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报告摘要

半导体设备行业深度：新一轮景气周期，大国重器替代正当时

核心内容

半导体设备是芯片制造上游核心支柱，约占新建晶圆厂总投资的 $75 - 80%$。2020年全球半导体设备市场规模为711.9亿美元，同比增长 $19.1%$。2021年全球市场规模预计将达到953亿美元，同比增长 $33.9%$；2022年预计达到1013亿美元，同比增长 $6.3%$。晶圆制造设备占比约 $82%$，是行业最核心的一环，其中光刻设备、刻蚀机和薄膜沉积设备占比最大。

主要观点

行业规模稳步上升：2005-2020年，全球半导体设备市场规模由328.8亿美元增长至711.9亿美元，晶圆制造设备占比持续提升。
全球市场集中度高：美国、荷兰和日本厂商占据全球半导体设备市场 $80.4%$，其中美国应用材料、阿斯麦和泛林半导体分别占据 $17.7%$、$16.7%$ 和 $12.9%$。
国产替代空间大：中国大陆已成为全球最大半导体设备市场，但国产化率不足 $20%$，存在较大替代空间。国内厂商如晶盛机电、中微公司、北方华创等已实现技术突破和市场布局。
新一轮景气周期开启：在政策支持、资金投入、产能转移和Capex提升等因素推动下，半导体设备行业进入新一轮增长周期。

关键信息

1. 半导体设备分类与作用

硅片制造设备：包括单晶炉、滚磨机、切片机、研磨机、抛光机等，其中晶盛机电已实现8-12英寸设备的批量销售。
晶圆制造设备（前道设备）：主要包括热处理、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、清洗、抛光等，其中光刻设备是核心，2020年市场规模约151亿美元。
封装测试设备（后道设备）：包括封装设备和测试设备，2020年市场规模约99亿美元，测试设备国内厂商如长川科技、华峰测控已有所突破。

2. 全球市场格局

光刻设备：由阿斯麦（ASML）、尼康（Nikon）、佳能（Canon）主导，其中ASML占全球市场 $62%$，其EUV光刻机为全球唯一供应商，每台价值超1.45亿欧元。
刻蚀设备：干法刻蚀占 $90%$，主要由泛林半导体、东京电子、应用材料等主导，中微公司已实现5nm工艺水平，处于国际一流水平。
薄膜沉积设备：ALD是未来趋势，北方华创与拓荆科技在该领域积极布局。
离子注入设备：美国厂商占据 $90%$ 市场，国内厂商如盛美股份、屹唐股份正在追赶。
测试设备：国外厂商如爱德万、泰瑞达主导，国内厂商长川科技、华峰测控正在崛起。

3. 国内厂商进展

晶盛机电：实现8-12英寸硅片制造设备的全覆盖，12英寸设备已实现批量销售。
中微公司：刻蚀机已达到5nm工艺水平，是全球领先的干法刻蚀设备供应商。
北方华创：在刻蚀、薄膜沉积等环节实现突破，14nm硅刻蚀机已进入主流芯片代工厂。
长川科技：在测试设备领域有所突破，成为国内重点布局的厂商之一。

4. 行业前景

全球产能向中国转移：SEMI预计2021-2022年中国大陆将新建8个晶圆厂，占全球新增数量的 $28%$。
北美半导体设备支出创新高：2021年6月北美半导体设备制造商出货金额达36.7亿美元，同比增长 $58.4%$。
全球Capex提升：2021年全球晶圆厂Capex预计达1270亿美元，同比增长 $13%$。

投资建议

关注重点企业：晶盛机电、中微公司、北方华创、长川科技等。
投资观点：看好半导体设备行业未来发展前景，认为在中美贸易战背景下，国产替代将成为产业共识，未来有望加快验证和导入晶圆厂。

风险提示

下游需求不及预期：消费电子、新能源车等下游需求可能低于预期。
晶圆厂扩产不及预期：全球晶圆厂扩产和Capex可能未达预期。
全球疫情加剧：疫情可能对半导体设备行业造成负面影响。

图表目录

图表1：IC工艺流程及对应半导体设备
图表2：半导体设备对信息产业有成百上千倍的放大作用
图表3：全球各个国家地区半导体设备销售额（亿美元）
图表4：全球各类半导体设备销售额（亿美元）
图表5：2020年全球半导体前道后道设备占比
图表6：2020年全球半导体设备厂商Top15
图表7：2020年全球半导体设备公司市占率
图表8：2019年中国半导体设备五强
图表9：直拉单晶拉制过程
图表10：区熔单晶拉制过程
图表11：晶盛机电部分产品
图表12：半导体硅片主要生产设备及厂商
图表13：全球晶圆制造设备销售额
图表14：光刻工艺流程
图表15：光刻曝光前后对比
图表16：曝光过程
图表17：光刻机工作原理
图表18：光刻系统3项关键技术
图表19：光刻机产业链
图表20：光刻机产业链上游
图表21：ASML光刻机主要供应商
图表22：光刻机产业链上游国内代表性企业
图表23：光刻机分类
图表24：光刻机发展历程
图表25：EUV光刻机（TWINSCANNXE:3400B）
图表26：DUV光刻机（TWINSCANNXT:2000i）
图表27：2016-2020年全球光刻机销量
图表28：2019-2020年光刻机前三销量
图表29：2020年光刻机销量占比
图表30：2020年光刻机销售额占比
图表31：全球IC前道光刻机销量
图表32：全球IC前道光刻机销售额
图表33：2020年全球IC前道光刻机销量占比
图表34：2020年全球IC前道光刻机销售额占比
图表35：上海微电子IC前道制造600系列光刻机
图表36：上海微电子IC前道制造600系列光刻机主要技术参数
图表37：2013-2023年全球前道涂胶显影设备销售额
图表38：2015-2023年全球后道涂胶显影设备销售额
图表39：全球涂胶显影设备市场格局
图表40：中国涂胶显影设备市场格局
图表41：全球集成电路制造干法去胶设备市场规模
图表42：2020年全球干法去胶设备市场格局
图表43：刻蚀工艺流程
图表44：刻蚀机产业链
图表45：刻蚀机上游
图表46：干法和湿法刻蚀对比
图表47：电容性等离子体刻蚀反应腔
图表48：电感性等离子体刻蚀反应腔
图表49：三种刻蚀设备原理及占比
图表50：全球刻蚀设备市场规模
图表51：全球干法刻蚀设备市场格局
图表52：不同工艺刻蚀次数
图表53：10nm多重模板工艺多次刻蚀
图表54：2D NAND及3D NAND
图表55：3种薄膜沉积方法对比
图表56：PVD原理
图表57：CVD原理
图表58：ALD原理
图表59：2017-2025年全球薄膜沉积市场规模
图表60：2019年全球半导体薄膜沉积设备市占率
图表61：2019年全球CVD设备厂商市占率
图表62：2019年全球PVD设备厂商市占率
图表63：2019年全球ALD设备厂商市占率
图表64：中国薄膜沉积设备国产化率
图表65：掺杂工艺对比
图表66：离子注入机产业链
图表67：离子注入机分类
图表68：2013-2019年全球离子注入机市场规模
图表69：2016-2020年中国离子注入机市场规模
图表70：2020年中国离子注入机市场结构
图表71：2016-2020年中国离子注入机产量需求量
图表72：集成电路领域离子注入机市场结构
图表73：全球IC离子注入机市场格局
图表74：热退火修复促进晶格重组示意图
图表75：屹唐股份Helios®系列快速热处理设备
图表76：全球热处理设备市场规模
图表77：全球快速热处理设备（RTP）市场格局
图表78：半导体清洗设备产业链
图表79：湿法清洗主流设备
图表80：2018-2024年全球半导体清洗设备市场规模
图表81：2020年全球半导体清洗设备市场格局
图表82：2019年中国半导体清洗设备招标采购份额
图表83：CMP抛光模块示意图
图表84：CMP抛光作业原理图
图表85：CMP设备产业链
图表86：2012-2019年全球CMP设备市场规模
图表87：2013-2020年中国大陆CMP设备市场规模
图表88：全球CMP设备市场格局
图表89：2019年全球CMP设备分区域市场格局
图表90：2019年华力微电子CMP设备累计招标份额
图表91：中国CMP主要企业
图表92：2006-2020年全球半导体封装设备销售额
图表93：2018年全球半导体封装设备市场格局
图表94：全球半导体后道测试设备销售额
图表95：中国半导体检测设备销售额
图表96：半导体检测设备分类
图表97：2018年中国半导体后道测试设备分类占比
图表98：2020年全球半导体前道量测设备市场格局
图表99：全球半导体测试机市场格局
图表100：2018年中国测试机市场格局
图表101：中国模拟测试机市场格局
图表102：全球及中国主要半导体设备公司产品布局
图表103：芯片制造各工艺环节半导体设备及主要厂商
图表104：国家政策支持
图表105：大基金一期投资的设备公司
图表106：2018年全球不同尺寸晶圆占比
图表107：全球12英寸晶圆厂产能及数量
图表108：全球8英寸晶圆厂产能及数量
图表109：2021-2022年全球新建晶圆厂数量
图表110：最近30个月北美半导体设备支出
图表111：全球Top5厂商资本开支占比
图表112：2020-2021年全球Top5厂商资本开支
图表113：全球半导体资本开支增速与市场规模增速对比
图表114：全球半导体资本开支（十亿美元）

总结

半导体设备行业作为芯片制造的基石，对整个电子信息产业具有巨大的放大作用。随着全球半导体需求的增长和中国产能的转移，半导体设备市场迎来新一轮景气周期。尽管美国、荷兰和日本厂商占据主导地位，但国内厂商如晶盛机电、中微公司、北方华创等正在加速追赶，尤其在刻蚀机、光刻设备等领域取得显著进展。未来，随着国产替代进程的加快，国内半导体设备企业有望在全球市场中占据更大份额。

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