1 全球高景气，晶圆厂积极扩产开启设备向上周期

1.1 前道+后道设备占比达 80%，大陆市场已迅速崛起

芯片制造可分为硅片制造、场效应管制作（前道工序，FEOL）、布线（后道工序，BEOL） 和封测四个环节：

1）硅片制造：上游硅晶圆制造公司生产单晶硅棒并将其切割成硅片，使用 CMP 设备对硅 晶圆进行抛光。中游代工厂收到晶圆后对硅晶圆进行湿洗，保证表面没有杂质，为后续在其上 完成场效应管做好准备。

2）重复多次光刻、刻蚀、沉积，完成场效应管制作：代工厂首先使用 PVD/CVD 设备在晶 圆表面沉积绝缘氧化层，然后使用离心技术涂光刻胶（涂胶）、根据芯片结构图曝光（光刻）， 受到强光照部分的光刻胶会失去其保护功能（显影）。接下来用蚀刻设备蚀刻暴露的氧化层， 抛光后在裸露的硅中注入不同杂质离子（离子注入），使其导电率发生改变，形成 PN 结。重复 该流程多次可完成场效应管的制作。

3）重复多次光刻、刻蚀、沉积，完成布线：在完成场效应管制作后，代工厂使用 PVD/CVD 设备沉积层间绝缘薄膜，抛光后用光刻和蚀刻设备制作导孔，之后再次使用 PVD/CVD 设备沉积 金属层，由此形成一层布线，重复该流程多次可完成芯片电路布线。

4）封测：代工厂使用热处理系统对晶圆进行钝化处理，以提高芯片的电学性能和可靠性， 然后用探针台检测芯片的电气特性是否合格。合格的晶圆经过磨削处理后交由封装厂进行切 割、黏贴（把 IC 贴到 PCB 上）、焊接（IC 的引线焊接到 PCB 上）、模封。最后对成品进行， 检测器件的耐温性、电气特性等。

前道工序+后道工序使用设备价值量最高，从历史数据看，占比接近 80%。在半导体制作 流程中需要用到大量设备，如硅片制造过程需要长晶炉、切割、CMP、清洗等设备；前端工艺 （场效应管的制作）需要 CVD、PVD、涂胶器、光刻机、显影机、蚀刻机、CMP、离子注入设备， 后道工艺（布线）与前道工艺设备相似；封测环节需要用到单晶圆热处理系统、晶圆探针、研 磨机、切割机、芯片焊接机以及终测设备等。前端工艺和后端工序由于“制作难度较高+需重 复多次”，设备价值量在整个工艺流程中最大。而对于存储器件与逻辑器件而言，前道与后道 的设备价值又有所不同：存储器用于存储，需要更多的特殊结构晶体管以及电容，因此前道设备价值占比更高；而逻辑器件用于计算，需要更多布线层并且不需电容，因而后道设备价值占 比更高。

历史看，逻辑、存储交替带动半导体设备销量增长。1996-2001：1996 年 DRAM 泡沫破灭， 此后几年逻辑芯片成为半导体设备的主要增长驱动力。2001-2007： 逻辑芯片由于微缩制程限制，增长有限，因此 NAND Flash 接替成为新增长动力，以东京电子订单为例，期间每季度约有 40%-70%订单来自 DRAM&Flash。2008 年开始，代工厂&逻辑芯 片再次成为主要增长驱动力。2014 年开始，存储周期向上，存储设备占比再次提升。

具体到设备类型，刻蚀、光刻、沉积为市场规模最大的三类。2020 年刻蚀设备、光刻设 备、沉积设备市场空间大小分别为 177、153、142 亿美元，占市场占比分别为 25%、20%、20%。 剩余设备中，用于前道检测、后道检测、封装、清洁、离子注入的市场占比分别为 11%、9%、 6%、4%、2%。

就地域看，全球半导体销售额上涨显著，大陆已成为第一大市场。近年以 来全球的半导体设备总销售额飞速上涨，且美日韩以及中国台湾占据主体的格局，已经中国大 陆打破。伴随中国半导体产业向自主研发迈进，全球半导体设备订单 中来自中国大陆的占比由 2013 年的 10%以下，迅速提升至 2020 年 25%上下，成为第一大市场。

1.2 缺货潮下晶圆厂积极扩产，设备市场规模将有望破千亿美金

疫情打破供给节奏，叠加需求爆发，全球陷入严重缺货潮。2020 年底各类芯片进入缺货 潮且目前暂无缓解迹象，代工厂持续满载下开启扩产周期。部分产品缺货情况历史罕见，车芯片、网络通信芯片都为历史最大缺货潮。部分业内人士曾表示本轮缺货潮为几十年难遇。

全球晶圆厂积极扩产，半导体设备开启向上周期。 2021/2022 年全球预计兴建晶圆厂 19 座、10 座，其中 12 寸厂 22 个、4/6/8 寸厂 7 个，合计产能为 260 万/月(等 效 8 寸)。晶圆厂大规模扩产将拉动 2021 年全球半导体设备市场规模高速增长至 953 亿美金（SEMI 预计 增速为 34%），2022 年有望突破 1000 亿美金，创历史新高。

2 本土晶圆厂积极扩产，设备需求空间巨大

未来五年国内代工厂&存储 IDM 扩产是国内设备的主要需求来源。通过“单位产能所需设备量×扩产量”来计算国内设备需求，此处仅计算主要代工厂&存储 IDM 扩产量。

（1）单位产能所需设备量：这里我们选取几条典型产线，以此计算不同尺寸晶圆、不同 制程产线所需设备量，包括中芯 T2、中芯 T3、台积电 12”（16/14nm）产线。

（2）代工厂&存储 IDM 扩产情况：我们这里统计了未来五年国内主要代工厂及存储 IDM 的 扩产情况，包括中芯国际、华虹集团、粤新集团及长鑫、长存两大存储龙头。

由于设备厂商已不生产 8 寸设备，8 寸产线扩产通常采用旧设备，因此我们测算不包含 8 寸产线所需设备。预计 21 年大陆仅主要代工厂&存储 IDM，在刻蚀/光刻/PVD+CVD 三大环节需要的设备量分别为 1198/182/2254 台。21-25 年，刻蚀/光刻/PVD+CVD 所需设备量 5 年合计值分别为 4513/593/8027 台。

3 低自给率叠加国产化替代进程加快，大陆设备商步入 高增长机遇期

大陆半导体产业历经四个发展阶段，现已步入快速发展期。1957-1975 年为中国半导体起步阶段，部分半导体器件开始了初步的研发；改革开放后至 2000 年间，我国先后建立多条晶圆产线，包括华虹集团成立。2000 年后，在政策的大力支持下，行业进入技术追赶阶段，国内 多家领先企业先后成立，包括 2000 年中芯国际、2001 年七星电子（现北方华创）、2004 年华 为海思、2004 年中微半导体。

而 2006 年启动“02 专项”，更是为我国半导体发展指明了大方 向，以建立 90nm、65nm、45nm、28nm、14nm 等节点完整的供应链为目标。2014 年后，以“国 家集成电路产业投资基金”的成立为标志，我国半导体进入快速发展阶段。其中中芯国际于 2015 年和 2019 年分别实现 28nm 和 14nm 产品的量产，2016 年中国集成电路设计公司的总量 超过 1300 家、2015 年增加 117%，2019 年长江存储和长鑫存储实现了 Nand Flash 和 DRAM 的量产。

大陆各类半导体设备发展成果不断涌现，目前部分厂商收获国际一线订单。2000 年初， 我国开始出现一批半导体设备公司。05-07 年，我国半导体设备初步发展，北方华创和中微分交付其首台刻蚀机。09-12 年，半导体设备成果初现，上海微电子交付第一台光刻机 SSB500/10A；北方华创突破了 PVD 中的溅射源设计技术等关键工艺，生产的 PVD 在国际上 具有竞争力；拓荆科技交付出第一台 CVD 设备 PF-300T 并通过中芯国际验收。16-20 年，设 备发展突破更近一步，上海微电子 90nm 光刻机 SSA600/20 通过验收；中微宣布其生产的 CCP 刻蚀机获得台积电 5nm 以下生产线订单；北方华创多款 ICP 刻蚀机突破 14nm；北方华创收购 Arikon，强化半导体清洗设备生产线。

大陆设备国产化率低，本土厂商已基本实现半导体生产设备全链条覆盖。晶圆生产和测试所用设备种类广，大陆企业已布局多数设备。1）蚀刻设备国产化率<20%：北方华创（硅蚀刻 和金属蚀刻）、中微半导体（等离子体刻蚀）、屹唐半导体（离子体蚀刻）。2）光刻设备国产化率<10%：上海微电子、芯碁微装。3）PVD/CVD 设备国产化率<10%：北方华创（PVD、CVD），沈 阳拓荆（CVD）。4）量测设备国产化率<10%：精测电子、华峰测控、长川科技、上海睿励。5） 清洗设备国产化率<10%：盛美半导体（清洗设备）、纯科技（清洗设备）。6）热处理设备国产 化率<20%：北方华创（氧化、扩散以及退火三环节均有设备）。7）离子注入设备国产化率<10%： 万业企业、中电科电子装备。8）CMP 设备国产化率<10%：华海清科等。

仍有众多生力军在快速发展。行业内仍有多数企业成立时间较短，规模较小，融资轮次多处于 A 轮以及战略投资，处于初级阶段。随着美国对中国半导体行业的技术封锁的加深以及全球半导体产品紧缺的持续，政策支持力度持续加大，资金流入或大幅上涨进而支持企业快速发展，贡献本土设备需求有生力量。

低自给率叠加广阔发展空间，国产设备商迎来快速发展机遇。半导体设备中，体量最大的三个环节为刻蚀设备（2020 年 177 亿美元）、光刻设备（2020 年 153 亿美元）、沉积设备（2020 年 142 亿美元），而各环节国产化率均较低，分别为<20%/<10%/<10%，国产替代空间巨大。从中外设备龙头公司体量来对比，国内龙头与国外龙头相差数十倍：营业收入上大陆企业目前 基本在 10 亿美元以内，而国外龙头已达到百亿美元级别；国内龙头均处于盈利初期，净利润 不过 1 亿美元，而海外龙头净利润在几十亿美元；市值上，国内龙头达到百亿美元级别，而海 外已有市值过千亿美元的龙头。

4 重点企业分析

大陆半导体设备产业在经历依赖国外技术阶段、自主研发阶段后，已步入本土替代阶段。 从市场空间看，大陆已成为全球半导体设备最大需求市场，本土 foundry、存储 IDM 等大规模 扩产将推动市场持续增长。从自给率看，各品种设备自给率普遍低于 10%，少数低于 20%，体自给率水平偏低。我们认为大市场+低自给率，叠加国产替代大趋势，大陆整体半导体设备 板块迎来黄金增长期。

北方华创：大陆半导体设备平台型龙头企业，品类布局广度为大陆之最。公司的前身七星电子成立于 2001 年，并于 2010 年在深交所上市，2016 年与北方微电子战略组后更名为北方华创。公司总部位于北京，并在上海、深圳、德国、美国等多地设立办事处。公司是大陆领先电子制造装备及电子元器件供应商，现拥有半导体装备、真空装备、新 能源锂电装备及精密元器件四个业务板块，2020 年占公司总营收的比例依次为 41%、22%、3% 和 33%，占公司总毛利润的比例依次为 57%、7%、1%和 35%，半导体装备是公司业务的核心增 量。

公司半导体设备包括等离子刻蚀设备（Etch）、物理气相沉积设备（PCD）、化学气相沉积 设备（CVD）、原子层沉积（ALD）、氧化扩散设备、清洗设备、紫外固化设备、气体质量流量控 制器、转移传送设备、辅助设备等，其中多种品类大陆领先。公司已与大陆主要晶圆厂包括中 芯国际、华虹、华力微、长江存储、合肥长鑫等建立深度合作，将有望享受大陆晶圆厂扩产及 设备国产化大趋势红利。

芯源微：大陆涂胶显影龙头企业。公司前身为沈阳芯源先进半导体技术有限公司，于 2002 年 12 月由中科院沈阳自动化研究所发起设立。公司总部位于沈阳，并在苏州、 昆山、武汉、上海等多地设立办事处。公司产品主要包括涂胶显影设备和清洗设备，2020 年占公司总营收比例分别为 72%和 23%，占公司总毛利润的比例分别为 72%和 21%。公司涂胶显 影设备客户包括华力、中芯绍兴、士兰集科、上海积塔、株洲中车、青岛芯恩、中芯宁波、昆 明京东方等大陆主要半导体和面板制造商，Spin Scrubber 清洗设备已达到国际先进水平，已通过中芯国际、上海华力、士兰集成等多客户验证，并获得大陆多家晶圆代工厂批量重复订单。

中微公司：大陆介质刻蚀设备龙头公司。公司成立于 2004 年，创始团队具 备多年行业经历，此前为全球半导体设备第一大供应商应用材料、第三大供应商 lam 等核心技 术人员。公司总部位于上海，并在新加坡、日本、韩国、美国等多地设立分支机构。现 阶段，公司主要包括刻蚀设备和 MOCVD 设备两条产品线，其中刻蚀设备主要聚焦介质刻蚀，为 大陆介质刻蚀设备龙头，MOCVD 设备主要用于 LED 行业，公司亦为该领域大陆龙头。从技术上 看，公司主攻目前行业主流的等离子体干法刻蚀设备，产品在逻辑集成电路制造环节已用于国主流代工厂 65nm 到 5nm 等先进生产线，在 3D NAND 制造环节已应用于本土大客户的 64 层 和 128 层产品线，正在根据客户需求开发新一代能够涵盖 128 层及以上关键刻蚀应用及对应的极高深宽比刻蚀设备，在 DRAM 制造环节，公司正配合本土大客户开发 1Xnm 设备。

华峰测控：大陆半导体测试机龙头。公司成立于 1993 年，是大陆最早研 发、生产和销售半导体测试系统的企业之一，深耕行业近三十年，已成为大陆最大的半导体测 试系统本土供应商，技术指标与国际龙头比肩。公司产品包括测试系统和配件，2020 年占公 司总营收的比例为 93%和 7%，占公司总毛利润的比例为 93%和 7%。公司测试系统产品主要包括 STS8200 和 STS8300，其中 STS8200 测试机为公司核心产品，是用于模拟和分立器件测试的经畅销型号，2018 年新推出 STS8300 测试机用于模拟及数模混合芯片测试，能够测试更高引 脚数和更多工位产品。截止 2020 年底，公司产品累计出货量超过 3500 台。目前，公司核心客 户已覆盖国内外主流封测厂、IC 设计公司、功率分立器件公司，未来将有望受益封测和晶圆 厂扩产，以及本土模拟、功率、数模混合芯片、第三代化合物半导体芯片设计企业的崛起。

芯碁微装：大陆微纳直写光刻龙头。公司成立于 2015 年，聚焦微纳直写光 刻为技术核心的直接成像设备及直写光刻设备。现阶段，公司产品线主要包括 PCB 直接成像设 备及自动化产线、泛半导体直写光刻设备及自动化系统，2020 年占公司总营收的比例分别为 91%和 4%，占公司总毛利润的比例分别为 87%和 4%。公司已积累了大量优质客户，包括 PCB 供应商如宏华胜、健鼎科技、深南电路、景旺电子、胜宏科技等，FPD 供应商如国显光电，及 IC 领域科研单位如中国电子科技集团公司第十一研究所、中科大、中科院半导体所等。

万业企业：收购凯世通和 Compart，布局离子注入设备和气体输送领域。公 司成立于 1991 年，主营房地产业务。2017 年，公司开始转型，以自有资金 10 亿元认购首期 上海半导体装备材料产业投资基金，迈入半导体装备材料领域。2018 年，公司以 3.98 亿元收 购上海凯世通半导体股份有限公司 100%股权，2020 年凯世通定增后万业持股份额变成 69.52%。 凯世通成立于 2009 年，聚焦离子注入设备，创始人为全球离子注入领域专家，曾带领美国团 队成功开发了两代大束流离子注入机，打入 28nm 产线。2020 年，凯世通获得多个不同类型 12 英寸低能大束流离子注入机和高能离子注入机订单，IC 离子注入机产品已进入大陆主流 12晶圆厂验证阶段。此外，公司于 2020 年 12 月牵头境内外投资人以 3.98 亿美元收购 Compart 100%股权，公司间接持股 33.31%，为第一大股东。Compart 是气体输送领域的绝对龙头，总部 位于新加坡，在深圳和马来西亚库林分别设有工厂。

晶盛机电：大陆长晶设备龙头。公司成立于 2006 年，成立之初便专注半导 体材料装备领域，2007 年成功研制国内首台全自动单晶硅生长炉，打破高端单晶炉被海外垄 断的局面，2012 年创业板上市。目前，公司 8 英寸半导体长晶设备及加工设备已实现批量销 售，12 英寸长晶设备、研磨和抛光设备已通过客户验证并实现销售，其他加工设备也陆续进 入客户验证阶段。此外，公司积极布局 SiC 领域，SiC 外延设备已通过客户验证。2020 年，公 司晶体硅生长设备占公司总营收比例为 69%，占公司总毛利润比例分别为 80%。

盛美股份：大陆清洗设备龙头。公司成立于 2005 年，是美国特拉华州 ACMR 在上海投资设立的全资子公司。特拉华州 ACMR 成立于 1998 年，由美籍华人王晖博士牵头清华 校友创立的加利福尼亚州 ACMR 吸收合并重组而成。公司以清洗设备起步，立足自主创新，成 功研发出全球首创的 SAPS、TEBO 兆声波清洗技术和 Taboe 单片槽式组合清洗技术，可用于45nm 及以下技术节点的晶圆清洗领域。现阶段，公司产品线已扩产包括半导体清洗设备、先 进封装湿法设备、半导体电镀设备、立式炉管，2020 年占公司总营收的比例依次为 81%、10%、 5%、1%，占公司总毛利润的比例依次为 83%、8%、3%、0.5%。公司主要客户包括海力士、华虹、 长江存储、中芯国际、合肥长鑫、长电科技、通富微电、上海新昇等国内外半导体主流厂商。

华海清科：大陆 CMP 设备龙头公司。公司成立于 2013 年，董事长及公司高 管、核心技术人员普遍来自于清华大学机械工程系。公司主要产品为化学机械抛光（CMP）设 备，2020 年占公司总营收的比例为 91%，占公司总毛利润的比例为 89%。公司推出了大陆首台 拥有核心自主知识产权的 12 英寸 CMP 设备并实现量产销售，是目前大陆唯一为集成电路制造 商提供12英寸CMP商业机型高端半导体设备制造商。公司所产主流机型已成功填补大陆空白， 打破了国际巨头数十年垄断。截止 2020 年年底，公司 CMP 设备已累计出货 58 台，在手订单 35 台，客户包括中芯国际、长江存储、华虹集团、英特尔、合肥长鑫、厦门联芯、广州粤芯、 上海积塔等海内外主流晶圆厂。

屹唐股份：大陆去胶和热处理设备龙头。公司成立于 2015 年，核心技术来 源于 2016 年收购的美国半导体设备供应商 Mattson Technology Inc.（MTI）。MTI 成立于 1998 年，是全球著名的半导体设备供应商之一。目前，屹唐产品主要包括 12 英寸晶圆厂用干法去 胶设备、快速热处理设备、干法刻蚀设备等，2020 年占公司总营收比例依次为 64%、29%和 7%， 占公司总毛利润比例依次为 43%、52%、5%。干法去胶设备和快速热处理设备主要用于 90nm 到 5nm 逻辑芯片、10nm DRAM、32 层到 128 层 3D NAND 芯片制造产线，两种设备均为全球前三、 大陆龙头。干法刻蚀设备主要用于 65nm 到 5nm 逻辑芯片、10nm DRAM、32 层到 128 层 3D NAND 芯片制造产线。

5 风险提示

（1） 下游代工厂&IDM 扩产不及预期：受中美贸易摩擦影响&疫情下设备交货周期影响，代 工厂&IDM 扩产或存在延后风险。

（2） 设备公司技术进步不及预期：目前我国设备公司仍处于技术追赶期，仍不能满足所有 制程、所有生产环节所需设备，仍需密切跟踪代工厂&IDM 招标情况。

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