影响其他部分， 能较好 解决 等离子刻蚀 刻蚀速率差异与下层材料损伤等问题 ， 未来有望 发展为 新一代 主流 刻蚀技术。 市场 层面， 刻蚀设备 行业集中度 高， 发展 空间 广阔 2021 年 中国大陆以 296 亿美元设备销售 额 连续第二年成为 全球 半 导 体设备最大 市场 ， 目前 全 球 半导体设备 市场 主要被 国外企业 占据， 2021 年 全球 前十五大半导体设备厂商 排名中 仅有 ASM Pacific Technology 来自 中国香港， 排名 第 14 位。 设备 投资额方面， 刻蚀设备 在 晶圆加工 设备 投资中 占比 22.14%，是 半导体产业 中 “ 第一大设备 ” 。 目前全球刻蚀设备行业的龙头企业仍然为泛林半导体、东京电子和应用材料三家 ， 2020 年 三家 企业 合计市场份额占到了全球刻蚀设备市场的 90%以上，其中泛林半导体独占 44.7%的市场份额 。 根据 SEMI 的 预测 ， 2022 年 全球 半导体设备 市场 规模 将 达到 1140 亿美元 ， 我们 预计 2022 年 全球 刻蚀设备 规模 将 达到 250.8 亿美元， 国内 刻蚀设备 市场规模 将达到 75.24 亿美元。 未来看点： 先进制程 不断 突破， 国产 替代 未来可期 2014 年 9 月 成立 的 大基金 一 期 经过 5 年 投资布局 目前 已 进入 回收期 ， 在 大基金 助力下， 国内 刻蚀设备 企业 已 实现 部分先进 制程 突破， 涌现出 一批 技术领先 的 龙头企业。 大基金 二期 成立于 2019 年 10 月 22 日， 注册 资本 为 2041.5亿元， 接力一 期 进行 投资布局， 我们 预测， 其重 点可能倾斜设备和材料方向，将对包括光刻机、刻蚀机、薄膜设备、测试设备等领域企业提供进一步支持，帮助 龙头企业 巩固 自身市场地位。 预计将会带动万亿 级别 社会投资 。 从下游应用来看， 目前我国 5G 建设 仍处于 高速发展阶段， 考虑到 “ 双碳 ” 政策下锂电 、 光伏 需求 长期向好 ， 看好国内先进制程闭环供应 加速 建设 ， 我们认为刻蚀设备 具备较 大 投资价值， 建议关注 中微公司 （ 688012） 、 北方华创（ 002371） 。 风险提示： 疫情全球蔓延风险；宏观经济增速低于预期；原材料价格波动风险；全球贸易摩擦风险。 行业研究 证券研究报告 专题报告 Table_IndTeam 证券分析师 姚磊 SACNO:1150518070002 Table_Contactor 研究助理 宁前羽 SAC No： S1150120070020 Table_IndInvest 子行业评级 通用设备 看好 专用设备 中性 交运设备 中性 工程机械 中性 自动化设备 看好 Table_StkSuggest 重点品种推荐 通用设备 中微公司 增持 北方华创 增持 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 2 of 31 目 录 1.刻蚀设备工艺解析 . 5 1.1 干法刻蚀是芯片制造的主流 技术 . 5 1.1.1 离子束刻蚀 . 9 1.1.2 高 密度等离子体 刻蚀 . 9 1.1.3 反应离子刻蚀 . 11 1.2 等离子体刻蚀面临的问题 . 12 1.3 原子层刻蚀为 未来技术发展方向 . 12 2.行业集中度高，刻蚀设备市场空间广阔 . 15 2.1 半导体 设备市场 快速发展，刻蚀设备价值量可观 . 15 2.2 泛林半导体 占据刻蚀 设备半壁 江山 . 17 2.3 刻蚀设备市场空间测算 . 19 3.先进制程不断突破，国产替代未来可期 . 21 3.1 国产龙头趋显， “大基金 ”二期仍值得关注 . 21 3.2 贸易摩擦风险仍在，国内成熟制程闭环成发展重心 . 24 3.3 下游应用高景气，关注国产先进制程突破 . 25 4.关注企业与推荐标的 . 26 4.1 中微公司 . 27 4.2 北方华创 . 28 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 3 of 31 图 目 录 图 1： 半导体产业链示意图 . 5 图 2：晶圆加工厂分区图 . 6 图 3：刻蚀流程示意图 . 7 图 4：刻蚀速率、刻蚀偏差、选择比示意图 . 7 图 5：刻蚀技术分类图 . 8 图 6：离子束刻蚀机 示意图 . 9 图 7：电子回旋加速震荡（ ECR）刻蚀机 . 10 图 8：电容性等离子体刻蚀（左）、电感性等离子体刻蚀（右） . 10 图 9：双等离子体源刻蚀机 . 11 图 10：反应离子 刻蚀机示意图 . 11 图 11：等离子体刻蚀面临的问题 . 12 图 12： 10nm 多重模板工艺原理 . 13 图 13： ALE 改性、去除循环图 . 14 图 14： ALE 工艺示意图 . 14 图 15： 2013-2021 年全球半导体设备销售额（亿美元） . 15 图 16： 2013-2021 年中国半导体设备销 售额全球占比 . 16 图 17：各类设备在晶圆产线中的价值占比 . 17 图 18： 2020 年全球刻蚀设备市场份额情况 . 18 图 19：我国 5G 基站新增建设情况（万个） . 25 图 20：我国 5G 手机出货量情况（万部） . 25 图 21： 2018-2022Q1 国内刻蚀设备重点上市公司营收状况（亿元） . 26 图 22： 2021 年中微公司营业收入 结构 . 27 图 23： 2018 年以来中微公司研发费用情况 . 27 图 24： 2021 年北方华创营业收入结构 . 28 图 25： 2018 年以来北方华创研发费用情况 . 28 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 4 of 31 表 目 录 表 1：晶圆加工设备及主要供应商概览 . 6 表 2： 刻蚀工 艺优缺点对比 . 8 表 3：刻蚀次数变化情况 . 13 表 4： 2021 年全球前十五大半导体设备厂商（亿美元） . 16 表 5：刻蚀设备 企业收购情况 . 18 表 6： 2022 年全球半导体设备细分领域市场份额测算（亿美元） . 19 表 7： 2022 年中国大陆半导体设备细分领域市场 份额测算（亿美元） . 20 表 8：大基金二期投资情况（占股 5%以上） . 21 表 9：重点关注企业估值表 . 26 表 10：北方华创产品体系表 . 29 表 11：首次授予的股票期权行权业绩考核目标 . 30 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 5 of 31 1.刻蚀设 备 工艺解析 1.1 干法 刻蚀 是 芯片制造 的 主流 技术 刻蚀设备 处于 半导体 产业链 上游 环节。 半导体产业链的上游由为设计、制造和封测环节提供软件及 知识产权、硬件设备、原材料等生产资料的核心产业组成。 半导体产业链的中游可以分为半导体芯片设计环节、制造环节和封装 测试环节。 半导体产业链的下游为半导体终端产品以及其衍生的应用、系统等。 图 1： 半导体产业链示意图 资 料 来源 ： 中微公 司 招股书 ， 渤海证 券 在半导 体制 造 工 艺中， 薄膜沉积、光刻、刻蚀三大工艺是半导体制造流 程中最关键 的 环 节，直接决定了芯片的分层结构、表面电路图形等，显 著影响芯片的电学参数和应用性能。 晶圆 生产的过程中 主要包括 扩散、光 刻、刻蚀、 薄膜 、 离子注入 和抛光六个步骤， 这六个主要的生产区和相关设备以及测量工具都 处于 硅片厂的超 净间中 。 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 6 of 31 图 2： 晶圆 加工 厂 分 区图 资料来源 ： 半导体制造技术， 渤海证券 在 晶圆 加工 阶段 中， 其主 要设 备 用途和国内 外供 应商 为： 表 1： 晶圆加工 设备 及 主要 供 应商概览 设备 名称 设备 用途 国内供应商 国外供应商 氧 化 炉 对半 导体 材 料 进 行氧化 处理 北方华创、中电科等 AMAT、 Thermco等 光刻机 将掩膜版上的图形转移到涂有光刻 胶的衬底上 上海微电子 、 中电科 、 沈阳芯源等 ASML、 Nikon、 Canon等 刻蚀 机 离子高速撞击式样 中微公司 、 北方华创 等 LAM、 TEL、 AMAT等 离子注入 设备 对半导体材料表面附近区域进行掺 杂 中电科 、 中科信等 AMAT等 CVD/PVD设备 把靶原子或分子 高速 率溅射沉积在基片 上 形 成薄膜 北方华创 、 中电科等 AMAT、 LAM、 TEL等 CMP设备 对半导体 进行抛光 研磨 华 海 清科、 中 电 科等 AMAT等 资料来源 ： 渤海证券 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 7 of 31 图 3： 刻蚀 流 程 示意 图 资料来源 ： 中微公司招 股 书 ， 渤海证券 刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确的复制掩模图形。 刻蚀 是指 使 用化学 或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，并保证有图形的光刻胶在刻蚀中不受到腐蚀源 显著的侵蚀。 常用 来 代表 刻蚀 效率 的 参数 主要有： 刻蚀速率、刻蚀剖面、刻蚀偏差和选择比等。刻蚀 速率 指刻蚀过程中 去除 硅片表面材料的速度 ；刻蚀 剖面指的是刻蚀图形的 侧壁形状，通常 分为 各向 同性和各 向 异 性 剖面；刻蚀偏差指的 是线宽或关键尺寸 间距的变化 ，通常 由 横 向钻蚀引起 ；选择比指 的是同一刻蚀条件下两种材料刻蚀 速 率 比，高 选 择 比 意味着不需要的材料会被刻除。 图 4： 刻蚀速率、 刻蚀 偏差 、 选择比 示意图 资料来源 ： 半导体制造技术 ， 渤海证券 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 8 of 31 图 5： 刻蚀技术 分类 图 资料来源 ： 半导体制造技术， 渤海证券 刻蚀 技术 按 工艺分类 可分为 湿法刻蚀 和 干法 刻 蚀， 其中 干法刻蚀 是 最主要的 用来去除 表面材料的 刻蚀 方法 ， 湿法 刻蚀 主要 包括 化学 刻蚀 和 电解 刻蚀 。 由于 在 湿法刻蚀 技术 中 使 用 液体 试剂， 相对于 干 法 刻蚀 ， 容易导 致 边 侧 形成 斜坡、 要求冲洗或 干 燥 等 步骤 。 因此 干 法 刻蚀 被 普 遍 应用 于 先进 制程 的 小特征尺 寸 精细 刻蚀 中 ，并在 刻蚀 率、 微粒 损 伤 等 方 面 具 有 较大的优势。 表 2： 刻蚀工艺 优缺点 对比 工艺名称 分类 主要步骤 优 点 缺点 干法刻蚀 离子 束 刻蚀 以 入射粒子 高速撞击固体表面 1. 刻蚀 刨面 具有各向异性 2. 化学品使用 费用低 3. 具有较小的 光刻胶 脱落问 题 1. 设备 成本高 2. 下层材料 刻蚀 选择性较差 高 密度 等离子体 刻蚀 利用 处于 激发态的 游离 基 和 中 性原子团 发生 化学 反应 反应离子刻蚀 使用 例子 辅助 刻蚀 湿法 刻蚀 通过化学 反 应 进 行 刻蚀 1. 成本低 ， 操作简单 2. 应用范围广， 几乎 试用 所有材料 1. 各 向 同 性 腐蚀 ，易 出现 钻 蚀 2. 化学试剂 表面 有张力， 不适宜 刻蚀 极细 线条 资料来源 ： 中 国 知网 ， 渤海证券 目前 先 进 的 集成电路 制造 技术中 用于 刻蚀 关键 层 最主要的 刻蚀 方法 是 单片处理的高密度 等离子 体 刻蚀技术。 一个 等离子体 刻蚀 机 的 基本 部件 包括 发生刻蚀反应的反应腔、产生等离子体气的射频电源、气体流量控制系统、去除生成物的真空系统。刻蚀中会用到大量的化学气体，通常用氟刻蚀二氧化硅， 氯和氟刻蚀铝，氯 、氟 和溴 刻蚀 硅，氧去除光 刻胶 。 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 9 of 31 1.1.1 离子 束 刻蚀 离子 束 刻蚀（ IBE） 是 具有较强 方 向 性 等离子体的 一种物理 刻蚀 机理。 他 能 对小尺寸图型 产 生 各向异性 刻蚀， 等离子体 通常 是由 电感 耦合 RF 源 或 微波源产生的 。热 灯丝 发射 快速 运动的电子。 氩 原子 通过扩散 筛 进入等离子体腔内。 电磁场 环绕等离子体 腔， 磁场 使 电子 在圆形轨道上运动 ， 这种循 环运动 是的电子 与氩原子 产生多次 碰撞， 从而产生大量的 正氩离子， 正氩离子 被 从 带 格栅 电极 的 等离 子体 源中引出 并用一套 校准的 电极 来形成 高 密度束流。 图 6： 离子 束 刻蚀机 示意图 资料来源 ： 半导体制造技 术 ， 渤海 证券 离子束刻 蚀 主要用于 金、 铂、 铜 等较 难 刻蚀 的 材料。 优势在 于 硅片 可以 倾斜 以 获取 不同的 侧壁 形 状。 但也面临 低 选择比 和 低 刻蚀 速 率 的 问 题 。 1.1.2 高密度 等离子体刻蚀 在 先进 的 集成电路 制 造 技术中 用 于 刻蚀 关键 层 最主要的 刻蚀 方法 是 单片处理的高密度 等离子 体 刻蚀技术。 根据产生等离子体方法的不同， 等离子体 刻蚀主要分为电容性等 离子体刻蚀 （ CCP） 、 电感性等离子体刻蚀 (ICP)、 电子 回旋加速 震荡（ ECR） 和 双 等离子体 源 。 电子 回旋加速震荡（ ECR） 反应器 是最早 商用化的 高密度 等离子体 反应器之一 ，它是 1984 年 前后 日本 日立公司 最早 研究 的， 第一次 使用 是 在 20 世纪 80 年代初。它在 现代 硅片制造 中 仍然用于 0.25 微米 及以下 尺寸 图形的 刻蚀。 ECR 反应 器的一 个 关键 是 磁 场 平行于 反 应 剂 的 流动方向 ， 这 使 自由电 子 由于 磁力作用 做 螺 旋 形运动 。 增 加 了 电子 碰撞 的 可能性， 从而产 生高 密度 的 等离子体。 优点 在于 能产 生 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 10 of 31 高的 各向 异性 刻蚀 图形， 缺点是 设备复杂度 较高。 图 7： 电子 回旋加速震荡 （ ECR） 刻蚀机 资料来源 ： 半导体制造技术 ， 渤海 证券 耦合等离子体刻蚀机包括电容耦合（ CCP）与电感耦合（ ICP），相 比 ECR 结构简单且成本低。电容耦合 等离 子体刻蚀机（ CCP） 通 过电容 产生等离子 体，而电感耦合等离子体刻蚀机（ ICP）通过螺旋线 圈 产生等离子体。 硅片基底为加装有低功率射频偏 置 发 生器的电源电极 ，用来控制 轰击硅片表面离子的能量， 从 而 使得整 个装 置 能够分 离控 制 离子的能量与浓度。 图 8： 电容性等离子体刻蚀（左）、电感性等离子体刻蚀 （右） 资料来源 ： 中微公司招 股 书 ， 渤海证券 电容性等离子体刻蚀 （ CCP） 主要是以高能离子在较硬的介质 材料 上， 刻蚀高深宽比的深孔、深沟等微观结构；而电感性等离子体刻蚀 （ ICP） 主要是以较低的离子能量和 极均匀的离子浓度刻蚀较软的 和较薄 的材 料。这 两 种 刻蚀设备 涵盖了主要的 刻蚀应 用。 双等离子体 源 刻蚀机 主要由 源 功率单元、 上腔 体、 下 腔 体 和 可移动 电极 四部分 组 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 11 of 31 成。 这一系统 中 用到 了 两个 RF 功率 源 。位 于上 部的 射频功率源通过电感 线圈将能量传递给 等离子 体从而 增 加离 子密 度，但 是离子浓度增加的同时离子能量也随之增加。下部加装的偏置射频电源通过电容结构能够 降低轰击在硅表面离 子的能量而不影响离 子浓度，从而能够更好地控制刻蚀速率与选择比。 图 9： 双等离子 体 源 刻蚀机 资料来源 ： 半导体制造技术 ， 渤海证券 1.1.3 反应离子刻蚀 反应离子刻蚀（ RIE） 是一 种 采用化学 反应 和 物理 离子 轰击 去除 硅片 表 面 材料的技术， 是当 前常 用技术路径，属于物理和化学混合 刻 蚀。在传统的反应离子刻蚀机中，进入反应室 的气体会被分解电 离为等离子 体，等离子 体由反应正离子、 自由基、 反应原子 等组成。 反应 正离 子会轰击 硅片表面 形成物理刻蚀，同时被轰击的硅片表面化学活性被提高，之后硅片会 与自由基和反应原子形成化学 刻蚀。这个过程中由于 离子轰击带有方向性， RIE 技术具有较好的各向异性。 图 10： 反应 离子 刻蚀机 示意图 资料来源 ： 半导体制造技术 ， 渤海证券 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 12 of 31 1.2 等离子体刻蚀面临 的 问题 随着 当前 先进 芯片 关键尺寸 的 不 断 减 小 以及 FinFET 与 3D NAND 等 三维结构 的出现， 不同尺寸的 结 构在 刻 蚀 中的 速率 差异 将影响 刻蚀 速率 ， 对于 高深 宽 比 的 图形窗口来说， 化学刻蚀 剂 难以进入， 反应生成物 难以 排 出 。 另外， 薄膜 堆栈 一般由 多 层 材料组 成， 不同材料的 刻蚀速率 不同， 很多 刻蚀工艺 都 要求 具 有 极高的 选择比。 第三个问题 在于 当达到期望深度 之后， 等离子体 中的 高能 离子 可能 会导致硅片表面 粗糙 或 底层材料损伤。 图 11： 等离 子 体 刻蚀 面 临 的 问题 资料来源 ： 半导体行业观察 ， 渤海证券 干法 刻蚀 通常不能 提供对下 一 层 材料足够高的 刻蚀 选择 比。 在这种情况下， 一个等离子体 刻蚀机 应 装上 一个 终点 检测 系统， 使 得 在 造成最小的 过 刻蚀 时 停止 刻蚀过程 。 当下一层 材料正好 露出来 时， 重点 检测 器 会 触发 刻蚀机 控制器 而 停 止 刻蚀 。 1.3 原子层 刻蚀 为 未 来技术 发展 方 向 随着国际上高端 量产芯片从 14nm-10nm 阶段向 7nm、 5nm 甚至更小的方向发展，当前市场普遍使用的沉浸式光刻机受光波长的限制，关键尺寸 无法满足 要求，必须采用多重模板工艺，利用刻蚀工艺 实现更小的尺 寸，使得刻蚀技术及相关设备的重要性进一步提升。 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 13 of 31 图 12： 10nm 多重 模板工艺 原理 资料来源 ： 中微公司 招股说明书 ， 渤海证券 制程 升级 背景下 ， 刻蚀 次数显著增加 。 随着 半导 体制程的不断缩小 ，受光波 长限制，关键尺寸无法满足要求， 必须采用 多重模板工艺，重 复多次 薄膜沉积和 刻蚀工 序以 实现 更小的线宽，使得薄 膜沉 积和 刻蚀次数显 著增加 以及 刻蚀设备在晶圆产线中价值比率不断 上升 ， 其中 20 纳 米 工艺需要的刻蚀步骤约 为 50 次，而 10纳 米工艺和 7 纳米工艺所需刻蚀步骤 则超过 100 次。 表 3： 刻蚀 次数 变化 情况 产线 制程 需要 刻蚀 次数 65nm 20 45nm 30 28nm 40 20nm 50 14nm 60 10nm 110 7nm 140 5nm 150 资料来源 ： SEMI,渤 海 证券 原子 层刻 蚀 （ ALE） 将是下一代主流 刻蚀 技术。 随着结构尺寸的不断缩小，等离子 刻蚀面临刻蚀速率 差异与下层 材料损伤等问题。原子层 刻蚀 能够 精密 控制被去除材料量而不影响其他部分，可以 用于定向刻 蚀。目前原子层刻蚀在芯片制造领域并没 有取代传统的等离子刻蚀工艺，而是被用于原子级目标材料精密去除 的 过程。 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 14 of 31 图 13： ALE 改性 、 去 除 循 环 图 资料来源 ： Lam Research， 渤海证券 目前 实现 这一技术的 一大关键 在 于 将 刻蚀 工艺 分为两个步 骤： 改性 和 去除 。 第一步 对 表面 层 进行 改性处理， 使其在第二部 中能够 被 轻 易 去 除 。 每次 循环 只 除 去 一层 材料 ， 可 重复循环 至 达到 期望的深度。 图 14： ALE 工艺 示意 图 资料来源 ： Lam Research， 渤海证券 以 硅片 上的 原子层刻蚀 为例， 首 先， 氯气 被导入 刻蚀 腔， 氯气 分子 吸附于 硅材料的表面， 形成一个 氯 化 层。 这一步改性步骤 具有 自 限制性： 表面 一旦饱和， 反应立即 停止。 紧接着 清楚 刻蚀 腔 中 过量的氯气， 并 引 入 氩离子。 使 这些 离子 轰击 硅片， 物理 性 去除 硅 -氯 反应后 产生的 氯化层， 进而留下 下层 未经 改性 的 硅 表面 。 这种去除过程仍 然 依靠 自 限制 性， 在 氯 化 层 被 全部 去除 后， 过程 中止。 以上两个 步骤 完成 后， 一层 极 薄 的 材料 就 能 被 精准的 从硅片上 去除 。 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 15 of 31 2.行业集中度 高， 刻蚀设备 市场空间 广阔 2.1 半导体 设备市场 快速发展 ， 刻蚀 设 备 价值量 可 观 半导体设备 市场 快速 发展 ， 2022 有望 再创新高 。 随着 2013 年 以来 全球半导体行业的整体发展，半导 体 设 备行 业市场 规模 也 实现 快速 增长 。 根据 SEMI 统计， 2013年 到 2020 年间， 全球 半导体设备 销售额 由 320 亿美元 提升至 712 亿 美元， 年复合 增速 达到 12.10%。 2021年 全球 半导体设备 市场规模 突破 1000亿美元， 达到 历史 新高 的 1026亿美元， 同比大增 44%。 根据 SEMI预测， 2022年 全球 半导体设备市场 有望 再创新高， 达到 1140亿美元 。 图 15： 2013-2021 年 全球半导体设备销售 额（亿美元） 资料来源 ： SEMI， 同花顺 iFinD， 渤海证券 中 国 大陆设备市场 全球占比不断升高 。 2013 年 以来， 中国 大陆 半导体设备 市场规模 不断 增长， 从 2013 年 35 亿美元 的 增长至 2021 年的 296 亿美元， 占 全球 市场 比例 由 11%提升 至 29%。 2021 年 中国 大陆 以 296 亿美元设备销售 额 连续第二年 成为 半导体设备 最大市场， 增长 约 58%。 韩国是第 二大设备 市场，销售额 增长 55%，达到 250 亿美元。中国台湾地区增长 45%，达到 249 亿美元，位居第三。 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 16 of 31 图 16： 2013-2021 年中国 半导体设 备 销售 额 全球占比 资料来源 ： SEMI， IT之家， 渤海证券 目前全球半导体设备的市场主要由国外厂商高度垄断。 根据 芯智讯 发布 的 基于 各公司 财报 统计数据显示， 在 未 剔除 FPD设备 及 相关 服务 收入、 以 2021年度 中间 汇率 为 基准 进行计算， 2021年 全球 前 十五 大 半导体设备 厂商 中 仅有一家 ASM Pacific Technology来自 中 国 香港， 2021年 销售额 为 17.39亿美元， 位列榜单 第 14位 。整体来看 目前 全球 半导体设备 市场 主要被 外国市 场 垄断。 表 4： 2021 年全球 前 十 五 大半导体设 备厂商（亿 美元 ） 排名 企业名称 地区 2021年 销售额 1 Applied Materials 美国 241.72 2 ASML 荷兰 217.75 3 Tokyo Electron 日本 172.78 4 Lam 美国 165.24 5 KLA 美国 81.65 6 Advantest 日本 39.07 7 Teradyne 美国 37.03 8 Screen 日本 36.32 9 SEMES 韩国 24.86 10 Hitachi High-Tech 日本 24.53（ 预 测 ） 11 DISCO 日本 21.67 12 ASM International 荷兰 20.24 13 Nikon 日本 19.98 14 ASM Pacific Technology 中国香港 17.39 15 Kokusai Electric 日本 16.38 资料来源 ： 芯 智讯 ， 渤海证券 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 17 of 31 刻蚀 设备 投资 占比 不断 ， 成为 半导体 产业 第一大 设备。 先进集成电路大 规模生产线的投 资可达 100 亿美元， 75%以上是半导体设备投资，其中最关键、最大宗的设备是 等离子体刻蚀设备 。 根 据 SEMI 的统计数据 ， 2018 年 晶圆加工设备 价值构成中，刻蚀、光刻、 CVD 设备占比 分别为 22.14%、 21.30%、 16.48%， 刻蚀设备 成为半导体产业 第一大设备 。 过去 50 年中，人类微观加工能力不断提升，从电子管计算机到现在的 14 纳米、 7 纳米器件， 微观器件的基本单元面积缩小了一万亿 倍。 由于光的波长限制， 20 纳米以下 微观结构的加工更多使用等离子体 刻蚀和薄膜沉积的组合。集成电路芯片的制 造工艺 需要成百上千个 步骤，其中等离子体刻蚀就需要几十到上百个步骤，是在制造过程中使用次数频多 、 加 工过程非常复 杂的 重要 加工 技术 。 图 17： 各 类 设备 在晶圆产线中的 价 值占比 资料来源 ： SEMI， 中微公司招股书 ， 渤海证券 2.2 泛林半导体 占据 刻蚀设备 半壁江山 光刻机 和 刻蚀机 作为产业 的 核心 装备 ， 占据了 半 导体设备 投资 中 较大的份 额。 随着半导体技术进步中器件互连层数增多，介质刻 蚀设备 的使用量不断增大， 泛林半导体 利用其较低的设备成本 和相对简单的设计，逐渐在 65nm、 45nm 设备市场超过 TEL 等企业，占据 了全 球 大 半个 市场 ， 成为行业龙头。 根据 Gartner 的 数据显示 ， 目前 全球刻蚀设备行业的 龙头企业 仍然 为 泛林半导体 、 东京电子 和 应用材料 三家，从 市占率 情况 来看， 2020 年 三家企业的 合 计市场份额 占到了全球刻蚀设备市场的 90%以上 ， 其中泛林半导体独占 44.7%的市场份额 。 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 18 of 31 图 18： 2020 年 全球刻蚀 设备市场份额 情况 资料来源 ： 中商情报网 ， 渤海证券 全球龙头持续投入， 加强研发 、 外围并购 维持竞 争力 。 应用材料 于 2018 年 6 月宣布成 立 材料工程技术 推动 中心 （ META 中心 ） ， 主要目 标 是加 快 客户 获得新的 芯片制造材料 和 工艺技术 ， 从而在半导体性能、 成本 方面 实现突破。 泛林半导体 依靠自身巨大的 研发投入和强大的 研发团队， 自主研发核心技术，走在半导 体设备的技术前沿，开 创 多个行业标准，如其 KIYO 系列创造了业内最高生产力 、选择比等多项记录，其 ALTUSMaxE 系列 采用业界首款低氟钨 ALD 工艺 ，被视作钨原子层沉积的行业标杆。 除此之外 ， 泛林半导体 首创 ALE 技术，实现了原子层级别的可变控制性和业内最 高选择比 。 表 5： 刻蚀 设备企业 收购 情况 企业名称 收购时间 被收购 企业 收购原因 泛林半导体 2006 Silfex 提高产 线 产量 - BullenSemiconductor 为腔室提供高性能关键部 件 2007 SEZ Group 提供湿法刻蚀设 备 - NovellusSystems 打通 薄膜沉积和表面处理产品 线 2017 Coventor 7nm刻蚀设备的 研发 东京电子 2007 Epion 提高产线 产量 2012 FSI International 提供 刻蚀和清洗结合的解决方案 应用材料 2009 Semitool 提供 刻蚀和清洗结合的解决方案 2011 Varian 回归 电离 子 移植 设备 市场 2016 DRMSim 拓展软件 业务 2019 国际电气 加强 公司 晶圆 处理系统 领先 地位 资料来源 ： 企业公告 ， 渤海证券 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 19 of 31 2.3 刻蚀设备 市场空间测算 全球 刻蚀设备 测算 测算方法：基于 SEMI 对 2022 年全 球半导体设备市场的预测值 为 1140 亿美元 。结合各 类设备所占的投资比例，晶圆制造阶段占比 80%，其中光刻设备 26%、刻蚀设 备 28%、薄膜沉 积 设备 21%、离子 注入设备 5%、检 测设 备 10%、其他设备10%；封装阶段占比 6%；测试阶段占 比 9%；其他设 备占比 5%。 预计 2022 年全球 刻蚀 设备 市场规 模 约为 250.8 亿美 元 。 表 6： 2022 年 全球 半导体设备 细分领域市场份额测算 （ 亿美元） 设备分类 市场占比 2022E销售 规模 晶 圆 制造 光刻设备 21% 239.4 刻蚀设备 22% 250.8 薄膜沉积设备 17% 193.8 离子注入设备 4% 45.6 检测设 备 8% 91.2 其 他设备 8% 91.2 测试设备 9% 102.6 封装设备 6% 68.4 其他设备 5% 57 资料来源 ： SEMI， 渤海证券 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 20 of 31 中国大陆 刻蚀设备 测算 测算方法： 基于 SEMI 对 2022 年 全球 半导 体设备市场的预 测值 为 1140 亿美元 ，国内 设备市场 占 全球 30%计算 。 结合各类设备所占的投资比例，晶圆制造 阶 段 占比 80%， 其中光刻 设 备 26%、 刻蚀 设备 28%、 薄膜沉积设备 21%、离子注入设备 5%、检 测设备 10%、其 他 设备 10%；封装 阶段占比 6%；测 试阶段占比 9%；其他设备占比 5%。 预计 2022 年 国内 刻蚀 设备 市场空间 约为 75.24 亿美元 。 表 7： 2022 年 中国大陆 半导体设备 细分领域市场份额测算 （亿美元） 设备分类 市场占比 2022E销售规模 晶圆制 造 光刻设备 21% 71.82 刻蚀设备 22% 75.24 薄膜 沉积设备 17% 58.14 离 子注入 设备 4% 13.68 检测设备 8% 27.36 其 他设 备 8% 27.36 测试设备 9% 30.78 封装设备 6% 20.52 其他设备 5% 17.1 资料来源 ： SEMI， 渤海证券 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 21 of 31 3.先进制程 不断突破， 国产替代 未来可期 3.1 国产龙头 趋显 ， “ 大基金 ” 二 期 仍值得 关注 “ 大基金 ” 一 期 有序退出， 进入 回收 末期。 由国家工信部 、 财政部的指导下设立的国家集成电路产业投资基金股份有限公司 成立于 2014 年 9 月，注册资本987.20 亿 元 。 从投资领域 来看，大基金一期以 IC 制造为主，具体分布为 ：集成电路制 造 63%，设计 20%， 封测 10%，装备材 料类 7%。从投 资 模式来看， 大基金一期的投资方式包括公 开股权投资、非公开股权投资、协助并购以及投资相关子基金 公司等 等 ，其中公开投资公司为 23 家，未公开投资 公 司为 29 家，累计有效投资项目达到 70 个左右。 大 基金 一期投资总期限计划为 15 年，分为投资期(2014-2019 年 )、回收期 (2019-2024 年 )。按此布局，国家大 基金一期项目已 经进入回收期。 二期基金 完成 募集， 接力 一 期 进行 投资 布局 。 国家集成电路 产业 投 资 基金 二期 于2019 年 10 月 22 日 注册成立， 注册资本为 2041.5 亿 ， 规模 上 超过 一 期 的 1387亿元， 共有 27 位股东，包括财政 部、国开金 融、中国烟草等国家机关部门 以及国家级资金，还有地方政府背景资金、央企资金、民企资金以及其他投资资金。预计将会带动万亿社会投 资。 根据 同花顺 企业库 数据， 截至 2022 年 7 月 4 日，大基金 二期 参控股 公司 数量 为 381 家。 从国家大 基金 总裁丁文 武 讲话 来看，大基金 二期致力于打造一个集成电路产业链供应体系 。 我们预测， 其重点可能倾斜设备和材料方向 ， 将对包括 光刻机 、 刻蚀机、薄膜设备 、测试设备等领域企 业 提供进一步 支 持 ， 帮助 龙头 企 业巩固 自身 市场 地位。 随着大基金二期的募资完成 开始投资 ， 2022 年半导 体 设 备行业发 展 仍值得 关注 ， 在 下游 需求 高 景气背景下， 预计半导体设备 行业 将迎来 新一轮投资高潮。 表 8： 大基金二期投资情况 （ 占股 5%以上 ） 序号 控股 企业名称 投资 比例 1 上海新昇晶科半导体科技有限公司 43.86% 2 杭州长川智能制造有限公司 33.33% 3 润西微电子 (重庆 )有限公司 33.00% 4 长鑫集电 (北京 )存储技术有限公司 31.53% 5 杭州富芯半导体有限公司 31.22% 6 合 肥 沛顿存储科技 有限公司 31.05% 7 长江存储二期科技有限责任公司 30.00% 8 中芯京城集成电 路制造 (北京 )有 限公司 24.49% 9 中芯南方 集成电路制造有限公司 23.08% 机械设备 行业 专题 报告 请务必阅读正文之后的 声明 22 of 31 序号 控股 企业名称 投资 比例 10 广州新锐光掩模科技有限公司 21.28% 11 中芯东方集成电路制造有限公司 16.76% 12 厦门士兰集科微电子有限公司 14.66% 13 上扬软件 (成都 )有限公司 14.56% 14 合肥上扬智能科技有限公司 14.56% 15 上扬软件 (上海 )有限公司 14.56% 16 皖扬软件 (合 肥 )有限公司 14.56% 17 申扬软件 (北京 )有限公司 14.56% 18 无锡新致华桑电子有限公司 13.95% 19 北 京云枢创新软件技术有限公司 13.95% 20 上海合见科技有限公司 13.95% 21 上海新致华桑电子有限公司 13.95% 22 南京谱芯软件有限责任公司 13.95% 23 上海合见工业软件集团有限公司 13.95% 24 赴能软件科技 (上海 )有限公司 13.95% 25 北京新享科技有限公司 10.47% 26 长鑫存储技术有限公司 9.80% 27 长鑫存储技术 (上海 )有限公司 9.8