一、設備國產化，時不我待！

設備行業空間超 600 億美元。根據 SIA 數據，2018 年全球半導體行業銷售額 4690 億美元，半導體設備銷售額 616 億美元。即使 19 年行業資本開支有所下降，根據 SEMI預測，設備銷售額也將達 530 億美元，半導體設備行業是不折不扣的大行業，大行業誕生大公司，應用材料、拉姆研究、阿斯麥（ASML）、東晶電子等設備巨頭年收入均超百億美元，而目前我國的半導體設備公司收入規模還非常小。

自 2017 年以來，半導體相關產業鏈就成了投資熱點，雖然受智能手機銷量低迷等因素影響，全球半導體景氣周期在 18 年后有所下行，但 5G 和人工智能或將推動半導體景氣度再次上行。而國內半導體設計、制造、設備公司則面臨更大的挑戰和機遇——“核芯”技術的“自主可控”已成為全局戰略的重中之重，中興、華為事件，乃至近期的日本隊韓國半導體材料及設備的出口限制事件，更是讓半導體領域的國產化迫在眉睫。

在產業鏈中，半導體相關設備難度最高，也是我國芯片國產化所面臨的的最大短板，它的自主可控直接決定了我國在未來在國際產業競爭、協商中的話語權。未來，貿易沖突可能從加征關稅升級為技術封鎖，面對日益嚴峻的外部環境，半導體國產化時不我待。

本文主要從半導體市場格局、中國半導體發展現狀、晶圓制備各流程及所需的半導體設備等方面進行介紹，展望半導體國產化的前景和產業鏈相關設備公司。我們認為，自主可控是半導體行業最大的投資邏輯，疊加半導體產業向中國的轉移，看好設備行業長期成長性，重點關注掌握核心技術、在細分領域有突破的國產半導體設備公司。

二、2018 年以來市場低迷，5G 或將拉動新周期

2.1 半導體是電子產品核心元件

電子產品核心元件—半導體。半導體指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間，且導電性可控的材料。常見的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等，硅是各種半導體材料中在商業應用上最具有影響力的一種。由于半導體導電性可控的特性，今日各種電子技術都基于半導體材料來實現。因此幾乎所有電子產品如 PC、消費電子、通信設備等的核心單元都與半導體有著極為密切的關聯，可以說半導體是電子產品的組成核心，承擔了信息的載體和傳輸功能，是整個信息產業的發展基石。

集成電路（IC 電路）占半導體總市場的八成以上，是半導體的主要構成部分，所以通常兩個概念可以互相代替。半導體可以分為四類產品，分別是集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器。美國半導體產業協會（SIA）最新發布的數據顯示，2018 年全球半導體市場規模為 4688 億美元，其中規模最大的是集成電路產品，市場規模達到3933億美元，占半導體總市場的 83%。

集成電路還可以分為微處理器、邏輯電路、模擬電路和存儲器；分立器件可以分為二極管、三極管和電容。

2.2 價格下降景氣度低迷，下半年或有拐點

2018 年下半年行業逐漸進入下行區間。2017 年，DRAM 和 NAND Flash 的價格分別上漲了 44%和 17%，在存儲器價格上升的驅動下，當年半導體市場規模同比增長 20.6%至4086.91 億美元，首破 4000 億美元大關，增速創近七年新高。存儲器對行業的拉升作用一直延續到 2018 年上半年，但進入到下半年，由于產能供給的過剩，內存和閃存開始全面降價，2018 年第四季度， NAND 價格跌 15%，廠商庫存也逼近十年最高水平，為期兩年的存儲芯片熱潮終結，半導體行業逐漸進入下行區間。

眾多半導體行業協會、公司紛紛調低市場收入目標，不過也認為2019 年下半年或觸底反彈。對于 2019 年，各行業協會、咨詢公司和行業龍頭均表達了悲觀預期。SIA 預計，2019 年全球半導體銷售額將比 2018年下降 12.1%；IDC、IC Insights 一致認為今年行業將出現負增長；多家上市公司調低業務預測值和年內資本開支。但這其中也不乏 2019 下半年行業會觸底反彈的觀點，比如IC Insights、應用材料、高通等都預測 2019 年下半年需求將回暖。

2.3 傳統 3C 市場趨于飽和，5G 或拉動新周期

通信設備、計算機和消費電子為半導體最重要的下游行業。IDC 數據顯示，2018 年全球半導體下游應用中，通信、計算機和消費電子為最大的 3 個下游產業，占比分別為67%，16%和 6%。從國內的情況來看，這三個下游行業也是國內集成電路占比最高的領域，2016 年三者占比總和超過 75%，2018 年的結構與 2016 年類似。

智能手機、PC 行業增速放緩，但仍有龐大存量市場。20 世紀 80 年代開啟的 PC 時代推動半導體行業進入快速發展期，深刻改變了半導體行業的產業鏈模式。智能手機時代來臨后，對半導體產品需求量、技術升級要求更上一層樓，半導體行業進入了智能手機+計算機雙驅動的發展模式。從 2012 年開始，全球 PC 銷量連續 6 年小幅下滑，智能手機成為半導體行業發展最大的驅動力，不過全球智能手機出貨量從近年來增幅也逐年收窄，2018 年首度出現下滑。但是智能手機和 PC 市場依舊為半導體行業提供了龐大的存量市場，主導地位暫時無可取代。

汽車電子成為新藍海，有望成為未來半導體應用主要增長點。隨著汽車智能化、車聯網、安全汽車和新能源汽車時代的到來，半導體在汽車中的應用原來越多，從之前簡單應用于汽車內外飾、LED 車燈，已轉向助力包括安全系統、娛樂信息系統、車內網絡、動力系統等汽車其他相關部件發展上，未來汽車半導體市場發展空間還將進一步增加，汽車電子將成為半導體應用的主要增長點。根據中國汽車工業協會等機構發布的數據，到 2020 年全球汽車電子產品市場的產業規模預計將達到 2400 億美元，其中我國汽車電子市場規模將超過 1058 億美元。

5G 賦能 AI 催生新應用，人工智能芯片成長性確定。5G 網絡的高帶寬、高速率、低延時和可靠性緩解了人工智能云端計算時數據傳輸延時的困境，大大提高人工智能實時決策的能力，賦予了人工智能更廣闊的的應用場景。相應的，對人工智能核心的底層硬件AI 芯片的算力需求呈現爆炸性增長。以 AlphaGo 為例，下一盤棋動用了 200 個 GPU和 1000 個 CPU。目前 AI 芯片行業的發展尚處于初級階段，市場成長空間巨大。根據Allied Market Research 的報告，2017 年全球機器學習芯片市場規模約 24 億美元，2025

年這一數字將達到 378 億美元，CAGR 高達 40.8%。

5G 時代，手機芯片迎來結構性成長機會。5G 時代，覆蓋頻帶數大幅增加，終端設備中射頻前端模塊器件數量大幅增加。根據 Skyworks 估算，相較于 4G 手機，5G 手機所需濾波器數量將從 40 只提升到 50 只，功率放大器數量翻倍，開關數量為之前的 2-3倍，天線數量也會成倍提升。5G 下全新的網絡架構和 Massive MIMO 等關鍵技術的實現對設備的射頻器件性能也提出更高要求。從 4G 到 5G，終端射頻系統單價會翻倍增長，射頻器件在手機芯片中所占比重和成本或將超過 SOC。量價齊升，射頻前端芯片市場規模迅速擴張，帶來結構性成長機會。半導體市場有望在 5G 的帶動下回溫，根據SAF 預測，全球半導體營收將在 2020 年恢復，2018-2023 年復合年增長率（CAGR）為 2.0%，2023 年達到 5240 億美元。

三、產業轉移+自主可控，國產半導體增速領跑

3.1 中國或將承接半導體第三次產業轉移

第一次產業轉移：家電行業助力，日本半導體迎來繁榮 20 年。美國是半導體芯片的發源地，美國半導體產業進入成熟階段后逐漸意識生產環節效率不高，于是把半導體裝配產業轉移到日本。日本從對半導體的裝配開始，逐步學習、消化、創新半導體技術。同時新興的家電行業拉升了日本國內對半導體的需求，在家電行業的助力下，日本的半導體行業迅速擴張，東芝、索尼等系統廠商快速成長起來。到 20 世紀 80 年代，PC 產業逐漸興起，帶動了 DRAM 的需求，日本憑借其在家電領域技術的積累以及出色的管理能力，快速實現 DRAM 大規模量產，占領市場的主要地位。這次產業轉移給日本半導

體行業帶來了從 20 世紀 70 年代到 90 年代這 20 年的繁榮。

第二次產業轉移：技術升級+產業鏈分工模式創新，韓國、***半導體行業快速成長。20 世紀 90 年代隨著 PC 產業不斷升級，對 DRAM 存儲技術要求也不斷提升，而當時經濟乏力的日本難以繼續對技術升級和晶圓廠建設的投入。韓國借此時機加大資金對DRAM 的研發技術及產量規模持續投入，確立了在 PC 行業端的半導體龍頭地位。而***則是把握住了美、日半導體的產業由 IDM 模式拆分為 IC 設計公司（Fabless）和晶圓代工廠（Foundry）的時機，重點發展 Foundry 產業，在半導體產業鏈中獲得重要位置。由此產生了半導體的第二次重要轉移，即美、日向韓國和***轉移，同時也造就了三星、海力士、臺積電、日月光等大型半導體廠商

中國或接過產業接力棒，承接第三次半導體產業轉移。中國是全球最大的電子產品制造基地，隨著半導體產業同時邁入后摩爾時代與后 PC 時代，全球半導體市場增速明顯放緩，中國已成為帶動全球半導體市場增長的主要動力。此外我國在過去的二十多年中，憑借低廉的勞動力成本，獲取了部分國外半導體封裝、制造等業務，通過不斷的技術引進和人才培養，已經完成了半導體產業的原始積累。但是目前國內半導體行業技術積累與國外先進水平差距仍然較大，并不能完全滿足國內現階段的需求，根據 IC Insights的數據，2017 年我國集成電路自給率僅為 14%，中國本土代工廠的市場份額在 2018年預計僅為 9.2%。下游需求端的強烈爆發疊加國內集成電路自給率不足加速半導體產業向中國大陸轉移，據 SEMI 預估，2017-2020 年全球 62 座新投產的晶圓廠中有 27座來自中國大陸，2019 年中國大陸的前端晶圓廠產能將增長至全球半導體晶圓廠產能的 16％，2020 年達到 20%。

3.2 貿易摩擦凸顯自主可控重要性，弱化周期、強化成長

3.2.1“缺芯少魂”，中國制造之痛

雖然我國已經成為半導體產品消費的第一大國，但自給率仍然較低，集成電路產品已成為我國最大宗進口商品。過去幾年中，國內 IC 企業雖然實現了較快增長，但是集成電路貿易逆差逐年攀升，2018 年達到 2274 億美元，從 2011 年至今集成電路貿易逆差總額超過 1.2 萬億美元。

我國集成電路產業發展較晚，雖然在部分領域已經形成一定規模，但在高端芯片領域仍幾乎被國外企業控制。從進口結構來看，絕大多數計算機和服務器通用處理器中95%的高端專用芯片，70%以上智能終端處理器以及絕大多數存儲芯片依賴進口。從工藝流程來看，半導體制造要經過晶圓制備→晶圓制造→封裝檢測三個階段，而我國掌握的技術主要集中于技術壁壘相對低的第一和第三階段，在第二階段的制造設備和工藝上的大部分領域還是空白。對高端半導體的依賴導致我國半導體產業整體對進口依賴度較高，2009 年，集成電路已經超過石油成為中國進口金額最大的商品，隨后二者之間互有領先，但總體呈現持續增長的勢頭。

3.2.2 貿易摩擦或升級為技術封鎖，“核芯”受制于人

貿易摩擦加劇，半導體成主戰場。2018 年 4 月 16 日，美國商務部發表公告稱，美政府在未來 7 年內禁止中興通訊向美國企業購買敏感產品，眾所周知，中興從美國進口零部件中最主要的就是芯片；2019 年 5 月 16 日，美國商務部工業與安全局禁止華為從美國企業購買技術或配件；2019 年 5 月 22 日，全球設計巨頭 Arm 斷供華為。我國信息產業深受美國制裁的打擊，半導體自主可控問題被推上風口浪尖。美國是當之無愧的世界半導體之王。根據《確保美國在半導體領域長期領導地位》報告顯示，中國集成電路的進口產品有接近 50%來自美國，中國半導體進口對美國市場的依存度整體不高，但高端產品卻嚴重依賴美國，其中，PVD 設備、檢測設備、離子注入設備和 CMP 設備等半導體制造的核心設備幾乎完全依賴美國。2016 年在中國收入最高的美國公司中，超過一半都是半導體公司。

若貿易摩擦升級為技術封鎖，影響更大。關稅只會影響成交價格，若雙方愿意支付更高的價格，貿易活動仍可繼續，但技術封鎖是對進出口絕對的限制，因此技術封鎖的影響遠遠大于提高關稅。從中興、華為事件可以感受到技術封鎖可能是關稅之后，貿易沖突演變的新趨勢，而一旦真正實施封鎖我國經濟將受到直接沖擊。

芯片自主可控直接決定我國貿易談判話語權。芯片是美國的殺手锏，中國的軟肋，一旦美國政府對華封鎖半導體技術，我國信息產業或將陷入癱瘓。芯片的自主可控直接決定了我國在貿易談判中的話語權和議價力，可以肯定的是，在貿易摩擦的事件催化下國家會加大半導體產業的資金投入和政策傾斜。

3.2.3 政策不斷加碼，為產業保駕護航

中國制造 2025 彰顯國產化決心。針對我國半導體產能不足的問題，2015 年 5 月發布的“中國制造 2025”白皮書中，對芯片的自給率提出了具體要求，分別是要在 2020年達到 20%，2025 年達到 70%?！爸袊圃?2025”重點領域技術路線圖對 IC 制造產業的規劃，產能擴充與先進制程的發展是最重要兩大政策目標。其中在產能擴充上，全大陸晶圓代工月產能規劃由 2015 年 70 萬片 12 寸晶圓擴充至 2025 年 100 萬片，2030年更進一步擴充至 150 萬片。在先進制程發展上，大陸晶圓代工產業將以 2025 年 14納米制程導入量產為目標?！爸袊圃?2025”針對中國先進制造業的頂層設計，關于IC 產業篇幅有限，在其后的十三五規劃，發改高技（2016）1056 號文則明文中央政府將對高性能處理器、FPGA、物聯網與信息安全相關芯片、存儲器、電子設計自動化（EDA）及 IC 設計服務、工業芯片等六大領域的 IC 設計企業給予財稅上的支持，具體如下：

中國大陸 IC 制造產業的發展重點則鎖定新型態 3D 電晶體、下一代顯影技術，及超大尺寸晶圓為發展方向，目標則是希望于 2030 年大陸 IC 制造技術能力能與臺積電、英特爾、三星電子等世界級大廠齊平。

02 專項反映國家戰略，國家集成電路產業投資基金設推動產業爆發。“核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品”是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》所確定的國家十六個科技重大專項之一。而在此基礎上，《極大規模集成電路制造技術及成套工藝》項目，因次序排在國家重大專項所列 16 個重大專項第二位，在行業內被稱為“02 專項”，02 專項是國家對集成電路發展的頂層設計。為解決半導體制造國產化的難題，02 專項全方面的對半導體設備行業進行了扶植，目前很多項目都已經進入了產業化階段。如北方華創的刻蝕設備和 CVD 設備、中電科電子裝備的拋光機與離子注入機、長川科技的測試機與分選機等。

國家集成電路產業投資基金，半導體行業的“大金主”。2014 年 6 月 24 日《國家集成電路產業發展推進綱要》正式發布實施，明確提出設立國家產業投資基金。同年 9 月26 日國家集成電路產業投資基金股份有限公司成立，注冊資本 987.2 億元，公司實際融資 1378 億元，目標是吸引大型企業、金融機構以及社會資金，重點支持集成電路產業發展，實現工業轉型升級，實現自給自足的半導體產業。

目前國家集成電路產業投資基金一期（2014.09~2018.05）已經投資完畢，總投資額為1387 億元人民幣，累計有效投資項目達到 70 個左右，其中集成電路制造 67%，設計17%，封測 10%，裝備材料 6%。實現了產業鏈上的完整布局。

集成電路產業基金二期預計募集規模達 2000 億元，預計撬動的社會資金規模在4500~6000 億左右。半導體行業作為典型的高技術含量的行業，其特點是前期的投資巨大，但是一旦產業進入規模之后，技術壁壘也會相應很高，產業集中度因此很高，通俗來說便是贏者通吃。而現狀是該產業為國外企業所把持，政策方面的持續加碼和真金白銀的投入反映了政府對國家實現集成電路自主可控的渴求，持續的投入下，可以看到相關企業的產品研發和產業化已經給予了前期投資一定的回報。

強化“市場化”方式運營，科創板應運而生。雖然科創板并不是為半導體專門設置的，但在《科創板企業上市推薦指引》明確的保薦機構應重點推薦的七大領域科技創新企業中，半導體集成電路企業位列第一?？苿摪迓涞貙⒓铀賴鴥劝雽w企業上市步伐，有利于改進公司治理、引進核心技術人才，提高具備核心技術的半導體企業的估值，用市場化手段為半導體行業提供資金支持。截止 2019 年 6 月 21 日，共有 11 家半導體企業被受理，接近受理總數的 10%，預計共融資接近 900 億元。7月22日，首批25家科創板企業正式上市交易，其中半導體企業數量達6家，且漲幅領跑整個科創板。漲幅最高的安集微電子漲幅高達400％?？苿摪蹇芍^是是股市的半導體“大基金”。

政策不斷加碼，保證長期擴產需求。理論上，下游需求的景氣首先刺激中游制造廠商擴張產能，進而帶動制造廠商對上游設備的需求。但對于我國半導體行業來說，不斷擴張產能搶占市場份額以實現半導體“安全可控”才是當務之急。強有力的產業政策大大弱化了中國半導體行業的周期性，因此即便目前全球半導體景氣度下行，未來我國半導體行業的投資力度也只會繼續增加不會減少，疊加國產替代廣闊的市場空間，中國半導體產業將逆勢擴張。

四、精雕細琢，半導體設備面面觀

4.1 設備需求主要來自于 IC 制造

集成電路技術是世界最先進技術之一，并以驚人的速度不斷革新，所需設備的“量”和“質”都在不斷提高。集成電路在一塊芯片上的器件數持續增長，所以集成的一個重要挑戰是半導體制造工藝的能力，在可接受的成本條件下改善加工技術，以生產高度集成的甚大規模集成電路芯片。比如可以在一片硅片上同時制作幾十甚至上百個特定的芯片，而一片硅片上芯片數的不同取決于產品的類型和每個芯片的尺寸，芯片尺寸改變取決于在一個芯片集成的水平，所以硅片尺寸要求越來越高。一方面，硅片尺寸的縮小提升了對硅片工藝的要求，另一方面，小硅片也要求在硅片上雕刻集成電路的工藝越來越精細、可靠，半導體行業持續性的創新帶來廣闊的半導體設備市場，本文將沿半導體（集成電路）制備產業鏈梳理相關工序所需的設備，并總結國內國外技術現狀，估計相關設備國內公司面向的市場規模（提升自給率仍是最大的邏輯）。

半導體（集成電路）產業鏈可以分為上游、中游和下游。上游包括制備半導體的材料以及所需設備，中游則是利用設備和原材料進行半導體制備，包括三大塊：IC 設計、IC制造和封測，下游則將集成電路是用于汽車、消費電子等領域。我們聚焦半導體設備，則首先要將眼光落在中游半導體制備環節，這是對半導體設備需求的原動力。

2018 年我國集成電路設計、制造和封測行業產值規模約是 1.4 : 1 : 1.2，其中設計業產值在 2016 年反超封測業。設計業 1999-2016 年年均增長率 45%，2016 年發生了巨大變化，在集成電路產業鏈各環節中，芯片設計業總規模超過制造和封測位列第一（設計占比約 38%），成為第一大產業，長期以來設計業疲弱的情況得到扭轉，產業發生了質的變化，設計業在長三角、珠三角、環渤海和中西部地區分布集中，國內前十大芯片設計企業都是本土企業，幾年來產品自給率增長不少，2012 年僅為 13.3%，而 2016年達到 26.6%，發展強勁，由此也催促 IC 制造和封測行業提升自給率，而制造和封測行業遠比設計依賴設備，因此半導體設備逐步進口替代是重中之重。

為了便于研究 IC 制造和封測行業對設備的需求，可以將封測也并入 IC 制造工序，也就是當芯片封裝測試后才算制造完成，由此可以將廣義的 IC 制造分為三大階段：硅片制備—晶圓制造—晶圓封測。

首先第一階段硅片制備，開采半導體材料并根據半導體標準進行提純。硅片以沙子為原料，通過轉化可以成為具有多晶硅結構的純凈硅，形成帶有特殊電子和結構參數的晶體，之后在晶體生長和晶體準備工藝中，晶體被切割成稱為晶圓的薄片，并進行表面處理。

第二階段晶圓制造，就是在表面形成器件或集成電路。在每個晶圓上通常可形成200-300 個同樣的器件，也可多至幾千個，晶圓制造有幾千個步驟，可以分為兩大主要部分：前段工藝線（FEOL）是晶體管和其他器件在晶圓表面形成的，后端工藝線（BEOL）是以金屬線把器件連在一起并加一層最終保護層。

第三階段晶圓封測，在第二階段晶圓制造后，晶圓上的芯片已經完成，但是仍舊保持晶圓形式并未經測試，因此每個芯片都需要晶圓電測來檢測是否符合客戶要求。隨后進行封裝，是指通過一系列過程把晶圓上的芯片分隔開，然后將它們封裝起來，保護芯片免受污染和外來傷害的作用，并提供堅固耐用的電氣引腳以和電路板或電子產品相連，這個階段最后還有芯片最終測試，因此稱為晶圓封測。

4.2 硅片制備：國產設備大有可為

4.2.1 硅片制備工藝復雜，設備空間值得想象

硅片質量要求越來越高，加工流程也水漲船高，越來越精細。目前集成電路技術早已經邁進線寬工藝小于 0.1 微米的納米電子時代，對硅單晶拋光片的表面加工質量要求愈來愈高，為保證硅拋光片的翹曲度、表面局部平整度、表面粗糙度等具有更高的加工精度，尤其是對大直徑硅拋光片進行更加細致的加工，目前硅片制備主要步驟可以概括為：拉晶-切片-磨片-倒角-刻蝕-拋光-清洗-晶圓測試。

4.2.1.1 拉晶—單晶爐 41億市場

晶體生長：半導體晶圓是從大塊硅錠切割后的結果，而硅錠是從大塊具有多晶結構和未摻雜本征材料生長得來。把多晶塊轉變成一個大單晶，給予正確的定向和適量的 N 型或 P 型摻雜，這就是晶體生長，而晶體生長主要通過三種方法：直拉法、液體掩蓋直拉法和區熔法。采用直拉法（包括液體掩蓋直拉法）的硅單晶約占 85%，其他則采用區熔法，直拉法生長的硅單晶主要用于生產低功率的集成電路和分立元件（如 DRAM、SRAM、ASIC 電路和各種晶體管），更容易獲得高含氧量和大直徑的硅錠，而區熔法生產的硅單晶，成本較高，具有電阻率均勻、氧含量低、金屬污染低等特性，故主要生

產高反壓、大功率的電子元件（如電力整流器、晶閘管、功率集成電路等）。

無論是直拉法還是區熔法，使用的設備均為單晶爐，單晶爐由爐體、熱場、磁場、控制裝置等部件組成，其中控制爐內溫度的熱場和控制晶體生長形狀的磁場是決定單晶爐生產能力的關鍵。單晶爐主要是以進口設備為主，如德國 CGS 公司和美國 KAYEX 的直拉單晶爐都是口碑較好的老牌產品，此外還有德國 PVA、日本 FERROTEC 等，但目前國內已經實現部分單晶爐國產化，8 英寸單晶爐逐步開始國產化，12 寸單晶爐尚無批量供貨，國內的晶盛機電、南京京能、西安理工晶科等是單晶爐先行者。其中晶盛機電承擔的 02 專項“300mm 硅單晶直拉生長設備的開發”、“8 英寸區熔硅單晶爐國產設備研制”兩大項目，均已通過專家組驗收。晶盛的 8 寸直拉單晶爐和區熔單晶爐均已實現了產業化，為中環半導體、有研半導體、環歐半導體、金瑞泓等國內知名半導體硅片生產商累計供應了幾十臺設備。單晶爐投資占硅片制備設備的投資 25%左右，預計到2020 年新增需求為 40.5 億元，是逐漸加快進口替代的設備行業。

4.2.1.2 切片：8 億市場

晶體生長之后變進入晶圓準備環節，第一步是硅切片加工。硅切片加工的目的在于將硅錠切成一定厚度的薄晶片，切后的參數如晶向偏離度、TTV 等精度對后道工序的加工（如研磨、刻蝕和拋光等）起直接作用，主要包括切去兩端、硅片定位、精準切割等步驟，切割通常有外圓、內圓和線切割三種方式，小直徑硅錠多采用內圓切片機加工，而線切割工藝則具有更高的加工精度和更小的切口材料損耗，目前大于 200mm 的硅錠均采用線切割系統。以加工直徑 200mm 硅單晶為例，切片厚度為 800 微米，每千克單晶出片約為 13.4 片，切割成本每片約 1.51 美元，線切割機的產量是內圓切割機的 5 倍以上、線切割機的切割運行成本可低于內圓切割機運行成本 20%以上。

切片工序主要應用的設備包括切割機、滾圓機、截斷機等。由于精度要求高，國內和國外技術差別較大，因而目前以進口設備為主，主要有日本的東京精密、齊藤精機、瑞士HCT、M&B 等，國內的晶盛機電在 2018 年展成功推出 6-12 英寸半導體級的單晶硅滾圓機、單晶硅截斷機，中電科 45 所能提供部分切片機產品。切片設備占硅片制備設備的投資 5%左右，預計到 2020 年我國新增需求為 8.1 億，也是繼續進口替代的行業。

4.2.1.3 磨片：幾乎完全進口

半導體晶圓的表面要光滑規則，并且沒有切割損傷，完全平整，因此需要磨片處理。要求來自于很小尺寸制造器件的表面和次表層面，平整度是小尺寸圖案絕對必要條件，先進的光刻工藝把所需的圖案投影到晶圓表面，如果表面不平，投影將會扭曲。而平整則需要磨片，是一個傳統的磨料研磨工藝，精調到半導體使用的要求。主要包括雙面磨削（直徑小于 300mm）和表面磨削（直徑大于 300mm），雙面磨削加工損耗較大，而表面磨削損耗較小。

磨片步驟使用的設備為研磨系統，和切片設備一樣，幾乎完全是進口。國外品牌包括日本 KoYo、NTC、Okamoto 和德國 Peter Wolters 等，國內無相應產品，占硅片設備投資 5%左右，到 2020 年新增需求 8.1 億。

4.2.1.4 倒角設備

倒角是要消除硅片邊緣表面由于經切割加工后產生的棱角、毛刺、崩邊、裂縫或其他缺陷和各種邊緣表面污染，從而降低硅片邊緣表面的粗糙度，增加硅片邊緣表面的機械強度，減少顆粒的表面玷污。主要使用的設備是倒角機，一般分為 T 形磨輪和 R 形磨輪，R 形磨輪比 T 形磨輪加工效率高 30%作用，倒角機系統仍然是國外壟斷，日本 TSK、日立，德國博世等技術領先，占硅片制備設備投資 5%左右，預計到 2020 年我國新增市場空間為 8.1 億。

4.2.1.5 刻蝕機（硅片制備環境）16 億市場

硅刻蝕是一種化學腐蝕工藝，包括酸腐蝕和堿腐蝕。硅晶片在經過切片、研磨等機械加工后，表面因機械加工應力而形成有一定深度的機械應力損傷層，而且硅片表面有金屬離子等雜質污染，通常采用化學腐蝕工藝（酸腐蝕或堿腐蝕）來消除這些影響，化學腐蝕的厚度去除總量一般是 30-50 微米，酸腐蝕后硅晶片各個結晶方向會受到均勻的化學腐蝕，速度較快，硅片表面比較光亮，不易吸附雜質，但平坦度差、較難控制，而堿腐蝕雖然速度慢，但硅片表面比較平坦，但又比較粗糙易吸附雜質。

刻蝕流程所采用的設備為刻蝕設備。國外產品包括美國 SEMITOOL、德國 RENA 等，國內逐漸開始進口替代，主要以北方華創（等離子硅刻蝕機）和中微半導體（等離子介質刻蝕機）為主，刻蝕設備占硅片設備投資 10%左右，未來兩年共 16.3 億市場。

4.2.1.6 拋光：CMP 設備 40 億市場

拋光目的在于去除前序切片、研磨等殘留的微缺陷及表面應力損傷層和去除表面的各種金屬離子等雜志污染，以求獲得硅片表面局部平整、表面粗糙度極低的潔凈、光亮“鏡面”，滿足制備各種微電子器件對硅片的技術要求。流程包括粗拋、細拋、精拋和最終拋光，值得注意的是，硅片表面的化學機械拋光 CMP 技術和 IC 制備工藝中的晶片表面平坦化 CMP 是兩種不同的拋光工藝，兩者在拋光對象、拋光布、拋光液、拋光壓力、轉速等方面均有較大差別。

目前國內仍以國外設備為主，但已經開始了國產化進程。國內晶盛機電率先取得突破，2018年成功研發出 6-8 英寸的全自動硅片拋光機，未來有望將產品拓展至 12 英寸拋光設備。國外以美國 Revasum、日本 Speed Bfam、KOVAX，荷蘭 ASML 等為主，占硅片制備設備投資約 25%，預計到 2020 年共 40.5 億市場。

4.2.1.7 清洗設備-約占硅片設備 10%

硅片經過不同工序加工后，表面已經收到嚴重污染，硅片清潔的目的在于清除表面的微粒、金屬離子及有機物沾污等。一般先通過強氧化劑使“電鍍”附著到硅表面的金屬離子氧化成金屬，溶解在清洗液或者附在硅片上，然后用小直徑正離子替代吸附在硅片表面的金屬離子，使之溶解在清洗液中，最后用大量去離子水進行超聲波清洗，以排除溶液中的金屬離子。

清洗設備目前國內已經開始進口替代，但高端市場仍被國外壟斷。北方華創、盛美半導體、至純科技為國內清洗設備“三劍客”，其中盛美半導體是國內唯一跨入 14nm 產線驗證的清洗設備廠商，技術上已經具備國際競爭力。但高端市場仍被全球半導體晶圓清洗設備市場的前三名廠商 LamResearch、東京電子和 DNS 壟斷，在 2015 年占據市場87.7%的份額。清洗設備占硅片制備設備投資約 10%，預計到 2020 年共 16.2 億市場。

4.2.1.8 晶圓檢測：檢測設備 24 億市場

晶圓檢測主要是對表面缺陷檢測。硅單晶、拋光片的電學、物理和化學等性質以及加工精度將直接影響集成電路制備的特性和成品率，為了滿足對硅單晶、拋光片的高要求，必須采用先進的測試方法，對硅單晶的晶向、缺陷、氧含量、碳含量、電阻率、導電型號、少數載流子濃度、等技術參數有效測試，對拋光片表面缺陷（點缺陷、錯位、層錯等），顆粒污染和沾污進行檢測。

檢測設備包括厚度儀、顆粒檢測儀、硅片分選儀等。目前國產設備涉足較少，主要以進口設備為主，包括日本 Advantest、美國 MTI 等公司，檢測設備占硅片制備設備投資約15%，預期未來兩年共 24.3 億市場。

4.2.2 硅片供不應求，設備國產化正當時

供給端—全球硅片出貨量維持高位。硅片是半導體芯片制備的基礎原材料，目前 90%以上的芯片和傳感器是基于半導體單晶硅片制造而成，2018 年我國硅片占晶圓廠制造材料的總比重高達 30%，是不可或缺的制備材料，2018 年全球硅片出貨接近 130 億平方英寸，增速 7.81%。

需求端—硅片需求繼續攀升。在經歷了 2018 年硅片需求的高速增長后，盡管 2019 年下游景氣度不佳，但 IHS Markit 估計 2019 年硅片需求仍將繼續增長 3.6%，供應缺口會一直延續到 2022 年。

供需缺口將成常態，國產硅片勢在必行。在市場供不應求和寡頭壟斷的格局下（日本信越、日本SUMCO、***環球晶圓、德國Siltronic、韓國LG Silitron 五大半導體硅片供應商市場規模合計占94%），硅片價格水漲船高，2016-2018 年間硅片價格暴漲40%。

相對于全球晶圓需求缺口增速來說，隨著近年來國產集成電路產業的快速發展，國內的晶圓需求缺口增速更大。面對這一情況，我國只能大幅興建晶圓制造廠，根據 SEMI 統計，過去兩年間，全球新建 17 座 12 寸晶圓制造廠，其中有 10 座位于中國大陸；從 2017 年到 2020 年，預計全球新增半導體產線 62 條，其中 26 條位于中國大陸。晶圓制造廠的大量興建，必然催生硅片制備設備的需求，由此為設備國產化帶來突破契機。

4.2.3 產能供不應求，硅片設備剛需 162 億

硅片制造工序為拉晶—切片—磨片—倒角—刻蝕—拋光—清洗—檢測，其中拉晶、拋光和檢測為硅片制造核心環節，對應設備分別為單晶爐（占整體設備價值量 25%）、CMP拋光機（25%）、檢測設備（15%）。

目前，硅片制造設備主要被日韓、歐美企業壟斷，代表廠商有德國 CGS、日本齊藤精機、KoYo 等。國產設備由于起步較晚，在硅片制造環仍處于發展階段，進口替代市場極大，代表廠商有晶盛機電、北方華創、中微半導體等，其中晶盛機電的 8 英寸單晶爐逐步開始實現國產化替代，12 寸單晶爐開始小批量生產，現已交付上海新昇使用，并在 SEMICON China 2018 展會上推出了滾圓機、截斷機、雙面研磨機、全自動硅片拋光機等新品設備，進一步向硅片制造全制程延伸。

國內需求缺口大，硅片制備迎來“野蠻生長期”，設備投資迎來高峰。根據芯思想研究院的統計數據，2018-2020 年，我國對 8 英寸硅片的需求量將從 90 萬片/月上升至 180萬片/月，新增需求 80 萬片/月。12 英寸硅片的需求量從 60 萬片/月上升到 105 萬片/月，新增需求量 45 萬片/月。假設 8 英寸和 12 英寸每 10 萬片投資額分別為 6 億元和24 億元，潛在新增設備需求為 54 億元和 108 億元，目前我國 4-6 英寸硅片已經完全資產，因此主要設備需求都在 8 英寸和 12 英寸，因此預計 2018-2020 年硅片設備國內新增設備投資額為 162 億元。

4.3 晶圓制造：千億大市場，核心設備國產化刻不容緩

4.3.1 晶圓制造是最復雜且資金投入最多的環節

自硅片開始的晶圓制造是第二階段，硅片經過氧化、沉積、蝕刻及離子注入等步驟反復處理，成為一整套集成電路。晶圓制造就是裸露的硅片到達工廠，然后經過各種清洗、成膜、光刻、刻蝕和摻雜處理，成為永久刻蝕在硅片上的一整套集成電路。具體來說，就是在硅晶圓上制作電路與電子元件（如電晶體、電容體、邏輯閘等），這個步驟為上述各制程中所需技術最復雜且資金投入最多的過程，以微處理器為例，其所需處理步驟可達數百道，而其所需加工機臺先進且昂貴，動輒數千萬美元一臺，其所需制造環境為溫度、濕度與含塵量均需控制的無塵室，雖然詳細的處理程序是隨著產品種類與所使用的技術有關，不過其基本處理步驟通常是晶圓先經過適當的清洗之后，接著進行氧化及沉積，最后進行顯影、蝕刻及離子植入等反覆步驟，以完成晶圓上電路的加工與制作。

4.3.1.1 氧化：氧化爐 20 億美元市場

氧化目的在于生成二氧化硅薄膜。用硅作為原材料的一個重要原因就是硅容易生長出二氧化硅膜層，這樣在半導體上結合一層絕緣材料，再加上二氧化硅的其他特性，使得二氧化硅成為硅器件制造中得到最廣泛應用的薄膜。可以用來處理硅表面，做摻雜阻擋層、表面絕緣層，以及器件中的絕緣部分。半導體二氧化硅是高濃度的，經過特定方法制成，即是在氧化劑及逐漸升溫的條件下，光潔的硅表面生成的，這種工藝稱為熱氧化。二氧化硅層在常壓或高壓條件下才能生長，常壓氧化發生在不必有意控制內部壓力的系統中（也就是大氣壓），目前有兩種常壓技術：管式反應爐和快速氧化系統，也因此有兩種氧化爐：傳統管式反應爐和快速熱處理設備（RTP）。RTP 相對于傳統管式反應爐的區別在于，RTP 甚至可以以每秒 50-100 攝氏度的速率達到 800-1050 攝氏度的工藝溫度，而傳統反應爐需要幾分鐘才可以，相應的也可以迅速冷卻。此外隨著晶圓直徑越來越大，對均勻度的要求也更傾向于采用單片工藝的 RTP。

傳統管式反應爐約占晶圓制造設備投資 5%，RTP 設備約占 2%。我們預計 2019/2020年氧化爐的市場空間為 8.8 億美元、11.93 億美元，RTP 設備市場空間 2.51 億美元、3.41 億美元，并且已經開始進口替代。國外主要廠家有英國 Themco 公司、Centrothermthermal Solutions 公司等，國內北方華創的氧化爐目前已經批量應用于中芯國際、華力微電子、長江存儲等廠商，此外中電科 48 所、青島旭光等也取得重大進展。

4.3.1.2 光刻：光刻機 90 億美元市場

從光刻開始就進入圖形化工藝階段，圖形化工藝是在晶圓內和表面層建立圖形的一系列加工，這些圖形根據集成電路中物理器件的要求來確定其尺寸和位置，是半導體工藝過程中最重要的工序之一。光刻工藝主要有兩個目標，一是在晶圓中和表面產生圖形，這些圖形的尺寸在集成電路或者器件設計階段建立，二是將電路圖形相對于晶圓的晶向及以所有層的部分對準的方式，正確地定位于晶圓上。一種集成電路工藝要求 40 個以上獨立的光刻（或掩模）步驟，圖形定位的要求就好像是一棟建筑物每一層之間所要求的而正確對準，如果每層無法和上一層精確對準將導致整個電路的失效，因此光刻對精度要求非常高，是技術壁壘最高的工藝之一。

光刻工藝和照相、蠟紙印刷比較接近的一種多步驟的圖形轉移過程。開始將一個電路的設計轉化為器件和電路的各個部分的 3 個維度，接下來繪出 X-Y（表面）尺寸、形狀和表面對準的復合圖。然后將復合圖分割成單獨掩模層（一套掩模）。這個電子信息被夾在到圖形發生器中，來自圖形發生器的信息又被用來制造放大掩膜版和光刻掩模版，或者信息可以驅動曝光和對準設備來直接將圖形轉移到晶圓上。

概括而言，圖形轉移是通過兩步完成的。第一次圖形被轉移到光刻膠層，光刻膠類似膠卷上所涂的感光物質，曝光后會導致自身性質和結構的變化，比如負膠會產生聚合現象，即光刻膠被曝光的部分由可溶性物質變成了非溶性物質，反之則成為正膠。第二次圖形轉移是從光刻膠層到晶圓層，當刻蝕劑把晶圓表面沒有被光刻膠蓋住的部分去掉時，圖形轉移就發生了。

具體的轉移過程稱為光刻十步法，第 1 步到第 7 步之間發生了第一次圖形轉移，第 8-第 10 步中圖形被轉移到了晶圓表面層（第二次圖形轉移）。

光刻工藝需要的設備就是光刻機，光刻機根據原理不同可分為三代：第一代（接觸式光刻機、接近式光刻機）、第二代（掃描投影光刻機）、第三代（步進式光刻機、步進掃描式光刻機）。第一代接觸式光刻機屬于 20 世紀 70 年代應用最廣的光刻機，主要用于分立器件產品、小規模（SSI）和中規模（MSI）集成電路，以及大約在 5 微米或者更大的特征圖形尺寸，還可以用于平板顯示、紅外傳感器、器件封裝和多芯片封裝（MCM），但是之所以被取代，主要是由于掩模版與晶圓的接觸帶來的良品率損失。

接近式光刻機屬于接觸式光刻機的加強版，而掃描投影光刻機則屬于第二代，它采用了帶有夾縫的反射鏡系統，夾縫擋住了部分來自光源的光，也就是用掃描技術避免全局掩模曝光投影產生的問題。第三代步進式光刻機原理則是把圖像從掩模版分步曝光到晶圓表面上，帶有一個或幾個芯片圖形的放大掩模版被對準、曝光、然后步進到下一個曝光場，重復這樣的過程，這樣放大掩模版比全局掩模版的質量高，因此產生缺陷的數量就更小，而且每次曝光區域變小，分辨率也得以提高。步進光刻機的難度在于自動對準系統。

目前世界上最大的光刻機制造商是荷蘭 ASML。1984 年 ASML 從飛利浦獨立出來，專門致力于研發光刻技術，得益于近乎完美的德國機械工藝以及世界頂級光學廠商德國蔡司鏡頭，再加上美國提供的光源，ASML 迅速發展，到如今占到了全球光刻機總銷售收入的 80%，其他如尼康則在中低端光刻機領域耕耘，在極紫外光(EUV)領域，目前 ASML處于完全壟斷地位。曾經一臺高端設備賣到了 1 億歐元。荷蘭是全球為數不多擁有完整半導體產業鏈的國家，其半導體產業年收益高達百億歐元以上，全球超過四分之一的半導體設備來自荷蘭。

光刻機這種高精度光機一體化設備，研發過程沒有什么捷徑可走，精度只能一步步提升。沒有一微米的基礎，就不可能造 90 納米的設備，沒有 90 納米的基礎，就不可能造 45納米的設備?，F在 ASML 可以造 10 納米以內精度的設備，也是一步步積累出來的。

除了荷蘭 ASML 外，德國 SUSS、日本尼康、美國 Ultratech 等也具有較強實力。這些年來，國內早就有設備廠商，以及研究機構在對光刻機進行研發。如上海微電子、中電科四十五所、中電科四十八所等。上海微電子，則研發出了中端的投影式光刻機。2016年初，光刻機核心子系統雙工件臺系統樣機研發項目通過內部驗收，為我國自主研發65nm 至 28nm 雙工件干臺式及浸沒式光刻機奠定了基礎。光刻機約占晶圓制造設備投資 30%，預計 2019/2020 年我國光刻機市場空間為 37.68 億美元、51.12 億美元。

4.3.1.3 刻蝕：刻蝕機 35 億美元市場

晶圓完成對準和曝光后，器件或電路的圖案將以曝光和未曝光區域的形式記錄在光刻膠上通過對為聚合光刻膠的化學分解來使圖案顯影。完成顯影后，掩模板就被固定在光刻膠膜上并準備刻蝕，在刻蝕后圖形就會被永久的轉移到晶圓的表層，刻蝕就是通過光刻膠暴露區域來去掉晶圓最表層的工藝，主要分為兩大類：濕法刻蝕和干法刻蝕。

濕法刻蝕是使用液體刻蝕沉浸的技術，晶圓沉浸于裝有刻蝕劑的槽中，經過一定的時間，傳遞到沖洗設備去除殘留的酸，再送到最終清洗臺以沖洗和甩干。相對于干法刻蝕，濕法刻蝕有眾多缺陷，比如局限于 2 微米以上的圖形尺寸、容易導致邊側形成斜坡、要求沖洗和干燥步驟等，因此干法刻蝕被用于先進電路的小特征尺寸精細刻蝕中，并且在刻蝕率、輻射損傷、微粒產生等方面擁有較大優勢，包括等離子體刻蝕、離子銑刻蝕及反應離子刻蝕?？涛g后再通過剝離技術去除光阻層。

刻蝕機約占晶圓制造設備投資 12%，預計 2019/2020 年我國刻蝕機空間為 15.07 億美元、20.45 億美元，行業已經開始進口替代，海外主要是美國應用材料公司、美國泛林等。國內主要是北方華創在硅刻蝕機領域實現了 14nm 的突破，同時也在去年實現了適用于 8 英寸晶圓的金屬刻蝕機的研發和生產，即將登錄科創板的中微半導體的介質刻蝕機自主研發的 5nm 等離子體刻蝕機經臺積電驗證，性能優良，將用于全球首條 5nm制程生產線。

4.3.1.4 拋光：CMP 拋光機 9 億美元市場

化學機械拋光（CMP）兼具有研磨性物質的機械式研磨與酸堿溶液的化學式研磨兩種作用，可以使晶圓表面達到全面性的平坦化，以利后續薄膜沉積之進行。在 CMP 制程的硬設備中，研磨頭被用來將晶圓壓在研磨墊上并帶動晶圓旋轉，至于研磨墊則以相反的方向旋轉。在進行研磨時，由研磨顆粒所構成的研漿會被置于晶圓與研磨墊間。影響CMP 制程的變量包括有：研磨頭所施的壓力與晶圓的平坦度、晶圓與研磨墊的旋轉速度、研漿與研磨顆粒的化學成份、溫度、以及研磨墊的材質與磨損性等，因此對 CMP拋光機質量要求很高。

預計 2019/2020 年拋光機空間 3.77 億美元、5.11 億美元。參與企業有美國應用材料公司、Rtec 公司等，國內有中電科裝備、盛美半導體等。中電科裝備的 8 寸 CMP 設備已經進入中芯國際生產線進行工藝驗證，12 英寸的設備也在研發當中。

4.3.1.5 摻雜和 CVD 沉積：CVD 設備 60 億美元市場

摻雜目的在于形成 PN 結。半導體材料的特性之一就是導電性和導電類型（N 型和 P 型）能夠通過在材料中摻入專門的雜質而被產生和控制，通過引入專門的摻雜物，形成使晶體管和二極管工作的 PN 結。主要有兩種方式：采用離子注入或熱擴散工藝，在晶圓表面形成結。熱擴散是指通過加熱，將摻雜材料散布到晶圓體內，而現在離子注入已經逐漸取代了較老的熱擴散工藝，并且在當今的小型和多種結構器件方面起作用，與熱擴散不同，離子注入是物理過程，也就是說注入動作不依賴于雜質與晶圓材料的化學反應，意味著工藝在接近室溫下可以進行，寬范圍濃度的摻雜成為可能，并可以對晶圓內摻雜的位置和數量進行更好的控制，因此廣泛應用于先進電路的摻雜步驟。

雖然摻雜的區域和 PN 結的形成電路中的電子有源原件的核心，但是需要各種其他半導體、絕緣介質和導電層完成器件，并促使這些器件集成為電路，化學氣象淀積（CVD）就是將這些層加到晶圓表面。CVD 沉積之后產生的薄層具有各種作用，包括外延層、絕緣介質層、金屬導體層、最終的鈍化層等。并且播磨需要具有均勻的厚度以同時滿足電性能和機械性能的要求，也必須具有平整光滑的表面，以及必須無應力且不含有不需要的化學元素，是較為復雜的工藝。

CVD 沉淀的工序中，氧化是以循環的方式進行的，首先將晶圓裝載到反應室內，裝載過程通常是在惰性氣體環境下進行的，然后晶圓被加熱到預定溫度，將反應氣體引入淀積薄膜的反應室內進行反應，最后將參與反應的化學氣體排出反應室，移出晶圓。

預計 2019/2020 年離子注入機的市場空間為 5.02 億美元、6.82 億美元。國外廠商有美國 AMAT 公司等，目前國內能生產離子注入機的企業只有中電科電子裝備公司，其 12英寸中束流離子注入機以優秀等級通過國家 02 專項實施管理辦公室組織的驗收，2015年在中芯國際完成了 55nm、45nm 和 40nm 的小批量產品工藝驗證，到 2017 年中束流離子注入機已經在中芯國際實現了穩定流片 200 萬片。目前中電科的大束流離子注入機已經進駐中芯國際。

4.3.1.6 PVD 沉積：PVD 沉積設備 35 億美元市場

PVD 沉積主要是一種物理制程而非化學制程。此技術一般使用氬等惰性氣體，藉由在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材后，可將靶材原子一個個濺擊出來，并使被濺擊出來的材質（通常為鋁、鈦或其合金）沉積在晶圓表面。PVD 以真空、測射、離子化或離子束等方法使純金屬揮發，與碳化氫、氮氣等氣體作用，加熱至 400～600℃（約1～3 小時）后，蒸鍍碳化物、氮化物、氧化物及硼化物等 1-10 微米厚之微細粒狀薄膜。

對比 CVD 和 PVD 薄膜的沉積方法，兩者根據其用途的不同而不同，形成薄膜的厚度通常小于 1um，有絕緣膜、半導體薄膜、金屬薄膜等各種各樣的薄膜。CVD 法有外延生長法、HCVD，PECVD 等。PVD 有濺射法和真空蒸發法。一般而言，PVD 溫度低，沒有毒氣問題；CVD 溫度高，需達到 1000 攝氏度以上將氣體解離，來產生化學作用。

PVD 沉積到材料表面的附著力較 CVD 差一些，PVD 適用于在光電產業，而半導體制程中的金屬導電膜大多使用 PVD 來沉積，而其他絕緣膜則大多數采用要求較嚴謹 CVD技術。PVD 形成的硬質薄膜具有高強度，耐腐蝕等特點。

預測 2019/2020 年 PVD 設備空間為 15.07 億美元、20.45 億美元，CVD 設備空間為25.12 億美元、34.08 億美元。薄膜沉積設備主要的生產企業包括美國應用材料公司、美國 PVD 公司、美國 Vaportech 公司、泛林半導體、荷蘭 ASM 公司、日本 Tokki 公司等，而國內企業包括北方華創、沈陽拓荊等，北方華創是國內薄膜沉積領域的領先者，目前技術達到 14nm，未來會向 12nm 等更小節點推進工藝。

4.3.1.7 晶圓中測：國內尚處起步階段

在晶圓完成制造之前，會有一步晶圓中測，相當于晶圓生產過程中的報告卡，屬于后道工序環節（ATE）。在測試過程中，會檢測每一個芯片的電性能和電路功能，因此又稱為芯片分選或電分選。在測試時，晶圓被固定在真空吸力的卡盤上，并將很細的探針對準芯片的每一個壓點使其接觸，從而檢測是否合格，重復對每一個電路進行電測試。目的是在送往封裝工廠前，鑒別出合格的芯片。

晶圓中測檢測設備包括 CDSEM（掃描電鏡）、AOI（自動光學檢測機）等，美國的KLA-Tencor、美國應用材料、日本 Hitachi、美國 Rudolph 公司、以色列 Camtek 公司等，國內主要有上市公司長川科技，上海睿勵科學儀器等，但目前與國際巨頭還有一定差距。

4.3.2 光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備占比最大

晶圓制造環節是生產鏈條里最重資產的一環，成熟市場的設備投入占總設備比在70%-80%之間。晶圓制造工序分別是氧化—光刻—刻蝕—拋光—摻雜和 CVD 沉積/PVD沉積—晶圓中測，主要涉及到的生產設備分別是氧化爐、光刻機、刻蝕機、CMP 拋光機、離子注入機、薄膜沉積設備、清洗機和檢測機，其中光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備的價值量最大，生產難度也最高。

美國、歐洲、日本等國家在晶圓制造設備上遠遠領先其他國家，我國盡管開始突破，但仍處于起步階段。北方華創在氧化爐、PVD 沉積設備、刻蝕機等領域取得重大突破，甚至部分產品已經批量供貨，中電科也取得一定突破。根據 SEMI 預計，2019/2020 年我國半導體設備市場空間為 126 億美元、170 億美元。

4.4 晶圓封測：封測設備有望率先突破

經過晶圓中測后，進入裝配和封裝步驟，以便把單個芯片包裝在一個保護管殼內。硅片背面進行研磨以減少襯底的厚度。一片厚的塑料膜被貼在每個硅片的背面，然后在正面沿著劃片線用帶劃片刀將每個硅片上的芯片分開。在裝配廠，芯片被壓焊或抽空形成裝配包，利用塑料或陶瓷包裝晶粒與引線以成集成電路（目的是為了制造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞）。經過晶片切割——焊線——封膠——剪切/成形，完成封裝，先進封裝技術包括 3D、TSV（穿硅通孔）、FOWLP（扇出晶圓級封裝）和倒裝芯片。最后進行芯片終測，為確保芯片的功能，要對每一個被封裝的集成電路進行測試，包括結構檢測、光罩檢測等，以滿足制造商的電學和環境特性參數要求。

測試往往在封裝工廠進行，因而封裝和測試常常被當做整體的封測行業。封測環節的市場集中度較高，截止 2019Q1 全球前十大的封測企業市場份額約為 83%。主要包括各大 IDM 公司和專業代工封測廠商，份額各占 50%。比較大型的封測廠商有日月光、安靠、力成等，內地為長電科技、華天科技和通富微電等。

封測環節是我國最早進入半導體的切入口，因而也是我國半導體產業鏈中發展最成熟的環節，增長穩定，屬于率先突破的行業。自 2012 年以來，我國集成電路封裝測試業一直持續保持兩位數增長。2018 年我國集成電路封裝測試業的銷售規模為 2194 億元，同比增長 16%。我國大陸在全球半導體封裝測試產業領域的銷售規模僅次于中國***，封測產值占全球比例超過 16%，是第三大封測市場。而通過收購星科金朋，長電科技擁有了 WLSCP（晶圓級封裝）、SiP（系統級封裝）、PoP（堆疊封裝）的高端先進封裝技術，已經發展了高通、博通、閃迪、Marvell 等國際高端客戶。

半導體檢測設備分為過程工藝控制檢測和后道測試環節（ATE），前者主要包括結構檢測、光罩檢測、缺陷檢測、電阻檢測、離子濃度檢測等前道檢測，后者主要包括封裝前的中測以及封裝后的測試（FT）。過程工藝控制檢測的企業主要有 KLA-TENCOR、應用材料和日立三家公司，CR3 不低于 70%。后道工序檢測主要有泰瑞達、愛德萬和Xcerra 壟斷，CR3 接近 90%，國產廠商包括長川科技，精測電子以及華興源創等。

半導體的封測環節設備投入占設備總投入比例約為 15%，預計 2019 年我國封測設備的市場空間為 176 億元，其中封裝和測試的比例各占一半左右。

五、半導體設備國產化：道阻且長，行則將至

5.1 政策落地生根，設備國產化成績卓然

在“02”專項和大基金的推動下，我國半導體設備產業有了根本性進步。2008 年我們沒有自己的裝備，現在擁有一定的自產裝備，并在部分領域（光學系統、檢測設備等）有了一定突破。中國半導體設備市場從 2009 年的 0.9 億美元增長到了 2018 年 131 億美元，躍升為全球第二大半導體設備市場。其中我國自產設備市場規模從2009 年的 0.69億美元增長到 2018 年的 16 億美元，自產比例上升至 12%左右，自產設備的銷售收入也從 2008 年的 2.43 億人民幣增長為 2018 年的 36.4 億人民幣。從具體技術來看，在相對先進的 12 英寸設備領域，國產設備廠商進度稍慢，但也開始嶄露頭角，如北方華創的 PVD 設備、硅刻蝕機、立式爐等已經批量應用，中微半導體的介質刻蝕機也廣受好評。

5.2 設備高壁壘，突破不易

半導體設備技術壁壘極高，強者恒強格局下突破不易。縱觀半導體產業鏈可以發現，我國在 IC 設計、制造和封測等領域都已經取得顯著進展，但在在半導體設備領域與國際龍頭企業還存在十分大的差距。原因是半導體具有資本密集、技術密集、經驗密集的特點，技術壁壘極高。目前半導體設備被美國、日本、荷蘭等少數國家的巨頭牢牢控制，據統計，半導體設備市場集中度 CR10 高達 60%，且集中度正逐年增強。從細分領域來看，光刻設備ASML占比達到了75%，而高端7nm制程的EUV設備已經完全被ASML壟斷（國產技術領先光刻機僅能用來加工 90nm 芯片）；在蝕刻設備方面，拉姆研究市場份額高達 45%，薄膜設備 AMAT 公司市場占比也達到了 40%。中國在半導體設備領域的發展，正處于從 0 到 1 的過程，短期內難以形成國際競爭力。

道阻且長，行則將至?；貞涍^往，我國的科技創新能夠克服從無到有的困難；展望未來，也必然有信心突破核心技術的瓶頸。半導體設備是芯片國產化的最大短板，發揮龍頭企業作用，在關鍵領域、卡脖子的地方下大力氣、真功夫，方能把挑戰變成機遇。