2023年,受整个消费电子市场需求下滑的影响,全球半导体市场出现了同比12%的萎缩(IDC数据),众多的半导体制造商纷纷大幅削减半导体设备的资本支出以控制过多的产能增长,导致2023年全球半导体设备同比下滑6.1%至1,009亿美元(SEMI数据),这也是近4年来该市场首度陷入萎缩。

同时,也是在2023年里,美国于2022年10月出台的对华半导体新规效力开始显现,日本和荷兰也跟进美国半导体新规,相继出台了针对先进半导体设备的出口管制政策,日本新规2023年7月23日生效,荷兰新规2023年9月1日生效,但ASML的许可证到2023底依然有效。

这也在一定程度上刺激了中国半导体制造商在有效期内加速采购所需的日本和荷兰的半导体设备。同时,也进一步推动了半导体设备的国产化进程的加速。

SEMI的预测数据也显示,中国市场的半导体设备销售额将2023年将超过300亿美元,创下历史新高纪录,将进一步扩大和其他区域的差距。

那么在2023年里,中国国产的半导体设备进展如何?国产化比例又提升到了多少?

根据国内的半导体制造商的采购中标数据统计显示,2023年1-11月,统计样本中的晶圆产线合计中标875台设备,其中国产设备整体中标比例约47%。

一、国产半导体设备产业现状

对于国产半导体设备厂商而言,其驱动力除了行业规模的自然扩张,还包括在国内市场的国产替代。

根据中国电子专用设备工业协会的数据,2021年,国产半导体设备销售额为385.5亿元,同比增长58.71%,占中国大陆半导体设备销售额的比例为20.02%。

以半导体晶圆制造设备为例,当前的国产设备对成熟制程的工艺覆盖度日趋完善,并积极推进高端制程的工艺突破,产品正处于验证密集通过、开启规模化起量的成长阶段。

并且,各大半导体设备厂商基于产品上线量产的契机,也在与客户密切开展工艺设备的合作研发、已有产品的迭代和细分新品类的扩充,利于产品竞争力和市场拓展的继续深入。

目前的半导体设备国产化率仍处于非线性增长区间,未来国产设备有望加速渗透。

通过对全球半导体设备市场竞争格局的分析可知,位居头部的营收在百亿美金量级的半导体设备龙头公司,其业务结构基本覆盖了半导体设备细分市场规模前三大的品类:刻蚀、光刻和沉积。

鉴于此,对于本土半导体设备厂商而言,在光刻、刻蚀和沉积等 大赛道 深入布局的公司,具备更为广阔的远期收入空间,未来的发展前景十分广阔。

半导体设备市场细分品类众多,目前,本土半导体设备产业仍处于成长早期,在各个 细分赛道 率先卡位并建立竞争优势的设备厂商,有望在下游客户端抢占更优势的生态位。

包括先发的研发验证机会、领先的供应份额以及积累更丰富的量产经验,从而在细分品类中建立起更高的竞争壁垒。

在工艺技术方面,目前,国产半导体设备厂商在刻蚀、沉积、清洗、涂胶显影、CMP、离子注入以及测试机、分选机、探针台等核心工艺环节已取得长足进步,并且与海外传统厂商形成了初步的技术对标。

具体到产品方面,以北方华创、中微公司、盛美上海为代表的国产半导体设备公司不断完善产品的平台化布局,可服务市场规模快速扩张,远期收入空间不断打开。

另一方面,以拓荆科技、华海清科、芯源微、中科飞测等为代表国产半导体设备公司在各自专长的领域内已占据了领先的供应份额,不断夯实技术和市场壁垒。

在后道领域,国产半导体设备厂商在测试机、分选机、探针台等设备方面的配套较前道更为完善,并且以长川科技、华峰测控为代表的国产半导体设备厂商在SoC测试机、探针台等高端新品研发和市场拓展也快速推进,整体已在后道设备市场具备一定的市场份额优势。

北方华创

以国产半导体设备龙头大厂北方华创为例,其产品管线布局完整,涵盖ICP刻蚀、PVD、热处理、ALD、外延(EPI)、LPCVD、清洗、UV cure、PECVD、CCP刻蚀等工艺等诸多环节。

2023年以来,北方华创相继推出12英寸晶边刻蚀机、12英寸去胶机等新产品,同时各类标杆产品相继达到销量里程碑(12英寸深硅刻蚀机累计销量达到100腔,12英寸立式炉累计出厂500台)。

截至三季度末,在刻蚀装备方面,公司面向12英寸逻辑、存储、功率、先进封装等客户,ICP刻蚀产品出货累计超过2000腔;应用于提升芯片良率的12英寸CCP晶边刻蚀机已进入多家生产线验证。

薄膜装备方面,突破了物理气相沉积、化学气相沉积和原子层沉积等多项核心关键技术,广泛应用于集成电路、功率器件、先进封装等领域,累计出货超3000腔,支撑了国内主流客户的量产应用。

立式炉装备方面,累计出货超过500台,凭借优异的量产稳定性获逻辑、存储、功率、封装、衬底材料等领域主流客户的认可。

外延装备方面,累计出货近千腔,覆盖集成电路、功率器件、硅材料、第三代半导体等领域应用需求。

清洗装备方面,拥有单片清洗、槽式清洗两大技术平台,主要应用于12英寸集成电路领域。并在多家客户端实现量产,屡获重复订单。

中微公司

中微公司目前产品也覆盖了MOCVD、LPCVD、ALD、EPI、ICP、CCP、ALE等诸多环节。

在刻蚀方面:逻辑领域,公司12寸高端刻蚀设备已在从65纳米到5纳米的各个技术结点大量量产,并着力改进性能以满足5纳米技术以下的若干关键步骤加工的要求;存储领域,公司致力于提供超高深宽比掩膜( 40:1)和超高深宽比介质刻蚀( 60:1)的全套解决方案,目前这两种设备都已经开展现场验证、进展顺利。

在薄膜沉积方面:公司短时间实现多种LPCVD设备的研发交付以及ALD设备的重大突破,其中CVD钨设备能满足先进逻辑器件接触孔填充、DRAM器件接触孔应用、3DNAND器件中的多个关键应用需求;ALD钨设备,能够满足3DNAND等三维器件结构中金属钨的填充需求,公司还在开发另一ALD产品系列,能够满足先进逻辑和存储器件中金属阻挡层和金属栅极的应用需求。

在MOCVD方面:Prismo A7设备已在全球氮化镓基LEDMOCVD市场居领先地位;用于Mini-LED生产的Prismo UniMax,已在领先客户端大规模量产;用于硅基氮化镓功率器件Prismo PD5已获得重复订单,用于碳化硅功率器件外延生产的设备正在开发中,即将开展样机在客户端的测试。

根据中微公司三季报显示,其刻蚀设备在客户端不断核准更多刻蚀应用,市场占有率不断提高并不断收到领先客户的批量订单。公司在关键先进工艺节点的技术进展不断推进,极高深宽比刻蚀设备、大马士革刻蚀设备、EPI设备研发顺利推进,四季度存储芯片价格回暖,国存储大厂扩产潜力有望为公司带来订单弹性。

盛美上海

盛美上海经过多年持续的研发投入和技术积累,先后开发了前道半导体工艺设备,包括清洗设备(包括单片、槽式、单片槽式组合、CO2超临界清洗、边缘和背面刷洗)、半导体电镀设备、立式炉管系列设备(包括氧化、扩散、真空回火、LPCVD、ALD)、涂胶显影Track设备、等离子体增强化学气相沉积PECVD设备、无应力抛光设备;后道先进封装工艺设备以及硅材料衬底制造工艺设备等。

根据公告,公司热反应的ALD炉管首台2022年已经进入客户端,2022年底ArFTrack设备已经送往客户端验证。2023年2月公司首次获得了欧洲半导体制造商的12腔单片SAPS兆声波清洗设备订单,3月公司首次获得碳化硅衬底清洗设备订单。目前盛美上海研发的SAPS、TEBO兆声波清洗技术和Tahoe单片槽式组合清洗技术,可应用于45nm及以下技术节点的晶圆清洗领城。公司PECVD设备研发进展顺利。未来ALD、Track及PECVD有望迎来良好的产品周期并贡献公司收入增长。

除了已有的长江存储、华虹集团、海力士、中芯国际、长鑫存储、长电科技、通富微电、中芯长电、Nepes、金瑞泓、台湾合晶科技、中科院微电子所、上海集成电路研发中心、华进半导体、士兰微、芯恩半导体、晶合、中科智芯、芯德等主要客户的重复订单之外,今年新增加了中国领先的碳化硅衬底制造商等客户。同时公司在欧洲全球性半导体制造商和多个国内客户取得订单和客户群体的突破。

拓荆科技

拓荆科技目前拥有PECVD、SACVD、ALD、HDPCVD、键合设备等较为丰富的产品系列,部分产品已适配国内28/14nm逻辑芯片、19/17nm DRAM芯片和64/128层3DNANDFLASH晶圆制造产线,并成功实现产业化应用或验证。

PECVD是拓荆科技核心产品,公司自成立以来就开始研制PECVD设备,经过十余年的研发和产业化经验,目前PECVD、ALD、SACVD、HDPCVD等系列薄膜设备均已实现量产,其中,PECVD设备订单量占比相对较高,ALD、SACVD、HDPCVD等新产品正在逐步扩大量产规模。目前,拓荆科技量产产品对于薄膜沉积产品的覆盖度逐步从原有的33%增长至整个市场的50%左右。

以此为基础,拓荆科技还将薄膜沉积设备逐渐拓展到SACVD、ALD、HDPCVD等设备领域,进一步丰富了薄膜沉积设备组合,目前三种设备中的部分产品型号已量产,并实现产业化应用。

此外,拓荆科技还有布局芯片三维集成领域,聚焦混合键合设备,其晶圆对晶圆键合产品也已实现产业化应用。

华海清科

作为国内的半导体设备大厂华海清科产品覆盖了CMP、减薄、清洗、量测等多个环节。

在CMP设备方面:公司在逻辑芯片、DRAM存储芯片、3DNAND存储芯片等领域的成熟制程均完成了90%以上CMP工艺类型和工艺数量的覆盖度,部分关键CMP工艺类型成为工艺基准(Baseline)机台。2023上半年公司推出Universal H300机台,产品为四个12英寸抛光单元双抛光头配置,面向集成电路、先进封装、大硅片等领域客户,已完成研发和基本性能验证。Universal-150Smart产品兼容6-8英寸各种半导体材料抛光,已发往两家第三代半导体客户验证。

在减薄设备方面:公司推出Versatile-GP300量产机台,12英寸晶圆片内磨削TTV<1um达到国际先进水平,实现国产设备在超精密减薄技术领域0-1突破。

在清洗设备方面:2023年上半年,应用于12英寸硅衬底CMP工艺后清洗设备和应用于4/6/8英寸化合物半导体清洗设备已推向相关细分市场。据公司2023年9月26日公告,公司首台12英寸单片终端清洗机HSC-F3400机台出机发往国内大硅片龙头企业。

膜厚测量设备:FTM-M300产品可应用于Cu、Al、W、Co等金属制程薄膜厚度测量,目前已发往多家客户验证,并实现小批量出货。

离子注入设备:公司参股的芯嵛半导体(上海)有限公司所开发的离子注入机产品研发顺利,目前处于产品验证阶段。

芯源微

作为国内唯一可以提供量产型前道涂胶显影设备的厂商,芯源微目前已完成在前道晶圆加工环节28nm及以上工艺节点的全覆盖,并持续向更高工艺等级迭代。同时还有布局前道清洗设备和后道封测设备。

在涂胶显影设备方面:公司第三代浸没式高产能涂胶显影设备平台架构FT300(Ⅲ)发布后在客户端导入进展良好,同时未来可作为通用性架构全面向下兼容ArF、KrF、I-line、offline等工艺。

在前道清洗设备方面:2023年上半年,公司前道物理清洗机已成为国内逻辑、功率器件厂商所采用的主流产品。公司新一代高产能物理清洗机也将进入客户端验证,可满足存储客户对产能的高指标要求。

在后道封装设备方面:公司与国内领先的chiplet厂商、SiC厂商保持了深度合作关系。此外,临时键合机、解键合机均已进入客户验证阶段,有望受益于chiplet的发展带来增量需求。

公司目前拥有沈阳两个厂区、上海临港厂区,其中沈阳老厂区生产后道、小尺寸领域设备;新厂区生产前道Track、物理清洗机。上海临港厂区生产基地已于2023年1月顺利封顶。项目达产后生产前道ArF涂胶显影机、浸没式涂胶显影机、单片化学清洗机等设备。

中科飞测

作为国内高端半导体检测和量测设备龙头,中科飞测自2014年成立以来一直专注于半导体检测和量测设备领域,目前已成功推出了无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备、三维形貌量测设备、薄膜膜厚量测设备等产品,可被广泛应用于28nm及以上制程集成电路制造和先进封装环节。

目前,中科飞测平台化布局产品线持续丰富,更先进制程研发验证进展顺利:

无图形基于缺陷检测设备:量产型号已覆盖2Xnm及以上工艺节点,1Xnm设备研发进展顺利;

图形缺陷检测设备:广泛应用于逻辑、存储、先进封装等领域,具备三维检测功能的设备已在客户进行工艺验证,2Xnm明场纳米图形晶圆缺陷检测设备、暗场纳米图形晶圆缺陷检测设备研发进展顺利;

三维形貌量测设备:支持2Xnm及以上制程,订单稳步增长;

薄膜膜厚量测设备:已覆盖国内先进工艺和成熟工艺的主要集成电路客户,金属薄膜膜厚量测设备为新增长点,市场认可度进一步提升;

套刻精度量测设备:90nm及以上工艺节点的设备已实现批量销售,2Xnm设备已通过国内头部客户产线验证,获得国内领先客户订单。

关键尺寸量测设备:2Xnm产品研发进展顺利。

经过多年的技术积累,中科飞测无图形晶圆缺陷检测设备等产品性能可比肩海外龙头,产品已在中芯国际、长江存储、长电科技和华天科技等国内知名客户的产线上实现无差别应用。

长川科技

长川科技作为国内领先的后道设备厂商,其产品覆盖了测试机、探针台、分选机、AOI光学检测设备等。

目前公司数模混合测试机技术成熟,数字SoC测试机D9000等正在快速放量,并且下游客户不断拓展,公司未来在存储测试机领域有望进一步放量;

在分选机领域,公司形成转塔式、平移式、重力式分选机全面布局,平移式三温分选机为主要增长动力,能够覆盖-55~150℃温度范围,工位数量最高16个,每小时最大产能高达1200片,可车规级等IC测试需求;

在探针台领域,公司产品支持几乎所有8/12英寸CP测试需求,目前也开始逐步起量;

在前道测试设备领域,公司通过收购STI提升自身AOI光学检测实力,形成前道检测设备iFocus系列等,并且针对半导体关键制程尺寸量测需求开发了全自动关键尺寸量测设备NanoX-6000。

经过多年研发和积累,公司已成为国内领先的集成电路专用测试设备供应商,产品获得了长电科技、华天科技、通富微电、士兰微、华润微电子、日月光等知名集成电路企业使用和认可。

华峰测控

作为为国内模拟芯片测试龙头,华峰测控近年来也在集积极拓展延申功率芯片及SoC测试业务。

公司主力机型STS8200系列主要应用于模拟集成电路测试,STS8300机型主要应用于混合信号和数字测试领域,同时也拓展了分立器件、功率和第三代化合物半导体器件测试。

目前,STS8300全球装机量已达到一定数量,开始建立生态圈,板卡已迭代第二代,产品将提供更高性能,更具性价比,8300上的数字板卡已具备400M测试能力,具备进入数字测试领域能力。IGBT、SiC、GaN等各方向均实现覆盖。

今年6月,公司在上海举办的SEMICONChina 2023展会上推出了面向SoC测试领域的全新一代机型-STS8600,该机型拥有更多的测试通道数以及更高的测试频率,并且配置水冷散热系统,进一步完善了公司的产品线,拓宽了公司产品的可测试范围。目前正在针对该机型进行性能验证和单板开发。

二、国产设备中标比例不断突破

我们以本土晶圆产线:中芯国际、华虹半导体、上海华力、长江存储、合肥长鑫、积塔半导体、燕东微电子、福建晋华、粤芯半导体、武汉新芯、合肥晶合作为统计样本,对其招标、中标数据进行分析。

按照图示的统计口径,根据采招网的数据,2023年11月,统计样本中的晶圆产线合计产生135项招标。以华虹半导体、积塔半导体、燕东微电子等产线招标为主。

2023年1-11月,统计样本中的晶圆产线合计招标1607项,其中,华虹半导体、积塔半导体、中芯国际的招标量位居前三。整体而言,设备招标以量测、扩散、刻蚀设备为主。

从中标情况来看,根据采招网的数据,2023年11月,统计样本中的晶圆产线上合计中标362台设备,以刻蚀、清洗、气液系统设备居多;国产设备整体中标比例约42%,其中,炉管、PVD、CVD、硅片再生设备的国产中标比例显著。

具体来说,2023年11月,统计样本中的国内半导体设备厂商合计中标101台设备,以北方华创、盛美上海、中微公司中标为主,在对应工艺环节的中标比例为32%。

其中,北方华创中标16台刻蚀设备、6台炉管设备、5台PVD设备、5台湿法腐蚀设备、3台清洗设备,在对应工艺环节的中标比例分别为22%/100%/100%/24%/5%。

盛美上海中标15台清洗设备、4台硅片再生设备、1台电镀设备、1台湿法腐蚀设备,在对应工艺环节的中标比例分别为23%/100%33%/5%。

中微公司中标16台刻蚀设备,在对应工艺环节的中标比例为22%。

2023年1-11月,统计样本中的晶圆产线合计中标875台设备,以刻蚀、测试机、气液系统设备居多;国产设备整体中标比例约47%,其中,PECVD、外延、氧化、硅片再生设备的国产中标比例较高。

具体来说,2023年1-11月,统计样本中的国内半导体设备厂商合计中标309台设备,北方华创、中微公司、万业企业中标量领先。

其中,北方华创中标主要包括刻蚀、扩散、炉管设备,分别为34/10/7台;中微公司中标主要为刻蚀设备,合计42台。万业企业中标主要包括气液系统、沉积、CVD设备,分别为23/5/2台。

2023年1-11月,统计样本中的相关国产半导体设备厂商合计中标量在对应工艺环节的中标比例平均约为39%。

其中,北方华创的外延/氧化设备、拓荆科技的PECVD设备和盛美上海的硅片再生设备在对应工艺环节的中标比例领先,均为100%。

进入2024年,随着全球半导体市场的持续回暖,全球半导体设备市场也将迎来全面的增长,其中中国半导体设备市场规模仍将位居全球第一。

根据SEMI预计2024年半导体设备市场销售额为1,053亿美元,同比增长增4%。2025年预计将大幅增长18%至1,240亿美元,将超越2022年的1,074亿美元,创下历史新高纪录。

SEMI也指出,截至2025年为止,中国大陆的半导体设备采购额有望持续增长、维持首位。

在国内半导体设备市场规模持续增长,美日荷先进半导体设备对华持续限制的背景之下,国产半导体设备的渗透率和市场份额将有望持续提升。

作者 富联娱乐

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