电子元器件行业半导体系列报告之三：前道设备，国内前道设备迎本土扩产东风-20220215-国信证券-50页_2mb

半导体前道设备深度报告总结

核心内容

本报告聚焦于半导体制造中的前道设备市场，分析其在全球半导体设备市场中的地位、发展趋势及中国企业的现状和前景。前道设备是半导体制造的核心环节，涵盖了晶圆制造的七大工艺步骤，包括氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、清洗与抛光、金属化等。全球前道设备市场占半导体设备市场总规模的约86%，市场规模达到914亿美元，预计2022年将突破980亿美元。

主要观点

• 全球市场格局：前道设备市场由美国、日本、欧洲企业主导，其中应用材料（美国）和ASML（荷兰）分别占据18.6%和18.1%的市场份额。中国前道设备企业如北方华创、中微公司、盛美等合计仅占全球1.5%的市场份额。
• 行业增长动力：2022年全球半导体销售额预计达5734亿美元，前道设备市场也将随之增长，预计达到1140亿美元。这主要得益于5G、AIoT、工业数字化等新兴应用的普及，以及晶圆代工厂和存储芯片制造商的产能扩张。
• 中国本土需求与替代机遇：中国是全球最大的半导体市场，但国产化率较低。随着本土晶圆厂的扩产，以及政策、资本、客户需求的推动，国产前道设备企业有望在多个细分市场实现突破，并进入商业量产周期。
• 重点推荐企业：北方华创、中微公司、芯源微、华海清科、万业企业等国内企业，因其在刻蚀、薄膜沉积、光刻、离子注入等关键环节取得进展，被看好在本轮扩产周期中实现业绩显著提升。

关键信息

前道设备市场现状

• 全球前道设备市场规模约914亿美元（2021年），预计2022年将增长至980亿美元。
• 前道设备主要由薄膜沉积、刻蚀和光刻设备构成，三者合计占全球前道设备市场约63%。
• 光刻设备由ASML、尼康、佳能等企业主导，其中ASML占据全球88.8%的市场份额，是唯一EUV光刻机供应商。

光刻设备

• ASML：占据全球光刻设备市场主导地位，2020年出货量达258台，其中EUV光刻机占比100%，浸润式ArF光刻机占比86%。
• 上海微电子：作为中国唯一前道光刻机整机制造商，已实现90nm工艺节点光刻机量产，正在研发28nm工艺节点设备。

刻蚀设备

• 泛林、TEL、应材占据全球90%市场份额，中微公司和北方华创逐步提升市场份额。
• 刻蚀设备主要分为干法和湿法，中微公司已进入国内外一线晶圆代工和存储大厂。

薄膜沉积设备

• 北方华创和拓荆科技在多个细分市场取得突破，如PVD、CVD、ALD等。
• 全球薄膜沉积设备市场规模约139.2亿美元（2020年），预计未来将保持增长。

清洗设备

• 多家本土企业如盛美上海、至纯科技等已进入量产阶段，有望实现国产替代。
• 清洗设备在半导体制造中贯穿各工艺环节，是提高良率的关键设备。

CMP设备

• 供给高度集中于CR2，华海清科已实现12寸CMP设备的商业量产，打破国外垄断。

离子注入机

• 美、日企业主导市场，万业企业、凯世通即将规模化进入国内头部大厂。

热处理设备

• 应用材料占据最大市场份额，屹唐和北方华创在RTP等细分市场取得突破。

投资策略

• 推荐公司：优先考虑产品已通过验证、正在或即将量产的本土设备公司，如北方华创、中微公司、芯源微、华海清科、万业企业等。
• 行业趋势：随着全球晶圆制造产能的扩张，前道设备市场需求将显著增长，尤其在高端光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等细分领域。

风险提示

• 需求不及预期
• 行业扩产不及预期
• 新产品开发不及预期

图表目录

• 图1：集成电路产业链分工模式及代表企业
• 图2：全球前25大半导体企业
• 图3：前道晶圆制造主要工艺
• 图4：晶圆制造设备（前道设备）占半导体设备超85%份额
• 图5：前道设备分类及市场规模
• 图6：全球前三大前道半导体设备龙头市值和业绩情况
• 图7：2005年-2022年全球半导体设备销售额与半导体销售额增长率比较
• 图8：全球半导体销售额
• 图9：2011年-2022年全球半导体设备市场规模与增速
• 图10：北美半导体设备月销售额
• 图11：日本半导体设备月销售额
• 图12：全球半导体设备市场份额（按地域）
• 图13：中国大陆、中国台湾、韩国半导体设备市场增速
• 图14：全球前端晶圆厂设备支出
• 图15：存储器制造厂和foundry资本开支领先
• 图16：全球晶圆制造产能（折合千片8寸晶圆/月）
• 图17：CMOS器件微缩技术路线图
• 图18：先进制程设备投资大幅增长
• 图19：成熟制程晶圆需求趋势
• 图20：成熟制程晶圆需求驱动力结构
• 图21：先进存储器工艺快速演进
• 图22：我国是全球半导体最大的市场
• 图23：中国半导体企业在全球半导体中占比较低
• 图24：中国芯片国产化率低
• 图25：数字经济规模前十大国家
• 图26：中国新能源汽车渗透率快速上升
• 图27：中国半导体行业股权投融资情况
• 图28：中国半导体设计企业数量
• 图29：2020-2021年中国进入芯片设计行业的知名业外企业
• 图30：全球存储芯片月产能
• 图31：2021年中国大陆新开工晶圆制造项目
• 图32：中国主要本土晶圆制造资本开支预测
• 图33：全球晶圆制造产能（折合千片8寸晶圆/月）
• 图34：光刻机总体结构和关键性能
• 图35：光刻机工作原理图
• 图36：光刻机光源及图形技术演进
• 图37：2020年全球半导体晶圆制造光刻机份额占比
• 图38：2020年全球球晶圆前道制造光刻机市场份额
• 图39：2021年ASML营收拆分
• 图40：2021年ASML光刻机出货量拆分
• 图41：ASML研发费用及研发费用率
• 图42：上海微电子IC光刻机系列
• 图43：旋转涂布光刻胶示意图
• 图44：显影示意图
• 图45：2013-2023年全球前道涂胶显影设备销售额
• 图46：2020年全球球晶圆前道制造涂胶显影机市场份额
• 图47：KS-C300 12寸集束型涂胶显影机
• 图48：KS-FT200/300系列堆叠式高产能前道涂胶显影机
• 图49：半导体刻蚀示意图
• 图50：刻蚀工艺区分
• 图51：电容性等离子体刻蚀反应腔
• 图52：电感性等离子体刻蚀反应腔
• 图53：10nm工艺多重模板工艺原理
• 图54：2D NAND及3D NAND示意图
• 图55：全球前道集成电路制造刻蚀设备市场规模
• 图56：全球前道集成电路制造刻蚀设备市场份额
• 图57：中微公司刻蚀机产品
• 图58：北方华创12寸刻蚀机产品
• 图59：PVD、CVD及ALD成膜效果
• 图60：CVD设备分类
• 图61：APCVD沉积过程示意图
• 图62：LPCVD沉积示意图
• 图63：PECVD沉积过程示意图
• 图64：ALD技术及应用
• 图65：PVD溅射工艺示意图
• 图66：全球薄膜沉积设备市场规模及预测
• 图67：全球前道薄膜沉积设备市场结构
• 图68：全球前道薄膜沉积设备市场份额
• 图69：全球前道PECVD设备市场份额
• 图70：全球前道ALD设备市场份额
• 图71：全球前道PVD溅射设备市场份额
• 图72：北方华创部分薄膜沉积设备
• 图73：全球前道PVD溅射设备市场份额
• 图74：半导体清洗贯穿各工艺环节
• 图75：半导体清洗类别
• 图76：主要湿法清洗设备比较
• 图77：全球前道单片清洗设备市场份额
• 图78：全球前道槽式清洗设备市场份额
• 图79：CMP抛光模块示意图和作业原理图
• 图80：2020年全球前道CMP设备市场份额
• 图81：华海清科12寸CMP设备
• 图82：华海清科8寸CMP设备
• 图83：离子注入示意图
• 图84：离子注入机结构图
• 图85：离子注入机工作原理图
• 图86：离子注入机类型（按能量高低）
• 图87：离子注入机类型（按束流大小）
• 图88：2019-2020年全球晶圆前道制造离子注入机市场规模
• 图89：2020年全球球晶圆前道制造离子注入机市场份额
• 图90：应用材料半导体离子注入机类型
• 图91：应用材料半导体离子注入机产品线
• 图92：FinFET离子注入工艺
• 图93：凯世通iStellar-500S大束流离子注入机
• 图94：热处理设备主要应用的工艺步骤
• 图95：应用材料VANTAGE RADIANCE™ PLUS RTP
• 图96：应用材料VANTAGE VULCAN® RTP
• 图97：热处理设备主要应用的工艺步骤
• 图98：屹唐Helios RTP设备
• 图99：屹唐Millios毫秒级退火设备

表格目录

• 表1：全球前道工艺设备公司排名
• 表2：主要晶圆代工厂12寸成熟制程扩产计划
• 表3：光刻机曝光光源、设备类型发展沿革
• 表4：2020年全球半导体光刻机出货量
• 表5：湿法刻蚀和干法刻蚀对比
• 表6：半导体制造工艺中污染物种类、来源及主要危害
• 表7：盛美上海集成电路设备产品线
• 表8：离子注入法对比热扩散法优势
• 表9：前道设备公司对比