电子行业深度报告：半导体前道设备研究框架_39页_2mb.pdf

有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 电子行业 行业 研究 | 深度报告 半导体设备长坡厚雪，行业黄金发展正当时 。 半导体设备在硅片制造以及芯片制造的前道 /后道工艺中均发挥着重要作用。半导体设备 行业壁垒高筑，当前为国产厂商黄金窗口期： 技术维度看 ， 半导体设备是由成千上万的零部件组成的复杂系统，需保障设备在 nm级别的操作、长时间运行下的超高良率 。 客户维度看 ，由于设备本身和产线构成的复杂性，晶圆制造厂商对于上游设备的验证、验收有严苛的标准和流程 ，常规情况下导入新供应商意愿差，但受益贸易摩擦，下游晶圆厂积极导入国产设备，带来黄金窗口期。下游扩产及技术升级趋势明确，本土半导体设备厂商已实现初步导入， 技术水平 /工艺覆盖度有望快速提升 ，完成 0 到 1 向 1 到 N 的转变，有望加速放 量。 国内半导体设备持续取得突破。 近年来我国半导体设备领域发展迅猛，其中 去胶设备已基本实现国产化，刻蚀、清洗 、热处理 等设备国产化率 20%左右 ， 相关厂商业绩持续放量 ， PECVD、 涂胶显影设备 、离子注入设备国产化率仅个位数，但产品验证、客户合作进展顺利，进入加速放量期 。 1） 刻蚀设备 ： 中微公司、北方华创部分技术已达到国际一流水平 ； 2） 薄膜沉积设备 ： 拓荆科技引领 PECVD 国产化 ，北方华创 PVD 优势显著，中微公司主攻 MOCVD 设备，共同受益国产化率提升。 3）光刻机 ： 上海微电子目前已可量产 90nm 分辨率的 ArF 光刻机， 28nm 分辨率的光刻机也有望取得突破。 5） 清洗设备： 国内盛美上海、芯源微等厂商加速突破。盛美单片清洗设备最高可单台配置 18 腔体，达到国际先进水平；芯源微单片物理清洗设备国内领先，持续开拓单片化学清洗设备市场。 6）涂胶显影设备 ： 芯源微 为前道涂胶显影设备国内唯一供应商 ， 有望按照 I-line KrF ArF ArFi 的路径实现对海外涂胶显影设备的替代 。 7） CMP 设备： 华海清科差异化技术布局打破海外垄断，是目前国内唯一一家能够提供 12英寸 CMP商业机型的高端半导体设备制造商。 8） 热处理设备： 屹唐半导体 19 年全球市占率 5%， 北方华创立式炉、卧式炉达到国内领先水平。 9） 离子注入机 ： 应用材料垄断 ，国内 凯世通 （万业企业） 、中科信引国产替代 。 10） 去胶设备 ： 屹唐半导体为去胶设备全球龙头 ，市占率全球第一。 下游制造厂商大幅扩产为设备国产化提供土壤，国产化率提升可期。 终端 新兴应用对半导体需求量以及性能的升级 推动半导体设备市场持续扩容。 工艺层面， 随着制程推进和工艺升级，单位产能下设备需求将进一步增加 ，推动设备 行业 附加值 持续提升。 需求层面， 全球半导体产业资本支出保持强劲增长 ，根据 IC Insights 数据，2022 年全球半导 体行业资本支出 预计 将 达到 1904 亿美元 ，同比提升 24%。其中国内厂商扩产更为激进， 预计我国将在十年中增加全球 40%的新半导体制造能力 ， 极大拉动国内半导体设备需求 ，有望助推国产替代进程。 我们认为半导体设备领域壁垒高，市场前景广阔，本土厂商在国产替代趋势下业绩确定性高，长期成长属性凸显。建议关注国内半导体设备领先企业拓荆科技、中微公司、北方华创、芯源微、万业企业、华海清科、盛美上海等。 风险提示 半导体设备国产化进度不及预期 、 半导体设备行业景气度不及预期 、 客户验证进展不及预期 、 零部件断供风险 。 投资建议 与投资 标的 核心观点 国家 /地区 中国 行业 电子行业 报告发布日期 2022年 07月 14日 蒯剑 021-63325888*8514 执业证书编号： S0860514050005 香港证监会牌照： BPT856 李庭旭 半导体行业库存水位提升，部分细分领域供需紧张延续 2022-05-23 半导体供应链本土化有望加速：后疫情时代的投资逻辑之电子行业 2022-05-14 半导体自主可控需求紧迫，国内产业链大发展： 统筹发展和安全专题研究 2022-04-06 半导体前道设备研究框架 看好 （ 维持 ） 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 2 目 录 1. 半导体设备行业介绍 . 6 1.1 半导体生产过程中有哪些工艺步骤，需要用到哪些设备？ . 6 1.2 半导体设备行业的壁垒在哪里，为什么难以突破？ . 9 1.3 为什么说现在是国内半导体设备行业的黄金时期？ . 11 1.4 如何看待本土设备厂商的竞争优势和未来前景？ . 12 1.5 半导体设备的验证流程是怎样的？ . 14 1.6 如何理解半导体设备厂商订单到收入确认的节奏？ . 15 2. 半导体前道设备各环节格局梳理 . 17 3. 半导体设备国产替代空间广阔，业绩确定性强 . 33 3.1 晶圆厂扩产 +技术升级驱动半导体设备行业扩容 . 33 3.2 国内扩产更为激进，国产化率提升空间大 . 35 投资建议 . 36 风险提示 . 37 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 3 图表目录 图 1：集成电路示意图 . 6 图 2：半导体设备产业链示意图 . 6 图 3：芯片生产过程详解 . 8 图 4：半导体设备（光刻机 -ASML）内部结构复杂 . 9 图 5：设备的良率缺陷会在数百道生产工序中巨幅累积放大 . 9 图 6：各制程晶圆单价 -18Q2 . 10 图 7：半导体设备验证壁垒高 . 10 图 8：半导体设备厂商成功的核心要素 . 11 图 9：国内半导体设备厂商优势与不足 . 12 图 10：部分国产半导体设备长期有望实现对海外设备的超越 . 12 图 11：芯源微持续进行产品平台升级、架构优化 . 13 图 12：半导体设备验证流程 . 14 图 13：半导体设备厂商签单、生产、验收流程（销售订单，非 Demo 订单） . 15 图 14：拓荆科技合同负债快速增长 . 16 图 15：国内部分半导体设 备厂商 2021 年各季度收入确认占比情况 . 16 图 16：半导体设备细分市场规模（单位：十亿美元） . 17 图 17：前道制造设备投资占比 -2021 . 17 图 18：全球半导体设备市场分布情况 . 17 图 19：各地区半导体 设备竞争力（按公司总部所在地划分） . 17 图 20：全球半导体设备市场格局及国内主要企业 （下图市场规模为全球口径） . 18 图 21：刻蚀技术的分类 . 18 图 22： CCP 和 ICP 刻蚀设备 . 19 图 23：全球刻蚀设备市场 规模及预测 . 19 图 24：全球半导体刻蚀设备市场格局 -2019 . 19 图 25：各厂商刻蚀设备与刻蚀工艺对比 . 20 图 26：三种薄膜沉积工艺对比 . 20 图 27：三种薄膜沉积工艺成膜效果简示 . 20 图 28：全球薄膜沉积设备市场结构 -2020 . 20 图 29：全球 CVD设备市场结构 -2020 . 20 图 30：全球薄膜沉积设备市场规模及预测 . 21 图 31：全球薄膜 沉积设备市场格局 -2019 . 21 图 32：国内主要薄膜沉积厂商产品对比 . 21 图 33：光刻机发展历程 . 22 图 34：光刻机 TOP3 企业销售结构 -2021 . 22 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 4 图 35： 全球光刻机市场规模情况 . 23 图 36：光刻机 TOP3 企业销售量情况 . 23 图 37：光刻机市场竞争格局 -2019 . 23 图 38：光刻机 TOP3 企业销售情况及产品结构（单位：台） . 23 图 39：上海微电子 IC 前道光刻机主要技术参数 . 24 图 40：检测设备主要分类和应用 . 24 图 41：前道检测设备中各类设备占比 -2021 . 24 图 42：全球检测设备市场规模 . 25 图 43：全球检测设备市场格局 -2021 . 25 图 44：国内前道 检测设备厂商产品及应用领域 . 25 图 45：清洗技术分类及占比（按清洗原理） . 26 图 46：全球清洗设备细分市场占比 -2019 . 26 图 47：清洗 设备分类 . 26 图 48：全球半导体清洗设备市场规模 . 26 图 49：全球半导体清洗设备市场格局 . 26 图 50：中国半导体清洗设备企业产品及相关技术情况 . 27 图 51：光刻工艺中的涂胶显影 . 27 图 52：国内涂胶显影设备分类市场份额 -2021 . 27 图 53：全球涂胶显影设备市场规模及预测 . 28 图 54：全球涂胶显影设备市场格局 -2019 . 28 图 55：主要 涂胶显影设备厂商工艺覆盖能力对比 . 28 图 56： CMP 工艺流程 . 29 图 57：全球 CMP 设备市场规模及预测 . 29 图 58：全球 CMP 设备市场格局 -2019 . 29 图 59：国内外主要 CMP 设备厂商对比 . 29 图 60：热处理设备分类 . 30 图 61：全球热处理设备市场规模及预测 . 30 图 62：全球热处理设备市场格局 -2019 . 30 图 63：离子注入 设备分类 . 31 图 64：离子注入机分类市场份额 . 31 图 65：全球离子注入设备市场规模 . 31 图 66：全球离子注入设备市场格局 -2019 . 31 图 67：主要去胶方式对比 . 32 图 68：全球干法去胶设备市场规模 . 32 图 69：全球干法去胶设备市场格局 -2020 . 32 图 70：全球半导体行业市场规模 . 33 图 71：全球晶圆厂资本开支 2022 年保持快速增长 . 33 图 72：半导体行业摩尔定律 . 33 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 5 图 73：不同制程 IC 产能占比情况 . 33 图 74：不同制程刻蚀次数（单位：次） . 34 图 75：不同制程逻辑 芯片产线薄膜沉积设备需求量 . 34 图 76：每 5 万片晶圆产能的设备投资（百万美元） . 34 图 77：新建产线资本支出产线 . 34 图 78：不同地区芯片制造能力 . 35 图 79：中国大陆 12 英寸晶圆 月产能预测 . 35 图 80：大基金一期投资领域情况 . 35 图 81：大基金二期布局规划 . 35 图 82：国内半导体设备领域国产化情况 . 36 图 83：国内外主要半导体设备厂商产品线分布 . 37 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 6 1. 半导体设备行业介绍 1.1 半导体生产过程中有哪些工艺步骤，需要用到哪些设备？ 集成电路系采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及它们之间的连接导线全部制作在一小块半导体晶片如硅片或介质基片上，然后焊接封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的电子器件。 图 1： 集成电路示意图 数据来源： 网易新闻 、 东方证券研究所 半导体设备在芯片制造中发挥着重要作用。 半导体设备是半导体制造的基石，是半导体行业的基础和核心。半导体工艺流程主要包括硅片制造、 IC 设计、芯片制造和芯片封测 ，从产业链来看，半导体设备在硅片制造以及芯片制造的前道 /后道工艺中均发挥着重要作用。 图 2： 半导体设备产业链示意图 数据来源：中微公司招股说明书、东方证券研究所 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 7 半导体生产过程中有哪些工艺步骤，需要用到哪些设备？ 前道晶圆制造 工艺复杂 ，分别为氧化 /扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化 ，清洗和检测是贯穿半导体制造的重要环节，简化来看，按照工艺次序可分为： 氧化： 在硅片表面形成二氧化硅层，由于二氧化硅硬度高且致密，可以保护晶圆表面不被划伤并且阻挡污染物。 涂胶： 通过涂胶机在晶圆表面均匀涂覆光刻胶。 光刻： 通过光刻曝光将设计好的电路图从掩膜版转移到晶圆表面。 显影： 在显影机中利用显影剂去除被曝光的光刻胶，在光刻胶膜上显示出电路图形。 刻蚀： 在刻蚀机中通过离子撞击去除多余的氧化层或其他薄膜层，将电路图形从光刻胶膜永久转移到晶圆表面。 离子注入： 将掺杂剂材料射入晶圆表面（也可通过热扩散工艺实现）。该步骤的主要目的是形成PN 结， PN 结是晶体管工作的基本结构。（即利用 PN 结的导通和截止分别代表 1 和 0） 去胶： 光刻胶仅作为转移电路图形的中介，最终并不在电路中发挥实际作用，因此需要通过去胶机去除。 薄膜沉积： 前述操按照预定的电路图在相应位置形成了核心器件 PN 结，但这些结构是分立的，需要添加导电层实现互连（相当于电路中的导线），薄膜沉积操作可将金属层等结构添加在晶圆表面。薄膜沉积也可以在晶圆表面添加绝缘介质或其他半导体，沉积好的薄膜将作为电路的功能材料层（类 比 3D 打印）。 CMP（化学机械抛光）： 该过程可去除之前晶圆表面形成的多余材料，并实现晶圆表面平坦化。直观理解即集成电路的制造过程好比建多层的楼房，每搭建一层楼层都需要让楼层足够平坦齐整，才能在其上方继续搭建另一层楼，否则楼面就会高低不平，影响整体性能和可靠性。 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 8 图 3： 芯片生产过程详解 数据来源：东方证券研究所 整理 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 9 1.2 半导体设备行业的壁垒在哪里，为什么难以突破？ 技术壁垒： 从技术角度看，我们认为半导体设备技术壁垒可分为三个层次： 1） 半导体设备是由成千上万的零部件组成的复杂系统，将成千上万的零部件有机组合在一起实现精细至 nm 级别的操作是第一个难点。 图 4： 半导体设备（光刻机 -ASML）内部结构复杂 数据来源： ASML、 东方证券研究所 2） 保障设备在 nm 级别的操作基础上的超高良 率是半导体设备制造过程中的第二个难点。制造一块芯片通常需要上百台设备紧密配合，历经 400-500 道工序，若单工序良率仅能做到 99%，则历经 500 道工序最终良率不足 1%；提升至小数点后两位的水平才能使良率达到 95%以上。 图 5： 设备的良率缺陷会在数百道生产工序中巨幅累积放大 单步骤良率 90% 99% 99.9% 99.99% 99.999% 最终良率 0.0% 0.7% 60.6% 95.1% 99.5% 注：以上按照经历 500 道 IC 制造工序测算 数据来源：东方证券研究所 测算 3） 保障设备在实现以上两个要求的基础上长时间稳定的运行是半导体设备制造过程中的第三个难点。与上述同理，一条芯片产线上百台设备，每一台设备稳定运行时间的微小降低将在整个体系内被巨额放大。若发生设备宕机造成该批假设 1000片晶圆的报废，在 28nm 及以下的制程级别对应的损失超过 300 万美元，近 2000 万人民币。 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 10 图 6： 各制程晶圆单价 -18Q2 数据来源： IC insight、 东方证券研究所 客户验证壁垒： 正是由于设备本身和产线构成的复杂性，单设备的良率、稳定性会在整个体系内产生累积效应的影响，同时可能带来巨额的潜在损失，因此晶圆制造厂商对于上游设备的验证、验收有严苛的标准和流程。同时，对于晶 圆制造厂而言，配合上游设备验证需要付出大量的人力（合作研发、调试）、物力（拿出其他设备配合验证的机会成本损失、验证过程中的物料损失），以及采用新设备供应商面临的巨大潜在风险（批量晶圆报废的风险、向客户延迟交货的风险），很少有晶圆厂愿意承担以上的损失和风险去验证新供应商的设备。 图 7： 半导体设备验证壁垒高 数据来源： 腾讯网 、 东方证券研究所 370 380 625 7101800 21102655 3010605001000200030004000500060007000晶圆单价 -美元 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 11 1.3 为什么说现在是国内半导体设备行业的黄金时期？ 我们认为半导体设备公司成功需要四大要素：契机、人才、资金、时间。目前国内环境四大要素均具备，因此处于发展的黄金时期： 1） 契机： 下游制造厂商正常情况下不愿意冒风险和承担额外成本去验证新供应商的设备，中美贸易摩擦和设备禁令带来的供应链安全问题给国内制造厂商足够的理由接受国产设备。 另一方面， 近两年半导体行业高景气带动下游积极扩产。 2）人才： 目前国内既有科研院所、头部企业等培养出来内地人才，也有众多海外设备大厂从业背景的海归人才积极创业。 3）资金： 科创板支持科技类企业 融资。 4）时间： 部分半导体设备厂商切入前道领域时间较短，处于样机和小批量订单阶段，未来有望加速放量。 图 8： 半导体设备厂商成功的核心要素 数据来源：东方证券研究所 整理 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 12 1.4 如何看待本土设备厂商的竞争优势和未来前景？ 成本和价格并非本土标签以外的唯一竞争力，快速响应的定制化服务为重要优势 。 基于 本土优势，一方面可以提供低成本、定制化、及时的服务（海外设备厂商往往委托国内团队做售后服务，同时服务定制化程度弱），另一方面能够针对客户技术需求进行联合攻关、定制化开发，适配性的提升会带动稳定性和良率的提升。 图 9： 国内半导体设备厂商优势与不足 国产设备优势 国产设备不足 供应链安全 ：减少非商业因素的干扰，保障企业正常生产经营 服务 优势 ：及时 、 完善 、低成本、定制化 的售后服务 产品线覆盖度 ：国际巨头产品线覆盖度完善，国内企业 工艺覆盖度较低 技术水平 ：在先进工艺应用的技术水平、设备稳定性及良率方面仍然与国际巨头存在差距 数据来源：东方证券研究所整理 伴随客户导入，国产设备技术水平 /工艺覆盖度有望快速提升。 尽管部分国产设备目前稳定性、良率方面等相较国际大厂仍有差距，但只要下游厂商愿意导入国产设备，长远来看，部分国产设备技术能力、稳定性、良率将随与下游客户的积累持续加速提升，将实现从“能用”到“好用”的转变，如：中微公司在部分 MOCVD 设备市场已实现对海外巨头的超越。 图 10： 部分国产半导体设备长期有望实现对海外设备的超越 数据来源：东方证券研究所 整理 以芯源微为例，在与客户的持续合作中，公司不断进行产品架构优化、平台升级。 相比于公司初期交付客户的前道涂胶显影机产品， 第二代设备对第一代使用的架构平台进行了大幅度优化改造，机械手也使用了公司自研的机械手 ；目前在客户端验证的第三代平台产品设备产能相比第二代机型大幅提升、效率良率提升、并且针对更先进制程工艺需求对核心零部件进行了升级换代。 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 13 图 11： 芯源微持续进行产品平台升级、架构优化 数据来源： 芯源微、 东方证券研究所 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 14 1.5 半导体设备的验证流程是怎样的？ 半导体设备验证流程复杂，周期长。 设备厂商与下游客户在首次合作或某种工艺机台的首次合作前，需要先向客户发送验证机台，该机台验证通过后下游晶圆厂才会给到设备厂批量订单。客户验证首台设备的主要流程为（以 CMP设备的验证为例）：机台交付并运送至客户厂区后，由公司人员在客户现场完成机台的装机和调试工作，经过工艺测试和产品片验证满足客户要求后，按照客户验证对设备进行小批量测试、马拉松测试，以对机台稳定性进行考察，之后启动机台验收，总耗时需要 8-18 个月。 图 12： 半 导体设备验证流程 数据来源： 华海清科公司公告、 东方证券研究所 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 15 1.6 如何理解半导体设备厂商订单到收入确认的节奏？ 签单阶段： 除了直接签署正式订单的模式外，部分情况下具有明确采购意向的客户会跟设备公司先形成意向订单（一般无 纸质或电子材料 ）。正式订单签署后设备公司一般收取 30%的预付款（依设备公司和客户不同而存在差异，部分无预收款）。 交付阶段： 意向订单形成或直接签署正式订单后，设备厂商会根据客户进行生产，一般在 3-6 个月后实现交付（不同类型设备、不同厂商交期存在差异）。 验收阶段： 设备交付客户后，设备厂商一般会收取 60%到货款，验收通过后收取 10%尾款，并确认收入。 图 13： 半导体设备厂商签单、生产、验收流程（销售订单，非 Demo 订单） 数据来源：东方证券研究所 整理 合同负债情况可 一定程度 反映设备厂商在手订单情况 ，订单反映到业绩上需要 6-12个月的周期 。以拓荆科技为例， 截至 2022 年第一季度末， 拓荆科技 合同负债达到 7.8 亿元，相比 2021 年末增长幅度达到 60%。 一方面反映了国内半导体设备行业的持续景气，另一方面也反映了公司自身业务的快速推进。订单到业绩层面，由于半导设备生产交付、验收均需要 3-6 个月左右的时间周期，因此订单反映到公司收入上一般需要 6-12 个月时间。 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 16 图 14： 拓荆科技合同负债快速增长 数据来源： wind、 东方证券研究所 每年 下半年为半导体设备厂商收入确认高峰期。 晶圆厂 通常于 前一年末或当 年初作出全年的资本性支出计划，此后开展采购、安装、调试、验收，导致 半导体设备公司 取得客户验收、确认收入的时点相对集中于下半年，尤其集中于第四季度。 图 15： 国内部分半导体设备厂商 2021 年各季度收入确认占比情况 数据来源： wind、 东方证券研究所 01002003004005006007008009002018 2019 2020 2021 2022Q1预收账款 /合同负债（百万元）0%10%20%30%40%50%60%2021Q1 2021Q2 2021Q3 2021Q4中微公司 芯源微 盛美上海 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 17 2. 半导体前道设备各环节格局梳理 晶圆 制造 设备是半导体设备行业需求最大的领域 ， 光刻、刻蚀和沉积设备为主要组成部分 。 根据SEMI 数据来看， 目前半导体设备主要为 晶圆 制造设备 ，市场占有率超过 85%。其中， 刻蚀机、薄膜沉积 、 光刻机设备为半导体设备的核心设备 ， 这三类半导体设备 的市占率 分别 为 22%、 22%和 20%。 图 16： 半导体设备细分市场规模（单位：十亿美元） 图 17： 前道制造设备投资占比 -2021 数据来源： SEMI、 东方证券研究所 数据来源： Gartner、 东方证券研究所 国内为全球半导体设备最大市场，先进技术由美欧日等国主导。 从地区分布来看， 中国大陆半导体设备 市场 占比呈持续提升之势 ， 2021年市场规模 达到 296亿美元，占全球市场的比重为 29%，是半导体设备的最大市场 。先进半导体设备技术仍由美欧日等国主导 ， 其中美国的刻蚀设备、离子注入机、薄膜沉积设备、测试设备、程序控制、 CMP 等设备的制造技术位于世界前列；荷兰凭借 ASML 的高端光刻机在全球处于领先地位；日本则在刻蚀设备、清洗设备、测试设备等方面具有竞争优势。 图 18： 全球半导体设备市场分布情况 图 19： 各地区 半导体设备 竞争力 （按公司总部所在地划分） 数据来源： SEMI、前瞻产业研究院、 东方证券研究所 数据来源： CSET、 VLSI Research、 东方证券研究所 0204060801001202019 2020 2021E 2022E晶圆制造设备 测试设备 封装设备22%22%20%11%5%4%3% 2%2% 1%8%刻蚀设备薄膜沉积设备光刻机检测设备清洗设备涂胶显影设备CMP设备热处理设备离子注入机去胶设备其他0%20%40%60%80%100%2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021中国大陆 中国台湾 韩国 北美 日本 欧洲 其他地区Taiwan, China 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 18 图 20： 全球半导体设备市场格局及国内主要企业 （下图市场规模为全球口径） 数据来源： SEMI、前瞻产业研究院、 华经产业研究、 东方证券研究所 （ 1）刻蚀设备 干法刻蚀在半导体刻蚀中占主流地位， ICP与 CCP 是应用最广泛的刻蚀设备。 刻蚀是使用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要材料的过程。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀 ，干法刻蚀 市场占比超 90%。 干法刻蚀也称等离子刻蚀 ， 是使用气态的化学刻蚀剂去除部分材料并形成可挥发性的生成物，然后将其抽离反应腔的过程。等离子体刻蚀机根据等离子体产生和控制技术的不同而大致分为两大类，即电容 性 等离子体（ CCP）刻蚀机和电感 性 等离子体（ ICP）刻蚀机。CCP 刻蚀机主要用于电介质材料的刻蚀工艺 ， ICP 刻蚀机主要用于硅刻蚀和金属刻蚀 。 图 21： 刻蚀技术的分类 数据来源：中国半导体协会、前瞻产业研究院、东方证券研究所 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 19 图 22： CCP 和 ICP 刻蚀设备 器件类型 适用工艺 面临挑战 主要厂商 市场份额 CCP（电容性等离子体刻蚀设备） 逻辑 IC 前段工艺中的栅侧墙、硬掩膜刻蚀和封装环节的接触孔、铝垫刻蚀、NAND 中的深斜孔槽 极高离子能量下对高深宽比结构的刻蚀能力、新型刻蚀气体研发 拉姆研究、东京电子、中微公司 39% ICP（电感性等离体刻蚀设备） 浅沟槽隔离、多晶硅栅、金属栅、应变硅、金属导线、镶嵌式刻蚀金属硬掩膜等 刻蚀后关键尺寸均匀度、刻蚀条件精确调控、等离子体引起的损伤等 拉姆研究、应用材料、北方华创、中微公司 61% 数据来源： 中微公司招股书，阿尔法经济研究， 东方证券研究所 刻蚀设备 市场集中度较高，中微公司、北方华创部分技术已达到国际一流水平 。 刻蚀设备占据半导体设备 超 20%的市场 ， 2021 年全球刻蚀设备市场规模为 194 亿美元 ，预计 2022 年将达到 216亿美元 。 刻蚀设备市场集中度高，被三家龙头企业垄断， 其中泛林半导体技术实力最强，占据 47%的市场份额 ， 东京电子和应用材料分别占据 27%和 17%。从国内市场来看，刻蚀机是我国最具优势的半导体设备领域，北方华创与中微公司分别在硅刻蚀领域和介质刻蚀领域，处于 国内 领先地位， 中微公司的介质刻蚀已经进入台积电 5nm 产线， 北 方华创在 ICP 刻蚀领域优势显著， 已 进入中芯国际 14nm 产线验证阶段 。 图 23： 全球刻蚀设备市场规模及预测 图 24：全球半导体刻蚀设备市场格局 -2019 数据来源： Wind、 Gartner、东方证券研究所 数据来源： 华经产业研究、东方证券研究所 0501001502002502016 2017 2018 2019 2020 2021E 2022E全球刻蚀设备市场规模（亿美元）47%27%17%10%泛林半导体东京电子应用材料其他 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 20 图 25： 各厂商刻蚀设备与刻蚀工艺对比 应用材料 泛林半导体 中微公司 北方华创 技术种类 CCP - ICP 刻蚀种类 硅刻蚀 介质刻蚀 - 金属刻蚀 - 工艺制造技术节点 5nm - - - 7nm - 14/16nm - 28nm 客户情况 国际一流晶圆厂 - 国内一流晶圆厂 数据来源：头豹研究院、中微公司招股说明书、东方证券研究所 （ 2）薄膜沉积设备 薄膜沉积设备主要分 CVD、 PVD、 ALD 三大类，其中 CVD 市场占比最高。 薄膜沉积是指在硅片衬底上沉积一层待处理的薄膜材料 ，如 二氧化硅、氮化硅、多晶硅等非金属以及铜等金属。薄膜沉积设备主要包括 CVD 设备、 PVD 设备 /电镀设备和 ALD 设备 ， 三者各有所长， CVD 主要应用于各种氮化物、碳化物、氧化物、硼化物、硅化物涂层的制备， PVD 主要应用于金属涂层的制备，ALD 属于新兴领域，一般用于 45nm 以下制程芯片的制备，具备更好的膜厚均匀性，同时在高深宽比的器件制备方面更有优势。 图 26： 三种薄膜沉积工艺对比 图 27： 三种薄膜沉积工艺成膜效果简示 ALD 普通的 CVD PVD 原理 表面反应沉积 气相反应沉积 蒸发凝固 膜厚范围 20nm 20nm 均匀可控性 0.1nm 1nm 5nm 成膜质量 化学成分很均一，轻微空隙杂质 化学成分很均一，轻微空隙杂质 受外界限制，有较多空隙杂质 保形性 很好 较好 一般 粒子数 少 多 多 可延展性 无限制 90-65nm 100nm 真空度要求 中等 中等 高 沉积速率 低 高 高 数据来源： 华经产业研究、 前瞻产业研究院、 东方证券研究所 数据来源： 拓荆科技招股书 、东方证券研究所 目前，全球薄膜沉积设备中 CVD 占比最高， 2020 年占比 64%，溅射 PVD 设备占比 21%。 CVD设备中， PECVD 占比 53%， ALD 设备占比 20%。 图 28： 全球薄膜沉积设备市场结构 -2020 图 29： 全球 CVD 设备市场结构 -2020 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 21 数据来源： Gartner、东方证券研究所 数据来源： Gartner、东方证券研究所 薄膜沉积设备市场美系厂商具备强话语权 。 薄膜沉积设备在 半导体 设备中占比稳定在 20%左右 ，2021 年全球半导体薄膜沉积设备市场规模达 190 亿美元 ，预计 2022 年将达到 212 亿美元 。 细分领域来讲， AMAT 独占鳌头， 约占全球 PVD 市场份额的 80%以上； CVD 领域， AMAT、 LAM、TEL 三家约占全球市场份额的 70%以上。 图 30： 全球薄膜沉积设备市场规模及预测 图 31： 全球 薄膜沉积设备 市场格局 -2019 数据来源： Wind、 Gartner、东方证券研究所 数据来源： Gartner、 东方证券研究所 国内厂商尚不存在直接竞争，共同受益国产化率提升： 1) 拓荆科技引领 PECVD国产化：拓荆 科技具备 CVD、 ALD供应能力， CVD产品包括 PECVD和 SACVD，其中主力产品为 PECVD，尽管北方华创也有 PECVD 产品，但目前主要应用于光伏/LED 领域。拓荆科技 SACVD 也是国内唯一一家产业化生产该设备的厂商，而北方华创 CVD 产品除 PECVD 外主要为 LPCVD、 APCVD。 ALD 产品方面，拓荆科技与北方华创产品应用工艺有所差异（拓荆科技 ALD应用于 SADP工艺、 STI表面薄膜；北方华创 ALD应用于 HKMG工艺）。由此可见，拓荆科技与北方华创尚不存在直接竞争。 2) 北方华创 PVD 优势显著：北方华创 薄膜沉积产品线较为全面，具备 PVD、 CVD、 ALD 产品供应能力，在 PVD 设备领域竞争优势显著，国内产线导入的国产 PVD 设备基本均出自北方华创。拓荆科技、中微公司尚不具备 PVD 产品供应能力。 3) 中微公司主要为 MOCVD 设备，为北方华创、拓荆科技未产业化涉足的领域，产品应用于化合物半导体，其主要客户为乾照光电、三安光电等 LED 生产厂商。 图 32： 国内主要薄膜沉积厂商产品对比 64%21%15% CVD溅射 PVD其他设备53%20%27% PECVDALD其他0501001502002502016 2017 2018 2019 2020 2021E 2022E全球薄膜沉积设备市场规模（亿美元） 电子行业深度报告 半导体前道设备研究框架 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见 分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 22 产品 大类 产品 类型 技术原理 应用领域 应用工艺 主要客户 拓荆 科技 CVD PECVD 100-400，真空环境，射频能量源，多种反应气体腔内同时反应 集成电路 前后段介质层 前后段抗反射层 前段刻蚀硬掩膜 /阻挡层 后段钝化层 中芯国际、华虹集团、长江存储等晶圆制造企业 PEALD 100-400，真空环境，射频能量源，多种反应气体先后送入反应腔 SADP 工艺 STI 表面薄膜 ICRD SACVD 400-550， 30-600 Torr，热反应能量源，多种反应气体腔内同时反应 STI 沟槽填充等 北京燕东微电子 中微 公司 CVD MOCVD 500-1200， 10-100Torr，热反应能量源，多种反应气体腔内同时反应 LED LED 领域 乾照光电、三安光电、华灿光电等 LED 生产厂