国内半导体下游需求旺盛，带动晶圆代工设备发展。2021年，中国半导体下游需求全球第一，为1895亿美元。对应的半导体制造和封测，由于精度要求以及工艺升级，所以强烈依赖半导体设备，这也将驱动本土设备市场增长。2021年，国内半导体设备市场规模达到296.2亿美元，占比全球整体市场28.86%。其中，晶圆代工设备占超八成半导体设备市场，为热点赛道。

 

美日厂商垄断全球半导体设备市场。全球前十五名半导体设备公司基本上为美日厂商，且市场集中率高，达86.25%。国外龙头企业具有起步早，技术先进，资金充足，客户资源丰富等优势，其中，代表性公司应用材料（AMAT）、阿斯麦尔(ASML)、拉姆研究(LAM)、东京电子（TEL）中，除阿斯麦尔主营专注光刻机以外，其余三家均为多线发展。目前，全球半导体设备厂商呈现头部聚拢，边缘分散的发展趋势。

 

晶圆代工设备国产化率低，整体赛道长坡厚雪。国内因为起步晚、技术壁垒高、早期资金投入不足、人才不足等原因，在晶圆代工设备赛道上整体落后于国外先进水平，故而在市场上占劣势。然而在某些细分领域中，国内企业已取得一定的成绩：涂胶显影设备方面，芯源微打破技术壁垒，后道工艺和化合物半导体制造与国外先进水平持平，前道工艺水平达到28nm精度，国内市占率为4%；刻蚀设备方面，中国龙头中微公司迭代速度快，已占国内20%份额；薄膜沉积设备方面，北方华创覆盖所有子领域，并实现了国内PVD设备零突破；清洗设备方面，国内清洗设备龙头盛美上海，产品类型丰富，国内市占率达20.5%。虽然国内晶圆代工设备技术整体落后于国外先进水平，但是由于部分技术壁垒的突破，国产替代化将加速占领国内巨大市场空间。

 

投资建议与风险提示：对于晶圆代工设备赛道的投资，建议关注：从时间周期来看——短中期：中低端替代（涂胶显影、清洗、前道检测、测量、刻蚀、薄膜沉积设备）；长期：高端替代（光刻机及相应组件、离子注入设备、其他细分赛道高端机型）。从投资方式来看——股权投资：1）已上市：我国细分领域龙头公司或技术迭代迅速的公司；2）未上市：已实现多轮股权融资且成长性强的公司；债权投资：信誉度高，现金流稳定，扩产建厂落地后，新产能能获得相应订单的公司。风险提示：1）国产替代化时间高于预期；2）全球贸易摩擦风险；3）新冠疫情影响。

 

一、中国半导体巨大下游市场催生晶圆代工设备需求

 

1.1 中国半导体旺盛的下游需求将拉动本土设备市场

 

半导体产业链层层分明，主要由设备、材料（上游），IC设计、IC制造、IC封测（中游），以及终端（下游）构成。半导体行业是现代经济社会发展的战略性、基础性和先导性产业，是电子信息产业的基础支撑。根据主要生产过程，产业链由设备、材料（上游），IC设计、IC制造、IC封测（中游），以及终端（下游）构成，整个流程为将IC设计出的电路由设备、材料加以制造、封测成为终端成品。具体流程介绍如图表1所示。

具体半导体核心产业链及相关名词简介如图表2、3所示。

中国半导体下游需求旺盛，拉动本土对半导体设备的需求。根据美国半导体产业协会统计，全球半导体销售额由2008年的2559.8亿美元增长至2021年的5456.2亿美元，其中，中国2021年销售额为1895亿美元，为全球第一，占比35%。以整个市场趋势来看，在增长的同时，正在往亚太，特别是中国地区进行转移；以下游需求来看，需求的变化方向是PC → 智能手机 + 平板电脑 → 5G + IoT + AI + 汽车电子，预计未来也将会是智能化和电气化驱动行业发展。整个IC制造与IC封测过程强烈依赖半导体设备，因为自身过程以及实现对于精度和工艺升级的高要求，所以半导体设备为半导体下游的基石，中国旺盛的下游需求将驱动本土半导体设备市场的增长。

1.2 晶圆代工设备为半导体设备核心赛道

 

在半导体工厂中，半导体的制程主要涵盖了硅片制备、半导体前道工艺 （晶圆代工）、半导体后道工艺三个部分，其中晶圆代工过程最为核心关键。硅片制备的目的是生产大小适合的晶圆片，通常为8英寸和12英寸，主要方式分为CZ法（直拉法）和FZ法（区熔法），其中85%以上的单晶硅采用CZ法生长。因为CZ法制成的晶圆直径大，芯片生产效率高，设备重复利用率高，边角料浪费少，而FZ法制成的晶体纯度更高，含氧量低，相对而言晶圆直径更小，更多的需求来源于功率半导体器件。晶圆代工工艺主要分为光刻、离子注入、刻蚀、抛光、薄膜沉积、扩散、金属化以及清洗过程，目的是对硅片有缘层（通常硅片顶层几微米内）进行化学或者物理操作，从而将芯片设计的图案从掩膜版转移到晶圆上。后道工艺分为背部减薄、晶圆切割、贴片、焊线、封装、FT（Final Test）过程，目的是将晶圆进行切割并封装成最终成品。

中国大陆地区半导体设备市场增长迅速，2021年规模达到296.2亿美元；晶圆代工设备占超八成市场。根据日本半导体制造装置协会统计，全球晶圆代工设备销售额从2005年的328.8亿美元，增长至2021年的1026.4亿美元，近十年CAGR为8.96%；中国大陆晶圆代工设备销售额从2005年的13.3亿美元，增长到了2021年的296.2亿美元，近十年CAGR为23.29%，CAGR远高于全球平均水平。根据Wind以及SEMI数据显示，2006-2021年，全球前道设备占比整体半导体设备的比例从76.40%增长至85.37%，2021年前道设备、封装设备、测试设备销售额分别为875.00、71.70、78.30亿美元。

晶圆代工设备市场占比中，刻蚀设备、薄膜沉积设备以及光刻设备占最主要份额。根据VLSI数据显示，晶圆代工前道设备市场中，刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备为核心前道设备，贡献超七成市场，分别为30%、23%、25%。根据Marketsandmarkets，mordorintelligence，台湾工研院数据显示，2020年全球光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、扩散、抛光、前道检测、测量设备市场大小分别为213.60、142.40、178.00、35.60、35.60、7.12、35.60亿美元。其中，光刻设备占比最高且成长最快，预计2021-2025年，成长率为8.5%，因为光刻设备具有决定工艺制程、单价高、需求量大的特点，这将成为其市场规模的主要增长点。

二、晶圆代工设备市场被国外厂商高度垄断

 

美日厂商垄断全球半导体设备市场。目前，全球半导体设备市场呈现头部聚拢，边缘分散的发展趋势，且半导体设备龙头公司基本上为美日企业。根据VLSI统计，前十五位龙头公司销售额集中度由2019年的78.94%增长到2020年的82.65%，而其中仅有一位为中国香港上市的荷兰控股公司，ASM太平洋科技，其余多为美日企业。这是因为国外龙头企业具有起步早，技术先进，资金充足，客户资源丰富等优势，所以目前市场占有率高。前四大半导体设备公司全为晶圆代工设备公司，且份额处于上升趋势：它们分别为应用材料（美）、阿斯麦尔（荷）、拉姆研究（美）、东京电子（日），2020年共占全球半导体设备公司销售额的59.53%，营收分别为163.65、153.96、119.29、113.21亿美元，相较2019年呈现一定的增幅，涨幅分别为21.51%、20.56%、24.92%、18.52%。

全球半导体设备龙头发展情况如下：作为晶圆代工设备龙头公司中的第一，应用材料业务线最广，在PVD（物理气相沉积）、离子注入、抛光领域中都做到了一家独大；阿斯麦尔方面，仅靠光刻机业务做到了2021年整体营收全球第二，净利率31.61%的好成绩，截至2022年7月14日，市值达到1799.67亿美元，远远领先其余三家公司；拉姆研究在2021年超越东京电子成为全球第四，其刻蚀业务为优势领域；东京电子方面，涂胶显影设备处于绝对优势。其余细分赛道中，清洗设备龙头为迪恩士（日），前道检测、测量设备龙头为科磊半导体（美），测试设备龙头为泰瑞德（美）。截至2022年7月14日，全球晶圆代工设备龙头情况如下：

 

2.1 光刻设备

 

光刻机方面，阿斯麦尔、尼康、佳能几乎三分天下，其中阿斯麦尔独占高端机市场。阿斯麦尔是来自荷兰的光刻机龙头公司，占全球75.30%市场，尼康、佳能紧随其后，分别占11.30%、6.20%份额。2021年，阿斯麦尔、尼康、佳能分别销售光刻机309、27、40台。其中，阿斯麦尔销量最高，覆盖所有机型，并独占EUV机型；尼康覆盖中低端机市场；佳能去年仅覆盖低端机市场。

东京电子为全球涂胶显影设备龙头，约占87%份额；目前国内仅有芯源微突破技术垄断。涂胶显影设备市场目前基本被海外企业垄断，海外巨头包括东京电子、迪恩士、苏斯微（德国）、SEMES（韩国）等，特别是东京电子已经拥有全球87%市场份额，中国91%市场份额。中国方面目前仅有芯源微突破技术垄断，占有国内4%市场份额。

目前，国内光刻设备水平与国外差距明显，前路任重而道远。光刻机整机方面，国内厂商仅有上海微电子，其SSX600系列步进扫描投影光刻机可满足IC前道制造90nm、110nm、280nm关键层和非关键层的光刻工艺需求，ArF/ KrF/ I-line光源曝光，用于8/ 12寸线的大规模工业生产；涂胶显影设备方面，国内唯有芯源微打破了技术壁垒，其在后道工艺以及化合物半导体制造方面已与世界先进水平持平，前道工艺适用于28nm工艺节点及以上工艺制程，与世界领先水平略有差距；其他方面，光刻机设备子系统还包括双工作台、光学晶体及器件、曝光光学系统、浸没系统、激光光源系统等。

截至2022年7月14日，国内光刻设备相关上市公司财务情况以及未上市公司融资情况如图表17、18所示。

2.2 刻蚀设备

 

刻蚀设备中，全球供应格局是拉姆研究、东京电子、应用材料三家独大，呈现高度垄断的格局，特别是拉姆研究占比超一半。在中国竞争格局来看，拉姆研究依然势头强劲，占比53%，中微公司和北方华创突破海外企业对于刻蚀设备市场的垄断，国内市场分别占比20%，6%。

目前国内刻蚀设备公司发展势头良好，其中中微公司、北方华创实力雄厚，产品线范围广。中微公司领军中国介质刻蚀，其中最先进的电容耦合刻蚀设备Primo AD-RIE已经能应用于7nm后端制程，最新电感耦合刻蚀设备Primo Twin-Star以低成本、高效率著称；北方华创则领军中国金属刻蚀以及硅刻蚀领域，且于2019年自主成功研发ALE（原子层刻蚀）技术，并成功进入行业知名客户的生产线，为国产设备在先进制造、高端装备等领域再添新秀。

截至2022年7月14日，国内刻蚀设备相关上市公司财务情况以及未上市公司融资情况如图表22、23所示。

2.3 薄膜沉积设备

 

薄膜沉积设备类型众多，其中子分类PECVD（等离子体增强化学气相沉积）设备占比最高，为33%。薄膜沉积设备主要分为了CVD（化学气相沉积）、PVD（物理气相沉积）、 ALD（原子层沉积）类型。在整个薄膜沉积工艺中，又衍生出了不同的子类工艺，如PECVD、溅射PVD、ALD、LPCVD（低压化学气相沉积）等。根据Gartner统计，2020年，PECVD机型占整体薄膜沉积设备市场第一份额，为33%；ALD设备占比11%。

薄膜沉积设备由应用材料、东京电子、ASMI、拉姆研究主导，其中PVD设备被应用材料高度垄断。从整个全球薄膜设备竞争格局来看，ALD设备中东京电子占40%的份额，ASMI（荷）占29%的份额；CVD设备中应用材料、拉姆研究、东京电子分别占有30%、21%、19%的份额；PVD设备中应用材料占85%的份额。

国内主要的薄膜沉积设备厂商为北方华创、拓荆科技，其中，作为龙头的北方华创布局所有设备类型。北方华创拥有溅射源设计技术、等离子产生与控制技术、颗粒控制技术、腔室设计与仿真模拟技术、软件控制技术，建立了具有自主知识产权的核心技术优势，并成功进入国际供应链体系，实现了国内PVD设备零突破，目前已覆盖ALD、CVD、PVD三种设备类型。芯源微产品主要包括PECVD设备、ALD设备和SACVD（次常压化学气相沉积）设备，应用于集成电路晶圆制造，以及TSV封装、光波导、Micro-LED、OLED显示等高端技术领域，且拥有自主知识产权，技术指标达到国际同类产品先进水平。

截至2022年7月14日，国内薄膜沉积设备相关上市公司财务情况如图表27所示。

2.4 抛光设备

 

全球CMP（化学机械抛光）设备龙头为应用材料，中国大陆地区为全球第一大CMP设备市场。根据SEMI统计，2019年，应用材料占全球70%的市场份额，荏原机械占比25%。2020年，中国大陆CMP市场全球第一，为4.3亿美元，份额占比27%，中国台湾、韩国紧随其后，分别为25%、23%。虽然中国大陆地区CMP设备市场份额巨大，但是此细分赛道仍被海外厂商所主导。

华海清科为我国CMP设备的龙头公司。其生产的CMP设备可广泛运用于12英寸和8英寸的集成电路生产线，产品总体技术性能已达到国际先进水平，成功填补国内空白，打破了国际巨头在此领域数十年的垄断。中国电子科技集团有限公司所属中电科电子装备集团有限公司为了达到CMP产品市场化转型的目的，设立了混合所有制公司北京烁科精微电子装备有限公司，目前已拥有产品Horizon化学机械抛光机。

截至2022年7月14日，国内CMP设备相关上市公司财务情况以及未上市公司融资情况如图表31、32所示。

2.5 清洗设备

 

全球清洗设备龙头为迪恩士，占全球一半左右份额，盛美半导体为国产清洗设备龙头。根据Gartner统计，迪恩士、东京电子、SENES（韩国）、拉姆研究占比全球清洗份额分别为45.10%、25.30%、14.80%、12.50%。国内市场竞争格局中，除海外龙头以外，盛美半导体占比20.50%，北方华创占比1%，芯源微占比0.50%。

首例美股分拆科创板上市企业盛美半导体（盛美上海），为国内清洗设备龙头。盛美上海经过多年的研发投入和技术积累，先后开发出单片清洗、槽式清洗以及单片槽式组合清洗等清洗设备，其全球首创的SAPS、TEBO兆声波清洗技术和单片槽式组合清洗技术，可应用于45nm及以下技术节点的晶圆清洗领域。国内其余还有北方华创、芯源微、至纯科技积极布局清洗设备市场。

截至2022年7月14日，国内清洗设备相关上市公司财务情况如图表36所示。

2.6 离子注入设备

 

应用材料高度垄断离子注入设备市场。2019年，全球90%的离子设备市场被美国公司领军，其中应用材料占比70%，亚舍立科技（美国）占比20%。

国产离子注入设备研发进度仍待加快。目前，烁科中科信已拥有中束流离子注入机、低能大束流离子注入机、高能离子注入机和定制离子注入机四种产品；凯世通正在从光伏离子注入设备往集成电路离子注入设备领域布局，目前已被万业企业收购。

截至2022年7月14日，国内离子注入设备相关上市公司财务以及未上市公司融资情况如图表39、40所示。

2.7 前道检测、测量设备

 

全球前道检测、测量设备市场，主要由海外龙头科磊半导体占据，市场份额约为52%。根据VLSI、QY Research统计，2020年，科磊半导体（美）、应用材料（美）、日立（日）、雷泰光学（美）、阿斯麦尔（荷）、康特科技（以）、迪恩士（日）在前道检测、测量设备市场上分别有54.8%、9.0%、7.1%、4.3%、2.9%、1.9%、0.5%的份额。目前，国内上海精测、卓海科技、中科飞测、睿励科学仪器等公司正在聚焦此赛道。

国内多数前道检测、量测企业已将检测与量测功能全覆盖。其中，上海精测（精测电子控股子公司），产品主要为量测设备；卓海科技，产品主要为检测量测、量测修复设备；中科飞测、睿励科学仪器（中微公司参股子公司），产品主要为检测和量测设备。

截至2022年7月14日，国内前道检测、测量设备相关上市公司财务情况以及未上市公司融资情况如图表43、44所示。