(1)半导体设备概述
半导体设备已成为我国战略性新兴产业的重要支柱,是推动我国迈向高质量 发展的核心引擎,也是国际科技竞争的关键领域,代表着国家科技实力的战略制 高点。半导体设备产业是半导体产业的基石,是实现半导体制造复杂工艺的核心 载具,其性能和精度直接决定了芯片的良率、性能以及生产效率,是整个半导体产业链的关键环节。半导体设备与半导体制造工艺之间存在着紧密的协同关系,遵循着半导体“一代技术、一代工艺、一代设备”的产业规律。
半导体设备的技术升级为制造工艺的优化提供了更广阔的发展空间,而半导体制造工艺的持续提升则为设备的技术突破提供了源源不断的动力。这种相辅相成的模式,推动了半导体产业的快速迭代与持续进步。
半导体设备是半导体制造领域最主要的资本性支出,根据 Gartner 统计数据,晶圆厂的半导体设备投资一般占半导体制造领域资本性支出的 70%-80%,远超过土地和厂房的资本性支出,且随着工艺制程的提升,设备投资占比也将相应提高,当集成电路制程达到 16-14 纳米时,设备投资占比可达 85%。
半导体制造的步骤繁多且精细,半导体设备在产业链中的应用领域主要可分为两大类:前道晶圆制造和后道封装测试。其中,前道晶圆制造流程是集成电路制造资本性支出规模最大的环节,约占半导体设备投资的 80%,涉及的主要设备包括热处理设备、光刻设备、涂胶显影/去胶设备、刻蚀设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、清洗设备等。其中,刻蚀设备和薄膜沉积设备与光刻设备并称三大前道晶圆制造设备,是前道设备中价值量最高的设备类型。
(2)全球及中国半导体设备市场空间及国产化率情况
根据 SEMI 数据显示,全球半导体设备市场规模从 2019 年的 596 亿美元增长至2024 年的 1,171 亿美元,2019-2024 年均复合增长率为 14.46%。2023 年受全球半导体产业布局的影响,全球半导体设备市场规模短暂停滞增长,2024 年重新恢复增长势能并刷新历史最高纪录,预计 2025 年和 2026 年市场规模将保持增长态势,持续增长至 1,255 亿美元和 1,381 亿美元。
根据 SEMI 数据显示,2020 年中国大陆凭借 187 亿美元销售金额首次成为全球半导体设备第一大市场,并开始连续多年保持第一。2013 至 2024 年,中国大陆半导体设备销售额增长了 461 亿美元,年均复合增长率高达 27.68%,远超同期全球市场增幅。2024 年中国大陆半导体设备市场规模将达 495.5 亿美元,同比增长 35.38%,增速进一步提升;2024 年中国大陆市场规模占全球市场比例已达到 42.31%,较 2023 年提升约 7.88 个百分点。
中国大陆半导体设备行业由于起步较晚,国产化率较低。在国家“02 专项”的总体协调下,各半导体设备细分领域的国产化主要由极少数企业承担定向突围任务,行业集中情形较国际市场更为突出,不少国产细分半导体设备基本以一家厂商为主。中国大陆有全球最大的半导体消费市场和半导体设备销售市场,而半导体设备国产率较低,意味着中国大陆半导体设备行业存在大量国产替代空间。
(3)半导体设备零部件产业概述
1)半导体设备零部件分类
半导体设备零部件指在材料、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。半导体零部件是设备制造的投资重点,对半导体设备的核心构成、性能和成本起到决定性作用,因而是决定半导体设备产业发展水平的关键因素。
按照应用领域划分,半导体设备零部件主要包含机械类、光学类、气体/液体/真空系统类、电气类、机电一体类及仪器仪表类零部件。
2)国内半导体设备零部件产业发展情况
①国内半导体设备零部件市场空间
半导体设备零部件市场由来自半导体设备厂商和晶圆厂的需求共同拉动,而半导体终端下游应用领域如消费电子、电信、汽车电子等市场的发展进一步决定了半导体设备零部件市场的增长。随着终端应用市场的发展推动国内半导体行业发展以及晶圆厂扩建,半导体设备厂商及晶圆厂对设备零部件的需求稳步增长,国内整体市场从 2020 年的 765.4 亿元增长至 2024 年的 1,605.2 亿元,期间的年复合增长率达到 20.3%。
未来五年,随着半导体行业的持续发展,以及国内半导体设备零部件市场供应链安全性与稳定性的不断提升,市场规模将持续稳步发展,预计将从 2025 年的1,929.9亿元增至2029年的2,735.3亿元,期间的年复合增长率预计将达9.1%。
②国内半导体设备零部件国产化率情况
2020 年以来,国内本土半导体设备零部件制造厂商技术能力的进步以及品牌价值的提升推动了整体市场的国产化进程,但目前,市场的整体国产化率仍处于较低水平,在 2024 年约为 7.1%。
在半导体设备的加速国产化为本土半导体设备零部件厂商提供的市场机遇、我国政府为推动半导体设备零部件国产替代进程颁布的各项利好政策、本土厂商持续技术进步等各类有利因素的驱动下,预计未来市场国产化率会持续增长,至2029 年达到约 12.4%的水平。
③国内半导体设备零部件产业发展现状
A、半导体产业的稳步发展及国内晶圆厂的不断扩建
随着消费电子、电动汽车、新能源、物联网、通讯电子、人工智能、机器人等下游应用市场的不断发展,国内半导体产业实现了稳步增长。市场良好的发展前景带动了国内晶圆厂总体产能的提升,并从而带动市场对半导体设备的需求不断增长。
这促进了包括半导体设备厂商和晶圆厂在内的下游客户对半导体设备零部件需求的不断扩大,并推动了半导体设备零部件行业的发展。各类半导体设备零部件中,硅零部件、陶瓷零部件等非金属零部件由于自身消耗性零部件的属性,市场发展更进一步受到了晶圆厂扩建趋势的正面推动。
B、半导体制程工艺的发展
摩尔定律指出芯片上可接纳的元器件数目每隔 18-24 个月会增加一倍,性能也将提升一倍,该定律不断推动芯片线宽缩小。目前国际一流晶圆代工厂已经实现量产 5nm 芯片,预计在下一个阶段 3nm 或 2nm 芯片技术也将会实现。
不断缩小的芯片线宽要求晶圆制造工序重复道数大幅增加,个别制造工序需重复百道以上,例如制造 7nm 芯片所需的刻蚀步骤达 140 道,较 14nm 芯片提升了 115%,同时对刻蚀机等先进产线设备在精度、效率、分辨率等各维度也都提出了更高的要求。这导致刻蚀机等先进产线设备在半导体行业中的投资占比持续上升,推动了半导体设备零部件市场的发展。
C、技术创新与产业升级
半导体产业的发展遵循着“一代技术、一代工艺、一代设备”的原则。半导体设备和半导体设备零部件厂商需要根据半导体领域时刻推进的技术发展,不断推动技术创新与产业升级。例如,为了支持包括电子束、纳米压印、深紫外激光等在内的新兴光刻技术,零部件制造商需要同步开发相应的高性能部件,如更精密的光学组件和更稳定的控制系统。
此外,随着半导体行业不断向着更小的工艺制程发展,零部件制造商也需要相应提升制造工艺,以提供更高精度、更可靠的产品。随着零部件产业整体技术能力的提升,市场的整体需求及厂商的整体收入也将得到大幅上涨。
D、先进制程零部件国产化处于起步阶段,市场替代空间广阔
当前,国内先进制程半导体设备零部件领域的自主化仍处于初期发展阶段,在材料纯度控制、超精密加工精度、极端环境耐受性等关键技术环节仍存在瓶颈,
部分高端零部件,如 EUV 光刻机光学元件、刻蚀设备特殊涂层零部件等,仍以进口为主。随着国内半导体产业链对先进制程自主可控需求的提升,以及技术攻坚的持续推进,上述领域的技术突破将逐步打破海外垄断,叠加先进制程产能扩建带来的增量需求,相关零部件的国产替代市场空间具备显著增长潜力。
④国内半导体设备零部件产业未来发展趋势
A、国产化率不断提升
目前,国内本土半导体零部件厂商的技术工艺、产品精度等尚无法比肩海外厂商产品,尤其是在对技术要求较高的机电一体类、光学类、电气类、仪器仪表类零部件产品领域,市场的整体国产化率仍处于较低水平。面对全球贸易环境逐渐加大的不确定性,国内正在加强半导体供应链的本土化建设,从而减少对国外供应商的依赖。随着未来国家层面对半导体零部件领域前沿技术研发的引导与激励,国产半导体零部件厂商的创新能力以及整体竞争力预计将持续提升,进而带动整体市场国产化率的不断提高。
B、半导体设备零部件制造工艺的不断进步
半导体设备零部件行业的整体技术发展方向在于如何更好地实现先进半导体设备的工程化和量产,即通过生产技术的不断研发,以满足设备零部件的高精度、高洁净度、强耐腐蚀性等需求,从而实现更高的生产效率。为此,零部件制造商在满足客户对半导体设备功能需求的同时,通过机械制造精密度的提升以及对加工材料的精确控制,提高半导体设备的整体性能和使用寿命。此外,零部件制造商着眼于表面处理技术的提升,从而保证半导体设备零部件的产品性能和使用寿命,最终实现真空环境下半导体设备工艺的稳定性。
C、零部件制造智能化的不断推进
随着半导体行业技术创新的不断演进,半导体设备零部件的制造过程日益复杂。而随着人工智能、机器学习、大数据等各项新兴技术的持续发展,以及推动制造业数字化和智能化升级推出的各项利好政策的落地,智能化生产在半导体零部件生产中的应用变得更加可行和有效。通过采用自动化和智能化技术,零部件制造生产能够实现更精准的质量控制以及更高的产量,同时降低人力成本和误差率。与此同时,智能化生产可以更好地整合和优化供应链,提高整体供应链的透明度、响应速度,并进一步降低库存成本。
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