半导体行业深度分析：市场规模大，品类众多，半导体零部件国产化前景可期

零部件是半导体设备核心，市场规模超400亿美元：半导体设备结构复杂，由成千上万个零部件组成，零部件的性能、质量和精度都共同决定着设备的可靠性与稳定性，零部件是半导体设备是延续半导体行业“摩尔定律”的瓶颈和关键。一般来说，零部件采购额占据半导体设备生产成本的80%左右，按此推算，预计2021年全球半导体零部件市场规模439亿美元。 零部件品类众多，单一产品市场集中度高：半导体零部件数量庞大、种类繁多，碎片化特征明显。按照业内主流的零部件划分方式，半导体零部件可以划分为机械类、电器类、机电一体类、气体/液体/真空系统类、仪器仪表类、光学类和其他零部件。总体来看，全球前十大半导体零部件供应商的市场份额总和趋于稳定在50%左右，由于半导体零部件对精度和品质的严格要求，就单一半导体零部件而言，往往会出现仅有几家供应商的局面，集中度远高于50%。 技术壁垒高，国产化率低：半导体零部件技术壁垒高，其研发设计、制造和应用涉及到材料、机械、物理、电子、精密仪器等跨学科、多学科的交叉融合。总体来看，目前大部分零部件均被海外巨头垄断，例如在静电吸盘领域，基本由美国和日本半导体企业主导，市场份额占95%以上。根据芯谋研究数据，石英、反应腔喷淋头、边缘环等自给率大于10%，各种泵、陶瓷部件国内自给率在5%-10%之间，射频发生器、机械手、MFC等自给率在1%-5%之间，阀门、测量仪器等自给率甚至不到1%，半导体零部件整体国产化率处于较低水平。 部分品类率先突破，国产化快速推进：国内厂商在某些细分品类零部件率先突破，例如机械类零部件，国内如新莱应材、江丰电子、富创精密等均有相应产品布局，并在国内龙头半导体设备公司份额快速提高。在阀门领域，国内企业新莱应材也具备了国产替代能力。在射频电源领域，英杰电气率先实现突破，正在从MOVCD设备往更多半导体设备拓展。在真空泵上，汉钟精机在光伏领域已经占据主要份额，半导体客户也开始出货，正处于快速成长阶段。 投资建议：推荐国内高纯洁净材料龙头新莱应材、气体输送系统龙 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 头万业企业，从清洗设备切入半导体零部件的至纯科技，建议关注零部件业务快速增长的江丰电子、国内平台型零部件企业富创精密、国内真空泵领先企业汉钟精机、半导体精密运动控制系统龙头华卓精科、国内领先的工艺介质系统供应商正帆科技。 风险提示：市场竞争风险、产品开发不及预期、下游需求衰减、业务经营风险。 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 1.零部件是半导体设备的核心，品类众多，技术壁垒高 1.1.半导体零部件是决定半导体产业高质量发展的关键领域 半导体零部件是半导体设备行业的支撑：半导体设备是延续半导体行业“摩尔定律”的瓶颈和关键，而半导体设备厂商绝大部分关键核心技术需要物化在精密零部件上，或以精密零部件作为载体来实现。 半导体设备零部件在材料、结构、工艺、品质和精度、可靠性及稳定性等性能方面达到了半导体设备及技术要求，并具有高精密、高洁净、超强耐腐蚀能力、耐击穿电压等特性，生产工艺涉及精密机械制造、工程材料、表面处理特种工艺、电子电机整合及工程设计等多个领域和学科，是半导体设备核心技术的直接保障。 图1：半导体零部件在半导体产业链中的地位 半导体设备结构复杂，由成千上万个零部件组成，零部件的性能、质量和精度都共同决定着设备的可靠性与稳定性。半导体行业遵循“一代技术、一代工艺、一代设备”的产业规律，而半导体设备的升级迭代很大程度上有赖于精密零部件的技术突破。各种半导体零部件相互配合，共同支持半导体设备的运转，比起其他行业设备的基础零部件尖端技术特性更为明显，精度高、批量小、多品种、尺寸特殊、工艺复杂，还要兼顾强度、应变、抗腐蚀、电子特性、电磁特性、材料纯度等复合功能要求。 半导体精密零部件不仅是半导体设备制造环节中难度较大、技术含量较高的环节之一，也是国内半导体设备企业“卡脖子”的环节之一。同样一个部件，相较于传统工业，半导体设备关键零部件在原材料的纯度、原材料批次的一致性、质量稳定性、机加精度控制、棱边倒角去毛刺、表面粗糙度控制、特殊表面处理、洁净清洗、真空无尘包装、交货周期等方面要求就更高，造成了极高的技术门槛。以半导体用过滤件为例，目前半导体级别滤芯的精度要求达到1纳米甚至以下，而在其他行业精度则要求在微米级。同时，为获得超纯的产品清洁度、高度一致的质量和可重复高性能，半导体用过滤件对一致性、耐化学和耐热性、抗脱落性亦有较高的要求。 表1：主要零部件产品及其主要服务的半导体设备 1.2.半导体设备由多个子系统组成，零部件数量庞大、种类繁多 各类半导体设备都可以分解成若干个模块，由多个子系统组成。根据VLSI公司统计分类，半导体设备由八大关键子系统组成：气液流量控制系统、真空系统、制程诊断系统、光学系统、电源及气体反应系统、热管理系统、晶圆传送系统及其他关键组件。其中，真空系统、电源系统是较为关键的子系统，成本占比均在10%以上。前者主要包括各类阀、泵，后者则以射频电源等为主。 表2：半导体设备八大子系统及构成 图2：五大关键的半导体零部件成本占比（2021年数据） 半导体零部件数量庞大、种类繁多，碎片化特征明显。按照业内主流的零部件划分方式，半导体零部件可以划分为机械类、电器类、机电一体类、气体/液体/真空系统类、仪器仪表类、光学类和其他零部件。 机械类：应用于所有设备，起到构建整体框架、基础结构、晶圆反应环境和实现零部件特殊功能的作用，保证反应良率，延长设备使用寿命，对加工精度、耐腐蚀性、密封性、洁净度、真空度等指标有较高要求。 电器类：应用于所有设备，起到控制电力、信号、工艺反应制程的作用，对输出功率的稳定性、电压质量、波形质量、频率质量等指标有较高要求。 机电一体类：在设备中起到实现晶圆装载、传输、运动控制、温度控制的作用，部分产品包含机械类产品，对真空度、洁净度、放气率、SEMI定制标准等指标有较高要求，还需要保证多次使用后的一致性和稳定性，不同具体产品要求差别较大。 气体/液体/真空系统类：在设备中起到传输和控制特种气体、液体和保持真空的作用。 其中，气体输送系统类对真空度、耐腐蚀性、洁净度、SEMI定制标准等指标有较高要求，真空系统类对抽气后的真空指标、可靠性、稳定性、一致性等指标有较高要求，气动液压系统类对真空度、表面粗糙度、洁净度、使用寿命、耐液体腐蚀等指标有较高要求。 仪器仪表类：应用于所有设备，起到控制和监控流量、压力、真空度、温度等数值的作用，对量程时间、流量测量精度、温度测量精度、压力测量精度、温度影响小等指标有较高要求。 光学类：主要应用于光刻设备、量测设备等，起到控制和传输光源的作用，对制造精度、分辨率、曝光能力、光学误差小等指标有较高要求。 表3：半导体全部品类零部件具体情况 根据《半导体零部件产业现状及发展》（发表在中国集成电路），半导体零部件还有按照典型集成电路设备腔体内部流程划分、按照半导体零部件的主要材料和使用功能划分和按照半导体零部件服务对象划分的分类方式。 按照典型集成电路设备腔体内部流程划分，零部件可以分为五大类：电源和射频控制类、气体输送类、真空控制类、温度控制类、传送装臵类。 按照半导体零部件的主要材料和使用功能划分，可以将其分为十二大类，包括硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、金属件、石墨件、塑料件、真空件、密封件、过滤部件、运动部件、电控部件以及其他部件。 按照半导体零部件服务对象来分，半导体核心零部件可以分为两种，即精密机加件和通用外购件：精密机加件通常由半导体设备公司自行设计再委外加工，只用于自己公司的设备，如工艺腔室、传输腔室等，一般对其表面处理、精密机加工等工艺技术的要求较高；通用外购件则是一些经过长时间验证，得到众多设备厂和制造厂广泛认可的通用零部件，更加标准化，会被不同的设备公司使用，也会被作为产线上的备件耗材来使用，例如硅结构件、O-Ring密封圈、阀门、规（Gauge）、泵、Face plate、气体喷淋头Shower head等，由于这类部件具备较强的通用性和一致性，并且需要得到设备、制造产线上的认证。 1.3.多学科交叉融合，复合型技术壁垒高 半导体零部件覆盖范围广、产业链长，需要多学科交叉融合。半导体零部件的研发设计、制造和应用涉及到材料、机械、物理、电子、精密仪器等跨学科、多学科的交叉融合，生产工艺横跨精密机械制造、工程材料、表面处理特种工艺、电子电机整合及工程设计等多个领域和学科。 以半导体制造中用于固定晶圆的静电吸盘（ESC）为例，传统的以有机高分子材料和阳极氧化层为电介质的静电卡盘逐步被陶瓷静电卡盘逐渐替代，而以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷为主体材料陶瓷静电卡盘拥有良好的导热和耐卤素等离子气氛的性能。作为离子注入、刻蚀等关键制程核心零部件之一，为满足在高真空等离子体或特气环境中起到对晶圆的夹持和温度控制等作用的需要，需加入其他导电物质使得ESC总体电阻率满足功能性要求，还需在较低的烧结温度下实现纳米级陶瓷粉体快速致密化，静电吸盘表面处理后还要达到0.01微米左右的涂层，才能制备出致密性高、晶体结构稳定、体电阻率分布均匀且符合静电卡盘使用特性的专用陶瓷材料。因此，ESC的制造需要对材料的导热性，耐磨性及硬度指标非常了解，对精密机加工和表面处理技术要求也很高。由此可见，半导体零部件是一个多学科交叉融合、需要复合型技术的领域。 图3：陶瓷静电卡盘 半导体零部件技术突破难度大，行业壁垒高。目前，应用最广、市场份额最大的机械类零部件主要产品技术已经实现突破，机电一体类零部件以及气体/液体/真空系统类零部件也都已有部分产品实现技术突破，包括腔体、机械手、金属加工件、石英零部件、硅部件、EFEM、温控系统等零部件都已有国产供应商。然而，机械类的高端产品技术突破难度高、国产化率仍然较低；电气类零部件技术难度高，核心模块（射频电源等）尚未国产化；仪器仪表类零部件对测量精准度要求极高，国产化率较低，高端产品尚未国产化；光学类零部件对光学性能要求极高，国际垄断程度高，国产化率较低，高端产品亦未国产化。 表4：半导体不同品类零部件技术难度情况 2.市场空间大，零部件交期拉长限制下游扩产需求 2.1全球半导体零部件市场规模超400亿美元 半导体设备精密零部件是半导体设备行业的重要支撑，根据半导体零部件公司富创精密估计，全球的半导体零部件市场超过百亿美元规模。为了较为精确地测算全球和中国大陆的半导体零部件市场规模，可以按照半导体设备市场规模成本率零部件成本占比的公式进行测算。其中，半导体设备市场规模来自SEMI数据，成本率（即1-毛利率）来自半导体设备全球TOP5企业的毛利率按销售额取加权平均，零部件成本占比参考光刻设备、刻蚀设备和薄膜沉积设备三个最为关键的半导体设备代表公司，分别为芯源微、中微公司和拓荆科技。 图4：精密零部件是半导体行业的重要支撑 近年来，全球半导体设备市场规模不断扩张。根据SEMI统计，2011年到2021年，全球半导体设备市场规模从435.3亿美元提升到1026.4亿美元，预期2022年同比增长14.7%，达到1175.7亿美元。同时，中国大陆半导体设备市场规模增速高于全球市场，占全球半导体设备市场份额呈显著上升趋势，从2011年的36.5亿美元增长到2021年的296.2亿美元。 全球的半导体设备市场集中度较高，TOP5厂商的市占率之和超过75%（2021年），它们的毛利率也较为稳定，因此参考全球半导体设备TOP5厂商的毛利率估算半导体设备的成本率。除了第五大厂商科天半导体毛利率超过60%，前四大厂商毛利率基本都在40%-50%范围内。按照2021年的销售额对TOP厂商的毛利率进行加权，得到半导体设备的毛利率约为46.5%，即成本率约为53.5%。 考虑到光刻设备、刻蚀设备和薄膜沉积设备是晶圆制造中最重要的三类设备，分别选用国内代表半导体设备企业估算直接材料占比。总的来看，半导体设备的直接材料占比基本在90%以上。根据富创精密招股书，半导体设