11月1日-3日，2021中國集成電路制造年會暨供應鏈創(chuàng)新發(fā)展大會（第24屆）在廣州舉行。云岫資本合伙人兼首席技術官趙占祥受邀參與本次盛會，并發(fā)布《半導體新一輪大周期下的設備投資》研究報告。

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　　全球設備龍頭上調收入預測

　　擴產大周期已至

　　從1999年到現在的20年，全球半導體行業(yè)正在經歷一個長期增長、短期波動的大周期過程，這種周期性的波動主要來自下游應用的起伏。

　　個人電腦的普及和互聯網的涌現，MP3/MP4等消費電子的迭起，智能手機及移動互聯網的浪潮，分別給半導體行業(yè)帶來三段大增長周期。互聯網泡沫、金融危機、存儲泡沫也曾令半導體走入下行。2020年開始，全球半導體市場再次火熱。

　　從短期來看，缺芯潮是本輪半導體擴產的啟動點，而疫情下，以PC為代表的傳統IT市場需求增長是其內生因素之一。

　　從長期來看，兩方面因素疊加催生半導體行業(yè)大擴產周期。

　　第一是云廠商的需求持續(xù)增長。

　　隨著數據？爆炸時代來臨，全球數據量激增。北美四大云廠商的Capex（資本性支出）今年整體水平超過千億美元，半導體進？數據中？驅動時代。

　　第二是汽車半導體市場的增長。

　　汽車向電動化、？聯化、智能化升級的過程中，整體產業(yè)鏈向中國轉移，智能汽車芯片種類增多，單車半導體價值增大。從2020年到2026年，全球汽車半導體市場規(guī)模約有74%的提升。（關于數據中心芯片及汽車半導體的具體投資分析，可點擊查看云岫資本6月發(fā)布的《2021中國半導體投資深度分析與展望》行業(yè)報告）

　　下游市場的迅猛發(fā)展使得半導體FAB廠商上調資本開支預期。2019年半導體FAB的Capex為944億美元，今年預計將接近1400億美元，并在未來幾年都將維持目前的高水平。全球設備龍頭上調收入預測，擴產大周期已至。

　　從ASML的收入預測可以推算整體半導體設備市場規(guī)模區(qū)間。

　　2020年ASML收入為163億美元，全球半導體設備的市場規(guī)模是712億美元；2025年，ASML收入預計能達到280億美元到350億美元，按照同等比例推測，2025年半導體設備的市場規(guī)模將在1200億美元到1500億美元區(qū)間。

　　據SEMI統計，到2022年，全球將擴建29座晶圓廠，產能最高可達每月40萬片。中國大陸和中國臺灣將各擴建8座晶圓廠，是其中主要的發(fā)力方。

　　根據SEMI數據來看，近年來半導體設備整體規(guī)模穩(wěn)步提升，2020年，中國大陸的市場占比也從2019年的22.5%提升到26.2%，成為超過中國臺灣的第一大市場。

　　據預測，今年全球半導體設備市場規(guī)模預計將達到953億美元，其中817億美元來自制造設備，76億來自測試設備，60億來自封裝設備。

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　　半導體制造流程各環(huán)節(jié)設備

　　市場空間及格局

　　半導體制造工業(yè)流程分為三大板塊：硅片生長、晶圓制造和封裝測試，其設備2020年全球市場規(guī)模占比分別為3.6%，82.6%，14.8%。

　　硅片生長是將硅材料加工成硅片的過程。這個過程中，從拉單晶、到晶棒加工、切片、研磨、倒角，再到拋光，設備國產化率逐漸降低。

　　前道是指晶圓制造廠的加工過程，在空白的硅片完成電路的加工，出廠產品依然是完整的圓形硅片。在晶圓制造過程中，通過熱處理、薄膜沉積、涂光刻膠、曝光、顯影、刻蝕等一系列步驟的循環(huán)往復，形成有電路結構的硅片。其中光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備是三大主設備，占據70%以上的市場。

　　后道封測是指封裝和測試的過程，在封測廠中將圓形的硅片切割成單獨的芯片顆粒，完成外殼的封裝，最后完成終端測試，出廠即為半導體產品。

　　熱處理設備

　　熱處理是晶圓制造的第一步。具體設備包括氧化爐、擴散爐、退火爐、快速退火（RTP）爐等。

　　2020年全球熱處理設備市場規(guī)模15.37億美元，其中快速熱處理設備7.19億美元，占比46.8%。這個領域中，應用材料占比69.72%，全球第一；中國廠商屹唐股份占比11.5%，全球第二。

　　熱處理設備屬于相對技術難度不高的領域，市場參與企業(yè)較多，我國企業(yè)已實現一定程度的國產替代。

　　薄膜沉積設備

　　薄膜沉積是制造過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過薄膜沉積工藝可以在晶圓上生長出各種導電薄膜層、介質薄膜層和絕緣薄膜層，為后續(xù)工藝打下基礎。薄膜沉積設備是三大主設備之一。

　　根據工作原理不同，薄膜沉積工藝可分為物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）和原子層沉積（ALD）三大類，不同類別的技術差異大。隨著制程精進，要沉積的層更多，薄膜沉積設備市場空間在不斷擴大。

　　然而，中國薄膜沉積設備領域國產化率僅有2%，98%依賴進口，未來替代空間巨大。

　　國內廠商中，北方華創(chuàng)和拓荊科技處于領先地位，北方華創(chuàng)CVD、PVD等相關設備已具備28nm工藝水平，拓荊科技CVD和ALD相關設備已成功應用于14nm及以上制程集成電路制造產線，和更先進制程的產品驗證測試。

　　光刻機

　　光刻技術是指在特定波長的光照作用下，借助光刻膠將掩膜板上的圖形轉移到基片上的技術，是半導體制造的核心步驟。整個光刻工藝需要用到光刻機、涂膠/顯影機、噴膠機、去膠設備等，其中光刻機是整個光刻工藝乃至整個半導體制造工藝中最核心的設備，也是三大主設備之一。

　　先進制程EUV光刻機銷量占比最低，但價格昂貴。2020年全球光刻機銷售額達到151億美元，其中EUV銷售額為53.5億美元，占比排名第一。隨著制程的不斷下探，其占比會不斷提高。

　　目前，ASML幾乎壟斷了整個EUV市場，在高端光刻機領域具有絕對領先優(yōu)勢。

　　國內光刻機已經實現了從0到1——上海微電子的90nm DUV光刻機已通過驗收，45nm、28nm光刻機等在研發(fā)過程中。

　　光刻機技術極為復雜，主要涉及系統集成、精密光學、精密運動、精密物料傳輸、高精度微環(huán)境控制等多項先進技術，生產一臺光刻機往往涉及到上千家供應商，因此國產光刻機的核心零部件需和上游廠商共同完成。

　　目前國內光刻機的投資機會，更多在于核心組件，如雙工件臺、光源系統、曝光系統、浸沒系統、物鏡系統、光柵系統，以及配套設施，比如光刻膠、光刻氣體、掩膜板、缺陷檢測、涂膠顯影等。

　　涂膠顯影設備

　　涂膠顯影設備是光刻工藝中的設備，包括涂膠機、噴膠機和顯影機等，作用于光刻的輸入和輸出環(huán)節(jié)，具體包括在曝光前涂膠機進行光刻膠涂覆，以及在曝光后顯影機進行顯影。這些均由涂膠顯影設備與光刻機聯機作業(yè)。

　　全球前道涂膠顯影設備市場規(guī)模2020年為19.05億美元。涂膠顯影設備在前道和后道工藝中均有應用，前道占據95%以上。

　　目前全球市場主要被東京電子壟斷，國內，芯源微產品已在上海華力、長江存儲、中芯紹興、上海積塔等多個客戶處有驗證和導入。

　　刻蝕機

　　最后一個主設備是刻蝕機。刻蝕是半導體電路布局中的重要步驟，它一般用光刻膠的圖形作為掩膜，在襯底上去除一定深度的薄膜物質，完成圖案從光刻膠到晶圓上的轉移。

　　刻蝕可分為干法和濕法。干法刻蝕在整體市場占比最高，達到90%左右，可分為反應離子刻蝕（CCP、ICP）和反應原子刻蝕；濕刻只占了10%。

　　全球刻蝕設備市場行業(yè)集中度很高。根據Gartner數據，2020年全球干法刻蝕設備市場主要被泛林半導體、東京電子、應用材料三家海外巨頭所占據，合計90.24%。 國內廠商處于追趕階段，全球市場占有率較低，仍有較大的發(fā)展空間。

　　隨著工藝制程的不斷迭代，刻蝕的步驟不斷增加，刻蝕的價值量處在不斷提升的過程中。

　　去膠設備

　　光刻、刻蝕完成后，還需要在不損壞底層材料和結構的情況下清除各類光刻膠，這需要去膠設備。

　　去膠設備市場相對較小，2020年全球市場規(guī)模為5.38億美元。這個領域我國已完成絕大部分國產替代，屹唐的干法去膠設備更是世界一流，全球市占率超過30%。在國內則占據90%的市場。

　　清洗設備

　　每一輪沉積、光刻、刻蝕之后均需要清洗步驟，它占據整個晶圓制造工藝的30%，清洗的工序數量也在隨著技術節(jié)點的精進而增加。

　　清洗的作用是去除前一步工藝中殘留的雜質，為后續(xù)工藝做準備，同時也提升良率。隨著線寬不斷縮小，IC對雜質越來越敏感，因此清洗過程變得尤為重要。

　　清洗設備全球市場規(guī)模在25億～30億美元之間，是會較快實現國產化的市場。

　　2019年中國半導體清洗設備招標份額中，依然以國外廠商為主，迪恩士占比48%，泛林半導體占比20%，東京電子占比6%；國內企業(yè)合計占比22%。其中盛美股份占比20.5%，在國內企業(yè)中排名第一，在所有企業(yè)中排名第二，北方華創(chuàng)占比1%，芯源微占比0.5%，至純科技近年技術突破較快，有產品在客戶處驗證。

　　CMP

　　CMP技術，即化學機械拋光，是集成電路制造前道工序、先進封裝等環(huán)節(jié)必需的關鍵工藝，也是集成電路制造的核心技術，主要目的是實現芯片的平坦化。

　　CMP設備包括拋光、清洗、傳送三大模塊，在工作中關鍵難點在于精密的機械控制，核心挑戰(zhàn)是平整度、均勻性和進程自動檢測控制。

　　CMP耗材對該道工藝的最終性能至關重要，與上游供應商的合作對CMP廠商尤為重要。

　　目前全球CMP市場規(guī)模在25億美元左右，主要被AMAT和荏原機械壟斷。國內廠商已具備一定替代能力：華海清科已有12吋和8吋的CMP設備，并已導入中芯國際、長江存儲等一線制造廠商，中電科45所的8吋設備也已導入中芯國際、華虹等廠商的產線，國內CMP設備市占率提升正當時。

　　離子注入設備

　　離子注入設備是前道制造的關鍵設備，為改變半導體載流子濃度、類型需要對半導體表面附近區(qū)域進行摻雜。這一過程的技術難度高，其注入的精細度需要隨著芯片制程的精細而不斷提高，重要性不亞于光刻、刻蝕和沉積，是先進制程芯片制造的關鍵技術之一。

　　然而，離子注入的重要性在14nm FinFET及以下制程有所下降，如源極和漏極的摻雜改為由外延生長完成。

　　離子注入設備全球市場規(guī)模為20億美元左右，市場天花板相對較低。目前應用材料、亞舍利和漢辰占據主要市場，其中應用材料一家獨大，占據全球70%的市場份額。

　　國內萬業(yè)企業(yè)旗下的凱世通、中電科旗下的中科信已有一定積累進展，也有產品已發(fā)往客戶處進行驗證。

　　過程檢測設備

　　過程檢測貫穿于整個半導體工藝流程，確保產品質量的可控性，影響著半導體的整體良率。

　　前道過程檢測設備可分為量測和檢測兩大類。量測類設備主要用來對每一道工藝進行定量測量，包括薄膜厚度、膜應力、摻雜濃度、關鍵尺寸、套準精度等指標；檢測設備主要用于檢測晶圓上的物理缺陷和圖案缺陷，比如有無顆粒污染、機械劃傷等。

　　檢測設備范圍較廣，相對應的機臺也較多，2020年全球市場規(guī)模約90億美元。隨著制程精進，檢測設備對良率提升的貢獻與日俱增，市場增長迅猛。

　　目前市占率最高的過程檢測設備公司是科磊，占據全球50%以上的市場。國內過程檢測設備相對較多，精測電子、上海睿勵、中科飛測、東方晶源、匠嶺等廠商都有產品實現突破，并且有一定的導入，未來國產替代空間巨大。

　　封裝設備

　　封裝是半導體的一個后道工藝，主要是將合格晶圓切割，加工成能與外部器件相連的芯片。

　　封裝所需的設備類型較多，主要包括貼片機、劃片機/檢測設備、引線焊接設備、塑封/切筋成型設備等。根據SEMI統計，2020年全球封裝設備市場規(guī)模38億美元，在全球半導體設備市場中占比5.3%，近年每年均保持在5%~6%的占比。

　　封裝設備市場目前由國外機械廠商主導，ASMPacific、K&S、Besi等封裝設備廠商的收入體量在50-100億元規(guī)模，占據較多市場份額，基本上已完成全通道的打通。

　　測試設備

　　后道測試設備主要應用于封測環(huán)節(jié)，目的是檢查芯片的性能是否符合要求，偏向于功能性測試、電性測試等。

　　后道測試設備市場體量在60億美元左右，具體包括測試機、探針臺和分選機等。

　　各環(huán)節(jié)測試設備相互獨立，無須綁定同一廠家，因此這一領域競爭激烈。目前美日巨頭先發(fā)優(yōu)勢明顯，通過并購不斷擴張產品線；國內長川科技、華峰測控等上公司在這領域也有了較深的發(fā)力。

　　測試設備廠商通常需要提供定制化服務，與設計廠商進行反向開發(fā)，以此保證緊跟芯片產品需求。因此測試設備未來也有望成為國產化率較高的賽道。

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　　半導體設備投資總結

　　根據以上分析，我們對于半導體設備投資得出三點結論。

　　第一，前道設備正在成為新一輪半導體周期下的投資熱潮。

　　半導體大資本開支的周期是確定的，我們正處在一個半導體設備投資的黃金期。此外，國內晶圓廠的擴建也在加速國內前道設備的導入和轉化，上游前道設備企業(yè)正迎來業(yè)績爆發(fā)期。

　　第二，國產替代的大背景下，半導體初創(chuàng)設備公司從外圍突破的成功率大幅提升。

　　三大主設備賽道長坡厚雪，需要持續(xù)積累；近期從非主流設備賽道切入的一級市場創(chuàng)業(yè)公司將迎來更快成長。比如過程檢測、離子注入設備等國產化率低且成長性強的細分賽道。

　　第三，建議關注市場與技術兩者兼得的初創(chuàng)半導體設備企業(yè)。

　　半導體設備公司與半導體制造廠商、芯片設計公司都有很深的協同，不僅需要深厚的行業(yè)know-how，也需要過硬的市場團隊。因此，需要關注技術和市場雙輪驅動的企業(yè)。