半导体设备系列报告之一：全行业框架梳理.pdf

敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DONGXING SECURITIES 行 业 研 究 东 兴 证 券 股 份 有 限 公 司 证 券 研 究 报 告 电子 行 业： 半导体设备 系列报告之一 全行业 框架 梳理 2021年 8 月 24 日 看好 /维持 电子元器件 行业 报告 分析师 吴天元 电话： 021-25102895 邮箱： 执业证书编号： S1480521080003 分析师 吴 昊 电话： 010-66554130 邮箱： wuhao_ 执业证书编号： S1480521040001 分析师 陈宇哲 电话： 021-25102909 邮箱： 执业证书编号： S1480520040001 投资摘要 ： 本 报告 为系列报告之开篇，是 半导体设备行业 框架性 梳理 ， 后续 报告我们将 分 子领域进行详细论述 和推荐 。本报告 分为 四 节 ： 一、 芯片制造过程 中每种工艺使用不同设备 芯片的制造过程可以分为 前道工艺 和 后道工艺 。前道是指晶圆制造厂的加工过程， 即 在空白的硅片完成电路的加工 ； 后道是 指 晶圆的切割、 封装 成品以及最终的 测试过程 。 前道工艺包括 光刻、刻蚀、薄膜生长、离子注入、清洗、 CMP、量测等； 后 道工艺包括 减薄、划片、装片、键合等封装工艺 以及 终端 测试 等 。 二、 半导体设备全球行业格局总述 2020 年全球半导体设备销售额约 711 亿美元 ， 其中晶圆制造设备 612 亿美元，占比 86.1%，测试设备 60.1 亿美元，占比 8.5%， 封装设备 38.5 亿美元，占比 5.4%。 在晶圆制造设备中， 光刻、刻蚀、薄膜生长 设备占比最高，合计市场占比超过 70%，这 三类设备也是集成电路制造的主设备； 工艺过程量测 设备是质量监测的关键设备，占比可达 13%；其他设备占比相对较小。 全球范 围内的半导体设备龙头以美国、日本和欧洲公司为主，呈现寡头垄断， CR5 市占率超过 65%。 三、 每一种半导体设备的市场 格局各不相同 分领域的全球格局来看， 光刻机 市场 基本被 阿斯麦公司垄断 ；刻蚀和薄膜生长市场主要被应用材料、泛林半导体和东京电子 三家寡头占据；离子注入由应用材料和亚舍利占据大部分份额；科磊半导体 则 占据量测设备半壁江山；测试设备则有泰瑞达、 爱德万和科休等寡头。目前，几乎所有领域均有我国企业寻求突破，国产设备的空白正在被逐渐填补，但与国外龙头企业的 技术差距仍然较大。 四、 国产替代和市场份额提升是我国半导体设备企业的成长主线 研发驱动、产业链全球化 以及同下游晶圆厂深度绑定 是半导体设备形成寡头垄断格局的主要原因 。为打破国外企业的垄断， 一方面需要我国设备企业实现 高效率和低成本的研发 ，另一方面需要下游晶圆厂的支持，这两个条件目前已经基本满足，因 此我国设备厂商迎来重要的契机。 近年来我国半导体设备市场占全球的比重逐年上升， 虽然今明两年投资高峰过后市场也存在同比下滑的可能性，但 对于我国 企业来说，市场份额的提升是成长的主线。 目前我国半导体设备的总体国产化率尚不足 10%， 相关 企业的盈利水平具备较高的 弹性。 相关 A 股上市以及申报中的公司 ： 半导体设备平台化企业 北方华创 ，国内刻蚀机龙头企业 中微公司 ，离子注入上市公司 万业 企业 ，涂胶显影设备企业 芯源微 ，去胶设备龙头企业 屹唐股份 ，清洗设备厂商 盛美股份 、 至纯科技 ， CMP 设备厂商 华海清科 ， 量测和测试设备厂商 精测电子 、 华峰测控 、 长川科技 等。 风险提示： 中美贸易关系发生重大变化，国内晶圆厂扩产不及预期，国内晶圆厂研发进展不及预期，设备厂商研发进展不及 预期等 。 P2 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 目 录 1. 芯片的制造过程：从晶圆制造到封装测试 . 4 2. 半导体设备的整体格局：前道设备价值高，竞争格局寡头垄断 . 6 3. 半导体设备分类解析：每种设备格局各不相同 . 9 3.1 光刻设备 . 9 3.1.1 光刻机（三大主设备之一） . 9 3.1.2 涂胶显影设备（光刻辅助设备） .10 3.2 刻蚀设备 . 11 3.2.1 刻蚀机（三大主设备之二） . 11 3.2.2 去胶设备 .13 3.3 薄膜沉积（三大主设备之三） .14 3.4 清洗设备 .17 3.5 CMP 化学机械平坦化设备 .18 3.6 离子注入设备 .20 3.7 热处理设备（炉管设备） .22 3.8 过程量测设备 .23 3.9 封装设备 .25 3.10 测试设备 .25 4. 半导体设备行业特点总结和未来看点：我国企业迎来重大契机 .28 5. 风险提示 .30 相关报告汇总 .31 插图目录 图 1： 芯片的制造分工（前道制造和后道封测） . 4 图 2： 晶圆前道加工的工序示意图 . 4 图 3： 历年全球半导体设备销售额（亿美元） . 6 图 4： 2020年全球半导体设备市场占比 . 6 图 5： 2020年全球半导体设备销售额（亿美元）和占比 . 6 图 6： 半导 体设备总体统计口径示意图 . 7 图 7： 2020年各类晶圆制造设备市场规模（亿美元） . 7 图 8： 各类晶圆制造设备占前道设备的比例（ 2020） . 7 图 9： 光刻前的涂胶和光刻后的显影均由涂胶显影设备完成 .10 图 10： 全球前道涂胶显影设备市场规模 . 11 图 11： 2019年全球涂胶 显影设备市场格局 . 11 图 12： 刻蚀设备按技术特征的分类 .12 图 13： 刻蚀设备按刻蚀对象的分类 .12 图 14： 全球半导体刻蚀设备市场规模（亿美元） .12 图 15： 全球半导体刻蚀设备市场格局 .12 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 P3 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 图 16： 全球去胶设备市场空 间 .14 图 17： 2020年全球干法去胶设备市场格局 .14 图 18： 薄膜沉积设备分类示意 .15 图 19： 全球半导体薄膜沉积设备市场规模 .15 图 20： 全球半导体薄膜沉积设备分类别占比 .15 图 21： 全球 CVD设备市场格局（ 2018） .16 图 22： 全球 PVD设备市场格局（ 2018） .16 图 23： 全球 ALD设备市场格局（ 2018） .16 图 24： 半导体清洗设备分类示意 .17 图 25： 全球半导体清洗设备市场 规模 .18 图 26： 全球清洗设备市场格局 .18 图 27： CMP 设备因不同材质而有所不同 .19 图 28： 全球 CMP设备市场规模 .19 图 29： 全球 CMP设备市场格局（ 2019） .19 图 30： 离子注入机 市场分类份额 .20 图 31： 全球半导体离子注入设备市场规模 .21 图 32： 全球半导体离子注入设备市场格局（ 2019） .21 图 33： 炉管设备分类示意图 .22 图 34： 全球半导体热处理设备分类市 场规模 .22 图 35： 全球热处理设备市场格局（ 2018） .23 图 36： 全球快速热处理 RTP 设备市场格局（ 2020） .23 图 37： 全球半导体量测设备市场格局 .24 图 38： 测试设备分类示意图 .26 图 39： 全球半导体测试设备市场规模 .26 图 40： 全球半导体测试设备市场占比 .26 图 41： 全球测试机市场格局（ 2019） .27 图 42： 全球探针台市场格局（ 2019） .27 图 43： 全球分选机市场格局（ 2019） .27 图 44： 全球分地区半导 体设备销售额（亿美元） .29 表格目录 表 1： 2020年全球前十大半导体设备厂商销售额（含服务和支持等业务，单位：亿美元） . 8 表 2： 晶圆制造光刻机的主要类别 . 9 表 3： 2020年前道光刻机全球出货量 . 9 表 4： 不同类别的量测在不同工艺步骤中的应用 .24 P4 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 1. 芯片的制造过程：从晶圆制造到封装测试 芯片（ 集成电路 ） 制造就是在硅片上雕刻 复杂 电路 和电子元器件 （利用薄膜沉积、光刻、刻蚀 等工艺 ）， 同 时 把需要的部分改造成有源器件（利用离子注入 等 ）。 芯片的制造过程可以分为 前道工艺 和 后道工艺 。 前道 是指晶圆制造厂的加工过程，在空白的硅片完成电路的 加工，出厂产品依然是完整的圆形硅片。 后道 是指封装和测试的过程，在封测厂中将圆形的硅片切割成单独 的芯片颗粒，完成外壳的封装，最后完成终端测试，出厂为芯片成品。 图 1： 芯片的制造分工（前道制造和后道封测） 资料来源：东兴证券研究所绘制 前道工艺： 包括光刻、刻蚀、薄膜生长、离子注入、清洗、 CMP、量测等工艺； 后道工艺： 包括 减薄、划片、装片、键合等封装工艺 以及 终端 测试 等 。 前道工艺技术难度高，相对复杂，具体过程入下图示意。 图 2： 晶圆前道加工的工序示意图 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 P5 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 资料来源：半导体制造技术，东兴证券研究所整理 先进制程芯片的制造过程 有 超过 1000 道的工序， 其 中 每一 种工艺步骤 都要使用不同的专用设备 ，半导体设 备即专门为芯片制造工艺研发的专用设备。 P6 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 2. 半导体设备的整体格局 ： 前道设备价值高，竞争格局寡头垄断 （ 1）半导体设备市场的总体规模 2020年全球半导体设备销售额约 711亿美元 ，同比增长 19.2%；其中 晶圆制造设备 612亿美元 ，占比 86.1%， 测试设备 60.1 亿美元 ，占比 8.5%， 封装设备 38.5 亿美元 ，占比 5.4%。 2020年中国大陆半导体设备销售额 187 亿美元 ，同比增长 39.2%，约占全球份额的 26%，位居全球第一位。 国际半导体产业协会 SEMI预测 2021年和 2022年全球半导体设备销售额分别为 953 和 1013亿美元，同比增长 34.1%和 6.3%。 图 3： 历年全球半导体设备销售额（亿美元） 图 4： 2020 年全球半导体设备市场占比 资料来源： SEMI，东兴证券研究所 资料来源： SEMI，东兴证券研究所 图 5： 2020 年全球半导体设备销售额（亿美元）和占比 资料来源： SEMI， 东兴证券研究所 375 365 412 566 645 598 711 953 1,013 44 49 65 82 131 134.5 187 0 200 400 600 800 1,000 1,200 全球 中国大陆 187.2 26% 171.5 24% 160.8 23% 75.8 11% 65.3 9% 26.4 4% 24.8 3% 中国大陆 中国台湾 韩国 日本 北美 欧洲 其他 612 86.1% 60.1 8.5% 38.5 5.4% 晶圆制造设备 测试设备 封装设备 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 P7 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 图 6： 半导体设备总体统计口径示意图 资料来源：东兴证券研究所绘制 以 2020 年数据估算各类晶圆制造设备市场规模占比，可以发现 光刻、刻蚀、薄膜生长 是占比最高的前道设 备，合计市场规模占比超过 70%，这三类设备也是集成电路制造的主设备； 工艺过程量测 设备是质量监测的 关键设备，份额占比可达约 13%；其他设备占比相对较小。（各数据因统计口径和数据来源不同，总和有小 幅误差） 图 7： 2020 年各类晶圆制造设备市场规模（亿美元） 图 8： 各类晶圆制造设备占前道设备的比例（ 2020） 资料来源： SEMI， Gartner，东兴证券研究所整理 注： 少量 数据为 2019 年 资料来源： SEMI， Gartner，东兴证券研究所估算 （ 2） 半导体设备市场的总体 格局 全球范围内的半导体设备龙头企业以美国、日本和欧洲公司为主，呈现寡头垄断， CR5 市占率超过 65%。（下 表数据不仅包括设备销售额，还包括服务和支持等相关收入。） 80 15.4 18 23 25.4 172 5.38 136.9 19.1 130 0 50 100 150 200 量测 热处理 离子注入 CMP 清洗 薄膜 去胶 刻蚀 涂胶显影 光刻 光刻 20.8% 涂胶显影 3.0% 刻蚀 21.9% 去胶 0.9% 薄膜 27.5% 清洗 4.1% CMP 3.7% 离子注入 2.9% 热处理 2.5% 量测 12.8% P8 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 表 1： 2020 年全球前十大半导体设备厂商销售额（ 含服务和支持等业务，单位： 亿美元） 排名 国家 公司 销售额 全球 份额 主要领域 1 美国 应用材料 163.65 17.7% 刻蚀、沉积、 CMP、离子注入、热处理 2 荷兰 ASML 153.96 16.7% 光刻 3 美国 泛林 119.29 12.9% 刻蚀、沉积、清洗 4 日本 东京电子 113.21 12.3% 涂胶显影、沉积、刻蚀、清洗 5 美国 科磊 KLA 54.43 5.9% 过程量测 6 日本 爱德万 25.31 2.7% 测试 7 日本 SCREEN 23.31 2.5% 清洗、涂胶显影 8 美国 泰瑞达 22.59 2.4% 测试 9 日本 日立高新 17.17 1.9% 过程量测 10 荷兰 ASM国际 15.16 1.6% 沉积 其他 215.97 23.4% 合计 924.05 资料来源： VLSI Research，东兴证券研究所 注：以上数据不仅包括设备销售额，还包括服务和支持 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 P9 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 3. 半导体设备分类解析 ： 每种 设备格局 各不相同 3.1 光刻设备 3.1.1 光刻机（三大主设备之一） （ 1）光刻设备的分类 光刻机的分类通常以 光源种类 区分 。 当光线经过的缝隙宽度与其波长接近时光会发生衍射，不再“走直线”，因此 提高光刻精度就必须使用波长 更短的光源 ，这是光刻机发展的基本路径。 表 2： 晶圆制造光刻机的主要类别 发明 年代 光源 波长（ nm） 设备类型 最小分辨率 可实现制程 1980 年代早期 汞灯光源 g-line 436 接触式 /接近式 230nm 1990 年代 初期 汞灯光源 i-line 365 接触式 /接近式 220nm 1990 年代 后期 KrF 准分子激光 DUV 248 扫描投影式 80nm 2000 年代初 期 ArF 准分子激光 DUV 193 进步扫描投影式 65nm 55nm 2000 年代中期 ArF 准分子激光 DUV 193（等效 134） 浸没式进步扫描投影 38nm 10nm 2010 年代 末 期 EUV光源 EUV 13.5 13nm 3nm 资料来源：东兴证券研究所 整理 （ 2）光刻机 市场空间和格局 2020 年全球半导体光刻机销售额估计超过 130 亿美元， 用于晶圆制造的基本均为 阿斯麦（ ASML）、尼康 （ Nikon） 和 佳能（ Canon） 三家公司的产品。 以销售额来看 ，阿斯麦 2020 年光刻机销售额为 99.67 亿欧元，以销售额来计算阿斯麦占据超过 90%的市场 份额，处于绝对垄断地位。 以出货数量来看 ，阿斯麦 2020 年以 258 台占据 63.3%的份额，其中 EUV 光刻机出货量已经达到 31 台。尼 康虽然有浸没式和干式 ArF 光刻机出货，但数量较前一年有所减少，只有 27 台。佳能则只生产 KrF 和 i 线 光刻机，出货量 122 台。 表 3： 2020 年前道光刻机全球出货量 光源 波长 阿斯麦 尼康 佳能 合计 EUV 13.5nm 31 - - 31 ArFi 等效 134nm 68 6 - 74 ArF 193nm 22 7 - 29 KrF 248nm 103 4 25 132 i-line 365nm 34 10 97 141 合计 258 27 122 407 资料来源：阿斯麦 /尼康 /佳能公司 2020 年年报，东兴证券研究所 注：尼康数据为 2020Q2-2021Q1 P10 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES （ 3）光刻机 行业特点 阿斯麦 处于 垄断 低位， 高端光刻机 完全垄断，是全球唯一 EUV 光刻机制造商。 尼康和 佳能早年已经放弃更先进光刻机的研究，尼康虽然有浸没式 ArF 光刻机，但出货量很少 ，佳能则专注 KrF 和 i 线设备， 未来阿斯麦的行业地位将更加稳固。 （ 4）光刻机 技术特点 光刻机三大核心部件是 工件台、光源 和 透镜 ，其中工件台的难点在于精密的运动控制，光源的难度在于频率 稳定和能量均匀，透镜的难度在于精加工。 （ 5） 我国 光刻机 现状 上海微电子： 90nm DUV 光刻机通过验收， 45nm、 28nm 光刻机等在研发过程中，需等待突破。其核心零部 件需和上游厂商共同完成，因此也属于 综合各方 之力进行研发。 中电科上海微高： 以翻新二手光刻机为主， 也 承担部分运动系统研发工作。 （ 6） 光刻机 领域 未来关注 光刻机是目前 卡脖子的首要设备， 可关注上海微电子的整体研发进展 。 45nm DUV 光刻机和 28nm DUV 光 刻机在技术层面上 没有本质差异 ，如有突破未来会有较大替代空间。 3.1.2 涂胶显影设备（光刻辅助设备） （ 1）涂胶显影设备分类 涂胶 和 显影 是光刻前后的重要步骤，设备以不同工艺所用的 光刻胶、关键尺寸 等方面的差异来分类 。 图 9： 光刻前的涂胶和光刻后的显影均由涂胶显影设备完成 资料来源：芯源微招股说明书，东兴证券研究所 （ 2）涂胶显影设备市场空间和格局 2020 年全球前道涂胶显影设备销售额为 19.05 亿美元 ，预计到 2022年有望超过 25 亿美元。 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 P11 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 全球范围内 东京电子 一家独大， 东京电子 和 SCREEN 两家公司 几乎垄断所有 前道 涂胶显影市场。 在我国 东京电子的的市占率超过 90%， 如果计算封装和其他涂胶显影设备 ， 芯源微 在国内的市占率约为 4%。 图 10： 全球前道涂胶显影设备市场规模 图 11： 2019 年全球涂胶显影设备市场格局 资料来源： global market monitor，东兴证券研究所 资料来源：东京电子公告，东兴证券研究所 （ 3）涂胶显影设备 的 行业和技术特点 显影的精度即为光刻的精度 ，因此涂胶显影设备对关键制程的形成也十分重要。 涂胶显影设备涉及机械、化学、热处理等多方面技术。 除了 前道 的 EUV 光刻带来的高端增量以外，相对低端 后道封测、 LED 制造等 用的涂胶显影设备也存在市场 增量。 （ 4） 涂胶显影设备 国内现状 芯源微 （ 688037.SH） ： 用于 前道 晶圆制造的涂胶显影设备 尚处于新进阶段，产品 有发往 上海 华力 、 长江存 储 、中心绍兴、上海积塔 等 多个客户 验证，有部分产品通过验证 并获得订单。 芯源微目前 的主要产品为用于 后道 先进封装和 LED 制造等的涂胶显影设备， 产品进入主流大客户。 3.2 刻蚀设备 3.2.1 刻蚀机（ 三大主设备之二） （ 1） 刻蚀设备分类 刻蚀设备按 原理分类 可以分为 湿法刻蚀 和 干法刻蚀 ，湿法刻蚀是指利用溶液的化学反应刻蚀，干法刻蚀则是 用气体与等离子体技术对材料进行刻蚀。 干法刻蚀是目前主要的刻蚀技术 ， 按照干法刻蚀的等离子体的产生方式的不同，可以分为 容性耦合等离子体 （ CCP） 和 感性耦合等离子体 （ ICP） 刻蚀机。这两种刻蚀机因技术特点各有侧重，同时大量应用于晶圆产 线。 按照刻蚀对象的不同，刻蚀设备还可以分为 介质刻蚀 、 硅刻蚀 和 金属刻蚀 。 17.85 19.05 23.24 25.12 24.76 -5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 0 5 10 15 20 25 30 2019 2020 2021E 2022E 2023E 销售额（亿美元） 同比 87% 13% 东京电子 SCREEN和其他 P12 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 图 12： 刻蚀设备按技术特征的分类 图 13： 刻蚀设备按刻蚀对象的分类 资料来源：东兴证券研究所绘制 资料来源：东兴证券研究所绘制 （ 2）刻蚀设备 市场空间及行业格局 2020 年全球刻蚀设备市场规模为 136.9 亿美元 ， 2022年有望达到 183.9 亿美元。 全球刻蚀设备呈现 泛林半导体、东京电子 和 应用材料 三家寡头垄断格局。其中泛林半导体技术实力最强，产 品覆盖最为全面，占据 46.7%的市场份额；东京电子和应用材料分别占据 26.6%和 16.7%。我国刻蚀设备厂 商 中微公司 和 北方华创 分别占 1.4%和 0.9%。 图 14： 全球半导体刻蚀设备市场规模（亿美元） 图 15： 全球半导体刻蚀设备市场格局 资料来源： Gartner，屹唐股份招股书，东兴证券研究所 资料来源： Gartner，屹唐股份招股书，东兴证券研究所 （ 3）刻蚀设备 行业特点 想制造更小关键制程的器件除了提高光刻机精度以外，还可以通过多重刻蚀的方式实现。 在 EUV 光刻机商 用之前，晶圆制造厂采用多重刻蚀的方式将芯片制程缩小到 7nm，远小于浸没式 DUV 光刻机的最小分辨率， 因此 过去 10 年间刻蚀机的市场 价值占比 逐年提升， 一度超过光刻机成为市场规模最大的半导体设备。 虽然采用 EUV 光刻机 可提升先进制程的制造效率，会 减少多重刻蚀的使用， 刻蚀设备价值占比继续提升的 可能性不大 ，但 产线对 刻蚀 工艺 的精度要求依然在提高，因此刻蚀设备 将保持 重要性。 43.5 60.5 78.4 83.8 79.0 78.2 82.5 65.6 76.4 93.9 100.2 95.3 93.8 99.4 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 介质刻蚀 硅和金属刻蚀 泛林 46.7% 东京电子 26.6% 应用材料 16.7% 日立高新 3.5% SEMES 2.5% 中微 1.4% 科磊 1.2% 北方华创 0.9% 爱发科 0.2% 屹唐 0.1% 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 P13 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES （ 4）刻蚀设备 技术特点 CCP 和 ICP的比较： CCP 等离子密度较低，能量较高，可调节性差， 更 适合硬度较高的介质和金属的刻蚀； ICP 等离子密度高，能量较低，可调节性好， 更 适合精细度较高的硅刻蚀。当前随着器件精度的提高以及半 导体材料的创新， CCP 与 ICP 的应用范围已经不拘泥于介质或硅刻蚀这个笼统分类，实际使用依照需求决 定。 CCP 和 ICP 刻蚀机在晶圆厂中均有广泛应用，两条技术路线还将长期共存。 晶圆厂产线 上刻蚀工序有上百道，不同工序可能均需设备的特殊研发， 设备在产线上的验证需 分 工序单独验 证，因此刻蚀设备的种类 较 多。 （ 5）刻蚀设备 我国现状 中微公司 （ 688012.SH） ： 刻蚀设备国内领先， 以 12 寸前道设备为主。 公司 以 CCP 技术起步，后扩充到 ICP 刻蚀， 目前 CCP和 ICP刻蚀机均有产品达到世界 先进 水平 。 2020 年 公司 超过 4 亿元营收来自台湾地区，设 备已经进入台积电的 7nm 和 5nm 产线 ； 在长江存储中标比例 超过 20%， 已有中标 以 CCP 为主。 北方华创 （ 002371.SZ） ： 有 8 英寸和 12 英寸 ICP 刻蚀 设备 ， 应用领域覆盖 IC、功率的前道，以及先进封 装等。 部分 产品 技术 达到一流水平 ， 12 寸 ICP 刻蚀机 已经在长江存储 等客户 通过验证，并批量供货。 （ 6） 刻蚀机 领域 未来关注 国内长江存储、长鑫存储 、中芯国际 等的扩产 有望 为中微公司和北方华创来的显著业绩增量。 北方华创目前 主要是国内客户，由于拥有较多 8 英寸设备， 可充分受益于国内产线的扩产 。 中微公司除 大陆 客户外，还在努力稳固在台积电和联电的供应商地位， 有望伴随台积电的先进制程发展 。刻蚀设备有望成为 我国率先打破垄断的主设备。 3.2.2 去胶设备 （ 1）去胶设备分类 去胶即为刻蚀或离子注入完成之后去除残余光刻胶的过程。去胶工艺类似于刻蚀，只是 去胶的操作对象是光 刻胶，而刻蚀的操作对象是晶圆介质材料。 去胶工艺可分为 湿法去胶 和 干法去胶 ，湿法去胶即为使用溶液对光刻胶进行溶解，干法去胶即通过等离子体 与光刻胶的化学反应完成去胶，目前 主流工艺是干法去胶 。 （ 2）去胶设备的市场空间和格局 2020 年全球去胶设备销售额为 5.38 亿美元 ， 2022 年有望突破 7 亿美元。 全球干法去胶 设备市场中，我国企业 屹唐股份 占据 31.3%，位居第一，其后的比思科占据 25.9%，日立高新 占据 19.2%。 P14 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 图 16： 全球去胶设备市场空间 图 17： 2020 年全球干法去胶设备市场格局 资料来源： Gartner，屹唐股份招股书，东兴证券研究所 资料来源： Gartner，屹唐股份招股书，东兴证券研究所 （ 3）去胶设备技术特点 去胶设备随光刻胶的不同而有区别，需要针对不同光刻胶研发。 去胶工艺不直接影响关键制程，因此技术难度相对低些，但随着制程的精细，去胶设备对于材料表面的保护、 颗粒污染控制等的要求也不断提升。 （ 4）去胶设备我国现状： 屹唐股份（ A21193.SH）： 公司的干法去胶设备 技术世界一流 ， 全球市占率超过 30%，国内市场可占据 90% 的份额 。 公司的 RTP 快速退火和干法刻蚀设备也具备相当的技术实力，尤其是 RTP 设备。 屹唐半导体的技术主体是 2016 年收购的美国公司 Mattson Technology（ MTSN.O）， 该收购也是中国资本的 第一次成功的跨境收购半导体设备公司 。 3.3 薄膜沉积（三大主设备之三） （ 1）薄膜沉积设备分类 薄膜沉积技术可以分为 化学气相沉积 （ CVD）和 物理气相沉积 （ PVD），此外还会少量使用 电镀、蒸发 等其 他工艺。近年来还出现了较为先进的 原子层沉积 （ ALD），用于精细度要求较高的沉积。 根据工艺特性的个， CVD 还可以分为 APCVD（常压 CVD）、 SACVD（亚常压 CVD）、 LPCVD（低压 CVD）、 PECVD（等离子体增强 CVD）等， ALD 也算 CVD 技术的分支。 4.50 5.38 6.61 7.05 6.71 6.60 6.99 -10% -5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 销售额（亿美元） 同比 屹唐 31.3% PSK比思科 25.9% 日立高新 19.2% 泛林 11.9% TES泰仕 5.3% ULVAC爱发 科 4.0% 北方华创 1.7% 日立国际 电气 0.8% 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 P15 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 图 18： 薄膜沉积设备分类示意 资料来源：东兴证券研究所绘制 （ 2）薄膜沉积设备市场空间和格局 2020 年全球半导薄膜沉积设备市场规模约为 172亿美元 ， 2025年有望达到 340亿美元。 分类别来看， PECVD 设备占比 33%为最高，属于 PVD 的溅射 PVD 和电镀 ECD 共占比 23%， ALD 设备占 比 11%，常压 CVD 占比 12%， LPCVD 占比 11%， MOCVD 占比 4%，其他合计占比 6%。 图 19： 全球半导体薄膜沉积设备市场规模 图 20： 全球半导体薄膜沉积设备分类别占比 资料来源： Maximize Market Research， 拓荆科技招股书 ，东兴证券研究所 资料来源： Gartner，拓荆科技招股书，东兴证券研究所 由于不同沉积设备技术差异较大，在子类别中存在明显的市场格局的差异。其中 CVD 市场为 应用材料、泛 林半导体 和 东京电子 三大寡头垄断， PVD 市场则 应用材料 一家独大， ALD 市场则 东京电子 和 ASM 两家公司 占比最高。 125 145 155 172 190 220 260 280 340 0% 5% 10% 15% 20% 25% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 销售额（亿美元） 同比 PECVD 33% 管式 CVD 12% 非管式 LPCVD 11% MOCVD 4% 溅射 PVD 19% 电镀 ECD 4% ALD 11% 其他 6% PVD 23% P16 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 图 21： 全球 CVD 设备市场格局（ 2018） 图 22： 全球 PVD 设备市场格局（ 2018） 资料来源： Gartner，拓荆科技招股书，东兴证券研究所 资料来源： Gartner，拓荆科技招股书，东兴证券研究所 图 23： 全球 ALD 设备市场格局（ 2018） 资料来源： Gartner，拓荆科技招股书，东兴证券研究所 （ 3）薄膜沉积设备行业特点 由于薄膜沉积面对多种不同的材料和工艺，设备种类较多，技术分支较多，因此市场上呈现多家供应商共存 的局面，每家供应商都有其擅长的技术领域。 （ 4）薄膜沉积设备技术特点 CVD 是通过反应腔内的气体混合发生化学反应在硅片表面形成一层薄膜的，由于过程中发生了化学反应，更 适合 氧化物 及 化合物 薄膜的沉积。 PVD 是一种形成 金属 薄膜的工艺，通过蒸发或溅射等方法将金属原子沉积到硅片表面，整个过程为物理过程， 没有化学反应。早期的金属薄膜多用 PVD 工艺，现今很多金属沉积也采用金属 CVD 工艺。 沉积工艺和刻蚀工艺可视为逆过程，并且都会使用等离子体技术，因此 沉积和刻蚀技术具备一些技术交集 ， 沉积和刻蚀设备多出自同一批厂商。 （ 5）薄膜沉积设备我国现状 30% 21% 19% 30% 应用材料 泛林 东京电子 其他 85% 6% 5% 4% 应用材料 Evatec Ulvac 其他 31% 29% 40% 东京电子 ASM 其他 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 P17 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 北方华创 （ 002371.SZ） ： 在 沉积领域 PVD 技术最强， 可实现对应用材料 设备 的部分替代， 产品批量 供应 一 线厂商。 CVD 领域拥有 LPCVD、 APCVD 等技术，主要是 8 英寸以下设备。 ALD 设备 也有开发 ，并实现少 量供货。 拓荆科技 （ A21392.SH） ： 以 CVD 技术为主，其中 PECVD 开发较早也较为成熟，可实现对国外厂商的部分 替代， 产品进入中芯国际、华虹、长江存储等一线厂商。 SACVD 和 ALD 机台已经开发出并少量供货。 （ 6） 沉积 领域 未来关注 薄膜沉积设备同样是决定关键制程的设备，未来市场空间增量较大。 薄膜沉积类似于刻蚀的逆过程，由于同样应用等离子技术等，沉积和刻蚀技术存在一定关联性，因此应用材 料、泛林和东京电子三大厂家在刻蚀和薄膜沉积设备领域都具备垄断地位。我国企业北方华创同时推进刻蚀 和沉积设备，拓荆科技则有刻蚀机厂商中微公司的加持，因此 薄膜沉积是我国企业有望下一个取得重要突破 的核心设备 。 3.4 清洗设备 （ 1）清洗设备分类 根据清洗的介质的不同，清洗技术可以分为 湿法清洗 和 干法清洗 。 湿法清洗即使用化学药液、去离子水等液体清洗液对晶圆表面进行清洗，利用化学反应以及机械洗刷等。干 法清洗包括等离子体、气相清洗、 束流清洗等技术，特点是具备较高的选择比。 目前湿法清洗是主要技术，占清洗步骤的 90%。干法清洗主要用在 28nm 及以下产线应用。 图 24： 半导体清洗设备分类示意 资料来源：东兴证券研究所绘制 （ 2）清洗设备市场空间和格局 2020 年全球半导体清洗设备市场规模 25.39 亿元，比 2018 和 2019 年有所下降。根据 Gartner 的预计， 2025 年全球清洗设备销售额有望回到 31.93 亿美元。 P18 东兴证券深度报告 电子 行业： 半导体设备系列报告之一 全行业框架梳理 敬请参阅报告结尾处的免责声明 东方财智 兴盛之源 DON GX IN G SECURIT IES 图 25： 全球半导体清洗设备市场规模 图 26： 全球清洗设备市场格局 资料来源： Gartner，盛美股份招股书， 东兴证券研究所 资料来源： Gartner， 东兴证券研究所 （ 3）清洗设备行业和技术特点 清洗的作用是去除前一步工艺中残留的不需要的杂质，为后续工艺做准备，清洗的重要性不言而喻。 基本上每一轮沉积、光刻、刻蚀之后均需要清洗步骤，清洗的步骤占据整个晶圆制造工艺的 30%，因此清洗 的工序数量随着技术节点的精进而增加。 （ 4）清洗设备我国现状 盛美股份 （ A20142.SH/ACMR.O） ： 主要是单片清洗设备，也包括单片槽式混合清洗设备，技术实力较强， 具备国际竞争力，前道产品可批量供应海力士、长江存储、中芯国际、华虹等 多个一线 厂商 。 北方华创 （ 002371.SZ） ： 主要是单片和槽式湿法清洗设备，也有干法清洗