（報告出品方/作者：德邦證券，馮俊）
核心觀點
全球半導體設備支出進入上升周期。5G、物聯網、大數據、人工智慧以及汽車電 子等新技術和新產品的應用，將帶來龐大的半導體市場需求，行業將進入新一輪的 上升周期。半導體設備位於產業鏈的上遊，其市場規模隨著下遊半導體的技術發展 和市場需求而波動。根據 SEMI 預測，2020 年全球半導體設備市場規模達創紀錄 的 689 億美元，同比增長 16%，2021 年將達 719 億美元，同比增長 4.4%，2022 年仍舊保持增長態勢，市場將達 761 億美元，同比增長 5.8%。
半導體產業向中國轉移，中國成為最大半導體設備市場。中國憑藉低勞動力成本的 優勢，不斷引進半導體產業先進技術，加大半導體產業人才培養，逐步承接了半導 體低端封測和晶圓製造業務。隨著全球電子化進程的開展，下遊產業快速發展，不 斷推動中國半導體產業持續興旺。中國大陸半導體設備市場規模在全球的佔比逐年 提升，SEMI 預計 2020 年中國大陸半導體設備市場規模將達 181 億美元，同比增 長 34.6%，成為全球最大的半導體設備市場。在 2020 年晶圓廠密集的資本支出之 後，SEMI 預計中國大陸 2021 年半導體設備市場將小幅回落，市場規模為 168 億 美元，同比下降 7%。
半導體設備市場為海外廠商壟斷，國產設備企業奮起直追。2019 年國產半導體設 備銷售額為 161.82 億元，中國大陸 2019 年半導體設備市場規模 134.5 億美元， 國產化率約 17%，具備較大國產替代空間。在當前美國持續加強技術和設備封鎖 的情況下，半導體設備國產替代步伐正在加快。國產設備企業在政策和資金大力支 持下，在刻蝕、薄膜沉積、測試等多個領域不斷取得突破。
國產刻蝕設備、薄膜沉積設備和測試設備有望成為半導體設備國產化先鋒。中微公 司和北方華創分別在 CCP 和 ICP 刻蝕設備領域取得突破，部分產品已進入先進位 程生產線驗證；北方華創在 PVD 領域實現了國產高端薄膜製備設備零的突破，設 備覆蓋了 90-14nm 多個製程，瀋陽拓荊 CVD 設備成功進入長江存儲生產線。華峰 測控模擬測試機國內市佔率已達 60%，後續 SOC 項目推進可能為公司帶來新的增 長空間。
1. 半導體產業鏈解析
半導體指常溫下導電性能介於導體與絕緣體之間的材料。半導體產品按照功 能區分可以分為集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器等四大類。其中集成 電路是半導體產業的核心，根據 WSTS 數據，2020 年集成電路市場規模佔到了 半導體市場的 82%。
半導體產業鏈可按照主要生產過程進行劃分，整體可分為上遊中遊下遊。以 半導體中佔比最高的集成電路產業為例，上遊包括半導體材料、生產設備、EDA、 IP 核。EDA，即電子設計自動化（Electronics Design Automation），主要包括設 計工具和設計軟體。IP 核（Intellectual Property Core）提供已經完成邏輯設計或 物理設計的晶片功能模塊，通過授權允許客戶將其集成在 IC 設計中。中遊包括設 計、製造、封測三大環節。下遊主要為半導體應用，主要包括 3C 電子、醫療、通 信、物聯網、信息安全、汽車、新能源、工業等。
1.1. 半導體產業運作的兩種模式：IDM 和垂直分工模式
半導體產業運作主要有兩種模式，即IDM模式和垂直分工模式。如前文所述， 半導體整個製造過程主要包括晶片設計、晶圓製造和封裝測試三大環節。所謂 IDM （Integrated Device Manufacture）模式，即由一個廠商獨立完成晶片設計、製造 和封裝三大環節，英特爾和三星是全球最具代表性的 IDM 企業。另一種模式為垂 直分工模式，即 Fabless（無晶圓製造的設計公司）+Foundry（晶圓代工廠）+OSAT（封裝測試企業），Fabless 是指專注於晶片設計業務，只負責晶片的電路設計與 銷售，將生產、測試、封裝等環節外包的設計企業，代表企業有高通、英偉達、 AMD 等；Foundry 即晶圓代工廠，指只負責製造、封測的一個或多個環節，不負 責晶片設計，可以同時為多家設計公司提供服務的企業，代表企業有臺積電、中 芯國際等。OSAT 指專門從事半導體封裝和測試的企業。
在臺積電成立以前，半導體行業只有 IDM 一種模式。IDM 模式的優勢在於資 源的內部整合優勢，以及具有較高的利潤率。IDM 模式貫穿整個半導體生產流程， 不存在工藝流程對接問題，新產品從開發到面市的時間較短，且因為覆蓋前端的 IC 設計和末端的品牌營銷環節，具有較高的利潤率水平。但其公司規模龐大、管 理成本和運營費用較高，同時半導體生產需要龐大的資本支出，使得行業內只有 極大的幾家 IDM 企業能夠生存。
半導體製造業具有明顯的規模經濟效應，擴大規模可以顯著降低單位產品的 成本，提高企業競爭力，降低產品價格，垂直分工模式應運而生。一方面，垂直分 工模式使得 Fabless 投資規模較小，運行費用較低，因此湧現出了大量的優質的 晶片設計企業。另一方面，Foundry 能夠最大化的利用產能，提高資本支出的收 益率。但垂直分工模式可能會因晶片設計和生產無法順利協同，導致晶片從設計 到面市的時間過長，給晶片設計廠商造成損失。
1.2. 矽片製造
半導體設備主要應用在半導體產業鏈中的晶圓製造和封裝測試環節。矽片制 造是半導體製造的第一大環節，矽片製造主要通過矽料提純、拉晶、整型、切片、 研磨、刻蝕、拋光、清洗等工藝將矽料製造成矽片，然後提供給晶圓加工廠。
半導體工業中有兩種常用方法生產單晶矽，即直拉單晶製造法（CZ 法）和懸 浮區熔法（FZ 法）。CZ 法是矽片製造常用的方法，它較 FZ 法有較多優點，例如 只有 CZ 法能夠做出直徑大於 200mm 的晶圓，並且它的價格較為便宜。CZ法的原理是將多晶矽矽料置於坩堝中，使用射頻或電阻加熱線圈加熱熔化，待溫度超 過矽的熔點溫度後，將籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、轉肩等徑等步驟，完成一根 單晶矽棒的拉制。
單晶生長爐是生產單晶矽的主要半導體設備。目前全球的單晶生長爐主要由美國 Kayex、德國 PVA TePla、日本 Ferrotec 等企業供應，國內的單晶生長爐企 業主要包括晶盛機電、南京晶能、連城數控等。
單晶矽棒完成後，還需要經過一系列加工才能得到矽片成品，主要涉及的半 導體設備有切片機、研磨機、溼法刻蝕機、清洗機、拋光機和量測機。目前上述矽 片加工設備主要由日本、德國和美國廠商提供，國內僅有晶盛機電等少數廠家推 出了部分矽片加工設備，市場佔有率較低。
1.3. 晶圓製造
晶圓製造是半導體製造過程中最重要也是最複雜的環節，整個晶圓製造過程 包括數百道工藝流程，涉及數十種半導體設備。晶圓製造主要的工藝流程包括熱 處理、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積、化學機械研磨和清洗。
1.3.1. 熱處理工藝
熱處理主要包括氧化、擴散和退火工藝。氧化是一種添加工藝，是將矽片放 入高溫爐中，加入氧氣與之反應，在晶圓表面形成二氧化矽。擴散是通過分子熱 運動使物質由高濃度區移向低濃度區，利用擴散工藝可以在矽襯底中摻雜特定的 摻雜物，從而改變半導體的導電率，但與離子注入相比擴散摻雜不能獨立控制摻 雜物濃度和結深，因此現在應用越來越少。退火是一種加熱過程，通過加熱使晶 圓產生特定的物理和化學變化，並在晶圓表面增加或移除少量物質。
熱處理工藝使用的半導體設備為氧化擴散設備，其實質為高溫爐。高溫爐分 為直立式和水平式高溫爐，高溫爐主要包括五個基本組件：控制系統、工藝爐管、 氣體輸送系統、氣體排放系統和裝載系統。高溫爐必須具有穩定性、均勻性、精確 的溫度控制、低微粒汙染、高生產率和可靠性。
氧化擴散設備主要由東京電子、科意半導體和應用材料供應，國內的氧化擴 散設備生產商主要包括北方華創和屹唐半導體。從長江存儲的招標情況來看，氧 化擴散設備還是以國外廠商設備為主，國內廠商北方華創市佔率逐年上升，截至 今年 10 月，從設備數量來看，北方華創熱處理設備在長江存儲的佔比已經超過了 30%，屹唐半導體佔比 1%。
1.3.2. 光刻工藝
光刻是將設計好的電路圖從光刻版或倍縮光刻版轉印到晶圓表面的光刻膠上， 便於後續通過刻蝕和離子注入等工藝實現設計電路，是晶圓製造中最重要的技術。 光刻工藝包括三個核心流程：塗膠、對準和曝光以及光刻膠顯影。整個光刻過程 需要經過八道工序：晶圓清洗、表面預處理、光刻膠自旋塗敷、軟烘烤、對準、曝 光、曝光後烘烤、顯影、堅膜烘烤和圖形檢測。
光刻工藝流程中最核心的半導體設備是光刻機，光刻機是半導體設備中技術 壁壘最高的設備，其研發難度大，價值量佔晶圓製造設備中的 30%。目前全球的 高端光刻機由荷蘭 ASML 公司壟斷，ASML 是全球最大的光刻機生產商，是全球 唯一能夠生產 EUV 光刻機的廠商，EUV 光刻機是先進位程工藝中的核心設備。 中低端光刻機除 ASML 外，還有日本的 Canon 和 Nikon 可以供應。
目前國內具備光刻機生產能力的企業主要是上海微電子裝備有限公司。上海 微電子裝備(集團)股份有限公司(簡稱 SMEE)主要致力於半導體裝備、泛半導體裝備、高端智能裝備的開發、設計、製造、銷售及技術服務。公司設備廣泛應用於集 成電路前道、先進封裝、FPD 面板、MEMS、LED、Power Devices 等製造領域。
在集成電路領域，上海微電子產品主要包括光刻機和晶圓對準及缺陷檢測設 備。公司的光刻機產品有 SSX600 和 SSB500 兩個系列，其中 SSX600 系列主要 應用於 IC 前道光刻工藝，可滿足 IC 前道製造 90nm、110nm、280nm 關鍵層和 非關鍵層的光刻工藝需求；SSB500 系列光刻機主要應用於 IC 後道先進封裝工藝。
除上海微電子生產光刻機整機以外，國內還有華卓精科和國科精密從事光刻 機零部件的研發和生產。華卓精科以光刻機雙工件臺這一超精密機械領域的尖端 產品為核心，並以該產品的超精密測控技術為基礎，開發了晶圓級鍵合設備、激 光退火設備等整機產品。國科精密緻力於極大規模集成電路光刻投影光學、顯微 光學、多光譜融合成像探測、超精密光機製造與檢測等領域的高技術研究，同時 開展相應各類高端光學儀器與裝備產品的研發工作，2016 年公司研發的我國首套 用於高端 IC 製造的 NA0.75 投影光刻機物鏡系統順利交付用戶。
光刻工序所使用的半導體設備除了核心設備光刻機外，還需要塗膠顯影設 備。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、噴膠機和顯影機，在 8 英寸及以上晶圓的大型生產線上，此類設 備一般都與光刻設備聯機作業，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。全球的塗膠顯影設備基本上被 TEL 壟斷，國內 塗膠顯影設備廠有瀋陽芯源微和盛美股份。
1.3.3. 刻蝕工藝
刻蝕是通過移除晶圓表面材料，在晶圓上根據光刻圖案進行微觀雕刻，將圖 形轉移到晶圓表面的工藝。刻蝕分為溼法刻蝕和幹法刻蝕，溼法刻蝕是利用化學 溶液溶解晶圓表面的材料，幹法刻蝕使用氣態化學刻蝕劑與材料產生反應來刻蝕 材料並形成可以從襯底上移除的揮發性副產品。由於等離子體產生促進化學反應 的自由基能顯著增加化學反應的速率並加強化學刻蝕，等離子體同時也會造成晶 圓表面的離子轟擊，故幹法刻蝕一般都是採用等離子刻蝕。
集成電路晶片刻蝕工藝中包含多種材料的刻蝕，單晶矽刻蝕用於形成淺溝槽 隔離，多晶矽刻蝕用於界定柵和局部連線，氧化物刻蝕界定接觸窗和金屬層間接 觸窗孔，金屬刻蝕主要形成金屬連線。
目前等離子刻蝕是晶圓製造中使用的主要刻蝕方法，電容性等離子刻蝕 （CCP）和電感性等離子刻蝕（ICP）是兩種常用的等離子刻蝕方法。電容性等 離子體刻蝕主要是以高能離子在較硬的介質材料上，刻蝕高深寬比的深孔、深 溝等微觀結構；而電感性等離子體刻蝕主要是以較低的離子能量和極均勻的離 子濃度刻蝕較軟的和較薄的材料。
原子層刻蝕（ALE）是指通過一系列的自限制反應去除單個原子層，不會觸及 和破壞底層以及周圍材料的先進半導體生產工藝。原子層刻蝕可以實現精準的控 制，具有優秀的各向異性，是未來刻蝕工藝的發展方向。
刻蝕工藝使用的半導體設備為刻蝕機。全球刻蝕設備行業的主要企業即泛林 半導體(Lam Research)，東京電子(TEL)和應用材料(AMAT)三家。從全球刻蝕設 備市場份額來看，三家企業的合計市場份額就佔到了全球刻蝕設備市場的 90%以 上。其中泛林半導體獨佔 52%的市場份額，東京電子與應用材料分別佔據 20%和 19%的市場份額
國內的刻蝕設備企業主要有中微公司、北方華創、屹唐半導體和中電科。其 中，中微公司、北方華創和屹唐半導體均以生產幹法刻蝕設備為主，中電科除了 生產幹法刻蝕設備以外還生產溼法刻蝕設備。除上述企業外，國內還有創世微納、 芯源微和華林科納等企業生產刻蝕設備。
國內刻蝕設備生產商中，中微公司在 CCP 刻蝕領域具備明顯優勢。在邏輯集成電路製造方面，公司的 CCP 刻蝕設備已經進入國際知名晶圓代工廠的先進 製程生產線，用於 7/5 納米器件的生產。在 3D NAND 晶片製造方面，公司的 CCP 刻蝕設備技術可應用於 64 層的量產，同時公司根據存儲器廠商的需求正在 開發 96 層及更先進的刻蝕設備和工藝。
北方華創主要覆蓋 ICP 刻蝕設備，公司 ICP 刻蝕設備主要用於矽刻蝕和金 屬材料的刻蝕，28nm 製程以上刻蝕設備已經實現產業化，在先進位程方面，公 司矽刻蝕設備已經突破 14nm 技術，進入上海集成電路研發中心，與客戶共同 開展研發工作。
1.3.4. 離子注入工藝
離子注入是一種添加工藝，利用高能量帶電離子束注入的形式，將摻雜原子 強行摻入半導體中，從而控制半導體的導電率。離子注入提供了比擴散過程更好 的摻雜工藝控制，例如在擴散工藝中摻雜物的濃度和結深無法獨立控制，而在離 子注入中可以通過離子束電流和注入時間控制摻雜物濃度，通過離子的能量控制 摻雜物的結深，因此離子注入是目前半導體行業中的主要摻雜方法。
離子注入所使用的半導體設備為離子注入機，離子注入機是非常龐大的設備， 包括了氣體系統、電機系統、真空系統、控制系統和最重要的射線系統。根據離子 束電流和束流能量範圍，一般可以把離子注入機分為低能大束流離子注入機、高 能離子注入機和中低束離子注入機。
離子注入機可以應用在集成電路和光伏領域。在集成電路領域，全球的離子 注入機為應用材料所壟斷，其市場佔有率達到了 70%，其次為 Axcelis，佔據了近 20%的市場份額。國內的離子注入機生產企業主要是凱世通和北京中科信， 2020 年 12 月凱世通宣布擬向芯成科技出售 3 款 12 英寸集成電路離子注入機，國產離子注入機邁出了關鍵一步。
1.3.5. 薄膜沉積工藝
薄膜沉積是一種添加工藝，是指利用化學方法或物理方法在晶圓表面沉積一 層電介質薄膜或金屬薄膜，根據沉積方法可以分為化學氣相沉積（CVD）和物理 氣相沉積（PVD）。
CVD 是利用氣態化學源材料在晶圓表面產生化學反應過程，在表面沉積一種 固態物作為薄膜層。CVD 廣泛應用在晶圓製造的沉積工藝中，包括外延矽沉積、 多晶矽沉積、電介質薄膜沉積和金屬薄膜沉積。常用的化學氣相沉積工藝包括常 壓化學氣相沉積（APCVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）和離子增強型化學氣 相沉積（PECVD）。
APCVD 主要應用在二氧化矽和氮化矽的沉積，LPCVD 主要應用於多晶矽、 二氧化矽及氮化矽的沉積。PECVD 通過等離子產生的自由基來增加化學反應速 度，可以利用相對較低的溫度達到較高的沉積速率，廣泛應用於氧化矽、氮化矽、 低 k、ESL 和其他電介質薄膜沉積。
CVD 工藝使用的半導體設備是化學氣相沉積設備，全球的化學氣相沉積設備 市場主要由應用材料、泛林半導體和東京電子所壟斷，CR3 為 70%。從 CVD 設備種類來看，PECVD、APCVD 和 LPCVD 三類 CVD 設備合計市場份額約佔總市 場份額的 70%，仍舊是 CVD 設備市場的主流。
集成電路領域的國產 CVD 設備生產商主要有北方華創和瀋陽拓荊。北方華創 主要生產 APCVD 設備和 LPCVD 設備，瀋陽拓荊則以 PECVD 為主，根據中國 國際招標網數據，瀋陽拓荊已有 3臺PECVD 設備進入長江存儲。
原子層沉積（ALD）是一種可以將物質以單原子膜形式一層一層的鍍在基底 表面的方法。原子層沉積與普通的化學沉積有相似之處。但在原子層沉積過程中， 新一層原子膜的化學反應是直接與之前一層相關聯的，這種方式使每次反應只沉 積一層原子。ALD 工藝可以更加精確控制薄膜的尺寸，對於 DRAM，3D NAND 和 邏輯 FinFET 製造中越來越重要，可能成為未來薄膜沉積的核心工藝。
目前 ALD 設備尚未在集成電路行業中大規模使用，應用材料、泛林半導體和 東京電子都已經推出了 ALD 設備，國內設備生產商在 ALD 設備方面也有布局。 北方華創推出的 ALD 設備可以滿足 28-14nm FinFET 和 3D NAND 原子層沉積工 藝要求，目前正處於驗證階段。瀋陽拓荊在已通過生產驗證的 PECVD 平臺上自 主研發了原子層沉積設備，可應用於超大規模集成電路，OLED 及先進封裝領域
物理氣相沉積（PVD）是另一種重要的薄膜沉積工藝，PVD 是通過加熱或濺 射過程將固態材料氣態化，然後使蒸汽在襯底表面凝結形成固態薄膜，常用的PVD 工藝有蒸發工藝和濺鍍工藝。
PVD 工藝使用的半導體設備為 PVD 設備，全球 PVD 設備市場基本上為應用 材料所壟斷，其市場份額高達 85%，其次為 Evatec 和 Ulvac，市場份額分別為 6% 和 5%。
國內在集成電路領域的 PVD 生產商主要為北方華創。北方華創突破了濺射源設計技術、等離子產生與控制技術、顆粒控制技術、腔室設計與仿真模擬技術、軟 件控制技術等多項關鍵技術，實現了國產集成電路領域高端薄膜製備設備零的突破，設備覆蓋了 90-14nm 多個製程。根據公司官網消息，公司 PVD 設備被國內 先進集成電路晶片製造企業指定為 28nm 製程 Baseline 機臺，並成功進入國際供 應鏈體系。
1.3.6. 化學機械研磨工藝
化學機械研磨（CMP）是一種移除工藝技術，該工藝結合化學反應和機械研 磨去除沉積的薄膜，使得晶圓表面更加平坦和光滑。CMP 技術有多種優勢，例如 CMP 允許高解析度的光刻技術，可以減小過度曝光和顯影的需求，允許更均勻的 薄膜沉積從而減小刻蝕的時間。
CMP 工藝使用的半導體設備是化學機械研磨機。常見的 CMP 系統包括研磨 襯墊、可以握住晶圓並使其表面向下接觸研磨襯墊的自旋晶圓載具，以及一個研 磨漿輸配器裝置。
全球 CMP 設備市場主要由應用材料和荏原機械壟斷，其中應用材料佔據了 全球 70%的市場份額，荏原機械的市佔率為 25%。國內 CMP 設備的主要研發生 產單位有華海清科和北京爍科精微電子裝備有限公司，其中華海清科是目前國內 唯一實現 12 英寸系列 CMP 設備量產銷售的半導體設備供應商，打破了國際廠商 的壟斷，填補國內空白並實現進口替代。
1.3.7. 清洗
清洗是貫穿晶圓製造的重要工藝環節，用於去除晶圓製造中各工藝步驟中可 能存在的雜質，避免雜質影響晶片良率和晶片產品性能。目前，隨著晶片製造工 藝先進程度的持續提升，對晶圓表面汙染物的控制要求不斷提高，每一步光刻、 刻蝕、沉積等重複性工序後，都需要一步清洗工序。清洗不僅應用於晶圓製造，在 矽片製造和封裝測試過程中也必不可少。
在全球清洗設備市場，日本 DNS 公司佔據 40%以上的市場份額，此外，TEL、 LAM 等也在行業佔據了較高的市場份額，市場集中度較高。國內的清洗設備領域 主要有盛美半導體、北方華創、芯源微、至純科技。其中，盛美半導體主要產品為 集成電路領域的單片清洗設備；北方華創收購美國半導體設備生產商 Akrion Systems LLC 之後主要產品為單片及槽式清洗設備；芯源微產品主要應用於集成 電路製造領域的單片式刷洗領域；至純科技具備生產 8-12 英寸高階單晶圓溼法清 洗設備和槽式溼法清洗設備的相關技術。
1.4. 測試與封裝
1.4.1. 測試
半導體測試貫穿了半導體整個產業鏈，晶片設計、晶圓製造以及最後的晶片 封裝環節都需要進行相應的測試，以保證產品的良率。
晶片設計環節的測試主要是設計商使用測試機、探針臺和分選機對晶圓樣品 和晶片封裝樣品的功能和性能進行測試。晶圓製造環節的測試包括晶圓幾何尺寸 與表面形貌的檢測、成分結構分析以及電性測試。封裝測試環節主要是通過分選 機和測試機對晶片的電性參數及性能等進行測試，以保證出廠後的晶片在性能和 壽命方面達到設計標準。
測試環節主要使用的半導體設備是測試機、分選機和探針臺。測試機是檢 測晶片功能和性能的專用設備，測試機對晶片施加輸入信號，採集被檢測晶片 的輸出信號與預期值進行比較，判斷晶片在不同工作條件下功能和性能的有效 性。
全球測試機市場被愛德萬、泰瑞達和科休壟斷，三者市場佔有率分別為 50%， 40%和 8%。國內測試機生產商主要有華峰測控和長川科技。華峰測控和長川科技 專注於模擬測試機和數字模擬混合測試機，其中華峰測控在國內模擬測試機市佔 率接近 60%。我國測試機市場中佔市場主要份額的為存儲測試機和 SOC 測試機， 市場份額分別為 43.8%和 23.5%。
探針臺和分選機是將晶片的引腳與測試機的功能模塊連接起來並實現批量自 動化測試的專用設備。探針臺用於晶圓加工之後、封裝工藝之前的 CP 測試環節， 負責晶圓的輸送與定位，使晶圓上的晶粒依次與探針接觸並逐個測試。分選機負 責將輸入的晶片按照系統設計的取放方式運輸到測試模塊完成電路壓測，在此步 驟內分選機依據測試結果對電路進行取捨和分類。
半導體探針臺設備行業集中度較高，目前主要由東京精密、東京電子兩家壟 斷，兩個公司共計佔據全球約 70%的市場份額。臺灣惠特、臺灣旺矽等也佔有較 大的市場份額，特別是在 LED 探針臺領域具有優勢。國內最大的探針臺生產企業 是深圳矽電，長川科技、中電科 45所也具備探針臺生產能力。
分選機按照系統結構可以分為三大類別，即重力式分選機、轉塔式分選機、 平移拾取和放置式分選機。全球分選機市場由愛德萬、科休、愛普生三家企業所 壟斷，國內的分選機生產商主要有長川科技。
1.4.2. 封裝
封裝是將晶片在基板上布局、固定及連接，並用可塑性絕緣介質灌封形成電 子產品的過程，目的是保護晶片免受損傷，保證晶片的散熱性能，以及實現電能 和電信號的傳輸，確保系統正常工作。封裝設備主要有切割減薄設備、引線機、鍵 合機、分選測試機等。
目前封裝設備主要由國外企業壟斷，全球封裝設備主要由 ASM Pacific、K&S、 Shinkawa、Besi 等國外企業壟斷，國內具備封裝設備製造能力的企業主要有中電 科 45 所、艾科瑞斯和大連佳峰。
2. 產業格局不斷變化，中國或將成為產業重心
2.1. 行業進入新一輪上升周期
半導體行業每一次進入上升周期都是由下遊需求驅動。回顧半導體行業的發 展歷史可以看出，每當下遊出現技術升級或產品迭代時，市場對於半導體的需求 將進入上升周期。在 80 到 90 年代，家用電器的普及以及計算機在商業領域的滲 透推動了行業的成長；90 年代到本世紀初，家用電腦及筆記本電腦的普及帶來了 行業成長的新動力；2013 年到 2018 年，智慧型手機和平板電腦等消費電子推動了 行業新一輪繁榮，但 2019 年消費電子的驅動已經出現乏力，半導體行業出現了短 暫的回落。
新的技術和產品將帶來行業驅動力，半導體行業或將進入上升周期。5G、物 聯網、大數據、人工智慧以及汽車電子等新技術和新產品的應用，將帶來龐大的 半導體市場需求，行業將進入新一輪的上升周期。根據 WSTS 預測，2020 年全 球半導體銷售額將達 4330 億美元，同比增長 5.9%，2021 年半導體銷售額將達 4690 億美元，同比增長 8.3%。我們預測 2022 和 2023 年半導體市場將繼續增 長，2023 年全球市場規模將達到 5010 億美元。
2.2. 全球產業轉移，中國市場高速成長
半導體經歷過兩次大的產業轉移。半導體產業於 20 世紀 60 年代發源於美國， 美國作為半導體發源地，在產品和技術方面一直保持著全球領先水平。第一次轉移發生於 20 世紀 80 年代，美國將技術和利潤較低的封測剝離，轉移到日本地區， 日本藉助美國的技術支持，逐步完善半導體產業，並在 PC 和家電等領域趕超， 造就了日本東芝和日本日立等知名企業。第二次是 20 世紀 90 年代，隨著 PC 產 業升級，DRAM 技術不斷提升，而日本由於經濟危機無法支撐產業發展，韓國借 此機會對 DRAM 技術和產能不斷投入，確立了其在 PC 半導體領域的地位。中國臺灣把握住了美日半導體從 IDM 模式轉向垂直分工模式的機會，大力發展了以臺積電 為代表的晶圓代工產業，在產業鏈佔據了重要的位置。
半導體產業正在進行第三次產業轉移。中國是全球最大的半導體消費市場， 同時也是全球最大的半導體進口國，龐大的市場需求為半導體產業發展提供了前 提。2010 年以來，中國一方面憑藉低勞動力成本的優勢，一方面不斷引進半導體 產業先進技術，同時加大半導體產業人才培養，逐步承接了半導體低端封測和晶 圓製造業務，完成了半導體產業的原始積累。隨著全球電子化進程的開展，下遊 產業快速發展，不斷推動中國半導體產業持續興旺。
2019 年我國半導體銷售額約佔全球市場的 35%。在過去十年的半導體景氣 周期中，以手機為主的消費電子成為半導體行業發展的主要驅動因素，中國在經 濟高速發展和巨大的人口基數作用下，成為全球第一大消費電子市場。據全球半 導體貿易統計組織數據，2014~2019 年中國佔全球半導體消費市場的份額逐年提 升中國，2019 年半導體銷售額達到 1441 億美元，佔全球市場份額的 35%。隨著 5G、汽車電子等下遊應用在中國迅速興起，中國將有望成為全球半導體市場的重 心。
中國半導體市場仍舊存在供需錯配。雖然中國已經成為全球最大的半導體消 費國，但中國的半導體生產能力還遠遠不能匹配中國市場的巨大需求，晶圓產能 仍舊有待提升。當前半導體產業仍舊由外資主導，無論是半導體設計還是半導體 製造，中國企業的市佔率仍舊很低。從晶圓製造產能來看，全球 TOP5 晶圓製造 商均為外資企業，佔據了全球超過 50%的產能份額。
中國大陸封測產業已經具備一定實力。中國憑藉低廉的勞動力，首先承接了 對勞動力需求較大技術要求較低的半導體封測業務。目前，中國大陸封測環節在 全球已經具備一定的競爭力，根據拓墣產業研究院數據，2020 年第三季度全球前 十大封測企業中，中國大陸企業長電科技、通富微電和華天科技分別位列 3、6、 7 名。
2020 年我國晶片設計行業銷售額首次突破 500 億美元。2020 年雖然行業受 到了新冠疫情的影響，但我國晶片設計行業仍舊保持了較快的增長態勢，2020 年 全行業設計企業數量為 2218 家，同比增長 24.6%。從銷售收入來看，全行業銷售預計為 3819.4 億元，同比增長 23.8%，按照美元與人民幣 1:6.8 的兌換率，全年 銷售約為 561.7 億美元，首次超過 500 億美元。
我國晶圓代工發展迅速，中芯國際和華宏半導體已進入全球前十。我國封測 行業逐漸進入成熟階段，晶圓代工正在快速崛起，湧現出了中芯國際和華宏半導 體等具備發展潛力的晶圓代工企業。根據拓墣產業研究院最新預測，2020 第四季 度全球晶圓代工營收排行中，中芯國際和華宏半導體分別位列第 5 名和第 9 名。 同時，我國正在尋求 IC 製造方面的突破，中國大陸正迎來投資建廠熱潮，這將為 半導體設備帶來廣闊的市場空間。
半導體設備對於行業發展至關重要。當前我國半導體設備依舊高度依賴於海 外企業，並且在核心技術和零部件上受到一定的限制。半導體設備涉及數學、物 理、化學、光學、力學等多個基礎學科，技術壁壘高，研發難度大周期長，是整個 產業中最關鍵的環節之一。半導體設備直接關係晶片設計能否落成實物，產品可 靠性和良率能否達到設計標準，國內行業是否能夠參與全球競爭。因此要實現我 國半導體產業鏈的自主可控，半導體設備至關重要。
3. 半導體設備市場再創新高，國產化替代空間廣闊
3.1. 全球半導體設備市場或超 710 億美元
根據 SEMI 最新預測，2021 年全球半導體設備需求將超過 710 億美元。半導 體設備位於產業鏈的上遊，其市場規模隨著下遊半導體的技術發展和市場需求而 波動。2013-2018 年，在智慧型手機和消費電子快速發展的推動下，半導體設備進 入了一個持續上升的行業周期，市場規模從 317.9億美元增長到了 645.3 億美元， 5 年 GACR 為 15%。而 2019 年全球半導體設備支出為 597.5 億美元，同比下降 7.4%，增長勢頭稍有回落。根據 SEMI 預測，2020 年全球半導體設備市場規模達 創紀錄的 689 億美元，同比增長 16%，2021 年將達 719 億美元，同比增長 4.4%， 2022 年仍舊保持增長態勢，市場將達 761 億美元，同比增長 5.8%。
前端和後端半導體設備都將持續增長。根據 SEMI 數據，晶圓製造設備預計 2020 年將增長 15％達到 594 億美元， 2021 年和 2022 年分別增長 4％和 6％。 代工和邏輯業務約佔晶圓製造設備銷售總額的一半，由於先進位程的投資，今年 的支出將增長 15%左右，達到 300 億美元。存儲方面，NAND 製造設備支出今年 將增長 30％，超過 140 億美元，而 DRAM 有望在 2021 年和 2022 年引領增長。 封裝設備方面，2020 年市場規模將增長 20％，達到 35 億美元，在先進封裝應用 的推動下，到 2021 年和 2022 年分別增長 8％和 5％。半導體測試設備銷售額 2020 年預計增長 20％，達到 60 億美元，隨著對 5G 和高性能計算應用的需求的 提升，半導體測試設備在 2021 年和 2022 年將持續保持增長態勢。
分地區來看，2020 年中國大陸已成為全球最大的半導體設備市場。中國大陸 是近年來半導體設備市場唯一保持持續增長的地區，市場規模在全球的佔比逐年提升。2016-2019 年，中國大陸的半導體設備市場規模從 64.6 億美元增長到了 134.5 億美元，3 年 CACR 達 28%，在全球市場中的佔比由 15.7%提升至 22.5%。 隨著中國大陸在 IC 和儲存領域的強勁支出，SEMI 預計 2020 年中國大陸半導體 設備市場規模將達 181 億美元，同比增長 34.6%，成為全球最大的半導體設備市 場。我們認為在國家政策和資金支持下，2021 和 2022 年中國大陸的半導體設備 支出將持續保持高位，市場規模將保持在 180 億美元。
3.2. 細分市場高度集中，海外龍頭處於壟斷地位
全球半導體市場集中度高，各細分市場均被龍頭企業所壟斷。半導體設備技 術壁壘高，研發周期長難度大，故半導體設備市場份額集中在少數企業。2018 年 全球半導體設備市場 CR5 為 65.1%，CR10 為 76.3%。2019 年市場集中度進一 步提升，CR5 高達 76.5%，CR10 高達 91.3%。
全球半導體設備廠商主要集中在美國、日本和荷蘭。美國的半導體設備廠商 主要有應用材料、泛林半導體、科磊和泰瑞達，覆蓋的設備主要包括晶圓製造和 封測環節的刻蝕設備、離子注入機、薄膜沉積設備、掩膜版製造設備、檢測設備、 測試設備、清洗設備等。日本的半導體設備廠商主要包括東京電子、DNS、愛德 萬和日立高新，主要覆蓋的設備包括刻蝕設備、薄膜沉積設備、清洗設備、熱處理 設備、塗膠機/顯影機、退火設備、檢測設備、測試設備等，另外尼康和佳能兩家 日本公司還可以供應中低端光刻機。荷蘭的半導體設備廠為阿斯麥，阿斯麥作為 全球光刻機龍頭，壟斷了高端光刻機市場，並且在中低端市場也佔據相當份額。
半導體設備投資中晶圓加工設備佔比達 80%。半導體設備在新建的晶圓廠資 本支出中佔比為 80%，而在半導體設備中晶圓加工設備佔比為 80%，為最主要的 資本支出項目，封裝測試設備佔比 15%，其餘設備佔比 5%。根據前瞻產業研究 院的數據，在晶圓加工設備中，刻蝕機投資佔比最高達 30%，其次是薄膜沉積設 備佔比 25%，光刻機佔比 23%，其餘設備合計佔比 22%。在各細分領域中，我國 半導體設備企業具備競爭力的設備主要包括刻蝕設備、薄膜沉積設備及清洗設備。
光刻機市場由荷蘭 ASML 所壟斷。光刻機是晶圓加工設備中技術壁壘最高的 設備，該市場為荷蘭企業ASML（阿斯麥）所壟斷。全球光刻機生產商主要有ASML、 尼康和佳能，其中 ASML 具有絕對的壟斷地位。
阿斯麥主要從事半導體光刻設備的設計、製造及銷售。阿斯麥總部位於荷蘭 Veldhoven，業務範圍遍及全球，生產與研發單位則分別位於美國康乃狄克州、加州，中國臺灣以及荷蘭。阿斯麥是全球唯一的 EUV 光刻機生產商，2019 年阿斯麥實 現營業收入 132.4 億美元，同比增長 5.8%。近三年先進位程邏輯晶片及存儲晶片 等下遊需求激增，為 ASML 的高端光刻機帶來了廣闊的市場空間，近三年公司營 收 CAGR 達 22.7%。
公司的壟斷地位為公司帶來了較高的毛利率和淨利率。公司在光刻機行業的 獨特的壟斷地位為公司帶來了較高的且穩定的毛利率和淨利率。2010-2019 年公 司毛利率始終穩定在 40%~45%，淨利率穩定在 20%~25%之間，具備優秀的盈利 能力。
阿斯麥始終保持持續的高研發投入。光刻機研發涉及數學、物理、化學等基 礎學科，以及機械、電氣、自動化、計算機等工程學科，研發難度大，需要大量的 持續的研發支出。AMSL 研發費用跟隨營業收入逐年提升，研發費用率常年保持 在 10%以上，這是 ASML 能夠持續壟斷高端光刻機，並不斷滿足下遊客戶需求的 重要原因之一。2019 年，ASML 研發費用達到了 22 億美元。
阿斯麥於 2000 年在上海成立分公司，於上海、北京、天津、大連、武漢等地 設有客戶支持辦公室，在深圳設有計算光刻軟體研發中心，在北京有量測設備研 發中心。
泛林半導體是全球刻蝕設備龍頭，市佔率超過 50%。泛林半導體（Lam Research）公司成立於 1980 年，總部位於美國加利福尼亞州福利蒙特。公司產 品主要覆蓋等離子蝕刻、薄膜沉積設備、清洗設備等半導體設備。公司在等離子 刻蝕設備領域處於龍頭地位
隨著先進位程和 3D NAND 的推進，晶圓加工對於刻蝕工藝的需求明顯增多。 作為刻蝕龍頭，泛林半導體受益顯著，2019 年前營收保持高速增長。2019 年全 球半導體市場短暫下行，公司營收也出現了下滑，2020 年重回增長軌道。2020 年 公司全年實現營收 100.4 億美元，同比增長 4%。公司在刻蝕設備方面持續保持領 先，公司於 2014 年就已經開發出了具備 ALE 功能的 Flex 系列刻蝕機。
應用材料是平臺型半導體設備龍頭。應用材料（AMAT）是全球最大的半導體 和顯示器面板研發、製造和服務公司。應用材料股份有限公司成立於 1967 年，總部位於美國加利福尼亞州聖克拉拉。半導體設備為公司主要營收來源，在半導體 設備領域，公司覆蓋了薄膜沉積設備、刻蝕設備、離子注入設備、CMP 設備以及 檢測設備等設備，是全球最大的半導體設備廠商，公司在薄膜沉積設備和離子注 入設備領域具有壟斷地位。
2020 年公司營業收入高達 172 億美元。受益於 2020 年全球晶圓加工資本支 出上升，作為半導體設備龍頭的應用材料實現營業收入 172 億美元，同比增長 17.8%，其中來自於半導體設備業務的營收為 113.7 億美元，同比增長了 25.9%。
3.3. 國內半導體設備市場將超千億，國產替代空間廣闊
2020 年國內半導體設備市場規模預計達 181 億美元，同比增長 34.6%。隨 著 PC 和消費電子在國內的市場不斷擴大，對於集成電路的旺盛需求帶來了國內 對於集成電路產業的持續投資。自 2013 年以來國內的半導體設備市場規模不斷 增長，2013 年國內半導體設備市場規模 33.7 億美元，根據 SEMI 預測，2020 年 市場規模預計達 181 億美元，七年 CAGR 達 27%。在 2019 年全球半導體資本支 出低迷的情況下，國內半導體設備支出仍舊保持了增長態勢，市場規模達 134.5 億美元。同比增長 2.5%。我們認為在國家政策和資金支持下，2021 和 2022 年中 國大陸的半導體設備支出將持續保持高位，市場規模將保持在 180 億美元。
2019 年國產半導體設備銷售額為 161.82 億元，同比增長 30%。其中集成電 路設備銷售額為 71.29 億元，同比增長 55.5%。而中國大陸 2019 年半導體設備 市場規模 134.5 億美元，國產化率約 17%，具備較大國產替代空間。
3.4. 政策資金雙輪驅動，助力半導體設備國產化
國家政策大力支持半導體設備行業發展，國產替代進程加快。自「02 專項」 以來，國家發布了一系列政策支持我國半導體行業的發展。國家先後出臺了《國 家集成電路產業發展推進綱要》，《關於進一步鼓勵軟體產業和集成電路產業發展 的若干政策的通知》等多方面為半導體產業政策給予扶持。
《新時期促進集成電路產業和軟體產業高質量發展的若干政策》出臺，進一 步大力支持國產半導體產業發展。在半導體國產化需求迫切的情況下，2020 年 8 月國務院發布《新時期促進集成電路產業和軟體產業高質量發展的若干政策》，從 財稅、融資、人才、市場等多個維度支持國內半導體相關企業的發展。
國家大基金深度參與半導體設備行業。2014 年國家設立了國家集成電路產業 投資基金，2018 年國家集成電路產業投資基金一期經投資完畢，總投資額為 1387 億元，公開投資公司為 23 家，未公開投資公司為 29 家，累計有效投資項目達到 70 個左右，投資範圍涵蓋集成電路產業上、下遊各個環節。大基金一期投資項目 中，集成電路製造佔 67%，設計佔 17%，封測佔 10%，裝備材料類佔 6%。
大基金二期將繼續支持國產半導體設備發展。2019 年國家集成電路產業基金 二期成立，投資布局及規劃方向主要有三點：第一，支持龍頭企業做大做強，提升 成線能力；第二，產業聚集，抱團發展，組團出海；第三，續推進國產裝備材料的 下遊應用。
在半導體設備方面，首期基金主要完成產業布局，二期基金將對在刻蝕機、 薄膜設備、測試設備和清洗設備等領域已布局的企業保持高強度的持續支持，推動龍頭企業做大最強，形成系列化、成套化裝備產品。加快開展光刻機、化學機械 研磨設備等核心設備以及關鍵零部件的投資布局，保障產業鏈安全。充分發揮基金在全產業鏈布局的優勢，持續推進裝備與集成電路製造、封測企業的協同，加 強基金所投企業間的上下遊結合，加速裝備從驗證到「批量採購」的過程，為本土 裝備材料企業爭取更多的市場機會。督促製造企業提高國產裝備驗證及採購比例， 為更多國產設備材料提供工藝驗證條件，擴大採購規模。
重點企業分析（詳見原報告）
北方華創：平臺型國產半導體設備龍頭
中微公司：國產刻蝕設備的先行者
華峰測控：深耕測試機領域的國產設備商
風險提示
下遊晶圓廠資本支出不及預期。半導體行業具備一定的周期性，下遊晶圓廠 的資本支出可能隨行業周期波動而發生變化，進而影響晶圓廠的設備投資計劃， 對半導體設備行業公司業務造成影響。
研發進度不及預期。先進位程半導體設備技術壁壘較高，技術突破難度較大， 研發周期較長，國產半導體設備公司先進位程設備在短期內可能無法實現產業化。
美國加強技術封鎖。美國如果進一步加強對半導體技術和設備的封鎖，可能 導致國內晶圓廠業績下滑，進而投資放緩，導致設備採購延期，對國產半導體設 備公司業務產生不利影響。
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精選報告來源：【未來智庫官網】。