2022年半导体设备行业研究-短期阵痛换千秋功业-制造设备迈向国产替代新征程

研究目的 本报告为半导体系列篇，将对半导体制造设备的类别、细分赛道市场格局，国产替代现状，国内外制造设备技术对比，制造工序、价值分布、国内外厂商进行梳理，以及对中国未来三年国产制造设备需求做出分析。 此研究将会回答的关键问题： 研究区域范围：中国 ①半导体行业特性 研究周期：2022年 ②国内外半导体制造设备技术对比 研究对象：中国半导体制造设备厂商 ③国产替代进程 美国恶意竞争剑指中国半导体产业，制造设备国产替代进程加速 美国商务部9月6日发布《2022芯片和科技法案》，该法案旨在切断向中国供应半导体芯片先进制程的技术和设备及材料，通过补贴加速芯片产业回流美国，隔断中国芯片产业与全球联系，重塑全球芯片产业链供应链格局。短期来看，该“芯片法案”涉及到先进制造工艺的高端代工、存储器以及下游产业如消费电子、汽车等，对中国的影响较大。从长期来看，进行半导体关键材料的国产替代已是国内半导体产业的共识，该法案的重重限制只会加速中国半导体产业国产替代的进程。当前半导体晶圆材料的整体国产化率仍较低，国产替代任务艰巨，但前景空间广阔，国内头部企业或将迎来发展的黄金机遇。 去胶设备国产替代率最高，光刻、离子注入仍为国产痛点 干法刻蚀、CMP、去胶设备等均已实现较高比例国产设备采用率，且在2020-2021年维持较高水平，清洗、去胶、涂胶显影等设备2021年国产设备采用率均有提高，其中去胶设备国产采用率达85%。从设备类型来看我国在去胶、清洗、热处理、刻蚀及CMP领域内国产替代率较高，均高于20%，但在价值量较高领域内国产化率较低，如光刻、离子注入、涂胶显影等领域国产化率合计不足5%。 2022年制造设备销售规模有望突破千亿美元大关，未来3年中国国产制造设备需求量接近3万台 根据SEMI数据，全球半导体制造设备总销售额预计将于2022年达1175亿美元，同比增长14.7%，并在2023年增至1208亿美元。其中晶圆厂设备部分，包括晶圆加工、晶圆厂设施和掩模/掩模版设备，预计到2022年将增长15.4%，达到1010亿美元，随后在2023年增长3.2%，达到1043亿美元。据预测，未来3年中国国产半导体制造设备需求量近3万台，国内北方华创、中微半导体、沈阳拓荆、精测电子、盛美半导体、至纯科技等设备龙头春天将近。 n名词解释 u 半导体：常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，按照制造技术可分为集成电路（IC）、分立器件、光电子和传感器，可广泛应用于下游通信、计算机、消费电子、网络技术、汽车及航空航天等。 u IC、集成电路、芯片：Integrated Circuit的简称，指集成电路，通常也叫芯片（Chip），是一种微型电子器件或部件。采用半导体制造工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及它们之间的连接导线全部制作在一小块半导体晶片如硅片或介质基片上，然后焊接封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的电子器件。 u 硅片、晶圆：经过特定工艺加工，具备特定电路功能的硅半导体集成电路圆片，经切割、封装等工艺后可制作成如集成电路、分立器件、传感器等IC成品，按其直径主要分为6英寸、8英寸、12英寸等规格。 n名词解释 u NAND闪存：数据型闪存芯片，主要的非挥发闪存技术之一，可以实现大容量存储、高写入和擦除速度，是海量数据的核心，多应用于大容量数据存储。 n名词解释 研究报告| 2022/09 半导体系列 Chapter 1 行业综述 n n n n n 行业概述发展历程行业特征制造设备政策 行业概述：行业发展基石——制造设备 n规模：IC设备销售额有望突破千亿美元大关，中国系主力军 集成电路进入发展快车道，制造设备系行业基石。随着工业4.0时代的到来，各国加快布局各项高新技术产业、人工智能、物联网、云计算等高端科技席卷而来，对集成电路数量与质量提出更高要求，而制造设备工艺迭代正是其中核心要义 图表：IC制造流程图 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体设备行业研究：短期阵痛换千秋功业，制 造设备迈向国产替代新征程》 n发展历程：超大规模集成电路时代，中国进入快速发展期 集成电路系构建数字经济地基，国产化黄金期到来。随着我国数字化转型及产业升级，芯片行业持续吸引着资金、人才涌入。芯片设计公司百舸争流，芯片制造向先进制程迈进，核心设备和关键材料自给率稳步提升，美国卡脖子等行为将进一步加速中国国产替代进程 图表：集成电路发展史，1940-至今 电子管时代 晶体管时代 集成电路时代 超大规模集成电路时代 1940s 1950s 1960s-1987 1988- n政策：政府全产业链政策支持面对美国恶意竞争 近年来随着美国在半导体领域恶意竞争，中国半导体国产替代势在必行；为加速半导体国产替代进程，政府不断出台半导体相关政策，从材料、设备和税收等方面加大政策支持力度，加速国产替代进程 图表：中国半导体行业相关政策 美国商务部工业与安全局宣布，将中芯国际等多家技术公司列入美国出口管制的“实体清单” 2020年12月 美国对中国半导体限制措施 美国扩大投资黑名单，将中芯国际、华为等59家中国企业列入“实体清单”美国发布《建立供应链弹性、振兴美国制造、促进广泛增长评估报告》，明确提出通过500亿美元专项投资，为美国的半导体制造和研发提供专项资金，加速半导体产业回流，以遏制中国半导体供应链发展 2021年5月 2021年6月 美国参议院投票通过《安全设备法案》，加强对华为、中兴限制 2021年10月 美国商务部将中国的GPU龙头景嘉微、亚成微等34家企业纳入“实体清单”； 2021年12月 限制中国台湾的半导体业务出售给中国大陆 美国通过《芯片与科学法案》，禁止获得资助的企业扩大在中国半导体领域的投资，禁止出售 14nm 以下的半导体设备出售给中国大陆企业 2022年7月 拟限制用于设计半导体的特定类型EDA软件出口至中国大陆企业，以减缓中国制造先进芯片的能力 2022年8月 美方试图通过限制国际资本对华在半导体产业的投资、贸易、生产制造等手段，试图卡住中方在5G、新能源汽车等高端制造领域的“脖子”；中方出台多项半导体利好政策，加速国产替代进程 政策文件 颁布主体 颁布时间 主要内容 政策属性 研究报告| 2022/09 半导体系列 Chapter 2 产业链 n n n 上游——精密零部件 中游——各类设备制造厂商下游——IDM与Foundry厂商 上游——精密零部件 n上游：设备零部件占制造近半壁江山，高端产品国产化低 精密零部件系制造设备上游行业，占据整个半导体制造设备的44%，高端产品国产化率较低。上游主要包括机械类、气体/液体/真空系统类、机电一体类、光学类、电气类及仪器仪表类 图表：各类设备占设备总成本比例[单位：%] 图表：各类设备占半导体制造设备市场的比例[单位：%] 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体设备行业研究：短期阵痛换千秋功业，制 造设备迈向国产替代新征程》 图表：半导体制造设备上游详解 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体设备行业研究：短期阵痛换千秋功业，制 造设备迈向国产替代新征程》 中游——各类设备制造厂商 n中游：美日中厂商数占绝对优势，细分赛道多呈寡头垄断 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体设备行业研究：短期阵痛换千秋功业，制 造设备迈向国产替代新征程》 下游——IDM与Foundry厂商 n下游：台积电名列前茅，国内厂商市占率不及10% 设备制造下游系半导体制造厂商，分为IDM与Foundry模式。其中IDM，适用于存储产品以及品类多样化的功率产品等。Foundry模式适用于生产对制程技术要求高的逻辑产品等，其中台积电约占全球纯晶圆代工市场的58.6% 图表：半导体制造分为IDM模式与Foundry模式 研究报告| 2022/09 半导体系列 Chapter 3 制造设备详解 n n n n n n n n 光刻设备刻蚀设备 薄膜沉积设备清洗设备CMP 离子注入设备热处理设备过程测量设备 第一章 行业综述：行业发展基石——IC制造设备 中游详解——光刻设备 n光刻机：ASML系绝对垄断，我国 90nm 光刻机实现突破 光刻机（lithography）又称掩模对准曝光机，其原理类似照片冲印技术，将掩膜版上已设计完备的集成电路图形通过光线的曝光印制到感光材料（硅片），从而使感光材料具有电子线路图的作用，根据波长不同光刻机分为DUV与EUV 图表：光刻机简易工作原理图 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体设备行业研究：短期阵痛换千秋功业，制 造设备迈向国产替代新征程》 qDUV用于成熟制程，EUV用于先进制程。DUV系统波长范围从365 nm (i-line)，248 nm (KrF)到193 nm (ArF)用于生产成熟制程芯片（ 28nm 及以上），主要覆盖制造模拟芯片、MCU、电源管理、数模混合、传感器、射频芯片、中小容量的存储芯片等。EUV系统使用 13.5nm 波长，可以在晶圆上形成最精细的线条，用于生产高度复杂的先进制程芯片（ 7nm 、 5nm 和 3nm ），主要覆盖手机SoC、CPU、GPU、1γ工艺DRAM等多种数字芯片。ASML表明下一代EUV平台，将数值孔径(NA)从0.33增加到0.55（“High-NA”），预计将于2023年底向客户交付。 q市场高度集中，ASML系EUV唯一供应商。根据华经产业研究院数据，光刻机市场CR3为90%，其中ASML占79.4%，Nikon、Canon市场占有率分别为10.4％和10.2％。根据ASML2022年Q2数据，其极紫外线光刻机（EUV）共售出12台，环比增长9台；其EUV订单量积压已超过100台，预计明年的EUV产能将超过60台。 q上海微电子突破 90nm 光刻机，国产替代仍处低位。上海微微电子SSX600系列光刻机可满足IC前道制造 90nm 、 110nm 、 280nm 关键层和非关键层的光刻工艺需求，可用于8寸线或12寸线的大规模工业生产。根据中国国际招标网数据，截至2022年9月21日，2022年光刻机中标总计23台，其中国产制造商4台，国产使用率为17.39%，皆为成熟制程。 中游详解——光刻设备 n涂胶显影设备：TEL盘踞市场，芯源微任重道远 涂胶/显影机作为光刻机的输入（曝光前光刻胶涂覆）和输出（曝光后图形的显影），不仅直接影响到光刻工序细微曝光图案的形成，显影工艺的图形质量对后续蚀刻和离子注入等工艺中图形转移的结果也有着深刻的影响 图表：光刻工艺流程 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年半导体设备行业研究：短期阵痛换千秋功业，制 造设备迈向国产替代新征程》 q涂胶：在结净干燥的晶圆表面均匀的涂一层光刻胶。现阶段常见方法为旋转涂胶，即把胶滴在晶圆上，然后使晶圆片高速旋转，在离心力的作用下液态胶由轴心沿径向飞溅出去，一部分光刻胶受附着力的作用留在晶圆表面。 q显影：用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶的可溶解区域。现阶段常见方法为将显影液喷洒到高速旋转的晶圆上，与光刻胶发生反应后形成相应图形，然后喷洒清洗液去除显影液及光刻胶，再喷洒定影液进行定影，经过高速旋转甩干后，将晶圆上传输到烘烤单元进行坚膜。目的是将掩膜板团复制到光刻胶上。 qTEL一家独大，芯源微任重道远。根据中商情报网数据，TEL垄断了全球88%和中国91%的涂胶显影设备市场份额。TEL涂胶显影设备CLEAN TRACK LITHIUS Pro Z具备超越 10nm 的工艺节点，适用于EUV和ArF浸没式光刻系统。目前，国内涂胶显影设备龙头芯源微前