半导体设备行业发展现状、竞争格局分析
思瀚产业研究院    2024-07-02

（1）半导体设备定义及分类

半导体设备主要应用于集成电路的制造和封测环节，可细分为晶圆制造设备（前道设备）和封装、测试设备（后道设备）。前道工艺共有七大工艺板块，其中光刻、刻蚀和薄膜沉积是芯片制造过程中前道工艺的三大核心工艺，相应的设备直接影响芯片的制程工艺。

随着芯片制程工艺逐渐向高密集度方向发展，芯片上集成的器件和芯片设计的复杂程度相应上升，且制造过程中各工艺环节需反复循环多遍，因此对半导体设备的需求将进一步扩大。

（2）半导体设备与芯片制程节点演

进随着制程工艺技术的不断进步，集成电路的技术节点已从上世纪 80 年代的1μm 逐渐发展至现如今的 7nm、5nm 乃至 3nm。随着特征尺寸的不断缩小，集成电路制造工艺对硅片表面微粗糙度、硅单晶缺陷、晶体原生缺陷、金属杂质、表面颗粒尺寸和数量等直接影响产品良品率和性能的技术指标要求更加严格。

特征尺寸的不断缩小对生产技术与制造工艺提出了更高的要求，致使制造过程愈为复杂，制造成本呈显著上升的趋势。

影响关键制程的半导体设备主要有光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等，例如价格昂贵的极紫外光刻机（EUV）、5nm 刻蚀设备等。此外，芯片制造过程还引入了多重模板工艺（即多重刻蚀工艺和薄膜沉积工艺）以实现更小的线宽，意味着晶圆制造厂商在先进设备上的投入将呈大幅上升趋势。

（3）全球及中国半导体设备销售额及预测

全球半导体设备行业随下游终端产品景气度每隔 3-4 年会呈周期性变动趋势。当下游终端产品技术迭代更新，激增的需求将带动资本向上游晶圆厂涌入，推动全球晶圆厂持续扩产。与此同时，随着技术节点的不断缩小，半导体设备投资呈大幅上升的趋势，成为半导体设备销售额增长的主要驱动力之一。

2022年全球半导体设备销售额为 1,076 亿美元，同比增长 15%，预计 2027 年销售额将达到 1,408 亿美元，期间年复合增长率为 5.5%。全球半导体设备行业已进入景气周期，随着主流晶圆厂商产能逐渐释放，行业增速将放缓。作为全球最大的半导体市场，中国大陆半导体设备销售额增速远高于全球市场。2022 年中国大陆半导体设备销售额为 283 亿美元，占全球半导体设备销售的 26.3%。

预计 2027 年销售额将达到 498 亿美元，期间年复合增长率为12%。光刻、刻蚀和薄膜沉积是前道工艺的三大核心工艺，相应的光刻设备、刻蚀设备和薄膜沉积设备占晶圆制造设备销售额的 70%至 80%，未来核心设备国产化是中国实现半导体产业国产化替代的关键因素。

（4）半导体设备行业产业链分析

半导体设备产业链上游为零部件制造行业，零部件包括光学镜头、射频电源、真空泵、气体流量计、腔体零部件等，精密的零部件产品有助于半导体设备的稳定性和可靠性。随着制程节点的不断减小，半导体设备对零部件的技术工艺要求持续提高。半导体设备产业链中游为半导体设备厂商。

境外半导体设备厂商发展起步较早，凭借其较为先进的技术在各自相应领域形成高度垄断局面，如 ASML、AMAT、TEL、LAM 等。中国半导体设备厂商在部分领域如刻蚀机，已追赶上国际先进水平，设备产品已通过下游头部晶圆制造厂商的验证。近些年，在半导体行业供应链不确定性因素增多的情况下，世界各国开始寻求完善本土产业链。预计全球部分地区半导体设备行业将呈现区域化趋势，从依赖于全球化供应链，逐渐实现部分设备供应自主化。

（5）半导体设备行业格局

半导体设备包括前道工艺设备和后道工艺设备，前道工艺设备为晶圆制造设备；后道工艺设备主要包括封装设备和测试设备。根据 SEMI 数据，2020 年全球市场前道工艺（晶圆制造）设备销售额 586.7 亿美元，销售占比超过 80%。分而述之，前道工艺设备中光刻设备、刻蚀设备和薄膜沉积设备占比最大，合计占比 66%；后道工艺设备中，封装设备占比约 5%，测试设备占比约 8%，单晶炉等其他设备占比约 4%。其中与发行人业务相关的刻蚀设备、薄膜沉积设备、热处理设备的市场占比分别为 17%、24%、2%，合计占比 43%（在晶圆制造设备占比约 52%）。

①刻蚀机设备行业概况

根据刻蚀方法不同，刻蚀主要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。干法刻蚀是目前主流的刻蚀技术（市场份额约为 90%），其中以等离子体干法刻蚀为主导。按照被刻蚀的材料类型来划分，干法刻蚀主要分成三种：金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。根据产生等离子体方法的不同，干法刻蚀主要分为电容耦合等离子体刻蚀（CCP）和电感耦合等离子体刻蚀（ICP）。

根据 Gartner 数据，2020 年全球干法刻蚀设备市场规模为 136.89 亿美元，预计 2025 年全球市场规模将增至 181.85 亿美元，年复合增长率达 5.84%。硅环等刻蚀设备用硅部件产品的市场规模也随之受益。

根据 Gartner 数据，LAM、TEL、AMAT 三家占全球干法刻蚀设备的份额分别为 46.71%、26.57%、16.96%，合计 90.24%，行业集中度高。此外我国中微公司、北方华创、屹唐半导体等发展较快，在刻蚀设备领域的市场份额逐步扩大。上述刻蚀设备供应商并不直接生产刻蚀设备用硅部件，通常委托通过其认证的硅部件制造商生产与其刻蚀设备相配套且满足特定工艺要求的产品，并销售给下游芯片制造厂商，该类硅部件为原厂（认证）品。

②薄膜沉积设备行业概况

根据工作原理不同，薄膜沉积工艺可分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）三大类。根据 Maximize Market Research 数据，全球薄膜沉积设备整体规模稳定增长，2017 年为 125 亿美元，2020 年为 172 亿美元，受益于 Foundry 厂、存储、AMOLED 以及太阳能电站等需求的增加，预计到 2025 年将达到 340 亿美元。

分类型来看，CVD 设备应用最广，占比 57%；其次是 PVD，占比为 25%；ALD 及其他镀膜设备占比 18%。根据 Gartner 数据，CVD 设备中，LPCVD 占比为 11%，随着芯片制造堆叠层数的增加，LPCVD 的应用占比有望持续上升。在全球 CVD 设备市场中，AMAT 占比 30%，LAM 占比 21%，TEL 占比 19%，三大厂商占据了 70%的市场份额。

③ 热处理设备行业概况

根据 Gartner 数据，2020 年全球热处理设备市场规模 15.37 亿美元，其中快速热处理设备 7.19 亿美元，占比 46.8%，氧化/扩散炉 5.52 亿美元，占比35.9%，栅极堆叠设备 2.66 亿美元，占比 17.3%。预计未来将保持稳定增长，2025 年规模将达到 19.91 亿美元，复合增长率为 5.3%。热处理市场几乎由 AMAT、TEL 和 KE 三家垄断，份额占比分别为 40%、20%、19%。

（6）半导体零部件行业定义及分类

半导体零部件指的是在材料、结构、工艺、精度和品质、稳定性及可靠性等性能方面符合半导体设备技术要求的零部件，如 O-Ring 密封圈、精密轴承、射频电源、静电吸盘、MFC 流量计、石英件、硅及碳化硅件等。半导体零部件对半导体设备的核心构成、性能和成本起到决定性作用，是决定半导体设备产业发展水平的关键因素。按照主要材料和使用功能，半导体零部件可以分为十二大类：硅及碳化硅件、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。

以盾源聚芯主要生产的腔体零部件为例，同类产品（如电极、晶舟）在不同产线和（或）不同厂商的半导体设备中均存在设计和结构上的细微差别，因此常以定制化方式进行加工生产。此外，腔体零部件还需经过长时间验证，才能获得下游设备厂商和晶圆制造厂的认证。

（7）半导体零部件行业市场规模及竞争格局

①半导体零部件行业市场规模

半导体零部件是半导体全产业链的基石，核心零部件直接影响设备的制造工艺水平。半导体核心零部件与半导体原材料相似，尽管在半导体产业市场规模中仅占很小的一部分，却很大程度影响了集成电路制造的整体技术工艺水平。2018 年至 2022 年，全球半导体零部件市场规模由 184 亿美元增至 350 亿美元，期间年复合增长率为 17.5%。

未来，随着 5G、物联网、人工智能、新能源汽车等新技术和新产品的应用，以及制程节点缩小带来的工艺技术提高，将带来庞大的半导体设备市场需求，从而推动全球半导体零部件市场发展。预计至 2027 年，全球半导体零部件市场规模将扩大至 518 亿美元。

②半导体零部件行业竞争格局

全球半导体零部件行业集中度高，龙头企业占据主要市场份额。在全球 44家主要核心零部件产品供应商中，美国和日本供应商共有 36 家。根据全球主要企业半导体零部件企业（不含光刻机零部件）的收入统计，美国和日本半导体零部件企业的合计收入占比超 75%，主要企业有 KYOCERA、Edwards、UCT、MKS 和 Ichor 等。

更多行业研究分析请参考思瀚产业研究院《2023-2028年中国铝塑膜行业市场现状及投资战略研究咨询报告》，同时思瀚产业研究院亦提供行研报告、可研报告、产业规划、园区规划、商业计划书、专项调研、建筑设计、境外投资报告等相关咨询服务方案。