半导体前道设备：前沿科技驱动未来制造，探索高效前道工艺解决方案 头豹词条报告系列

李震鹏·头豹分析师 版权有问题？点此投诉 2024-09-13未经平台授权，禁止转载 行业：制造业/专用设备制造业/电子和电工机械专用设备制造/半导体器件专用设备制造信息科技/半导体 摘要半导体前道设备市场持续增长，受智能设备、新兴技术需求及工艺突破驱动。行业高度集中，国际巨头主导，但中国企业正加速崛起。政策支持与资本投入推动国产化进程，市场规模不断扩大。未来，AI芯片、自动驾驶技术及政府投资将进一步刺激市场需求，预计市场将持续增长。 行业定义[1] 半导体前道设备是指在半导体制造过程中用于执行前端工序步骤的专用机器与装置，前道工序包括从硅晶圆的生产到其表面处理、图案转移及刻蚀等多个环节，是半导体生产中的关键阶段。半导体前道设备包括晶圆制造设备、光刻机、刻蚀设备、沉积设备和离子注入设备。晶圆制造设备负责将硅单晶棒切割成薄片并抛光，光刻机将电路图案转移到晶圆表面，刻蚀设备刻蚀出图案，沉积设备在晶圆上沉积薄膜层，而离子注入设备则注入掺杂剂以调节材料的电导性。半导体前道设备的精度和性能直接影响芯片的质量和生产效率。 行业分类[2] 按照半导体工艺流程，半导体前道设备可以分为如下类别： 半导体前道设备行业基于工艺的分类 可视为等离子刻蚀技术的延伸，主要通过等离子体和薄膜材料的化学反应完成，是目前的主流工艺。 行业特征[3] 半导体前道设备行业特征包括： 1.行业集中度高，国际巨头占据主要市场份额。 2.国产化进程加速，政策和资本助力国产设备发展。 3.下游需求推动设备技术创新与升级。 1行业集中度高，少数国际巨头占据主要市场份额，但中国企业正在崛起 半导体前道设备行业由少数国际企业主导，尤其是在光刻、刻蚀和薄膜沉积设备领域。例如，阿斯麦（ASML）凭借其EUV光刻机在全球市场中占据垄断地位，2023年售出的53台EUV光刻机全部由ASML提供，占据市场100%的份额。类似地，东京电子（TEL）和应用材料（AMAT）分别在刻蚀和薄膜沉积设备市场中处于领导地位。这种高度集中化的市场结构使得新进入者面临极高的技术和资本壁垒，短期内难以突破现有格局。然而，随着中国政策支持和资本投入的不断加大，中国企业正在逐步缩小差距，并加速在全球市场中的布局，推动了国产化进程。 2政策支持与资本助推，国产化进程加速发展 在中国政府的强力支持下，中国半导体前道设备行业的国产化进程显著提速。自2020年以来，中国成为全球最大的半导体前道设备市场，政策引导和大规模资本投入为国产设备的崛起提供了坚实基础。中国企业如中微公司在等离子体刻蚀设备领域取得突破，已成功应用于7nm及更先进的工艺产线；北方华创则在PVD、CVD等设备领域实现技术升级，占据一定市场份额。 3下游需求驱动，设备技术创新与升级持续推进 随着下游应用市场（如智能手机、消费电子和新能源汽车）对高性能芯片需求的增加，半导体前道设备行业的技术创新和升级成为必然趋势。以智能手机市场为例，自2012年以来，中国已经成为全球最大的智能手机市场，2023年出货量达到2.71亿台。为了满足市场对高性能芯片的需求，半导体制造商不断提升前道设备的精度和工艺水平，并且随着下游市场对更复杂工艺和更高集成度的需求日益增加，设备制造商在技术迭代和创新方面的投入不断加大，促使设备在精度、效率和稳定性上持续进步，推动了整体行业的升级与发展。 [3]1：http://www.kcsemi…2：http://www.e-gov.…3：ASML；深圳宽诚集成电… 发展历程[4] 中国半导体前道设备行业的发展经历了从萌芽期、启动期、高速发展期到成熟期的过程。起初，中国的半导体技术主要依赖进口设备，技术水平相对较低。随着1980年代“863计划”的实施和1990年代中芯国际的成立，行业开始逐步形成自主研发和生产能力，进入启动阶段。进入21世纪后，伴随全球市场需求的快速增长，国产设备制造企业如中微公司、北方华创等逐渐缩小了与国际领先企业的技术差距，推动行业进入高速发展期。到2018年，中微公司开发的等离子体刻蚀机进入台积电7nm工艺产线，标志着中国半导体前道设备行业达到新的技术高度。2020年，中国成为全球最大的半导体前道设备市场，依托中国政策的持续支持和大规模投资，中国设备在全球市场上取得了显著进展。未来，中国半导体前道设备行业预计将继续通过技术创新和持续投资，增强其在国际市场中的竞争力。 萌芽期 1.中国的半导体产业始于20世纪50年代末，当时受益于苏联的技术援助，中国成功研制出第一只晶体管。 2.1965年，中国制造出第一块集成电路，标志着半导体制造技术在中国的起步。 1.此时，中国的半导体前道设备领域尚处于萌芽阶段，设备种类和技术相对简单，主要依赖于进口或基础加工设备。 2.即使此时行业的技术基础较为薄弱，但为后续发展奠定了初步的技术基础和产业布局。 启动期1980~2000 1.1980年代初，中国政府意识到半导体产业的重要性，开始实施“863计划”，将集成电路列为重点发展领域，为半导体前道设备技术的引进和自主研发奠定了基础。 2.1990年，中国成功研制出第一台国产光刻机，标志着中国半导体前道设备产业进入启动阶段。3.1990年代，随着浦东新区的开放和中芯国际的成立，中国逐渐在全球半导体行业中崭露头角。1.设备制造技术开始向更高精度和自动化方向发展，中国半导体产业逐步积累了技术能力和市场经验。2.这一阶段标志着中国开始有能力自主生产部分半导体前道设备，奠定了未来高速发展的基础。 高速发展期2000~2010 1.进入21世纪后，中国半导体前道设备行业进入高速发展期。2000年，中芯国际在上海成立，迅速成为中国大陆最大的晶圆代工厂，为中国设备制造产业提供了巨大的市场需求。 2.2006年，中国“国家集成电路产业投资基金”（大基金）设立，集中力量支持半导体前道设备和材料领域的发展。 3.随着全球半导体制程向90nm、65nm迈进，中国设备制造企业如北方华创、中微公司等开始在市场上占据一席之地。 1.中国半导体前道设备制造业逐步缩小了与国际巨头的技术差距，行业发展进入快车道，技术水平和市场占有率稳步提升。 2.这一时期的显著特征是中国设备企业在全球市场中的崭露头角，并开始获得国际市场的认可。 成熟期2010~2024 1.2018年，中微公司推出的国产等离子体刻蚀机成功进入台积电7nm工艺产线，标志着中国半导体前道设备在全球市场上的技术突破。 2.2020年，中国成为全球最大的半导体前道设备市场，总销售额首次超过美国和日本。同年，中国启动“大基金”二期，进一步加大对设备和材料领域的投资，推动了国产设备在5nm及以下制程中的应用。 3.2022年，中国大陆的半导体前道设备市场规模达到历史新高，国产设备在刻蚀、沉积等关键领域取得了显著进展。 1.中国半导体前道设备行业在全球市场中占据了重要地位，技术水平达到国际领先，中国设备逐步在先进制程中获得应用。 2.这一阶段的特征是中国半导体前道设备企业在全球竞争中占据了主导地位，并开始引领全球设备市场的发展方向。 产业链分析 半导体前道设备行业产业链上游为生产硅片所需原材料及组装半导体前道设备所需精密零器件，产业链中游为半导体前道设备制造厂商，产业链下游为晶圆制造以及电子消费环节。[7] 半导体前道设备行业产业链主要有以下核心研究观点：[7] 中国在前道设备原材料如硅单晶的生产方面占据领先地位，但由于前道设备技术复杂性，其市场仍然主要由国际企业主导。 中国在前道设备原材料如硅单晶生产领域具备显著优势，占据全球市场79%的份额。然而，由于前道设备涉及高技术壁垒和复杂的研发工艺，国际企业依然在核心设备零件市场中占据主导地位。尽管中国在原材料领域崛起，但高端设备的市场仍由少数国际巨头掌控，半导体前道设备零件TOP5企业凭借先进技术和大规模生产能力，垄断了全球90%的市场份额，占据全球半导体供应链中的主导地位。 前道设备逆势增长，中国政府投资推动半导体前道设备国产化突破外国封锁。 半导体前道设备行业中游市场高度集中，其中光刻、刻蚀、薄膜沉积设备占据主要份额，且市场由国外少数头部企业主导，如阿斯麦（荷兰）和应用材料（美国）。2023年，受地缘政治和消费电子产能过剩影响，全球半导体前道设备市场有所下降，但前道设备逆势增长至950亿美元。中国自2020年成为全球最大半导体前道设备市场后，持续推动中国半导体前道设备企业凭借技术突破和政策优势逐步缩小与国际巨头的差距，至2022年国产化率已达35%，展现出显著的增长潜力。 消费电子、汽车等下游需求驱动中国半导体前道设备技术创新。 下游应用市场的激烈竞争促使半导体制造商不断提升技术创新和研发能力，以满足日益增长的产品性能需求。消费电子、汽车等行业对更高效、更强大芯片的需求推动了半导体技术的进步和设备升级。例如，中国在2012年成为全球最大的智能手机市场，持续释放巨大需求动力，2023年全年出货量约为2.71亿台，为半导体行业创造了巨大的利润空间。同时，区域化供应链布局和新兴市场的崛起正在重塑全球半导体格局。尽管受到地缘政治的影响，中国作为全球最大的消费电子市场之一，其市场规模仍在持续扩大，2022年达到18,649亿元。此外，智能设备、绿色家电等新兴领域的需求也为半导体行业带来了新的发展机遇，预示着未来将有更多创新和增长空间。[7] 产业链上游 生产制造端 半导体精密元器件、半导体材料 上游厂商 查看全部 产业链上游说明 在半导体前道工艺中，硅是最重要的原材料之一，中国在硅单晶生产方面处于领先地位。 硅因其优良的导电性和半导体特性，被广泛应用于集成电路、太阳能电池及其他电子器件的制造。在半导体前道工艺中，硅晶片作为基底材料，支持掺杂、氧化和光刻等一系列加工步骤。中国硅单晶产量处于全球领先地位，2022年工业硅产量达到350万吨，拥有强大的生产能力和市场影响力，占据全球供应的79%。因此，中国在全球半导体前道设备行业中的地位愈发重要。 半导体材料及设备精密零部件市场高度集中，TOP5企业凭借先进的技术和大规模的生产能力，占据90%的市场份额。 半导体材料和设备精密零部件行业的集中度较高，主要由少数大型企业主导。2023年全球半导体硅片市场的出货量达到了16,202百万平方英寸，总金额高达123亿美元。这一市场主要由几家大型企业主导，包括信越半导体株式会社（日本）、世创电子（德国）、胜高株式会社（日本）、SK集团（韩国）和环球晶圆股份有限公司（中国）等，前五大企业的市场份额（CR5）高达90%。这些企业凭借先进的技术和大规模的生产能力，牢牢掌握着市场的主导地位。 在半导体前道设备零部件方面，美国、荷兰和日本的公司在技术和性能上具有显著优势，市场高度集中。 产业链中游 品牌端 半导体前道设备及晶圆制造厂商 中游厂商 中微半导体设备（上海）股份有限公司 北京北方华创微电子装备有限公司 南昌中微半导体设备有限公司 查看全部 产业链中游说明 光刻设备，刻蚀设备和薄膜沉积设备分别占据前道设备20%左右的份额，且行业被少数头部企业主导，行业集中度高。 以产业链应用环节来划分，前道设备占据半导体设备整体市场的80%-85%，其中光刻设备，刻蚀设备和薄膜沉积设备是价值量最大的三大环节，各自所占的市场规模均达到了前道设备总量的20%以 上。在半导体前道设备行业中，市场集中度高且高度垄断，主要由少数几家公司主导，包括应用材料公司（美国）、阿斯麦公司（荷兰）、东京电子有限公司（日本）、泛林研究公司（美国）和科林研发公司（美国）等。这些领先公司控制了全球半导体前道设备市场的大部分份额，并在各个细分领域中处于垄断地位。 以市场规模最大的光刻机为例，阿斯麦公司在极紫外光刻（EUV）设备市场上占据了绝对主导地位。阿斯麦公司与德国蔡司集团合作研发的EUV技术在技术壁垒上对日本的尼康和佳能形成了显著的竞争优势，使阿斯麦成为EUV设备市场的唯