半導體設備行業(yè)市場分析研究

半導體設備行業(yè)市場分析行業(yè)趨勢：半導體設備長坡厚雪國產(chǎn)化替代破繭成蝶半導體行業(yè)：關系國家安全和經(jīng)濟增長，是數(shù)字經(jīng)濟之基石半導體兼具戰(zhàn)略性和市場性兩大特點?！皯?zhàn)略性”主要體現(xiàn)在維護國家信息安全、占據(jù)信息市場主導權?！笆袌鲂浴敝饕w現(xiàn)在其市場需求日益增長。因此，半導體對國家安全和經(jīng)濟增長至關重要，一直是全球主要經(jīng)濟體競爭的目標。當前，國家將數(shù)字經(jīng)濟作為核心發(fā)展戰(zhàn)略之一，半導體作為新一代信息技術的核心，是數(shù)字經(jīng)濟時代基石。要抓住新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命機遇，離不開半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。半導體行業(yè)經(jīng)濟體量巨大，是由上游支撐產(chǎn)業(yè)、中游制造產(chǎn)業(yè)和下游應用產(chǎn)業(yè)構成。尤其是下游應用領域不斷拓寬。半導體行業(yè)：大周期約十年，需求核心驅(qū)動源于技術發(fā)展2022年全球半導體行業(yè)市場規(guī)模達到5801億美元，達到歷史新高，過去十年復合增長率7.4%。通過分析過去20年的全球半導體銷售額同比增速，發(fā)現(xiàn)半導體行業(yè)大周期約10年，即每10年一個“M”形波動，主要原因是一方面受全球GDP增速變化影響，另一方面主要是技術驅(qū)動帶來的行業(yè)發(fā)展。2023年上半年全球半導體處于下行周期，但AIGC帶來的新一輪技術創(chuàng)新引發(fā)需求大幅提升，行業(yè)有望在2024年迎來上行周期。半導體行業(yè)因技術驅(qū)動而形成的十年大周期，本質(zhì)上是因為半導體從研發(fā)到產(chǎn)品應用的周期約10年，新產(chǎn)品的應用驅(qū)動著半導體行業(yè)向上發(fā)展。從1965年至今，半導體產(chǎn)品制造技術經(jīng)歷了六代發(fā)展，核心指標芯片特征尺寸從12μm縮小至3nm，縮小了4000倍。半導體行業(yè)：小周期約三年，預計2024年行業(yè)迎來上行周期大周期看技術，小周期看需求。小周期主要是受下游需求周期波動影響，從全球半導體銷售額同比來看，行業(yè)小周期約3年。上一輪周期高點在2021年8月。2023年1月全球半導體銷售額413億美元，同比減少19%。從產(chǎn)業(yè)周期判斷，2023年下半年預計迎來下行周期拐點。2024年，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)芯片將進入庫存拐點，另一方面AIGC對算力需求的大幅提升，將帶動新興芯片需求的爆發(fā)，將加快上行周期的到來。半導體行業(yè)：2022-2030年CAGR約7%，多領域驅(qū)動行業(yè)增長根據(jù)麥肯錫預測，2022-2030年，全球半導體行業(yè)年復合增長率達6.7%，2030年市場規(guī)模達10300億美元。半導體五大下游領域為通訊、計算和數(shù)據(jù)存儲、汽車電子、工業(yè)電子、消費電子，2022年銷售額占比39%、34%、10%、9%、8%。2022年至2030年，預計汽車電子和工業(yè)電子市場增速最快，汽車電子市場將從580億美元增長至1600億美元，年復合增長率14%，工業(yè)電子將從560億美元增長至1400億美元，年復合增長率12%。半導體行業(yè)：集成電路是主要研究方向，占半導體銷售額的80%半導體產(chǎn)品分為四大類產(chǎn)品：集成電路、分立器件、光電器件和傳感器。WSTS預計2023年集成電路占半導體銷售額80%以上。WSTS預計2023年集成電路產(chǎn)品中，邏輯、存儲、模擬、微處理器分別占據(jù)31%、20%、16%、14%的市場份額。半導體行業(yè)：新興產(chǎn)業(yè)帶來“芯”需求，帶來新發(fā)展數(shù)據(jù)、信息爆發(fā)式增長，數(shù)字化、自動化、智能化需求浪潮迭起。以人工智能、云計算、智能汽車、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，催生出許多新的芯片應用需求，如AI芯片、HPC芯片、汽車MCU等，這些創(chuàng)新應用將成為半導體行業(yè)的驅(qū)動力。半導體設備：制造集成電路，是半導體行業(yè)的基石半導體設備用來制造集成電路（芯片）?！耙淮O備，一代工藝，一代產(chǎn)品”。半導體產(chǎn)品制造要超前電子系統(tǒng)開發(fā)新一代工藝，而半導體設備要超前半導體產(chǎn)品制造開發(fā)新一代產(chǎn)品。行業(yè)的發(fā)展源于設備的更新迭代，是半導體行業(yè)的基石。當前半導體設備年產(chǎn)值約千億美元，支撐的是年產(chǎn)值幾十萬億美元的下游應用。半導體設備：2022年全球1076億美元市場，中國占比約26%2012-2022年全球及中國半導體設備市場規(guī)模年復合增長率分別達11%、27%，中國市場增速快于全球。我國半導體設備銷售額占全球比重提升。2022年全球半導體設備市場為1076億美元，中國大陸半導體設備銷售額占全球銷售額26%，達到283億美元，超出中國臺灣（25%）、韓國（20%）、北美（10%），連續(xù)三年成為全球最大半導體設備市場。競爭格局：美日荷當前壟斷之局重點設備的破局之路集成電路制造工藝分為芯片制造和封裝測試兩大環(huán)節(jié)芯片的制造過程可以分為前道工藝和后道工藝。前道工藝包括光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、清洗、化學機械拋光、量測等工藝，后道工藝包括減薄、劃片、裝片、鍵合等封裝工藝以及終端測試等。半導體設備：半導體資本開支的80%用于設備投資在晶圓制造廠資本開支中，20%-30%用于廠房建設，70%-80%用于設備投資。設備投資中，芯片制造和封裝測試投資額占比約80%、20%。芯片制造設備中薄膜沉積設備、光刻設備、刻蝕設備占比最高。全球半導體設備競爭格局高度集中，主要由美日荷主導美國在薄膜沉積、離子注入、量測領域占據(jù)壟斷地位。應用材料在PVD、CMP、離子注入全球市占率分別為86%、68%、64%，泛林在刻蝕、電鍍設備占率分別為46%、78%，科磊在量測領域市占率54%。日本在涂膠顯影、清洗設備占據(jù)優(yōu)勢。東京電子涂膠顯影設備市占率89%、迪恩士清洗設備市占率40%。荷蘭光刻機是絕對龍頭，原子層沉積處于領先地位。阿斯麥占據(jù)全球77%市場份額，先晶半導體ALD設備市占率45%。光刻機、刻蝕設備、薄膜沉積設備是三大核心設備，價值量最高集成電路結構極其復雜，制造工藝繁多。光刻、刻蝕和薄膜沉積是半導體制造三大核心工藝。薄膜沉積工藝在晶圓上沉積一層待處理的薄膜，勻膠工藝系把光刻膠涂抹在薄膜上，光刻和顯影工藝把光罩上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠，刻蝕工藝把光刻膠上圖形轉(zhuǎn)移到薄膜，去除光刻膠后，即完成圖形從光罩到晶圓的轉(zhuǎn)移。光刻機：半導體工業(yè)皇冠上的明珠，決定芯片制程的關鍵光刻是決定集成電路集成度的核心工序，決定了芯片關鍵尺寸。光刻機是集成電路制造中難度最高的設備。光刻的作用是將電路圖形信息從掩膜版上保真?zhèn)鬏?、轉(zhuǎn)印到半導體材料襯底上。光刻基本原理是利用涂敷在襯底表面的光刻膠的光化學反應作用，記錄掩膜版上的電路圖形，從而將集成電路圖形轉(zhuǎn)印到襯底上。光刻技術經(jīng)歷五代技術進步，由最早的普通光源到193nm波長的DUV光，目前最先進波長為13.5nm，制程節(jié)點提高到7-3nm。光刻機：2021年市場175億美元，上海微電子目前可達90nm制程2021年全球光刻機市場規(guī)模175億美元，由阿斯麥、佳能、尼康壟斷，其中ASML占據(jù)絕對霸主地位。阿斯麥是全球唯一一家能夠設計和制造EUV光刻機設備的公司，單臺EUV光刻機市場售價超過1億美元。尼康除EUV光刻機外波長均可覆蓋，佳能主要集中在i-line和KrF光刻機。光刻機三大性能指標：分辨率、套刻精度、產(chǎn)出率。分辨率是指光刻機能夠?qū)⒀谀ぐ嫔系碾娐穲D在襯底上轉(zhuǎn)印的最小極限特征尺寸。套刻精度是指期望位置與實際轉(zhuǎn)印位置之間的偏差。產(chǎn)出率決定經(jīng)濟性能，通常以wph表示。國產(chǎn)光刻機主要公司為上海微電子，其產(chǎn)品主要采用ArF、KrF和i-line光源，可滿足IC前道制造90nm、110nm、280nm關鍵層和非關鍵層的光刻工藝需求，28nm設備積極研發(fā)推進中。涂膠顯影機：光刻工藝流程必需設備，影響電路圖形質(zhì)量涂膠顯影機（又稱Track或Coater＆Developer）是指光刻工藝過程中與光刻機配套的涂膠、顯影及烘烤設備。早期及較低端的工藝中此類設備常單獨使用，在8寸及以上IC生產(chǎn)線上，該設備一般與光刻設備聯(lián)機，配合完成精細的光刻工藝流程。涂膠顯影機作為光刻機的輸入（曝光前光刻膠涂覆）和輸出（曝光后圖形的顯影），主要通過機械手使晶圓在各系統(tǒng)之間傳輸和處理，從而完成晶圓的光刻膠涂覆、固化、顯影、堅膜等工藝過程，其直接影響到光刻工序細微曝光圖案的形成，且圖形質(zhì)量會對后續(xù)蝕刻和離子注入等工藝中圖形轉(zhuǎn)移的結果有較大的影響，是集成電路制造過程中不可或缺的關鍵處理設備。清洗設備：去除污染物的工藝，步驟占比最大的工序清洗環(huán)節(jié)是影響芯片成品率、品質(zhì)及可靠性的重要因素之一。半導體清洗是芯片制造過程中的重要環(huán)節(jié)，用于去除半導體硅片制造、晶圓制造和封裝測試中可能存在的雜質(zhì)，避免雜質(zhì)影響芯片良率和芯片性能。隨著芯片制造工藝先進制程的持續(xù)提升，對清洗的質(zhì)量要求也不斷提升。從具體環(huán)節(jié)來看：（1）硅片制造中，需要清洗拋光后的硅片，保證表面平整度和性能，提高良品率；（2）晶圓制造中，光刻、刻蝕、沉積等關鍵環(huán)節(jié)后需要進行清洗，去除晶圓上的化學雜質(zhì)，減少缺陷率；（3）封裝環(huán)節(jié)，根據(jù)封裝工藝進行TSV清洗、UBM/RDL清洗。離子注入機：決定集成電路摻雜質(zhì)量關鍵設備離子注入工藝是指將離子束加速到一定能量（一般在keV至MeV量級）范圍內(nèi)，然后注入固體材料層，以改變材料表層物理性質(zhì)的工藝。注入離子可以改變固體材料表層導電率或形成PN結。離子注入機主要由五部分組成：離子源、磁分析器、加速管或減速管、聚焦和掃描系統(tǒng)、工藝腔(靶室和后臺處理系統(tǒng))。離子注入機原理：從離子源引出的離子經(jīng)過磁分析器選擇出需要的離子，分析后的離子經(jīng)加速或減速以改變離子的能量，再經(jīng)過兩維偏轉(zhuǎn)掃描器使離子束均勻的注入到材料表面，用電荷積分儀可精確的測量注入離子的數(shù)量，調(diào)節(jié)注入離子的能量可精確的控制離子的注入深度。量測檢測設備：集成電路良率控制關鍵，貫穿全流程檢測和量測環(huán)節(jié)是集成電路制造工藝中不可缺少的組成部分，貫穿于集成電路全過程。檢測指在晶圓表面上或電路結構中，檢測其是否出現(xiàn)異質(zhì)情況，如顆粒污染、表面劃傷、開短路等對芯片工藝性能具有不良影響的特征性結構缺陷。量測指對被觀測的晶圓電路上的結構尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、關鍵尺寸、刻蝕深度、表面形貌等物理性參數(shù)的量測。從技術路線原理上看，檢測和量測主要包括光學檢測技術、電子束檢測技術和X光量測技術，其中光學檢測技術空間占比較大。重點公司：技術突破平臺化發(fā)展國內(nèi)公司邁入快車道北方華創(chuàng)：半導體設備平臺型龍頭，規(guī)模效應凸顯盈利能力提升北方華創(chuàng)是國內(nèi)半導體設備平臺型龍頭，布局半導體設備、真空設備、新能源鋰電設備及精密電子元件四大業(yè)務板塊。據(jù)公司2022年業(yè)績預告，公司2022年實現(xiàn)營業(yè)收入147億元，同比增長52%，歸母凈利潤23.5億元，同比增長118%，凈利率和扣非凈利率分別為16.0%和14.3%，同比增加3.7pct、6.0pct，規(guī)?；癸@，盈利水平大幅提升。半導體領域布局刻蝕、沉積、清洗、氧化擴散等設備以及流量計、射頻電源兩大關鍵零部件，部分產(chǎn)品達14nm節(jié)點，下游覆蓋邏輯、存儲、功率、三代半、光伏、面板等多領域。公司持續(xù)受益于國產(chǎn)替代的浪潮，滲透率有望持續(xù)提升。晶盛機電：半導體硅片設備龍頭訂單高增長，發(fā)力半導體核心零部件國內(nèi)半導體硅片行業(yè)：受益于國產(chǎn)替代+大硅片需求提升。全球半導體硅片市場90%以上由海外壟斷，中國大陸近7成市場由海外廠商主導。公司是國內(nèi)半導體硅片設備龍頭，8英寸設備在晶體生長、切片、拋光、CVD等環(huán)節(jié)實現(xiàn)全覆蓋，12英寸長晶、切片、研磨、拋光等設備實現(xiàn)批量銷售，產(chǎn)品達國際先進水平。布局半導體核心零部件（坩堝、金剛線、閥門、磁流體、管接頭、精密零部件等），強化供應能力、解決海外卡脖子。2022年末未完成半導體設備合同33.92億元（含稅），同比增加218%。拓荊科技：國產(chǎn)薄膜沉積設備龍頭，受益于國產(chǎn)替代驅(qū)動國內(nèi)半導體薄膜沉積設備龍頭，擴展混合鍵合產(chǎn)品。2022年，公司PECVD產(chǎn)銷高速增長，收入15.6億元，同比增長131%；ALD中PEALD設備已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用，收入0.33億元，同比增長14%，TALD設備