在《数字经济浪潮迭起，半导体国产替代逻辑持续加强》研报中，我们探讨了半导体芯片产业与其国产化替代逻辑，其中提到半导体行业正在积极应对上游关键设备“卡脖子”问题。

从产业链来看，半导体设备在芯片制造和封装环节中均发挥着重要作用。未来伴随客户导入，国产设备技术水平/工艺覆盖度有望快速提升，从长远来看，部分国产设备技术能力、稳定性、良率将随与下游客户的积累持续加速提升，将实现从“能用”到“好用”的转变。

• 在下游半导体需求不断增长和集成电路政策鼓励下，中国半导体设备的市场规模增速明显，即将迎来上升周期。

• 芯片制程提升对设备的迭代和工艺提出了更高的要求，其中前道半导体设备因其为光刻、刻蚀、薄膜沉积等核心环节提供良好生产条件而成为半导体制造的重中之重。

• 美日荷关于先进设备的出口限制致使国内面临需求远大于供应链产能的供需错配现象，前道核心设备国产替代空间大，恶劣外部环境叠加利好政策使国内半导体企业迎来发展机遇，与此同时制程的升级扩大了半导体核心设备市场需求，自研半导体设备不断替代老旧设备也成为设备行业发展趋势。

• 我国半导体设备整体国产化率低，设备商还有极大的增长空间，且目前国内半导体设备环境中契机、人才、资金、时间四大要素均具备，处于发展的黄金时期，因此其国产化进程催生了众多投资机会。

1）集成电路政策为半导体设备行业发展制造有利条件

在集成电路政策的不断支持下，半导体设备产业的需求逐步加大，叠加税收优惠、产业支持、信息化发展等政策鼓励，半导体设备行业竞争力不断突破，国产化进程稳步推进、布局和技术融通创新。

目前阶段形成了集成电路政策红利为半导体设备保驾护航，半导体设备为下游集成电路提供良好的设备加工条件的优质发展环境。

2）半导体设备市场规模

半导体设备行业与半导体行业密切相关，且市场规模波动幅度更大。长期来看，半导体行业将会保持旺盛生命力，因此作为产业链上游的半导体设备行业市场规模也会不断扩大。据SEMI统计数据显示，2022年全球半导体设备市场规模达1210亿美元，较2021年同比增长18%，2017—2022年年复合增长率达16.4%，保持高速增长趋势。

其中，中国半导体设备的市场规模增速明显，2022年中国半导体设备市场规模达到2745.15亿元，同比增长38%，预计2023年中国大陆半导体市场规模将达3032亿元。中国大陆半导体设备销售额占全球销售额26%，达到283亿美元，超出中国台湾（25%）、韩国（20%）、北美（10%），已经连续三年成为全球最大半导体设备市场。

到2027年，全球半导体设备市场规模预计达到2242亿美元，2023—2027年年复合增长率达到12%。随着中国半导体产业链的不断完善，下游需求增长将进一步带动上游设备出货，预计2027年中国大陆半导体市场规模将达到783亿美元，2023—2027年年复合增长率达到15%。同时，中国半导体设备市场在全球的渗透率达到35%，市场空间广阔。

3）半导体设备产业链

从生产流程角度看，半导体生产流程主要分为设计、制造和封测三大流程，并需要上游的半导体设备与材料作为支撑。据SEMI数据， 一条半导体产线中，半导体设备投资占比高达80%，厂房和其他支出仅占20%。

半导体设备是晶圆线扩产的主要支出来源，分为前道晶圆制造设备和后道封装设备，其中前道设备包括光刻机、刻蚀机、CVD 设备、PVD设备、 离子注入设备和 CMP 研磨设备等，后道设备包括测试机、探针台和分选机等，而在前道制造设备中， 投资占比前三分别为光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备。

从行业竞争格局看，全球半导体设备的市场集中度极高，单一设备的主要参与厂商一般不超过5家，美、日、欧技术保持领先。

1）前道工艺复杂且前道设备所占价值量比重大

半导体芯片制作流程复杂，各工艺环节都需要相匹配的设备。在半导体制造投资成本中，设备投资占70%-80%，为主要的成本来源。

资料来源：前瞻产业研究院，华峰测控招股书，五矿证券研究所

且由于中国大陆是全球最大的半导体设备销售市场，设备采购需求旺盛，从产业链价值量角度看，前道芯片制造设备投资成本占比达到78%-80%，半导体设备的市场价值主要集中在前道制造设备。

2）前道工序复杂度随着芯片制程的提升不断加大

前道制造工艺是通过物理、化学工艺步骤在晶圆表面形成器件，并生成金属导线将器件相互连接形成集成电路。前道工艺共有七大步骤，分别为氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、清洗与抛光、金属化，通过循环重复上述工艺，最终在晶圆表面形成立体的多层结构，实现整个集成电路的制造。

由于制程提升，晶圆上集成的器件和电路复杂度、密度随之提升，先进逻辑芯片和存储芯片需要上千道工序去完成芯片的制造。

半导体设备的运行涉及多种子系统、零件和技术的互相配合，具有较高的技术壁垒。随着半导体芯片制程的提升，对设备的迭代和工艺提出了更高的要求。

3）主要前道设备市场规模不断提升

半导体前道核心设备因在产业链中处于不可撼动的重要地位且投资成本占比大，整体市场规模约500亿-600亿美金。其中刻蚀、光刻和薄膜沉积设备分别占比约20%-25%，在前道工序中价值量占比最高。

刻蚀设备（包含去胶设备）和薄膜沉积设备，整体市场规模约为245亿美金，特色工艺市场占整体设备市场规模约为15%-20%左右，但处于快速增长过程中。

4）半导体制造三大核心工艺及设备

半导体制造三大核心工艺为光刻工艺，刻蚀工艺和薄膜沉积工艺，三大核心工艺皆处于半导体前道工艺中，因此，与之相关的半导体前道设备也成为半导体生产制造环节的重中之重。

①光刻工艺及其设备

光刻工艺：光刻是决定集成电路集成度的核心工序，该步骤将电路图形信息从掩模版上保真传输、转印到半导体材料衬底上，其基本原理是利用涂敷在衬底表面的光刻胶的光化学反应作用，记录掩模版上的电路图形，从而实现转印的目的。

光刻机是集成电路制造的核心设备之一，技术难度极高。光刻机发展至今，经历了5代产品的迭代，已从最初的g-line，i-line 历经KrF、ArF发展到了如今的EUV。

长期以来，我国的光刻技术落后于先进国家，但近年来在国家政策的扶持下，我国光刻机技术也开始了较为快速的发展，目前我国已有部分企业可量产90nm分辨率的ArF光刻机，28nm分辨率的光刻机也有望取得突破。

②刻蚀工艺及其设备

刻蚀工艺：刻蚀是半导体制造工艺及微纳米制造工艺中的一个重要环节，是利用化学或物理的方法有选择性地从硅片表面去除不需要材料的工艺过程。刻蚀步骤的目的是把图形从掩模板转移到待刻蚀的硅、金属或介质薄膜上。

刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀在半导体刻蚀中占主流地位，市场占比超90%。干法刻蚀也称等离子刻蚀，是使用气态的化学刻蚀剂去除部分材料并形成可挥发性的生成物，然后将其抽离反应腔的过程，ICP与CCP是目前应用最广泛的干法刻蚀设备。

由于制造先进的集成电路器件需一层层建造微观结构，因此刻蚀设备在芯片制造过程中使用次数较多、操作流程复杂。刻蚀设备质量的好坏直接决定了最终器件性能的表现，刻蚀设备的发展对半导体产业的推进有着重要的意义。

③薄膜沉积工艺及其设备

薄膜沉积工艺：芯片是由一系列有源和无源电路元件堆叠而成的3D结构，薄膜沉积是芯片前道制造的核心工艺之一，主要是指在硅片衬底上沉积一层待处理的薄膜材料，如二氧化硅、氮化硅、多晶硅等非金属以及铜等金属。

薄膜沉积设备主要分CVD设备、PVD设备/电镀设备和ALD设备三大类，其中CVD是目前使用最为广泛的薄膜沉积设备，市场占比最高。

三者各有所长，CVD主要应用于各种氮化物、碳化物、氧化物、硼化物、硅化物涂层的制备；PVD主要应用于金属涂层的制备；ALD属于新兴领域，一般用于45nm 以下制程芯片的制备，具备更好的膜厚均匀性，同时在高深宽比的器件制备方面更有优势。

1）环境推动国产化率快速提升

中国在半导体产业发展方面已经取得了一定的成就，但是美国不断出台政策对中国半导体芯片以及设备进行出口管制，对中国半导体芯片行业发展带来负面影响。

半导体设备和材料是中国半导体行业国产化的关键一环，美日荷本进一步收紧出口限制，中国半导体当前面临国内需求远大于国内供应链产能的供需错配现象。

从公开招投标数据来看，我国去胶设备、清洗设备、CMP设备、热处理设备、刻蚀设备国产化率较高。从国内重点产线招投标数据来看，美国日本占据头部地位，前道核心设备国产替代空间大，国内半导体企业迎来发展机遇。

企查查数据显示，目前国内半导体相关现存企业共19.43万家，近十年，半导体行业在我国政策扶持下，市场扩张明显，尤其是2021年十四五规划提出，政策利好带动全年半导体相关企业注册量同比增加54.9%至14.4万家。

2）制程的升级对前道设备提出更高要求

随着3D化集成电路采用缩小单层上线宽和增加堆叠层数的方法来增加集成度，因此不仅堆叠的层数增加，还需要刻蚀加工更深的孔以及更深的挖槽，对刻蚀各项指标的要求更加严苛，刻蚀技术也在不断地演进。制程升级使得精度要求越高，需要的刻蚀复杂度、步骤数量也在提升，所以刻蚀设备成为更关键的设备，市场需求不断扩大。

此外，在摩尔定律的推动下，未来元器件集成度的大幅提高，要求集成电路线宽不断缩小，集成电路制造工序愈为复杂。尤其当线宽向7nm及以下制程发展，当前市场普遍使用的光刻机受波长的限制精度无法满足要求，需要采用多重曝光工艺，重复多次薄膜沉积和刻蚀工序以实现更小的线宽，使得薄膜沉积次数同样显著增加。

3）自研半导体设备不断替代老旧设备成为趋势

国内早期半导体设备通过二手设备改造而来。2000年后随着逻辑工艺产线逐步由6英寸、8英寸过渡到12英寸，部分头部设备厂商逐步放弃对6英寸、8英寸设备的支持和研发、生产，转而生产12英寸半导体设备；逻辑工艺产线转产过程中形成了大量的闲置设备，这些设备不能满足逻辑芯片的工艺要求，但是通过设备改造与工艺调整，6英寸、8英寸硅基半导体设备可以应用于仍然以6英寸及8英寸晶圆为主的化合物半导体生产线。

相较全新的海外6英寸、8英寸化合物半导体设备，闲置的硅基设备具有交期短、成本低等优势，成为特色工艺生产线的主要设备来源。但特色工艺再制造设备未来市场份额会逐步下降，主要原因是国内特色工艺设备厂商的崛起以及二手设备逐渐老旧。

在2019年之前，国内民营设备公司不具备转型设备自研的内外部环境，开展再制造业务是合理且必然的；自2019年华为被美国列入实体清单，国产替代与自主可控成为共识，国产上游设备、材料厂商纷纷获得了进入下游验证的机会。

综合来看，再制造设备在下游产线中的市场份额会逐步降低，逐步被国内自研设备取代。

1）半导体前道设备竞争格局

中国半导体设备的整体国产化率仅12%。前道设备中关键九类设备的国产化率皆小于10%，在高端工艺中的国产化率近乎为0。因此，国产前道设备商还有极大的增长空间，光刻、刻蚀、薄膜沉积等关键设备也已成为国家的重点扶持方向。

全球半导体前道设备竞争格局：

美国在薄膜沉积、离子注入、量测领域占据垄断地位。应用材料在PVD、CMP、离子注入全球市占率分别为86%、68%、64%，泛林在刻蚀、电镀设备占率分别为46%、78%，科磊在量测领域市占率54%。

日本在涂胶显影、清洗设备占据优势。东京电子涂胶显影设备市占率89%、迪恩士清洗设备市占率40%。

荷兰光刻机是绝对龙头，原子层沉积处于领先地位。阿斯麦占据全球77%市场份额，先晶半导体ALD设备市占率45%。

2）目前国内环境为半导体设备企业带来发展机会

半导体设备公司核心成功要素为契机、人才、资金、时间。目前国内环境四大要素均具备，因此处于发展的黄金时期：

契机：下游制造厂商正常情况下不愿意冒风险和承担额外成本去验证新供应商的设备，中美贸易摩擦和设备禁令带来的供应链安全问题给国内制造厂商足够的理由接受国产设备。另一方面，近两年半导体行业高景气带动下游积极扩产；

人才：目前国内既有科研院所、头部企业等培养出来内地人才，也有众多海外设备大厂从业背景的海归人才积极创业；

资金：部分城市政策补贴半导体行业发展，市场及投资机构看好并支持科技类企业融资；

时间：部分半导体设备厂商切入前道领域时间较短，处于样机和小批量订单阶段，未来有望加速放量。

3）我国半导体设备国产化进程催生了众多投资机会

半导体芯片的制造成本中，大部分成本来自半导体前道设备投资。半导体芯片制造的前道工艺流程复杂，各工艺环节需匹配不同设备。在众多前道设备中，光刻、刻蚀以及薄膜沉积设备对下游器件性能有着重要的影响，工艺壁垒高。同时其也为前道设备中价值量最高的部分。

目前，刻蚀以及薄膜沉积设备国产化率较低，海外设备厂商占领全球大部分市场份额。受国际贸易影响，即海外（美、日、欧）国家对我国提出半导体芯片和设备的出口管制，进一步加快我国半导体产业迈向独立、自主，实现更高的国产化率。因此，催生了半导体设备行业中众多投资机会。

近年来贸易摩擦凸显出供应链安全和自主可控的重要性和急迫性，我国是全球最大的半导体设备销售市场，半导体行业则是信息技术产业基石，相关芯片技术涉及国家安全和核心利益。

而半导体核心设备国产化的进展对于中国芯片产业来说，不仅可以降低芯片设备的生产成本，在取得国内市场份额的同时，还能够减少对美国芯片设备制造商的依赖，在维护国家利益的同时还能使中国大陆芯片产业更具有竞争力。尤其是在海外限制常态化的背景下，半导体芯片制造及其配套设备等产业环节作为半导体产业的核心，国产化替代势在必行。

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