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一、關鍵製程設備本土均有突破，晶圓產線建設驅動國產替代
1.1 本土晶圓製造環節能力逐步提升，大力布局存儲/代工/特色工藝等領域
晶片製造能力是實現國家集成電路乃至信息產業自主可控的關鍵，晶圓製造和封測，以及上遊配套的 設備與材料是基礎。目前國家集成電路產業基金一期撬動各地方政府總投資約 5000 億元，支持集成電路 各環節發展，其中晶圓製造和封測產線是重點，而二期也已正式開始，預計帶動萬億資本，屆時存儲、先 進位程等晶圓線將繼續重點投入，此外將加大設備材料環節扶持力度。根據現有規劃，2017-2020 年全球 新建晶圓線中約 45%位於中國大陸，與晶圓製造相配套的上下遊環節，本土廠商將迎來替代與發展良機。
晶圓代工產能方面，2017 年全球代工營收約 623 億美金，中芯國際、華虹半導體等本土晶圓代工企 業營收約 50 億美金，全球代工產值佔比約 8%，代工份額提升空間巨大。隨著新建產線產能釋放，未來三 年大陸晶圓製造產能將迅速提升，大陸本土公司晶圓製造產值有望增至 2022 年的 145 億美金，複合增速 高達 20%，高於同期大陸 IC 製造總產值（涵蓋非本土廠商）的 13%複合增速。
晶圓製程方面，本土代工在 45nm/40nm 以上成熟製程已具備實力，28nm 以下的先進位程正努力縮 小差距。中芯國際的 28nm 製程 17Q4 量產，14nm 在 2019Q3 量產，12nm 開始客戶導入。華力微 19 年底 突破 28nm HKC+工藝，2020 年將量產 14nm。就 14 納米而言，中芯國際與臺積電/三星/GF 差距逐漸縮小。 在先進位程上，目前臺積電 7nm 晶片佔營收 35%，而 5nm 預計在 2020 年達到 10%，三星 7nm 已在 19Q4 量產，5nm 預計今年量產；綜合考慮市場需求與性價比，GF 與聯電放棄 10nm 以下，專攻 14nm/12nm 制 程。中芯等國內代工企業在 28nm 及以上製程技術較成熟，有望爭奪市場份額，14nm 製程有望逐漸上量。
存儲是新線重點，投資佔比高達 65%，其中本土存儲佔比 48%（紫光/長江存儲/合肥睿力/福建晉華）， 非本土（Intel/三星/海力士）為 17%。而中芯/華力微/芯恩/粵芯等本土代工投資佔比為 17%，臺積電/聯電/GF 等非本土代工佔比 11%，剩餘 7%為士蘭微、華潤微、積塔等功率器件/特色工藝等。其中 96%為 12 寸 線建設，功率器件等相關的 8 寸線佔比僅 4%。規劃涉及設備投資總額約 8800 億元，根據建設進度預計設 備訂單釋放時間，對應 2017-2021 年每年半導體設備需求約 769、1551、1504、1719、1427 億元。
1.2 半導體設備亟需國產化率提升，晶圓產線建設驅動本土配套機遇
2019年全球半導體設備市場約576億美金，大陸地區約130億美金，佔比約22.4%，僅次於臺灣的27%， 高於韓國的 18%。2019 年泛半導體設備國產率約 16%，IC 設備國產化率約 5%，其中大陸進口半導體設備 中，金額佔比最高的為鍍膜設備，佔比 32%（化學氣相沉積 23%+物理氣相沉積 9%），其次是刻蝕設備 18%， 其次是引線鍵合機 12%，剩下氧化擴散爐、光刻機、離子注入機、化學拋光機等設備佔比約 10%、9%、4%、 4%。鍍膜與刻蝕兩環節設備合計約 50%，是國產替代的主力領域，相關公司有望從中受益。
從晶圓線投資額細分看，半導體設備投資佔產線總投資的 75%-80%。而設備投資中，晶圓製造環節佔 比約 80%，封裝環節佔比約 6%，測試環節佔比約 9%。晶圓製造相關設備中，光刻/鍍膜/刻蝕等環節佔比 較高，分別為 24%、20%、16%，而離子注入、工藝檢測、晶圓加工其他佔比為 4%、8%、8%。考慮市場空 間及技術成熟度，刻蝕/鍍膜環節國內廠商替代潛力較大，國內刻蝕設備龍頭、中微公司有望份額提升。
隨著大陸晶圓產線建設，本土晶圓代工產能有望提升 3 倍，大陸晶圓製造商的市佔率攀升，最終將帶 動本土上遊配套的設備企業「共生增長」。以日本為例，統計製造業和設備業兩者市場份額變化，兩者的相 關性非常高。隨著日本製造企業在全球產業鏈崛起，日本設備企業由於本土化優勢，享受配套機遇。大陸 本土設備廠商也有望複製同等上升路徑。
1.3 關鍵製程設備本土均有布局， 優勢環節份額提升，劣勢環節逐漸突破
全球半導體設備市場集中度較高，Top5 設備廠商合計份額約 80%。2019 年前五設備廠商營收分別為 應用材料（AMAT）135 億、阿斯麥（ASML）128 億、東京電子（TEL）96 億、泛林（LAM）95 億、科磊（KLA） 47 億美金，對應市場份額為 21%、20%、15%、15%、7%。ASML 產品較為單一，幾乎壟斷了光刻機市場， 而 AMAT 則是在刻蝕、PVD/CVD 鍍膜、熱處理、離子注入、CMP 等多環節市佔率領先，產品線最為豐富。
半導體設備主要分為晶圓前道設備和後道封測設備，部分環節國產化率提升明顯。其中晶圓前道設備 中，刻蝕機（140 億美金，佔比 25%）、 CVD/PVD/ALD 鍍膜機（125 億美金，23%）、光刻機（125 億美金， 20%）為市場規模前三大設備種類，隨後是塗膠顯影+去膠（25 億美金，4%），熱處理（18 億美金，3%）， 離子注入（16 億美金，3%）， CMP（20 億美金，4%），清洗（30 億美金，6%）、量測設備（60 億美金，10%）。 而後道封測主要設備包括測試機（30 億美金，6%），探針臺（10 億美金，2%），分選機（9 億美金，2%）。 其中，本土產線設備需求的國產化情況看，晶圓前道環節的刻蝕（20%）、PVD（10%-15%）、熱處理（15%-20%）、 清洗（20%）、 CMP（15%）、去膠設備（80%）等相對其他環節的國產化率較高，均高於 15%；而光刻機、 塗膠顯影、CVD、ALD、離子注入、量測設備均不足 5%。後道封測環節的測試機、分選機、探針臺的本土 配套率也不足 5%。
大基金一期對設備材料投資佔比僅 4%，有重點對部分環節的優質設備公司進行支持，二期預計將加 大對半導體設備的扶持範圍和力度。其中，晶圓前道設備，對刻蝕、鍍膜、清洗、離子注入、量測環節相 關的北方華創、中微公司、瀋陽拓荊、盛美半導體、萬業企業（凱世通）、上海精測、上海勵睿進行了股 權投資，截止目前持股比例分別為 10.03%、17.45%、35.3%、4.58%（普通股）、7%、15.4%、12.12%。後 道封測設備，持有測試分選環節的長川科技 9.85%股份。截止目前，光刻相關的光刻機、塗膠顯影、去膠 設備環節大基金目前尚未入股，上海微電子、瀋陽芯源、屹唐等有望後續得到支持。其餘清洗、測試環節 的至純科技、華峰測控等優質標的也有望迎來機會。
從技術水平來看，刻蝕、鍍膜、清洗設備的國產化水平已接近國際主流廠商，在先進的 28/14nm 晶圓 代工產線和 3D NAND 等存儲產線批量應用，中微的介質刻蝕機更是進入臺積電的 7nm/5nm 產線。而光刻、 離子注入、量測設備相對較國際主流水平有一定差距。國產光刻機目前最高到 90nm 製程節點，在功率等特色工藝線上有所突破；離子注入主要在光伏及 45-22nm 低能大束流方面取得突破；量測設備主要集中在 膜厚等關鍵尺寸測量上。而其他封測設備如探針臺、測試機、分選機等在數字晶片等先進應用上仍有差距。
對於半導體設備國產化的機會，我們認為突破容易程度為：（1）產品上，功率器件>數字模擬器件>邏 輯晶片； （2）製程上，特色工藝>成熟製程（28nm 及以上）>先進位程； （3）尺寸上，4-6 寸>8 寸> 12 寸。
從本土晶圓線最新設備招標數據看，2019 年度，8 英寸特色工藝為代表的積塔半導體國產化設備採購 率為 34%，高於華虹無錫的 12 寸成熟工藝線（90-65/55nm）的 27%國產化率，更高於華力微的 12 寸先進位程（90-65/55nm）產線的 9%。而 2019 年由於長江存儲處於一期量產關鍵階段，整體依然以存儲製程突 破為主，設備國產化率較低為 7%，2020 年擴產時的新採購設備其國產化率大幅提升，提升至 15.7%。
具體設備環節來看，刻蝕、鍍膜、氧化擴散熱處理、清洗等環節相對國產化率較高，基本上超過 15%； 光刻、離子注入、過程工藝、測試等設備國產化率較低，不超過 5%；上海微電子在積塔 8 寸特色產線取 得光刻設備供應的突破。隨著長江存儲的工藝成熟度提升，3D NAND 產線的設備採購國產化率從 2017 年 的 2.2%，2018 年 9.6%，2019 年 7.2%，提升至 2020 年的 15.7%。其中，刻蝕設備、清洗設備、研磨拋光 設備、氧化擴散設備等國產化率這幾年來顯著提升。
大力發展晶圓產線給本土設備企業帶來配套機會。先進/成熟製程產線包括：中芯北方（12 寸 28nm）、 中芯南方（12 寸 14nm），華力集成二期（12 寸 28/14nm）；華虹無錫（12 寸 90-65nm），士蘭微廈門（12 寸 90nm）， 晶合集成（12 寸 180-55nm）、萬國重慶（12 寸 90nm）、 粵芯和青島芯恩（12 寸 180-130nm）。
特色工藝線：中芯國際紹興/寧波/天津（8 寸）、士蘭微（8 寸）、積塔上海（8 寸）、燕東微北京（8 寸）等。8 英寸晶圓代工涉及功率、模擬、CIS、電源管理等產品，下遊需求穩健，疊加 8 寸產能有限，本土企業在特色工藝具備競爭力，有望迎來市佔率提升，帶動特色工藝相關設備的營收提升。
存儲產線：長江存儲、合肥睿力在 2020 年進入產能爬坡期，帶動設備需求大增。19 Q4 長江存儲產能 在 2 萬片/月，2020 年底擴產至 5 萬片/月，2021 年底到 10 萬片/月，2023 年擴產至 30 萬片/月。合肥睿 力一期產能 12 萬片/月，目前 2 萬片/月，2020 到 4 萬片/月，後續將視情況進行擴產計劃。此外，紫光集 團在重慶計劃設立 DRAM 產線，在南京/成都設立存儲基地等。存儲作為大類標準品，對成本敏感，定製 化需求較少，對設備要求相對數字邏輯晶片較低，本土存儲企業長期規劃清晰，設備企業有望持續受益。
國內半導體設備廠商在各自優勢環節逐漸突破本土不同類型的晶圓產線。中微公司的介質刻蝕機在華 力微、華虹無錫、長江存儲份額維持在 15%左右；北方華創的氧化/擴散/熱處理設備在存儲產線份額達 32%， 在華力微和華虹無錫分別為 6.3%和 3.8%，而刻蝕和薄膜沉積相對份額較小；盛美半導體的清洗設備份額 穩定，在三條晶圓線分別維持在 14%-18%；華海清科的 CMP 設備份額在華虹無錫和長江存儲分別為 22.2% 和 14.9%，在華力微為 9.1%；其他屹唐、瀋陽拓荊、瀋陽芯源、北京中科信、上海睿勵、上海精測在熱處 理設備、鍍膜設備、塗膠顯影設備、離子注入、膜厚測量等設備上佔據一定份額，提升空間較大。
本土半導體設備廠商在光刻、刻蝕、鍍膜、氧化擴散、清洗、拋光、離子注入等環節基本實現全覆蓋。越來越多的上市公司以及非上市公司發力半導體設備領域。其中，涉及到曝光/光刻企業有 4 家，塗膠顯影 有 10 家， CVD 企業 9 家， PVD 企業 6 家，其他成膜設備企業 6 家，幹法刻蝕設備企業有 10 家，溼法腐 蝕設備企業 12 家，熱處理設備企業 8 家，CMP 設備廠商僅有 2 家，離子注入設備廠商也僅有 2 家，計量 檢測設備廠商 10 家，倉儲搬運設備 4 家。隨著政策與資金支持，在本土晶圓新建對設備需求帶動下，越 來越多的設備公司有望發展壯大。
二、晶圓製造設備部分環節具備競爭力，其餘環節已有份額突破
2.1 光刻環節：本土已有初步突破，距國際水平仍有較大差距
2.1.1 光刻機設備：封裝/LED 光刻機相對成熟，IC 前道/面板光刻機仍有差距
IC 前道晶圓製造為集成電路產業鏈的核心環節，晶圓製造包括光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、擴 散、拋光、退火、檢測等主要環節，其中光刻環節是其核心。光刻機是一種將預先設計好的晶片圖形轉印 至矽片或者其他材質基底上的大型精密量產型加工製造設備。光刻機光刻或者曝光精度直接決定了整個半 導體製造工藝的節點，其昂貴的價格也導致光刻機是整個半導體製造產線投資最主要的組成部分。
在實際的光刻工藝過程中，既要保證納米級的曝光精度，同時也要保證高的產率以實現其足夠的經濟 性，光刻機設備會十分複雜，其分系統和部件製造的工程實現難度極高。典型光刻機設備包括：超低像差 投影物鏡系統、高精度勻光曝光系統、精密鏡像掃描或步進掩膜臺系統、高速矽片傳輸系統、納米級對準 系統、精密調焦調平系統、大負載高精度高速工件臺系統、亞納米雙頻雷射幹涉位移測量系統、主動隔振 系統、精密溫度控制系統和分布式多級複雜整機控制系統。按照應用領域，可分為 IC 前道晶圓製造、IC 後道先進封裝、平板顯示和高亮度 LED 等領域。其中，IC 前後道晶圓製造同屬於集成電路領域，不管是遵 循摩爾定律還是超越摩爾，IC 前道光刻設備解析度以及 IC 後道先進封裝技術的提升都依賴光刻精度。
IC 晶圓前道製造光刻流程包括：先放置在掩膜板庫裡，通過掩膜傳輸系統放置在掩膜臺，晶圓通過矽 片傳輸系統傳入工件臺，調焦調平系統對矽片進行調焦調平，對準系統對矽片對準，然後工件臺、掩膜臺、 曝光系統在整機控制系統的控制下完成整個晶圓的掃描或者步進式曝光，曝光完成後由矽片傳輸系統傳出。
隨著解析度需求不斷微縮，根據所使用的光源的改進，光刻機經歷了 5 代產品的發展。光刻機主要指 標為解析度、套刻精度和產率，未來的發展趨勢將主要圍繞以上三個指標。照明波長不斷變短、物鏡的數 值孔徑不斷變大，使得光刻機的分辨力能力不斷提高，當前 EUV 解析度達到 13nm，通過多重曝光能夠實 現 7nm 工藝製造，並向 5nm 和 3nm 技術節點前進。同時，套刻精度隨著解析度不斷提高，產率不斷優化， 使得晶片整體生產成本持續降低。
全球光刻機市場來看，ASML 一家獨大。其光刻機出貨量佔據全球 70%以上份額，尤其在 EUV 光刻機、 ArF 浸沒式光刻機領域基本上處於壟斷地位；Canon 和 Nikon 的光刻機出貨量份額合計約 30%，主要集中在 平板顯示領域，在 I line 和 KrF、ArF 光刻機佔據一定份額；而美國 Ultratech 主要是後道封裝和 LED 封裝光 刻機為主，封裝和 LED 光刻機的單臺價值量相對晶圓前道、平板顯示光刻機較低，競爭壁壘也相對較低。
ASML 所生產的 EUV 光刻機能夠滿足 5nm/7nm 工藝製程。根據 ASML 年報披露， 其 2015 年至 2017 年 IC 前道晶圓製造光刻機銷售臺數分別為 169 臺、157 臺和 198 臺，在 IC 前道製造領 域處於絕對壟斷地位。2019 年 ASML 交付 26 臺 EUV 光刻機，遠超 18 年的 18 臺，預計 2020 年交付 35 臺 EUV 光刻機，2021 年則會達到 45-50 臺的交付量，是 2019 年的兩倍左右，單臺售價超過 1 億美金。
不同光刻領域布局看，ASML、Nikon、Canon 以及大陸上海微電子四家企業具備晶圓前道能力。而在 後道封裝/LED 光刻上，上海微電子、奧地利 EVG、德國 SUSS、美國 Veeco、美國魯道夫等有產品線覆蓋， 而本土除上海微外還有中電科 48 所、中電科 45 所等參與晶圓前道光刻機研發。本土其他與光刻相關廠商主要集中在掩膜對準、電子束曝光、雷射直寫等環節，包括影速光電、金盛微納、新諾科技、合肥芯碁等。 核心光刻機曝光系統部件的大陸涉及單位包括國望光學、長春國科精密光學、上海/長春光機所等，光刻雙工件臺大陸廠商有北京華卓精科，是繼 ASML 後成為世界上第二家掌握雙工件臺核心技術的公司。
隨著先進位程從10nm往5nm/3nm節點演進，邏輯晶片晶圓製造中光刻價值佔比從25%提升至35%+， 提升較明顯。DRAM 從 1X 往 1A 演進，也將帶動光刻價值佔比從 24%提升至 27%。設備端看，EUV 和 ArFi 光刻機佔比約 8 成，其中 EUV 光刻佔比提升顯著，國內廠商有望從 ArF 和 KrF、I-Line 光刻機等逐步切入。
2.1.2 塗膠顯影設備：整體國產化率不足 5%，芯源微/盛美國內佔據一定市場
光刻工藝流程為：脫水烘烤→旋轉塗膠→軟烘→曝光→曝光後烘烤→顯影→堅膜烘烤→顯影檢查。各 步驟如下：（1）旋轉塗膠：通過旋轉方式在矽片塗上液相光刻膠材料；（2）軟烘：塗膠後，對矽片進行軟 烘，除去光刻膠中殘餘的溶劑，提高光刻膠的粘附性和均勻性；（3）曝光：使用紫外光照射，未受掩膜遮 擋部分的光刻膠發生曝光反應，實現電路圖從掩膜到矽片上的轉移；（4）曝光後烘烤：以一定溫度烘烤曝 光後的矽片，目的是降低駐波效應的影響以及使化學反應更充分；（5）顯影：使用化學顯影液溶解由曝光 造成的光刻膠可溶解區域，使可見圖形出現在矽片，並區分需要刻蝕的區域和受光刻膠保護的區域；（6） 堅膜：對顯影后的光刻膠加熱烘乾，促使光刻膠與矽片粘著牢固，提高其強度；（7）顯影檢查：區分那些 有很低可能性通過最終掩膜檢驗的晶圓，提供工藝性能和工藝控制數據及分揀出需要重做的晶圓。
塗膠顯影設備是光刻工序中與光刻機配套使用的塗膠、烘烤及顯影設備，包括塗膠機（又稱塗布機、 勻膠機）、噴膠機和顯影機。在早期的集成電路和較低端的半導體製造工藝中，此類設備往往單獨使用（Off Line）。隨著集成電路製造工藝自動化程度及客戶對產能要求的不斷提升，在 200mm 及以上的大型生產線 上，此類設備一般都與光刻設備聯機作業（In Line），組成配套的圓片處理與光刻生產線，與光刻機配合 完成精細的光刻工藝流程。
按工藝環節不同，塗膠顯影設備可分為前道塗膠顯影設備和後道塗膠顯影設備。塗膠顯影設備完成晶 圓的光刻膠塗覆、固化、顯影、堅膜等工藝過程，直接影響到光刻工序細微曝光圖案的形成，顯影工藝的 圖形質量對後續蝕刻和離子注入等工藝中圖形轉移的結果也有著深刻的影響。按照工藝環節不同，塗膠顯 影設備可分為前道塗膠顯影設備（晶圓加工）和後道塗膠顯影設備（封裝測試）。前道塗膠顯影設備與光 刻工藝相關，光刻工藝可分為 g-line、i-lina、KrFi（沉浸式）、ArF、ArFi（沉浸式）和 EUV 等，ArF 和 KrF 塗膠顯影設備佔比較高，例如長江存儲產線招標以 ArF 和 KrF 為主。後道塗膠顯影設備與封裝形式有 關，傳統封裝形式有 SIP（單列直插）、DIP、SOT、TO 等，先進封裝有 FC、WLP、2.5D 和 3D 封裝等。
塗膠顯影機市場規模約 23 億美元，EUV 成為未來幾年市場增長的主要驅動力。塗膠顯影設備市場規 模自 2013 年以來逐步增長，2018 年達 23 億美元（其中，中國大陸和臺灣地區合計為 9 億美元），同比增 長 28%，2013-2018 年 CAGR 達 11%。VLSI 預計 2023 年塗膠顯影設備市場規模將達到 25 億美元，TEL 預計 2022 年達到 25 億美元。從工藝看，ArF 和 KrF 佔有塗膠顯影設備市場約 50%的份額，市場相對穩定，未來 幾年隨著 EUV 工藝滲透，EUV 塗膠顯影設備將成為主要驅動力。
競爭格局方面，TEL 在全球佔有絕對主導，芯源微在國內佔有小部分市場。從全球市場來看，TEL 佔 有 88%份額，其餘廠商包括 Screen（5%）和 SEMES（6%）。而在中國市場，TEL 市場份額更高達 92%，其 餘廠商如 Screen（1%）、 CANON（2%）、芯源微（3%）和盛美（2%）等份較低（盛美可生產用於 WLP 的半 導體塗層系統） 。分工藝環節看，前道設備方面，TEL 和 Screen 產品可覆蓋所有製程，國內廠商尚未掌握 28nm 以下先進節點的 ArFi 沉浸式塗膠顯影設備，產品在產能、平均故障時間、膠膜塗敷均勻度、顯影精 細度、溫控熱處理精密度、工藝適應性等方面較弱；後道設備方面，芯源微技術水平與國外廠商接近，產 品在產能、平均故障時間、顯影精細度、溫控熱處理精密度等方面持平，在膠膜塗敷均勻度方面部分弱於 國外廠商。
2.1.3 去膠設備：屹唐佔據國內去膠機較大份額，芯源微/中電 45 所也在突破
去膠機：在半導體製造工藝中，光刻膠只是起到圖形轉移的媒介作用，在完成圖形轉移後，需要將光 刻膠完全去除，以避免殘留的光刻膠影響後續工藝質量。去膠機主要用於圓片刻蝕後其表面作為阻擋層的 光刻膠的去除，適用於 50-300mm 圓片的處理。
去膠分為幹法去膠和溼法去膠。幹法去膠主要採用等離子體，利用氧等離子活性單原子氧與光刻膠反 應，生成易揮發物，達到去膠的目的。幹法去膠適用於大部分工藝，去膠效率高、可靠性高、容易自動化， 但是殘留物容易導致表面缺陷。溼法去膠採用有機溶劑和無機溶劑，利用溶解或化學反應等方法去膠。溼 法去膠不同溶劑有不同局限，一般作為幹法去膠的補充，優點是工藝簡單、去膠乾淨，缺點是去膠速度慢、 去膠液成本高且汙染環境。
屹唐半導體佔有全球去膠機市場 11%份額，國內市場自給率達 81%。全球去膠機整體市場約 5 億美 金，佔半導體設備市場約 1%，主要供應商包括 PSK、泛林半導體、Hitach、屹唐半導體、Ulvac 等，前五 大廠商佔據 97%的市場份額，市場競爭相對集中。從國內部分晶圓產線招標情況看，屹唐半導體在國內佔 主導地位，市佔率達 81%，國產化率較高，泛林半導體和 Screen 分別佔 17%和 2%。此外，國內廠商芯源 微和中電科 45 所也可生產去膠機。
2.2 刻蝕環節：中微和北方華創具備競爭力，份額有望持續提升
刻蝕（Etch）是 IC 製造中相當重要的工藝，成本僅次於光刻（刻蝕 20%，光刻 30%），與光刻相聯 系的圖形化處理。刻蝕，狹義上就是光刻腐蝕，先通過光刻將光刻膠進行光刻曝光處理，然後通過其它方 式實現腐蝕處理掉所需除去的部分。刻蝕是用化學或物理方法有選擇地從矽片表面去除不需要的材料的過 程，其基本目標是在塗膠的矽片上正確地複製掩模圖形。
按照原理不同，刻蝕可分為幹法和溼法兩種，其中幹法刻蝕工藝佔比 90%以上。幹法刻蝕是用等離子 體進行薄膜刻蝕的技術，溼法刻蝕是將刻蝕材料浸泡在腐蝕液內進行腐蝕的技術，溼法刻蝕由於需要大量 對人體和環境有害的腐蝕性化學試劑，逐步被幹法刻蝕替代。
按被材料不同，刻蝕可分為矽刻蝕、介質刻蝕和金屬刻蝕等，其市場佔比分別為 47%、48%和 3%。介質刻蝕是用於介質材料的刻蝕，如二氧化矽，接觸孔和通孔結構的製作需要刻蝕介質，而具有高深寬比 （窗口的深與寬的比值）的窗口刻蝕具有一定的挑戰性。矽刻蝕應用於需要去除矽的場合，如刻蝕多晶矽 電晶體柵和矽槽電容。金屬刻蝕主要是在金屬層上去掉鋁合金複合層，製作出互連線。
根據等離子體產生和控制技術的不同，可分為電容耦合等離子體（CCP）刻蝕機和電感耦合等離子體（ICP）刻蝕機。CCP 刻蝕利用電容耦合產生等離子體，一般用於介質刻蝕，涵蓋邏輯晶片柵側牆和硬掩 膜刻蝕、中段的接觸孔刻蝕、後段的鑲嵌式和鋁墊刻蝕、3D NAND 的深槽、深孔和連線接觸空的刻蝕等； 而 ICP 刻蝕利用電感線圈耦合產生等離子體，一般用於矽刻蝕和金屬刻蝕，涵蓋矽淺溝槽，鍺、多晶矽柵、 金屬柵、應變矽、金屬導線、金屬 pad、鑲嵌式刻蝕金屬硬掩膜和多重成像。
隨著集成電路製造線寬不斷縮小、晶片結構 3D 化，互連層數增多，帶動刻蝕和鍍膜需求增多，從 2013 年之後，刻蝕設備在產線中價值佔比顯著提升。目前，全球刻蝕設備市場以介質刻蝕和矽刻蝕為主，分別 佔比合約 48%和 47%，而金屬刻蝕僅 3%，這與 2010 年後整個集成電路工藝從鋁互連（刻蝕鋁金屬）轉向 銅互聯（刻蝕介質）有關，金屬刻蝕與介質刻蝕此消彼長。
先進位程及晶片微縮帶動設備需求，刻蝕行業迎增量。受限於 193nm 的浸沒式光刻機限制，晶圓製造 向 7 納米、5 納米以及更先進的工藝發展，除了採用昂貴的 EUV 光刻機之外，14nm 及以下的晶片製造很 多都通過多重模板效應來實現製程微縮，刻蝕加工步驟增多。10nm 製程是關鍵節點，相較於 14nm，其刻 蝕步驟為 115 步，增加 77%，到 5nm 製程刻蝕步驟將是 14nm 的 2.5 倍及以上。全球刻蝕設備市場規模目前約 75 億美金，2025 年有望增至 140 億美金左右，年複合增長率為 11%，行業規模穩健增長。
全球範圍看，刻蝕設備市場呈現三家獨大局面，泛林半導體佔據半壁江山。根據 TEL，泛林半導體市 場份額約 55%，東京電子其次，市佔率約 20%，應用材料與東京電子相當，市佔率約 19%。分設備類型看， 介質刻蝕設備領域全球巨頭為東京電子，17 年市佔率 52.4%，泛林位半導體居第二，17 年市佔率為 40.1%， 兩家獨大。介質刻蝕是國內廠商中微公司的優勢領域，主要採用 CCP 刻蝕，其 2017 年全球市佔率為 2.5%， 18年預計在5%左右。幹法刻蝕設備方面，2017年泛林半導體市佔率為47.7%，位居第一，東京電子為26.6%， 位居第二，應用材料為 18.7%，位居第三，中微半導體刻蝕業務整體市佔率約 0.6%。
整體來看，國內刻蝕機國產化率達到 18%，中微公司和北方華創貢獻較多。根據中芯國際、長江存儲 和合肥睿力的招標情況看，從中微採購的刻蝕機臺數佔整體刻蝕機臺採購比例約 15-20%，逼近東京電子 和應用材料，進步明顯。按材料分，國內介質刻蝕設備市場中，中微佔有 25%份額，國產化率在各類半導 體設備中屬於較高水平；而在矽刻蝕設備市場中，北方華創佔有 15%市場份額。
相比國際大廠，國產刻蝕設備品類還不夠完整，針對不同工藝的刻蝕設備逐步驗證和量產。中微國際 大廠泛林半導體和應用材料可實現 CCP 和 ICP、介質/矽/金屬刻蝕、7nm 及以上的全方位覆蓋，中微公司 和北方華創尚未實現全覆蓋。中微介質刻蝕設備較強，已經量產，客戶包括臺積電、三星、中芯國際等國 內外大廠，其用於多晶矽柵工藝的矽刻蝕設備正在驗證中。北方華創在介質刻蝕和矽刻蝕設備均由布局， 用於淺槽隔離的介質刻蝕設備已量產，矽刻蝕設備也已量產，金屬刻蝕設備也有布局，擁有中芯國際、華 虹、華力等國內一流客戶。
2.3 鍍膜環節：國內廠商布局全面初具實力，PVD 和 MOCVD 水平領先
薄膜生長是指採用物理或化學是物質附著於襯底材料表面的過程。根據工作原理的不同，薄膜沉積可 分為物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）和外延三大類。薄膜生長需要兼顧薄膜的性能和成本， 生長速率、均勻性、薄膜應力控制、微粒雜質控制等均為薄膜生長工藝的關鍵指標。薄膜生長工藝廣泛應 用於邏輯電路、存儲器件、LED、功率器件、平板顯示、MEMS 和先進封裝等。
PVD 可分為蒸鍍和濺射兩種。蒸鍍分為熱蒸鍍和電子束蒸鍍兩種。PVD 早期以熱蒸鍍為主，原理是在 真空中熱蒸發金屬材料使其沉積到襯底表面，缺點是難以滿足某些難熔金屬和氧化物的需要，沉積速率較 慢，合金比例難以控制，臺階覆蓋不好，目前較少用於 IC 製程。而電子束蒸鍍是指電子在電場加速下轟擊 陽極的蒸發材料，使之受熱氣化，沉積到襯底表面，具備薄膜均勻性好，臺階覆蓋好，合金比例控制較好， 產出較高等優點，主要用在一些中低階的工藝產線。
隨著晶圓尺寸增大，濺射技術逐步取代真空蒸鍍，原理是利用磁場將高能粒子撞擊高純度靶材料原子， 被撞擊出的原子沉積到襯底表面。磁控濺射可提高等離子體密度，對靶材形成更多的濺射並降低襯底溫度， 可提高臺階覆蓋率，非常好地控制合金比例，產出效率高，廣泛應用於 IC 先進工藝的金屬化製程。
3）外延：在單晶襯底上生長一層跟襯底具有相同晶格排列的單晶材料，外延層可以是同質外延層(Si/Si)， 也可以是異質外延層(SiGe/Si 或 SiC/Si 等)。外延工藝包括分子束外延（MBE）、氣相外延（VPE）、液相外延、 化學束外延、離子團束外延、低能離子束外延和金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）等。
MOCVD 是化合物半導體材料製備的關鍵設備。在 MOCVD 中，超純氣體被注入反應器中並精細計量以 將非常薄的原子層沉積到半導體晶片上，形成材料和化合物半導體的外延。不同於傳統的矽半導體，化合 物半導體包含有 III 族和 V 族、II 族和 VI 族、IV 族、V 和 VI 族元素，是目前化合物半導體製備的關鍵設備， 應用於半導體器件、光學器件、氣敏元件、超導薄膜材料、鐵電/鐵磁薄膜、高介電材料等多種薄膜材料。
薄膜生長設備市場穩定增長，整體市場規模約 124 億美元。CVD 設備方面，根據 Trendforce，2017 年 全球 CVD 設備市場規模約 84 億美元，到 2023 年將增長至 89 億美元。CVD 下遊需求如微電子元件、數據 存儲、太陽能產品、切割工具和醫療設備等，其中微電子元件和數據存儲分別佔比 38%和 24%。
PVD 設備方面，按照 Garter 對 CVD、PVD 和外延設備產值的統計，測算 PVD 設備 2019 年市場規模約 29 億美元，下遊需求以微電子元件和數據存儲為主，分別佔比 38%和 23%，隨著工藝節點往先進位程推進， 帶動金屬互聯層數增，對 PVD 需求也在增加。
外延設備方面，根據 Yole，外延設備市場規模約 9.4 億美元，預計 2023 年超過 20 億美元，其中約 70% 為 MOCVD 設備，金屬應用於大多數 III-V 化合物半導體外延，例如砷化鎵和氮化鎵器件。外延設備需求增 長主要受 LED 和電源應用驅動，未來的增長動力主要為電源、雷射器、MEMS、Mini/Micro LED 和射頻器件。
分設備看，等離子體 CVD 設備市場規模最大。根據 Gartner，等離子體 CVD 設備市場規模最大，佔比 33%，濺射 PVD、管式 CVD、非管式 CVD 和 ALD 等設備佔比分別為 19%、12%、11%和 11%。全球薄膜生 長設備市場主要被 AMAT、LAM 和 TEL 等廠商主導。CVD 設備方面，AMAT、LAM、TEL 和日立國際電氣四 家廠商市佔率達 84%。PVD 設備方面，應用材料遙遙領先，獨佔 74%的市場份額。其他薄膜生長設備方面， 應用材料和泛林半導體兩家合計市佔率達 53%，國內廠商中微半導體佔有 7%的市場份額，主要生產 MOCVD。
MOCVD 設備市場規模在 6-12 億美元之間，中國是最大的需求市場。根據高工 LED，2015 年至 2017 年中國 MOCVD 設備保有量從 1222 臺增至 1718 臺，年均複合增長 18%；截止 2018 年，國內 MOCVD 保有 量達 1938 臺。中國已成全球 MOCVD 設備最大的需求市場，設備保有量佔全球比例已超 40%，據此估計全 球的MOCVD設備需求量在4300臺以上。根據Technavio，全球MOCVD市場CAGR將在2021年之前達14%， 市場規模將從2016年的6.15億美元增長至2021年的11.63億美元，驅動力為LED顯示背光和高功率器件。
美國 Veeco、德國 AIXTRON、日本 NIPPON Sanso 和 Nissin Electric 是起步較早的 MOCVD 設備供應商， 由於日本對 MOCVD 設備實行出口限制政策，全球市場基本被 AIXTRON 和 Veeco 壟斷，其市佔率分別為 46% 和 27%，中微公司也佔有 24%市佔率，上升勢頭顯著，其他涉足 MOCVD 設備的企業還有中晟光電等。
薄膜沉積設備國產化率整體較低，PVD 設備較 CVD 設備國產化率高。以長江存儲 30k 產能產線招標為 例，CVD 設備方面國產化率很低，僅瀋陽拓荊中標 3 臺 PECVD，佔比 4%；PVD 設備方面，北方華創中標阻 擋層 PVD 3 臺，佔比 18%，，中標鋁墊 PVD 3 臺，佔比 100%。而從華力集成、華虹無錫廠和積塔半導體產 線的設備招標情況看，薄膜沉積設備的國產化率分別為 6%、16%和 33%。整體來看，CVD 設備的國產化率 約為 2%-5%，PVD 設備的國產化率約為 10%-15%，國產化率仍比較低。
國內廠商中，已有中微半導體、北方華創、瀋陽拓荊和中晟光電等在細分領域可實現國產替代。（略）
2.4 熱處理環節：12 寸產線國產化率較低，6-8 寸線基本可實現自給
在集成電路製造工藝中，擴散工藝是向矽材料摻雜的傳統方法，工藝簡單，擴散快，但濃度分布控制 困難；另一種方法是通過離子注入工藝將雜質離子注入圓片表層區域進行摻雜，重複性較好，可選擇雜質種類多，摻雜劑量控制準確，但設備昂貴，存在注入損傷。兩種方法各有利弊，有各自應用場景。
1）擴散工藝：是向矽材料中引入雜質的傳統方法，用於控制圓片襯底中主要載流子的類型、濃度和 分布區域，進而控制襯底的導電性和導電類型。傳統的擴散設備主要為臥式擴散爐和立式擴散爐。與離子 注入工藝（低溫工藝）不同，擴散工藝為高溫工藝（熱處理工藝），優點是擴散設備簡單、設備成本低、 擴散速率快、摻雜濃度高等；缺點是擴散溫度高，擴散濃度分布控制困難，難以實現選擇性擴散。臥式擴散爐：是一種大量用於直徑小於 200mm 的集成電路擴散工藝的熱處理設備，特點是加熱爐體、 反應管及承載晶圓的石英舟均成水平放置。優點是片間均勻性較好，廣泛應用於分立器件、電力電子、光 電器件和光導纖維等行業的擴散、氧化、退火、合金等工藝；缺點是不能精確控制摻雜濃度的分布，因而 直徑 200mm 以上晶圓的擴散工藝逐步被離子注入機取代，但仍少量用於重摻雜工藝。臥式擴散爐可裝備 1-5 個工藝爐管，爐管越多，產能越大，超淨間的利用效率越高。
立式擴散爐：是一種用於直徑 200mm和300mm的集成電路擴散工藝的熱處理設備，特點是加熱爐體、 反應管及承載晶圓的石英舟均成垂直放置。優點是片內均勻性好、自動化程度高、系統性能穩定，可滿足 大規模集成電路生產線的需求，也常用於電力電子（如 IGBT）領域。立式擴散爐的核心技術主要集中在高 精度溫度場控制、顆粒控制、微環境微氧控制、系統自動化控制、先進工藝控制及工廠自動化等，其技術 指標與臥式擴散爐差別不大。
2）退火工藝及退火爐：用於氧化、擴散、外延、離子注入、蒸發電極等工藝完成後特定的退火熱處理， 主要為了消除晶格缺陷、晶格損傷、除氧/雜質、清洗表面吸附物質、改善表面粗糙度等。退火可分為快速 退火、雷射退火和傳統爐式退火。傳統的管式退火爐應用於小尺寸（直徑<200mm）晶圓，立式退火爐和 單片退火爐用於大尺寸（直徑≥200mm）晶圓。離子注入後的退火往往使用快速熱處理設備進行快速退火。
快速熱處理（RTP）：對離子注入後的晶圓進行快速熱退火（RTP），即在非常短的時間內將整個晶圓加 熱至某一溫度（400-1300℃）。對比管式退火爐，具有熱預算小、摻雜區域中雜質運動範圍小、沾汙小合加 工時間短等優點，可採用燈退火、雷射退火等能量源，廣泛應用於直徑 300mm 的高端集成電路製造工藝 中。RTP 設備主要廠商由應用材料、Axcelis、Mattson 和 ASM 等公司壟斷，市佔率合計約 90%。
3）氧化工藝及氧化爐：是將矽片放置於氧氣或水汽等氧化劑氛圍中高溫熱處理，在矽片表面發生化學 反應形成氧化膜，是應用最廣泛的 IC 基礎工藝之一。氧化膜的用途廣泛，可作為離子注入的阻擋層及注入 穿透層（損傷緩衝層）、表面鈍化、絕緣柵材料以及器件保護層、隔離層、器件結構的介質層等。氧化設 備包括氧化爐和高溫氧化爐，高溫氧化爐由於安全和高壓系統汙染等問題，應用在逐步減少。
在晶圓直徑小於 150mm 的 IC 製造鄰域，國內擴散設備（臥式擴散爐）基本自給自足，相關廠商包括 北方華創、中電科 48 所等；而直徑 300mm 的集成電路製造鄰域，立式擴散爐/氧化爐設備依賴進口，主 要廠商有東京電子、日立國際等，國內僅北方華創可以小批量提供立式擴散爐/退火爐/氧化爐/合金爐。
2.5 離子注入環節：光伏離子注入具備優勢，IC 領域亟待發力
離子注入機是極大規模集成電路製造工藝中最主要的摻雜設備。與傳統熱摻雜工藝相比，離子注入工 藝具有劑量均勻性與重複性較好，橫向擴散較小的優點，並且它克服了熱摻雜工藝的諸多限制，可以滿足 淺結、低溫和精確控制等要求，提高了集成電路摻雜工藝的質量，降低了成本和功耗。
離子注入工藝是集成電路製造的主要工藝之一。它是指將離子束加速到一定能量（一般在 keV 到 MeV 之間），然後注入固體材料表層內，以改變材料表層物理性質的工藝。在集成電路工藝中，固體材料通常 是矽，而注入的雜質離子通常是硼離子、磷離子、砷離子、銦離子和鍺離子等。注入的離子可以改變固體 材料表層電導率或形成 PN 結，當集成電路的特徵尺寸縮小到亞微米後，離子注入工藝得到了廣泛應用。
按照電流大小或離子能量不同，離子注入機可分為中低電流離子注入機、大電流離子注入機和高能離 子注入機。中低電流離子注入機離子束電流小於 10mA，束流能量小於 180keV，適用於穿通注入；大電流 離子注入機離子束電流在 10mA-25mA 之間，束流能量小於 120keV，適用於超淺源漏區注入；高能離子注 入機束流能量在 200keV 至幾個 MeV，適用於溝槽或厚氧化層注入，形成倒摻雜阱和埋層。大電流離子注 入機較為普遍，市場佔比約 61%，其次為中低電流離子注入機（20%）和高能離子注入機（18%）。
存儲器（先進位程）和成熟工藝是離子注入使用的兩大主要領域。存儲器尤其是 DRAM 需要大量離子 注入步驟，佔據約 44%離子注入設備需求，其中 NAND 需要 37 次離子注入步驟，而 DRAM 需要 55 次離子 注入環節。而成熟製程（28 納米以上）的產品也佔據 41%的離子注入設備需求，尤其是 8 寸晶圓線相關的 CIS、MEMS、模擬、功率、MCU 等產品，壁壘相對稍低，而且國內功率/模擬/CIS 等晶片廠商頗具實力， 未來隨著晶片設計和製造份額提升，以上領域是離子注入國產配套機會最為確定的領域。
美國 Eaton 公司和 Varian 公司曾是全球最大的離子注入機製造企業。2002 年，Axcelis 公司從 Eaton 剝 離出來獨立上市；2011 年，應用材料耗資 49 億美元收購了 Varian 公司。Axcelis 近年市場份額逐步提升， 主要與其不斷開拓產品線，並且加碼 DRAM 等存儲環節有關。我們看好本土特色工藝產線、成熟製程產線、 存儲產線上，本土離子注入機廠商的切入機會。
離子注入機市場規模約 15 億美元，全球市場主要被 AMAT 和 Axcelis 兩家佔據，合計份額達 88%。2018 年全球離子注入機市場規模達到約 15 億美元，同比增長 12%，2016-2018 年保持兩位數高增長。競爭格局 方面，美國的應用材料公司擁有 70%的市場佔有率，美國 Axcelis 擁有約 18%的市場份額，其市佔率逐年提 升，向應用材料靠近。日本的住友重機械也有離子注入機，工藝節點為 20-22nm，佔有 8%份額。
產線上低能大束流離子注入機佔有較高比重，其行業高度集中。由於晶片製程微縮化，淺層摻雜需求 凸顯，低能大束流設備成為主流，佔比約 61%。例如，一條 NAND Flash 產線上，約有 37 臺離子注入機， 其中 10 臺高能量，20 臺大束流，7 臺中束流；一條 DRAM 產線上，約需要 55 臺離子注入機，其中 3 臺高 能量，40 臺大束流，12 臺中束流；一條邏輯晶片產線上，約需要 30-40 臺離子注入機，其中約 25-30 臺大 束流，5-10 臺中束流。大束流離子注入機主要由三家龍頭企業掌控。應用材料收購 Varian 公司成為龍頭， 市佔率達 40%；其次是 Axcelis，市佔率達 32%；第三是 AIBT，市佔率達 25%。前三家企業包攬了 97%以上 的市場份額，行業高度集中。
從國內晶圓廠線的招標情況看，應用材料和 Axcelis 等仍佔據主導，國產品牌滲透率較低。在國內膜 邏輯產線招標中，離子注入機以應用材料、Axcelis 和住友為主，國內僅中科信中標，佔比 1%。而在長江 存儲招標信息中，AMAT 和 Axcelis 佔據離子注入機所有份額，國內沒有廠商中標。國產設備中，北京中科 信和凱世通均有離子注入機產品，工藝製程與國際大廠仍有差距。
2.6 CMP 環節：CMP 設備市場頭部集中趨勢明顯，國產 CMP 設備有所突破
化學機械拋光（CMP）工藝通過化學腐蝕和機械研磨的協同作用，細微地去除矽片表面材料，達到改 善矽片表面形貌質量，提高矽片表面平整度，是目前唯一可同時實現全局平坦化和局部平坦化的技術。CMP 設備可分為多片單面拋光機和多片雙面拋光機兩種。矽片製造商根據用戶需求的不同，將直徑小於 200mm 的矽片分為單面拋光機和雙面拋光機兩種。由於化學機械拋光是一道加工效率低、加工成本較高的工藝過 程，所以直徑小於 200mm 的單面拋光片一般是在研磨片基礎上對矽片的一個面拋光後形成的產品。製造 工藝上一般採用多片單面拋光機加工，即在一個拋光臺上採用多拋光頭同時拋光，以提高拋光效率，降低 生產成本。直徑 300mm 的矽片主要為雙面拋光片，一般採用雙面拋光和單面拋光組合工藝。
隨著晶圓製程工藝發展，所需 CMP 次數增多，CMP 設備和 CMP 材料的需求也大幅提升。以存儲器為 例，3D NAND 的平均 CMP 次數約等於 2D NAND 的兩倍，其中針對非鎢材料的 CMP 次數超過 60%（集成電 路中用大量的金屬鎢作為導線以傳遞電信號，這些金屬鎢需要拋光處理）。而在晶圓製造的整個環節中， 隨著工藝製程從 250nm 微縮到 7nm，CMP 次數合計從 8 次增加到 30 次。
全球CMP設備主要由美國應用材料和日本荏原主導。2018年全球CMP設備市場規模約18.42億美元， 約佔晶圓製造設備 4%的份額，其中大陸 CMP 設備市場規模達 4.59 億美元，但 90%的高端 CMP 設備均依 賴於進口。根據 Gartner，2017 年，CMP 設備的供應商主要有應用材料、日本 Ebara（荏原）和東京精密。 2017 年應用材料 CMP 設備的銷售額為 12.45 億美元，市佔率 71%，荏原銷售額為 4.67 億美元，市佔率 27%。
CMP 設備市場競爭向頭部集中趨勢明顯，國產 CMP 設備有所突破。在 CMP 設備市場競爭激烈, CMP 設備廠商由 1997 年的 20 家逐漸集中在 2017 年的兩家（應用材料和荏原），且 CMP 設備最大的供應商美 國應材的市場份額依然呈現逐年遞增的態勢。國內目前主要的 CMP 設備供應商為中電科和華海清科，在 長江存儲最新的 30k 產能生產線設備招標中，華海清科在矽、二氧化矽材料 CMP 設備中標多臺，國產化率 分別達到 33%和 33%，而銅和鎢 CMP 設備無國內廠商中標。
2.7 清洗環節：盛美/北方華創/至純等多廠商布局，國產替代機會較大
清洗：清洗分幹法清洗和溼法清洗，這裡討論溼法清洗。溼法清洗是指針對不同的工藝需求，採用特 定的化學藥液和去離子水，對晶圓表面進行無損傷清洗，以去除集成電路製造過程中的顆粒、自然氧化層、 有機物、金屬汙染、犧牲層、拋光殘留物等物質。清洗設備主要為槽式晶圓清洗機和單片清洗機。
晶圓清洗是晶圓製造中頻率最高的工藝，佔比達 33%，一個流程中需要多次清洗。根據盛美半導體， 一個完整的工藝流程包括：CMP→清洗→塗膠→光刻→刻蝕→清洗→沉積→清洗→離子注入→清洗→CMP， 該流程往往循環多次，清洗重複達 200 次。相比於幹法清洗，溼法清洗更加高效，90%的清洗為溼法清洗。
隨著晶片製程不斷萎縮，產線對清洗次數和清洗效果的要求不斷提升。在過去的 25 年裡，晶片製程 每提升一個節點，清洗步驟增加 15%，同時裸片的良率要求持續提升。根據盛美半導體，一條 10 萬片/月 的 DRAM 產線，良率提升 1%可為廠商每年提高 3000-5000 萬美元的利潤。
槽式晶圓清洗機：可同時對多盒晶圓進行清洗，可以做到晶圓幹進幹出。28nm 及更先進的溼法清洗 對晶圓表面小顆粒的數量及刻蝕均勻性的要求越來越高，槽式晶圓清洗機由於槽體內部化學藥液的差異性、 乾燥方式，以及與晶圓接觸點過多，導致無法滿足先進支撐的工藝需求，其在整個清洗流程中佔約 20%的 步驟。目前，槽式晶圓清洗機主要由日本 Screen、東京電子和 JET 提供，合計約佔 75%的市場份額，單臺 售價 100-200 萬，高端品牌如如 DNS 和 TEL 的可達 200-300 萬美元；韓國 Semes 和 Kctech 也可提供此類設 備，但主要供給韓國；國內提供該設備的有北方華創和至純科技。
單片清洗設備：在顆粒大小及數量、速度及均一性、金屬汙染控制、表面粗糙度等方面優於槽式晶圓 清洗機，是 28nm 一下先進位程晶圓的主要清洗設備，應用於 80%的清洗步驟。單片清洗機可分為兩類： 第一類為單片清洗機，其清洗目標物包括顆粒、有機物、自然氧化層、金屬雜質等汙染物；第二類為單晶 圓刷洗機，其主要用於去除晶圓表面顆粒。從價格看，8 腔設備 250-300 萬美金。12 腔設備在 350-500 萬 美金。目前，單片清洗設備主要由日本 Screen、東京電子和美國泛林半導體提供，合計佔 70%以上的市場 份額，國內有盛美半導體、北方華創和至純科技。
清洗設備市場規模約 31 億美元，日系廠商佔主導。從市場空間看，根據盛美半導體和 TMR 的數據， 2018 年清洗設備市場規模約 31 億美元，預計 2023 年可達 43 億美元，2018-2023 年 CAGR=6.8%。從市場 競爭看，全球晶圓清洗設備市場主要由 Screen（DNS）、 TEL、KLA、泛林等廠商主導，前三名市佔率分別為 54%、23%和 10%。根據 Gartner，Screen 是清洗設備的龍頭廠商，在單片清洗設備市場，Screen 市佔率高 達 55%，自動清洗臺市場，Screen 市佔率 50%以上，洗刷機市場，Screen 市佔率高達 60%以上。
國內廠商方面，盛美半導體、北方華創和至純科技可生產槽式晶圓清洗機和單片清洗機。盛美半導體 處於領先地位，生產單片清洗機，在國內有比較深厚客戶基礎；芯源微側重單片清洗機，北方華創和至純 科技槽式和單片均有布局，三者均已獲得國內大客戶訂單，營收規模尚小。（略）
2.8 過程控制環節：國產化率相對較低，本土具備關鍵尺寸膜厚測量能力
過程控制設備是應用於工藝過程中的測量類設備和缺陷檢查類設備的統稱。在晶片生產過程中，過程 控制設備要對經過每一道工藝的晶圓進行無損的定量測量和檢查，以保證工藝的關鍵物理參數（如薄膜厚 度、電阻、摻雜濃度、線寬、溝/孔深度、側壁角、缺陷等）滿足工藝指標，發現可能出現的「致命」缺陷 並對其進行分類，剔除不合格的晶圓，避免後續工藝的浪費。過程控制設備是保證晶片生產線快速進入量 產階段並獲取穩定的高成品率和高經濟效益關鍵設備。隨著工藝節點的推進和工藝的複雜化，越來越多的 過程控制設備需要穿插在工藝流程中間，以提升晶片的成品率。
過程檢測市場與晶圓製造市場景氣度有較強的關聯，因為過程控制設備是晶圓製造環節必要設備。根 據科磊的數據，晶圓製造市場規模在 2013-2018 年持續增長，2019 年有所萎縮。相應地，過程控制市場規 模 2013-2018 年持續增長，2019 年有所萎縮，市場規模約 50 億美元。根據 VLSI，2019 年過程控制設備市 場規模達 58 億美元，約佔半導體設備整體市場的 10%，同比 2018 年下滑 1.5%。
過程控制設備中，市場佔比較大的有圖形晶圓光學檢測設備（32%）、掩膜檢查設備（13%）、薄膜測 量設備（12%）和關鍵尺寸掃描電子顯微鏡（10%），合計佔比 67%。競爭格局看，科磊（KLA）是過程控 制設備市場的絕對龍頭，其在膜厚測量、套刻誤差測量、OCD（光學關鍵尺寸）測量、無圖案檢測、有圖 案檢測和掩膜版檢測等細分均有最高市佔率，此外，Nova、ASML、Nanomerics 和 AMAT 也佔有一定市場。
目前國內先進晶圓生產線的過程控制設備仍以國際廠商產品為主，國內廠商獲得的訂單仍較少，整體 國產化率還很低。以長江存儲 30k 產能產線招標為例，檢測設備方面，中科飛測中標 5 臺表面形貌檢測設 備，佔比 100%；測量設備方面，上海睿勵中標 2 臺膜厚量測設備，佔比 7.7%，精測半導體中標 3 臺集成 式膜厚關鍵尺寸量測設備，佔比 10%。（略）
三、IC 封裝設備國產化相對成熟，測試分選環節正加速突破
3.1 封裝設備：國內封裝設備從傳統往高端突破，全環節配套能力需努力
IC 封裝可分為四級，通常的電子封裝是指零級和一級封裝。IC 封裝是利用膜技術及微細加工技術，將 晶片及其他要素在框架或基板上布置、粘貼固定及連接，引出接線端子並通過可塑性絕緣介質灌封固定， 構成整體結構的工藝。一般地，封裝可分為四個級別，通常的電子封裝指的是零級和一級封裝：
1） 零級封裝（Wafer level）：晶圓級封裝，採用檢測、減薄、劃片等工藝，主要涉及的封裝設備有晶圓 探針臺、晶圓減薄機、雷射切割機、砂輪等；
2） 一級封裝（Chip level）：單晶片和多晶片組裝，採用互連和封裝等工藝，傳統封裝主要涉及的封裝設 備有黏片機、引線鍵合機、晶片倒裝機、塑封機、切筋成型機、引線電鍍機和雷射打標機等；先進 封裝如 WLCSP 等，還需使用封裝用光刻機、凸點製造設備、植球機和金屬沉積設備等；
3） 二級封裝（Board level，PCB 級封裝）和三級封裝（System level，整機組裝）：主要有通孔插裝技術 （THT）和表面貼裝技術（SMT），涉及的設備有點膠機、回流爐、貼片機、封焊設備、清洗機、自 動光學檢測設備等；
按技術發展水平分，IC 封裝可分為傳統封裝和先進封裝，先進封裝會用到一部分前道設備（晶圓製造 設備）。先進封裝技術與傳統封裝技術可以按是否焊線來區分，先進封裝技術包括倒裝晶片封裝（FC）、扇 出型封裝（Fan-out）、晶圓級封裝（WLP）、系統級封裝（SiP）和三維（3D）封裝等非焊線形式，在提升芯 片性能方面展現巨大優勢。傳統封裝工藝大致分為背面減薄、晶圓切割、貼片、引線鍵合、模塑、電鍍、 切筋/成型等工藝，用到減薄機、劃片機、焊線機、貼片機、倒裝機和回流爐等，而先進封裝還會用到光刻、 刻蝕、電鍍、PVD、CVD 等前道設備。
封裝測試設備市場規模較晶圓製造設備小，2019 年合計約 78 億美元。全球半導體設備市場中，封裝 設備市場較小，封裝設備約佔 6%，測試設備約佔 9%；而在中國半導體設備市場中，封裝設備約佔 7%， 測試設備約佔 10%。根據 SEMI，2010-2018 年全球封裝設備市場規模年均增長 6.9%，2018 年全球封裝設 備市場規模達到 40 億美元，2019 年，收到貿易衝突和下遊需求不景氣的影響，全球封裝設備市場規模下 滑 26.58%至 29 億美元，預計 2019 年回暖增長至 32 億美元。
半導體封裝設備種類繁多，日系、歐美廠商主導市場。封裝設備多達十幾種，主要有黏片機、劃片機、 鍵合機、減薄機等，其中鍵合機佔比最大達 31%，其次為黏片機，佔比 18%，劃片機佔比 15%。各類封裝 設備市場呈寡頭壟斷格局，如日本 Disco 壟斷了全球 80%以上的封裝關鍵設備減薄機和劃片機市場，其他 廠商還包括 ASM Pacific、K&S、Besi 等。
國內封裝設備整體上處於低端，在高端封裝工藝中應用很少，個別機型依靠定製化需求打入市場，尚 未形成批量生產帶動高端研發的良性循環，主要原因在於：1）核心零部件「卡脖子」，如氣浮主軸限制了 高端減薄機和劃片機的發展；2）設備研發投入高，設備試錯成本高，難以形成市場反哺研發；3）國產封 裝設備可靠性相對較差，客戶不接受國產設備，與第 2 點形成惡性循環；4）高端技術人才和團隊匱乏。
國內產業高度分散，未出現代表性的企業。根據中國半導體行業協會封裝分會統計，2018 年封裝設備 與磨具行業銷量達 4764 臺（套），實現銷售收入 17.17 億元，年產能達 6609 臺（套），表中 12 家廠商銷量 佔比 53.8%，收入佔比 62.5%，行業高度分散，尚未出現代表性的龍頭企業。
從國內封裝設備的研究和發展情況來看，本土產品可滿足 LQFN、QFP、IGBT、RFID、WLP 等封裝工藝 的需求，部分設備如軟焊料裝片機和測試分選機達國際先進水平，打入國內封裝廠供應鏈。
先進封裝設備國產化率正逐步提高，傳統封裝設備國產化率較低。根據中國電子專用設備工業協會統 計，目前 12 英寸晶圓先進封裝、測試生產線設備中，已有 17 種實現高度國產化，國產化率可達 70%。封 裝用光刻機，倒裝、刻蝕、PVD、清洗、顯影、勻膠等設備均已滿足國內先進封裝需求，部分實現批量銷 售。先進封裝用前道設備國產率較高，光刻機、刻蝕機、植球機等超過 50%，但傳統封裝設備國產化率整 體不超過 10%，主要設備如劃片機和鍵合機等仍然嚴重依賴進口，傳統封裝設備是被忽視環節，亟需支持。
分設備來看：
1）鍵合機：鍵合機主要包括臨時鍵合/解鍵合機、晶圓鍵合機和引線鍵合機。臨時鍵合/解鍵合機主要 功能為將圓片臨時鍵合至剛性承載襯底上，以便進行減薄。晶圓鍵合機主要功能是將圓片互連，並使其達 到一定的界面鍵合強度。臨時鍵合/解鍵合機和晶圓鍵合機的主要廠商為奧地利 EVG 和德國 SUSS，國內則 有深圳創異佳、蘇州美圖和上海微電子裝備。
引線鍵合機是晶片封裝互連核心設備，關鍵參數為鍵合精度、工作檯定位精度、鍵合速度、鍵合間距、 焊線直徑、每小時產出（UPH）等。目前全自動鍵合機主要為 K&S 和 ESEC 兩家主導，ASM、SHIKAWA 和 KAIJO 等公司緊隨其後，其他種類鍵合機廠商主要有中電科、大族雷射、北京創世傑科技、深圳開玖自動 化等，國產鍵合機與國際技術差距仍然較大。中電科 Octopus 系列晶圓鍵合機在 3D 封裝、WLP Fan-out 技 術、多晶片堆疊技術及 Panel 級 Fan-out 技術等先進封裝工藝應用，已批量向國內龍頭封裝廠提供。
2）貼片機（黏片機）：主要功能是將晶片安裝固定在封裝基板或外殼上。國際上貼片機型涵蓋 150mm、 200mm 和 300mm 晶圓，主流為 300mm，其關鍵技術是整機運動控制、晶片拾放和圖像識別。對於晶片拾 放，要求速度快、精度高。黏片機的主要廠商包括 Besi、ASM、ECSC、Hoson 等廠商，國內廠商主要有大 連佳峰自動化、上海螣芯電子等，其定位精度、生產效率和適用晶片尺寸與國際廠商產品仍有差距。
3）劃片機（切割機）：分為砂輪劃片機和雷射劃片機，主要功能為利用砂輪/雷射對晶圓等被加工物 進行切割或開槽。砂輪劃片機用於 IC、LED、太陽能電池、電阻等，主要國際廠商有日本 Disco、東京精密、 日本 OKAMOTO、以色列 Camtek 等，國內有北京中科電、盛美半導體、上海新陽、瀋陽芯源、蘇州偉仕泰 克等。雷射劃片機精度、效率更高，用於切割晶圓、藍寶石晶圓、MEMS、薄膜太陽能電池等，主要國際 廠商有日本 Disco、美國 JPSA、瑞士 Synova 等，國內廠商包括中電科 45 所、北京科創源光電、瀋陽儀器 儀表工藝研究所、西北機器、匯盛電子、蘭州蘭新華工雷射、大族雷射等。
以中電科為代表的的國內廠商，晶圓劃片機取得了一定突破。以國產 12 英寸晶圓劃片機為例，12 英 寸劃片機具有多片切割、效率高、精度高、節約人力成本等特點，國內封裝企業迫切需要便宜的 12 英寸 晶圓劃片機。中電科在國家「02 專項」的支持下，從 2014 年投入研發 12 英寸劃片機，突破雙軸結構工作 臺橋接技術、大直徑薄晶圓傳輸技術、高剛度氣浮主軸技術以及刀痕識別分析系統設計等關鍵技術。2017 年底在蘇州晶方完成工藝驗證，經過 2018 年一年的技術積累，在 2019 年取得重要技術突破和市場突破， 實現批量化生產，籤訂合同金額過千萬元。
3.2 測試探針分選設備：長川科技/華峰測控逐漸突破，高端產品正大力布局（略）
集成電路晶片的生產主要分為 IC 設計、IC 前道製造和 IC 後道封裝測試，檢測貫穿生產流程的始終。集成電路檢測根據工藝所處的環節可以分為設計驗證、前道量檢測和後道檢測。設計驗證用於 IC 設計階段， 前道量檢測貫穿晶圓製造過程始終，後道檢測主要運用於晶圓製造之後、IC 封裝環節內。
測試機在測試設備中佔主要市場，其中 SoC 測試機佔比最大。測試機按應用可分為存儲器測試機（包 括 DRAM 和 NAND 等非易失性存儲器）和非存儲器測試機（包括 SoC、數字晶片、模擬/混合電路晶片）， 從測試設備市場看，測試機佔比最大，合計 64%以上，其中 SoC 測試機佔主導，分選機和探針臺分別佔 16% 和 15%。
從市場空間看，測試機市場快速成長，2018 年達 37 億美元。根據 VLSI，2018 年全球測試機市場規模 達 37 億美元，同比增長 25.5%。愛德萬預計 2019 年存儲器測試機將成為高增長點，存儲器測試機市場將 增長 20%，非存儲器測試設備市場增長 5%，測算 2019 年全球測試機市場規模達 39.5 億美元。隨著封測產 業開始新一輪景氣周期，測試設備進入上升周期。國內模擬測試機市場規模為 4.3 億元，國內 SoC 類測試 機市場規模約為 8.5 億元，約為模擬測試機市場 2 倍，本土企業有望從模數混合逐漸向 SoC 測試機突破。
從競爭格局看，測試機市場由國際廠商主導。國際廠商如日本愛德萬、美國泰瑞達、科利登和科休等 佔主導地位，合計市佔率可達 75%。各家廠商側重不同，泰瑞達在 SoC 測試機領域具有絕對優勢，市佔率 接近 50%，能夠提供模擬、混合信號、存儲器及超大規模集成電路測試；愛德萬側重存儲器測試機，其存 儲器測試機市佔率達 60%，SoC 測試機市佔率達 35%；科利登和科休則布局測試機和分選機。
國內廠商在模擬/混合電路測試和分立器件測試領域可實現進口替代，國產化率較高，但在存儲器和 SoC 測試機鄰域實力薄弱。其中華峰測控、長川科技和宏測半導體等模擬/混合電路測試機年出貨量接近 700 臺，佔國內模擬測試機市場份額的 85%，聯動科技、宏邦電子分立器件測試機國內市場份額超過 90%。 而在 SoC 和存儲器鄰域，本土企業還尚未形成成熟的產品和市場突破。華峰測控正計劃進入 SoC 測試機市 場，其募投項目達產後可實現 200 套 SoC 測試機的產能；長川科技聚焦於模擬/混合電路和大功率測試機； 而精測電子和華興源創則深耕面板檢測設備。（略）
考慮到產業轉移背景下，本土設備需求增速將顯著高於全球，根據測算，我們預計探針臺大陸市場規 模將從 18 年 10.8 億元增長至 2020 年 18 億元，CAGR 接近 30%，而分選機大陸市場規模有望從 18 年 11.5 億元增長至 2020 年 22.2 億元，CAGR 約 40%。
國產替代為本土廠商帶來良機。國內測試設備製造龍頭自 2012 年以來實現了年複合超過 50%的快速 增長，這種增長主要受益於國產替代，但目前國內 90%以上市場份額仍被海外公司佔據。測試設備中，探 針臺精度要求在 1 微米級別，因此技術壁壘高，市場被日本東京電子和東京精密壟斷，分選機則一定程度 上實現了國產替代，長川科技在國內市場份額約 12%。在國家政策支持本土半導體公司發展的大背景下， 國產替代正在加速推進且空間十分廣闊，當前是切入測試設備領域的黃金時期。
探針臺國產自給率幾乎為 0，本土廠商處於市場導入階段。國內主要有三家：中電 45 所曾一度在國內 市佔率達到 67%，但因技術劣勢，市佔率被壓縮；長川科技已研發 8 英寸和 12 英寸探針臺，8 英寸已開始 發貨；深圳矽電可量產探針臺。分選機方面，本土廠商國內市佔率約 12%，國內廠商有一定突破。本土分 選機企業主要有長川科技（重力式和平移式）、華興源創（平移式、轉塔式）、金海通（平移式）、上海中藝（重力式）等。其中，長川科技已通過長電科技的驗證，實現了批量銷售，華興源創實現了小批量銷售。（略）
四、矽片設備在 6-8 寸具備自給能力，12 寸大矽片建設帶動配套機會
4.1 矽片生長加工設備：長晶爐 8 寸往 12 寸突破，研磨拋光設備國產化較低
矽片製造設備將純淨的多晶矽材料製造成一定直徑和長度的矽單晶棒，然後將矽單晶棒經過一系列的 機械加工、化學處理等工序，製造成具有一定幾何精度要求的矽片或外延片，為集成電路製造提供所需矽 襯底。矽片製備的一般流程為：晶體生長→滾磨/整形→切片→退火→倒角→研磨→刻蝕→拋光→清洗→檢 測，涉及眾多專用設備，其中單晶爐、拋光機和檢測設備是核心設備，其投資額分別佔設備投資的 25%、 25%和 15%。
晶體生長工藝主要有直拉法和區熔法，對應設備為直拉單晶爐和區熔單晶爐。直拉法是目前主要的晶 體生長工藝，目前 85%以上的單晶矽通過直拉法生長。熱場系統是直拉單晶爐矽單晶成晶的最重要條件之 一，熱場的溫度直接影響矽單晶直拉過程和成品單晶的質量，因而熱場的結構和效能是直拉單晶爐的核心 技術之一。直拉單晶爐目前的供應商國際上有美國 Linton Crystal 、日本菲洛泰克和德國 PVA TePla，國內 主要有西安理工晶體科技、晶盛機電、京運通、七星華創等。
區熔法生產的矽單晶純度較高，但直徑較小、工藝成本較高，目前能製備的單晶棒直徑最大為 200mm， 主要用於電力電子期間、光敏二極體、射頻探測器和紅外探測器等，供應商國際上有德國 PVA TePla，國內 有西安理工晶體科技、晶盛機電、京運通。
1）單晶爐市場規模約 30 億，國產化率較高，可達 77%。國內 8 英寸單晶爐已逐步開始實現國產化替 代，12 寸單晶爐開始小批量生產（國內僅晶盛機電和南京晶能）。代表廠商晶盛機電 8 英寸單晶爐已產業 化，12 寸單晶爐小批量生產，此外還布局矽片製造其他專用設備，成功研發 6-12 英寸晶體滾圓機、截斷 機、雙面研磨機及 6-8 英寸的全自動矽片拋光機，已逐步批量銷售。
2） 拋光機市場規模約20億，目前國產化率幾乎為0。國內拋光機採購依賴日本Speedfam、日本Fujikoshi、 美國 PR Hoffman、德國 Lapmaster 等，國內廠商如晶盛機電成功研發 6-8 英寸拋光機，中電科、蘇州赫瑞 特電子、湖南宇晶機器等也有生產。
3）檢測設備市場空間巨大，依賴進口，國產化空間較大。檢測環節設備與前道測試/過程控制設備貫 穿於晶片製造環節，檢測設備在前述章節論述。
晶盛機電：布局矽片環節，包括長晶設備、切片設備、加工設備等。2007 年研製出國內首臺全自動直 拉式單晶爐；2009-2011 年承擔了 02 專項中「300mm 矽單晶直拉生長裝備的開發」和「8 英寸區熔矽單晶 爐國產化設備研製」兩個項目；2012 年實現半導體級單晶矽棒的研製，次年成功研製區熔單晶爐；2014 年區熔單晶爐商業化。目前，晶盛機電已成長為國內單晶爐研製的龍頭企業，產品應用於光伏、集成電路、 LED 等，客戶包括有研半導體、鄭州合晶、金瑞泓、天津環歐、中環、宜昌南玻、包頭晶澳等，其中中環 為第一大客戶。
大矽片單晶爐國內供應商稀少，晶盛機電可供應大尺寸矽片單晶爐，業務布局延伸至磨切拋光等設備。國內僅少數半導體設備廠商能供應單晶爐，僅限於 6-10 英寸小矽片，切大矽片均勻性和缺陷密度等關鍵 指標達不到客戶要求。晶盛機電單晶爐可製備 6-18 英寸矽片，滿足下遊廠商需求。此外，晶盛機電成功研 發了 6-12 英寸晶體滾圓機、截斷機、雙面研磨機及 6-8 英寸的全自動矽片拋光機，已逐步批量銷售，出貨 體量和營收規模相對於晶體生長設備還比較小。
晶體矽生長設備出貨和營收年年攀升，毛利維持在高水平。收入方面，晶盛機電晶體矽生長設備， 2018 年實現晶體矽生長設備銷售 1344 臺，收入 19.40 億元，同比增長 23.4%。毛利方面，晶盛機電毛利率保持 在 40%-50%的水平，整體穩健。未來隨著國產大矽片項目陸續推進，帶動晶盛相關矽片設備營收增長。
全球對 12 寸大矽片需求強勁，長期維持供需偏緊態勢。而矽片產能和份額主要被日本信越（28%） 、 日本 SUMCO（25%）、臺灣環球晶（17%）、德國 Siltronic（15%）和韓國 LG Siltron（9%）佔據，合計 94% 的份額，而 12 英寸大矽片前五家合計份額高達 98%，其他矽片廠商包括法國 Soitec、上海矽產業、北京有 研、浙江金瑞泓等。矽片尺寸看，12 寸佔比 63%，8 寸佔比 27%，6 寸佔比 10%；下遊應用領域看，12 寸 矽片以先進邏輯晶片、存儲晶片為主，而 8 寸矽片使用中，23%用於模擬器件，21%用於 MOS 管，17%用 於光電器件，16%用於分立器件。全球矽片市場規模在百億美金，本土半導體晶圓線產能建設力度較大， 帶動對大矽片及國產化的需求，矽片相關設備國產化空間巨大。
2020 年國內對 12 寸大矽片需求預計為 105 萬片，對 8 寸矽片需求預計為 96.5 萬片，本土規劃的 12 寸和 8 寸矽片產線若滿產，可完全覆蓋國內市場對矽片需求。目前，國內規劃中的 12 寸大矽片合計：662 萬片，包括：新昇 60 萬片，金瑞泓 40 萬片，中環領先 52 萬片，奕斯偉 50 萬片，寧夏銀和 20 萬片，鄭 州合晶 20 萬片，有研德州 30 萬片，杭州中芯 20 萬片，超矽 85 萬片、中晶嘉興 100 萬片等。國內規劃中 的 8 寸大矽片合計：345 萬片，包括：超矽 50 萬片，中環領先 105 萬片，金瑞泓 52 萬片，寧夏銀和 50 萬片，鄭州合晶 20 萬片，有研德州 23 萬片，杭州中芯 35 萬片。
目前規劃矽片項目總投資額在 1400 億，其中設備相關投資約 1100 億元，如果按照 4-5 年的投資計劃 來看，預計年均設備需求在 225 億元左右。具體看：矽片製造設備—單晶爐 56 億元；整型設備—滾輪截 斷機 25 億元，切片機 11 億元，磨片機+倒角機 23 億元，拋光機 34 億元，清洗機 23 億元；檢測設備 34 億元。晶盛機電、北方華創、京運通、中電 45 所等長晶、切磨拋、清洗等環節廠商的矽片設備廠商，有 望受益與本土矽片產線大規模興建。
五、投資參考
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