行业回暖，设备先行。光伏、风电如此，半导体亦如此。

我们经常听到“卡脖子”这个词，半导体设备就是“脖子”，是高科技产业的基石，最核心的领域，从中兴通讯开始，到华为，再到其他公司，基本上都是半导体设备受制于人。

半导体产业链庞大复杂的特性，使得很难有某一家公司能够在所有设备领域做到全覆盖。

按照应用环节，半导体设备可分为前道工艺设备（晶圆制造）和后道工艺设备（封装测试）两个大类。前道设备占据了整个市场的80%-85%，其中光刻机，刻蚀机和薄膜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。

前道工艺的生产制备流程如下：

第一步，氧化，目的是形成绝缘层，隔离电学器件，为下一步的光刻做准备。氧化镀膜就是将一层二氧化硅沉积到晶圆表面，再沉积一层氮化硅，与铁生锈过程十分类似。这一步所对应的设备为氧化炉和LPCVD，分别用于生成氧化层和氮化硅层沉积。

第二步，匀胶，在晶圆表面滴上光刻胶，利用旋涂技术使光刻胶均匀涂抹。主要目的是为了方便后续通过曝光使可溶的胶体被去除，在晶圆表面上留下掩模版的图形。

第三步，曝光，在晶圆上方放置掩模版，掩模版由透明玻璃与不透明的铬制成。使用光刻机对准掩模版，进行紫外线曝光。这一步的目的就是通过光刻机将掩模版上的图形转移到光刻胶上。掩模版上透光部分使得下面的光刻胶被曝光，不透光部分下面的光刻胶则不会受影响。光刻胶被紫外线曝光的部分变得可溶解。

第四步，显影，被曝光的光刻胶可以通过专用的显影液去除。显影将光刻胶下的氮化硅层暴露出来，掩模版上的图形得以顺利转移。

第五步，刻蚀，这一步的目的是进一步将光刻胶上的图案进一步转移到氧化层上（SiO2），使用腐蚀性液体将暴露出来的氮化硅层及二氧化硅层刻蚀下去，或者使用等离子体轰击晶圆表面的方式，使得未被光刻胶覆盖的区域被刻蚀。随后去胶，清洗表面。

第六步，沉积， 主要目的是制作介质层。再沉积一层二氧化硅使晶体管之间绝缘。随后沉积出一层多晶硅薄膜用于制作栅极，重复涂胶，光刻，显影，刻蚀的步骤，暴露出硅晶圆晶格，并保留多晶硅栅极。

第七步，研磨，在每一层构筑完成后，用化学腐蚀和机器研磨相结合的方式对晶圆表面进行研磨，使表面平整。

第八步，离子注入。将P型或者N型杂质轰进刚刚刻蚀出来的半导体晶格中，使得晶格中的原子排列发生变化，形成PN节。从而可以改变半导体载流子浓度以及导电类型。

第九步，退火，离子注入后也会产生一些晶格缺陷，退火环节主要是将离子注入后的半导体放在一定温度下进行加热，使得注入的粒子扩散，恢复晶体结构，修复缺陷，激活所需要的电学特性。离子注入完成之后，继续沉积二氧化硅层，然后重复涂胶，光刻，显影，刻蚀等步骤进入另一个循环，用以挖出连接金属层（导电层）的通孔，从而使互通互联得以是现在晶圆中。实现这一功能的是使用物理气相沉积的方式沉积金属层。上述步骤在晶圆的生产制造中将重复数次，直到一个完成的集成电路被制作完成。

最后，将制备好的晶圆进行减薄，切片，封装，检测。完成后到的工艺流程，至此，一颗完整的芯片制作完成。

上述整个所有前道工艺制程中，最重要的三个环节是：光刻，刻蚀和薄膜沉积。

一、光刻设备

我们首先来说光刻设备，也就是常听到的光刻机。光刻机也叫曝光系统，是制造芯片的核心装备之一，成本极高，制造难度极大。

目前高端光刻机制造领域，全球只有少数几家公司能掌握，那就是荷兰的ASML，日本的尼康和佳能。ASML作为全球光刻机市场的龙头，其光刻技术拥有绝对领先优势，在EUV、ArFi和ArF领域市占率分别高达100%、96%和88%。2023年底，ASML预计向台积电和三星交付3nm光刻机NXE:3600D，并同时向1nm迈进。

我国的光刻机仍处于产业化的起步阶段，目前，上海微电子已经能实现90nm量产（600系列光刻机），正在攻克28nm光刻机，与ASML的技术实力仍有较大差距，国产光刻机亟待突破。

二、刻蚀设备

刻蚀是半导体制造工艺中的重要环节，和光刻环节类似，主要作用也是转移掩模版上的图形到晶圆上。是光刻之后用化学或物理方法从晶圆表面去除部分材料的过程。

刻蚀设备按照刻蚀方式可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀，湿法刻蚀由于刻蚀的精度较低，在制程不断微缩的情境下，逐渐被干法刻蚀取代，在部分制程要求不太精密的芯片上在使用湿法刻蚀。

而按照蚀对象划分可以分为介质刻蚀和导体刻蚀（导体刻蚀又可以分为金属刻蚀和硅刻蚀）。这两类刻蚀对象分别对应了CCP和ICP刻蚀设备。CCP和ICP的市场规模近年来此消彼长。

此前数年CCP的市场规模更大，因为其对应的介质层刻蚀和通孔挖槽的用量更大。近年来，膜的厚度越来越薄，ICP的能量低的特性使其具有更好的均匀性和可控性，使用ICP的场景在增加。这两类刻蚀机基本平分了整个刻蚀设备的市场。

国产厂商在刻蚀设备领域较早的实现了突破。现阶段，刻蚀设备的整体国产化率达到了20%，下游晶圆厂仍有持续替代的意愿和空间，预计刻蚀设备的终局国产化率可以达到70%以上，目前国产替代正在向高深宽比刻蚀，大马士革工艺等先进制程适用的刻蚀工艺突破。国产刻蚀设备的工艺水平正在向28nm以下，14nm，7nm，5nm的方向发展。

三、薄膜设备

薄膜沉积技术用于制造微电子器件上的薄膜，主要是通过物理或化学方法，将适当化学反应源激活，并将由此形成的离子原子等吸附聚集在衬底表面，从而在衬底之上形成一层薄薄的膜，比如二氧化硅薄膜，多晶硅薄膜，金属薄膜等。这些薄膜辅助构成了制作集成电路的功能材料层。

薄膜沉积设备目前是半导体前道设备中市场空间最大的细分赛道，而且随着芯片的结构越来越复杂，3DFLASH堆叠层数的增加，价值量占比也正在同步提升。

薄膜沉积设备大致可以分为CVD化学气相沉积设备，PVD物理气相沉积设备和外延设备三大类。CVD占据了接近一半的市场份额。

在薄膜设备的国产化进程方面，拓荆科技在CVD领域，北方华创在PVD领域都已经有了一定的市场份额。中微公司，盛美上海，万业企业等公司的产品也正在薄膜沉积领域布局，但薄膜设备整体的国产化率依然较低，2021年在10%左右，距薄膜设备的终局国产化率远期仍有数倍的替代空间。

目前阶段，国产设备厂商可以覆盖几乎全部的前道设备环节，过去两年逐渐实现了许多前道环节的验证和导入。

随着资本开支密度的提升，产能的提升，国产化率的提升这三重影响,使国产设备的发挥空间将更加广阔，国内整体的市场规模会稳定在300亿美元左右，而国产设备在2025年的中期替代空间将达到100亿美元以上，2022-2025复合增速可以达到45%-50%。

这是一个中期稳态的市场规模，伴随着半导体设备市场空间波动性向上的发展趋势，远期市场空间仍将继续扩大。

相关上市公司：

北方华创002371：国内平台型半导体设备龙头，同时在泛半导体，光电子领域，光伏及电子元器件领域有产品布局，是综合属性最全面的半导体设备龙头之一。波段策略符合，日线级别牛熊点。

中微公司688012：国内刻蚀设备龙头，刻蚀设备技术水平已经进入5nm以下领域，是全球主要的miniled MOCVD设备供应商，并在下一代原子层刻蚀设备加速研发。波段策略符合，日线级别牛熊点。

拓荆科技688072：国内CVD薄膜设备龙头，产品已广泛应用于国内晶圆厂14nm及以上制程集成电路制造产线，并已展开10nm及以下制程产品验证测试。波段策略符合，日线级别牛熊点。

【上述举例个股仅供参考，股市有风险，投资需谨慎】

参考研报：

20230204-浙商证券-北方华创-002371-当下时点，如何看待北方华创的投资价值

20230313-国信证券-中微公司-688012-本土刻蚀设备中流砥柱，多线布局助力国产替代

20230213-中邮证券-拓荆科技-688072-薄膜沉积设备龙头，营收、业绩高增长

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