半导体行业跟踪报告之十三：半导体设备：刻蚀和薄膜举足轻重，关注中微拓荆华创

半导体设备：刻蚀和薄膜举足轻重，关注中微拓荆华创 ——半导体行业跟踪报告之十三 作者： 刘凯执业证书编号：S0930517100002于文龙执业证书编号：S0930522100002联系人：黄筱茜 2024年4月3日 证券研究报告 目录 1、刻蚀和薄膜沉积设备至关重要 2、刻蚀：3DNAND和先进逻辑制程将大幅提升刻蚀的重要性 3、薄膜沉积：在先进逻辑和存储领域应用广泛 4、中微公司：中国刻蚀和MOCVD设备龙头积极布局薄膜和检测市场 5、拓荆科技：中国薄膜沉积设备龙头卡位键合设备市场 6、北方华创：中国半导体设备领军企业在刻蚀和薄膜领域积累深厚 7、投资建议：重点关注中微公司/拓荆科技/北方华创 8、风险提示 全球集成电路市场规模保持持续增长趋势。根据Gartner数据，2023年全球集成电路市场规模为5,330亿美元，预计2024年将会复苏至6,300亿美元。 晶圆厂的产能扩建将引领半导体设备需求的持续增长。根据SEMI预测，在2022年至2026年期间，下游芯片制造厂商将持续扩充产能，以满足需求 增长。2022年全球半导体制造厂商300mm晶圆厂产能每月约为700万片，预计2026年将增加至每月960万片的历史新高。中国大陆也将持续推动300mm前端晶圆厂产能增长，将全球份额从2022年的22%增加到2026年的25%，达到每月240万片晶圆。 2023年全球集成电路前道设备市场约为950亿美元，同比增长0.9%。中国大陆、中国台湾地区和韩国是最大的区域市场，其中中国大陆市场规模 约为330亿美元，占比超过1/3；中国台湾地区市场规模为179亿美元，占比约为19%。 图1：全球集成电路市场规模变化（单位：亿美元） 资料来源：Gartner，中微公司2023年年报 图2：2023年集成电路前段设备全球市场规模分布 资料来源：SEMI，中微公司2023年年报 由于光刻机的波长限制，加上存储器从2D到3D的转变，等离子体刻蚀设备和化学薄膜设备的市场增长速度超过光刻机和其他设备。微观器件的不 断缩小推动了器件结构和加工制成的革命性变化，存储器件从2D到3D的转换，使等离子体刻蚀和薄膜制程成为最关键的步骤，对这两类设备的需求量大大增加。光刻机由于波长的限制，更小的微观结构要靠等离子体刻蚀和薄膜的组合拳“二重模板”和“四重模板”工艺技术来加工，刻蚀机和薄膜设备的重要性不断提高，近年来市场的年平均增长速度远高于其他的设备。 根据Gartner，干法刻蚀和化学薄膜设备在2011到2021年间市场规模年均增速为16.39%和13.41%。 图3：2011年到2021年半导体芯片前道设备市场规模年均增速 资料来源：Gartner，中微公司2023年半年报 2018 2019 2020 2021 2022 2023 半导体设备业务营收口径 全球半导体设备销售额（单位：亿美元） 645 598 712 1,026 1,076 1,056 中国半导体设备销售额（单位：亿美元） 131 135 187 296 282 363 全球半导体设备销售额（单位：亿元） 4,517 4,183 4,983 7,185 7,535 7,392 中国半导体设备销售额（单位：亿元） 917 942 1,311 2,074 1,976 2,538 半导体设备业务营收（单位：亿元） 中微公司 13.98 15.87 17.99 25.07 38.47 51.66 *专用设备 北方华创 25.21 31.91 48.69 79.49 120.84 *电子工艺设备 精测电子 0.05 0.65 1.36 1.83 *半导体 至纯科技 0.82 2.18 7.01 7.94 *19-21年半导体设备；22年设备业务 芯源微 2.07 3.18 8.13 13.60 *半导体类设备 盛美上海 5.39 7.44 9.75 15.47 27.56 37.15 *18-20为总营收减去其他业务；21-22年为半导体设备 拓荆科技 0.67 2.47 4.29 7.45 16.86 *半导体设备减去其他业务 华海清科 0.32 1.95 3.53 6.94 14.31 *CMP设备 中科飞测-U 0.29 0.55 2.38 3.59 5.03 *检测设备+量测设备 微导纳米 0.42 2.16 3.12 4.28 6.84 *设备制造 万业企业 0.58 0.84 0.22 1.23 2.06 *专用设备制造 富创精密 2.18 2.49 4.73 8.29 12.94 *18-21年为总营收减去其他业务；22年为半导体行业 美埃科技 6.17 7.75 8.44 10.31 9.81 *18-21年为过滤器+风机过滤系统+空气净化设备；22年为过滤器 光力科技 0.45 0.46 0.38 2.35 3.21 *半导体精密加工类产品 长川科技 2.04 3.63 7.38 14.25 23.71 *分选机+测试机 华峰测控 1.98 2.35 3.69 8.21 10.15 *测试系统 深科达 0.22 0.4 1.21 2.77 1.94 *半导体自动化设备 金海通 0.71 1.82 4.2 4.26 *半导体设备 合计 83.92 123.63 210.40 321.36 市场占比 9% 9% 10% 16% 表1：18家A股半导体设备重点公司在我国半导体设备市场的份额测算 请务必参阅正文之后的重要声明 资料来源：Wind，SEMI，光大证券研究所注：1）全球及中国半导体设备销售额2018-2022年数据来源为Wind,2023年数据来源为SEMI；2）按人民币：美元2018-2023年平均汇率为7:1进行销售额的折算；3）我们选择中微公司、北方华创、精测电子、至纯科技、芯源微、盛美上海、拓荆科技、华海清科、中科飞测、微导纳米、万业企业、富创精密、美埃科技、光力科技、长川科技、华峰测控、深科达、金海通共18家A股上市公司作为我国半导体设备重点公司的样5本；4）截至2024年4月2日，重点公司中仅中微公司、盛美上海发布2023年年报。 表2：A股半导体设备重点公司2022-2023年各季度末存货情况（单位：亿元） 2022Q1 2022Q2 2022Q3 2022Q4 2023Q1 2023Q2 2023Q3 2023Q4 688012.SH 中微公司 20.95 24.87 32.40 34.02 37.05 38.05 40.91 42.60 002371.SZ 北方华创 97.12 107.10 115.74 130.41 150.12 167.28 173.29 300567.SZ 精测电子 10.00 12.03 13.60 13.54 14.08 14.69 15.64 603690.SH 至纯科技 12.72 14.00 16.08 17.05 20.68 23.77 28.73 688037.SH 芯源微 10.82 11.66 12.87 12.13 14.40 15.73 16.80 688082.SH 盛美上海 17.28 19.37 23.08 26.90 31.56 33.15 36.05 39.25 688072.SH 拓荆科技 12.94 15.63 20.90 22.97 27.17 32.88 38.70 688120.SH 华海清科 16.75 19.54 22.54 23.61 23.05 21.91 22.80 688361.SH 中科飞测-U 8.29 0.00 8.61 9.19 9.97 10.68 688147.SH 微导纳米 5.73 7.62 9.75 14.48 20.90 28.32 600641.SH 万业企业 8.02 8.47 9.29 9.00 10.73 11.92 11.76 688409.SH 富创精密 3.98 5.08 5.33 7.00 8.16 8.96 表3：A股半导体设备重点公司2022-2023年各季度末合同负债情况（单位：亿元） 2022Q1 2022Q2 2022Q3 2022Q4 2023Q1 2023Q2 2023Q3 2023Q4 688012.SH 中微公司 15.00 15.94 19.69 21.95 23.20 18.05 13.65 7.72 002371.SZ 北方华创 50.90 56.78 65.12 71.98 78.22 85.86 93.80 300567.SZ 精测电子 0.78 1.71 2.26 1.99 2.17 3.44 3.58 603690.SH 至纯科技 2.47 4.47 2.83 2.70 3.03 4.38 4.92 688037.SH 芯源微 4.34 6.28 6.04 5.85 5.20 4.66 3.59 688082.SH 盛美上海 4.43 3.98 6.62 8.22 9.44 10.16 7.45 8.76 688072.SH 拓荆科技 7.80 10.87 9.22 13.97 16.33 15.06 14.97 688120.SH 华海清科 8.36 10.03 10.64 13.04 13.34 12.65 12.73 688361.SH 中科飞测-U 3.01 0.00 4.85 5.45 5.59 5.27 688147.SH 微导纳米 2.91 4.40 6.25 9.48 15.54 19.67 600641.SH 万业企业 9.15 9.07 9.75 1.89 2.07 4.24 1.52 688409.SH 富创精密 0.33 0.13 0.12 0.37 0.08 0.08 目录 1、刻蚀和薄膜沉积设备至关重要 2、刻蚀：3DNAND和先进逻辑制程将大幅提升刻蚀的重要性 3、薄膜沉积：在先进逻辑和存储领域应用广泛 4、中微公司：中国刻蚀和MOCVD设备龙头积极布局薄膜和检测市场 5、拓荆科技：中国薄膜沉积设备龙头卡位键合设备市场 6、北方华创：中国半导体设备领军企业在刻蚀和薄膜领域积累深厚 7、投资建议：重点关注中微公司/拓荆科技/北方华创 8、风险提示 存储器件从2D到3D结构的转变使等离子体刻蚀成为最关键的加工步骤。随着集成电路芯片制造工艺的进步，线宽关键尺寸不断缩小、芯片结构 3D化，晶圆制造向5纳米以及更先进的工艺发展。由于目前先进工艺芯片加工使用的光刻机受到波长限制，14纳米及以下的逻辑器件微观结构的加工多通过等离子体刻蚀和薄膜沉积的工艺组合——多重模板工艺来实现，使得刻蚀等相关设备的加工步骤增多。由于存储器技术由二维转向三维架构，随着堆叠层数的增加，刻蚀设备和薄膜沉积设备越来越成为关键核心的设备。 图4：存储器件从2D到3D结构的转变使等离子体刻蚀成为最关键的加工步骤 资料来源：中微公司2023年年报 等离子体干法刻蚀是目前主流的刻蚀技术。刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀各向异性较差，侧壁容易产生横向刻蚀造成刻蚀偏差，通常用于工艺尺寸较大的应用，或用于干法刻蚀后清洗残留物等。 等离子体刻蚀设备是一种大型真空的全自动的加工设备，一般由多个真空等离子体反应腔和主机传递系统构成。等离子体刻蚀设备的分类与刻蚀工艺密切相关，其原理是利用等离子体放电产生的带化学活性的粒子，在离子的轰击下，与表面的材料发生化学反应，产生可挥发的气体，从而在表面的材料上加工出微观结构。 根据产生等离子体方法的不同，干法刻蚀主要分为电容性等离子体刻蚀和电感性等离子体刻蚀；根据被刻蚀材料类型的不同，干法刻蚀主要是刻蚀介质材料、硅材料和金属材料。（1）电容性等离子体刻蚀主要是以高能离子在较硬的介质材料上，刻蚀高深宽比的深孔、沟槽等微观结构；（2）电感性等离子体刻蚀主要是以较低的离子能量和极均匀的离子浓度刻蚀较软的或较薄的材料。 图5：电容性