2022半导体报告行业报告-前道设备：国内前道设备迎本土扩产东风.docx

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1、内容目录前道半导体设备：半导体制造核心工艺设备5前道设备为投资重点，供给端高度集中于美、日、欧头部厂商62022年全球半导体设备市场规模有望再创新高8前道设备规模近千亿美元，Memory和foundry扩产是投资主推力11本土需求、外部因素催生本土扩产强周期，国产前道设备进入快车道14前道设备细分赛道梳理：前道设备国产化曙光渐显19光刻：ASML光刻机一枝独秀，芯源微领衔涂胶/显影国产替代19刻蚀机：泛林、TEL、应材占比九成，中微、北方华创份额逐步提升25薄膜沉积设备：北方华创、拓荆科技多线突破29清洗设备：多家本土公司稳健起步，有望率先国产替代35CMP设备：供给高度集中于CR2,华海清科

2、实现商业量产破局38离子注入机：美、日把持，万业凯世通即将规模化进入国内头部大厂40热处理设备：应用材料市占第一，屹唐RTP领先，北方华创取得突破44投资策略：推荐产品通过验证进入商业量产的公司47风险提不48国信证券投资评级49分析师承诺49风险提不49证券投资咨询业务的说明49图表目录图1：集成电路产业链分工模式及代表企业5图2:全球前25大半导体企业5图3：前道晶圆制造主要工艺5图4:晶圆制造设备（前道设备）占半导体设备超85%份额6图5：前道设备分类及市场规模6图6：全球前三大前道半导体设备龙头市值和业绩情况7图7：2005年2022年全球半导体设备销售额与半导体销售额增长率比较8图8

3、：全球半导体销售额8图9：2011年-2022年全球半导体设备市场规模与增速9图10：北美半导体设备月销售额9图11：日本半导体设备月销售额9图12：全球半导体设备市场份额（按地域）10图13：中国大陆、中国台湾、韩国半导体设备市场增速10图14：全球前端晶圆厂设备支出11图15:存储器制造厂和foundry资本开支领先11图16:全球晶圆制造产能（折合千片8寸晶圆/月）12图17:CMOS器件微缩技术路线图12图18：先进制程设备投资大幅增长12图19：成熟制程晶圆需求趋势13图20：成熟制程晶圆需求驱动力结构13图21：先进存储器工艺快速演进14图22：我国是全球半导体最大的市场14图23

4、：中国半导体企业在全球半导体中占比较低15图24：中国芯片国产化率低15图25：数字经济规模前十大国家15图26：中国新能源汽车渗透率快速上升15图27:中国半导体行业股权投融资情况16图28：中国半导体设计企业数量16图29：2020-2021年中国进入芯片设计行业的知名业外企业16图30：全球存储芯片月产能17图31：2021年中国大陆新开工晶圆制造项目17图32:中国主要本土晶圆制造资本开支预测（仅包含中芯国际、华虹长存、长鑫等主要项目）18图33：全球晶圆制造产能（折合千片8寸晶圆/月）19图34：光刻机总体结构和关键性能20图35：光刻机工作原理图20图36：光刻机光源及图形技术演进

5、20图37:2020年全球半导体晶圆制造光刻机份额占比21图38：2020年全球球晶圆前道制造光刻机市场份额21图39：2021年ASML营收拆分22图40:2021年ASML光刻机出货量拆分22图41：ASML研发费用及研发费用率22图42：上海微电子IC光刻机系列23图43：旋转涂布光刻胶示意图24图44：显影示意图24图45：2013-2023年全球前道涂胶显影身背销售额24图46：2020年全球球晶圆前道制造涂胶显影机市场份额24图47：KS-C30012寸集束型涂胶显影机25图48：KS-FT200/300系列堆叠式高产能前道涂胶显影机25图49：半导体刻蚀示意图25图50：刻蚀工艺

6、区分26图51：电容性等离子体刻蚀反应腔27图52:电感性等离体刻蚀反应腔27图53:10nm工艺多重模板工艺原理27图56：全球前道集成电路制造刻蚀设备市场份额28图51：中微公司刻蚀机产品29图52:北方华创12寸刻蚀机产品29图59：PVD、CVD及ALD成膜效果30图60：CVD设备分类30图61：APCVD沉积过程示意图31图62:LPCVD沉积示意图31图63：PECVD沉积过程示意图32图64：ALD技术及应用32图65：PVD溅射工艺示意图32图66：全球薄膜沉积设备市场规模及预测33图67：全球前道薄膜沉积设备市场结构33图68：全球前道薄膜沉积设备市场份额34图69：全球前

7、道PECVD设备市场份额34图70：全球前道ALD设备市场份额34图71：全球前道PVD溅射设备市场份额34图72:北方华创部分薄膜沉积设备35图73：全球前道PVD溅射设备市场份额35图74：半导体清洗贯穿各工艺环节35图75：半导体清洗类别36图76：主要湿法清洗设备比较37图77：全球前道单片清洗设备市场份额37图78：全球前道槽式清洗设备市场份额37图79：CMP抛光模块示意图和作业原理图39图80:2020年全球前道CMP设备市场份额39图81：华海清科12寸CMP设备40图82:华海清科8寸CMP设备40图83：离子注入示意图40图87：离子注入机结构图41图88：离子注入机工作原

8、理图41图86：离子注入机类型（按能量高低）42图87：离子注入机类型（按束流大小）42图88：2019-2020年全球晶圆前道制造离子注入机市场规模42图89：2020年全球球晶圆前道制造离子注入机市场份额43图90：应用材料半导体离子注入机类型43图91:应用材料半导体离子注入机产品线43图92:FinFET离子注入工艺43图93:凯世通iStellar-500S大束流离子注入机44图94:热处理设备主要应用的工艺步骤44图95：应用材料VANTAGERADIANCEPLUSRTP45图96:应用材料VANTAGEVULCANRTP45图97:热处理设备主要应用的工艺步骤46图98:屹唐H

9、eliosRTP设备46图99:屹唐Millios毫秒级退火设备46表1：全球前道工艺设备公司排名7表2：主要晶圆代工厂12寸成熟制程扩产计划13表3：光刻机曝光光源、设备类型发展沿革20表4:2020年全球半导体光刻机出货量21表5：湿法刻蚀和干法刻蚀对比26表6:半导体制造工艺中污染物种类、来源及主要危害36表7：盛美上海集成电路设备产品线38表8：离子注入法对比热扩散法优势41表9：前道设备公司对比47前道半导体设备：半导体制造核心工艺设备半导体制造分为前道工艺(FrontEnd)和后道工艺(BackEnd)其中前道工艺指在晶圆上形成器件的工艺过程，也称晶圆制造,后道工艺指将晶圆上的器件

10、分离，封装的工艺过程。当前半导体产业界IDM(垂直整合)和“fabless+foundry+OSAT”分工两大模式中，IDM和foundry具备前道T艺生产线，其中头部代表企业如IDM英特尔、三星、海力土、美光、德州仪潜,foundry如台积电、联电、格罗方德、中芯国际、华虹半导体等。图2:全球前25大半导体企业资料来源：各公司官网，国信证券经济研究所整理图1:集成电路产业链分工模式及代表企业u/a1114Sv 111 w n u u M u-u ny.*J / J uBMtsltuUH:r:7。uuL一 .n“un,em s eg 翳 m m，小imhIMt，BLOTHiHnoMMMiUJM

11、必刈AMAaK3mmOtU$，I; *4 1*rUl(*，Wmu Cmbmi rum cM4 t - , w iti *Wrr-n MMfM 2 VMM 1awnwirwjiiwJWlrvMWi资料来源:ICInsights,国信证券经济研究所整理前道制造工艺通过物理、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。前道工艺共有七大工艺步骤，分别为氧化/扩散(ThermalProcess)、光刻(Photo-lithography刻蚀(Etch)、离了注入(IonImplant)、薄膜生长(DielectricandMetalDeposition)、清洗与抛光(Cle

12、an&CMP)、金属化(Metalization),通过循环重看上述工艺，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和密度随之提升，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。图3：前道晶圆制造主要工艺前道设备为投资重点，供给端高度集中于美、日、欧头部厂商半导体前道制造设备是半导体制造设备的投资重点。根据半导体制造中前道工艺（晶圆制造）和后道工艺（封装测试）之分，应用于集成电路领域的设备通常可分为前道工艺设备和后道工艺设备两大类，其中前道设备市场占半导体设备主要市场份额，根据SEMI数据，2020年全球晶圆制造（前道）设备市场

13、占比为86.1%,后道封装及测试设备分占5.4%和8.5%,预计2021-2023年该比重也将维持在86%左右。图4:晶圆制造设备（前道设备）占半导体设备超85%份额晶圆制造设备封装设备测试设备资料来源:SEMI,国信证券经济研究所整理薄膜生长、刻蚀和光刻设备为半导体前道制造核心设备，其市场规模最大。对应主要工艺，半导体前道设备主要包括氧化/扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、机械抛光设备等，其中光刻、刻蚀和薄膜生长设备市场规模最大。根据Gartner数据，2020年全球半导体前道薄膜生长、刻蚀和光刻设备市场规模分别为139.2亿美元、刻6.9亿美元和135.4亿美元，分别以21.5%、21.1%和分.9%市占率位居前三。图5:前道设备分类及市场规模资料来源:Gartner,盛美上海招股书，国信证券经济研究所整理全球半导体前道设备由美、日、欧企业主导供给端，中国厂商市场占比较低。根据Gartner数据，2020年前十大前道半导体设备厂商中3家来自美国，总计市占率40%；4家来自日本，市占率19.5%；荷兰的ASML由于其在浸润式DUV光刻机及EUV垄断地位，以18.1%市场份额占据全球第二。中国主要前道半导体设备厂商北方华创、屹唐旗下Mattson,中微公司和盛美总计仅占全球1.5%市场份额。表1:全球前