半导体前道量检测设备产业深度调研及未来发展现状趋势

半导体前道量检测设备产业深度调研及未来发展现状趋势一、 前道量检测修复设备产业概况（一）修复设备是前道量检测设备市场的重要组成根据设备来源的不同，前道量检测设备主要可分为原厂设备、国产设备和修复设备等，共同服务于晶圆制造产线，支持半导体产线的建设。设备主要服务于全球最先进制程芯片制造企业主要致力于服务国内市场需求，尚处于起步阶段。国际龙头企业国内设备开发企业具备修复实力企业原厂设备指的是由KLA、AMAT、Hitachi等国际龙头企业研发、生产的前道量检测设备。作为业内龙头，KLA等原厂设备供应商专注于引领前道量检测设备市场的技术发展和最新一代设备的研发、生产，主要服务于全球最先进制程晶圆制造企业。国产设备主要指国内设备开发企业（如中科飞测、睿励仪器等）研发、生产的前道量检测设备，致力于服务国内市场需求，但由于设备技术壁垒高，国产化尚处于起步阶段。修复设备指的是通过对退役设备进行专业化的功能修复、精度恢复、产线适配后重新具备再利用价值的前道量检测设备。在晶圆制造企业不断追随摩尔定律持续迭代的背景下，成熟制程设备因产线升级等原因退役，但由于许多退役设备理论工作年限长，经专业修复后仍可有效满足下游多样化的设备需求。修复设备主要由行业具备良好的专业技术水平且拥有丰富前道量检测设备修复经验的企业实现，主要服务于成熟制程晶圆制造企业。退役设备的再利用是国际市场成熟模式。根据SEMI数据，全球半导体退役设备销售额早在2010年已达60亿美元。此外，全球市场中已形成了如SurplusGLOBAL（14070KS，韩国企业）等成熟的半导体退役设备贸易商，其将退役设备销售企业，经专业修复后，满足下游市场对成熟制程设备的需求。根据SurplusGLOBAL官网数据，自2000年创立以来，其已有40，000多台设备成功地投入到市场中。（二）前道量检测修复设备的产业链构成前道量检测修复设备作为前道量检测市场的重要参与者，下游主要面向成熟制程晶圆制造产线，原材料主要来源于先进制程产线的退役设备。半导体产业遵循摩尔定律发展，晶圆制造企业通过制造工艺的持续升级来保持领先地位，产线上的前道量检测设备因产线升级或设备自身陈旧、老化等因素退役，并直接或经设备贸易商流通至具备设备修复能力的企业，在晶圆制造工艺持续迭代的背景下，不断有退役设备进入流通市场。同时，多数设备理论工作年限可以超过30年，在尚未达到工作年限时就已退役，其再利用价值高，在终端市场需求多样化的影响下，修复设备可以满足成熟制程产线建设、扩产以及科研机构对前道量检测设备需求，从而形成了前道量检测修复设备产业链。（三）前道量检测修复设备市场规模快速增长在汽车电子消费电子等终端应用市场快速发展的推动下，我国成熟制程晶圆制造产线建设步伐加快，对成熟制程前道量检测设备的需求持续增长。同时，在国际龙头原厂设备及国产设备供应不足的背景下，修复设备成为我国产线迭代过程中成熟制程设备的重要来源，市场规模快速增长。下游汽车电子消费电子等终端需求的快速增长对成熟制程工艺制造的芯片产生巨大需求，为我国成熟制程产线的建设奠定了市场基础。根据中国汽车工业协会数据，2016年至2021年，我国新能源汽车产量快速增长，产量由507万辆增长至3545万辆，年复合增长率达到4754%。根据德勤预计，2022年度，新能源汽车车均芯片搭载数量将是传统燃油车的156倍。此外，根据IDC数据，2016年至2021年，我国可穿戴设备出货量由4，149万台增长至约14，000万台。在成熟制程芯片市场需求快速增长的背景下，我国晶圆产线增长迅速。根据ICInsights数据，2016年末，全球晶圆产能达到每月1，7114万片，其中，中国大陆晶圆产能占全球比例为108%。2017至2020年间，全球投产的晶圆厂约62座，其中26座设于中国大陆，中国大陆晶圆产线数量及产能实现快速增长。至2020年末，全球晶圆产能达到每月3，184万片，其中，中国大陆晶圆产能占全球比例为158%。我国成熟制程产线的快速建设，使得下游对成熟制程前道量检测设备需求呈现持续增长，但在国际龙头原厂设备及国产设备供应不足的背景下，修复设备成为我国产线迭代过程中成熟制程设备的重要来源，市场规模快速增长。根据沙利文数据，2016年至2020年，中国大陆前道量检测修复设备市场规模由34亿元增长至244亿元，年复合增长率达到6367%，高于中国大陆前道量检测设备市场的复合增长率。（四）前道量检测修复设备市场的发展前景在晶圆制造工艺持续迭代的背景下，终端应用市场需求的多样性使得不同制程晶圆制造产线在较长时间内并存发展，推动了对不同制程前道量检测设备的多样化需求。修复设备目前以满足成熟制程晶圆制造产线需求为主，但在摩尔定律下，国际晶圆制造企业工艺不断迭代的同时，国内下游晶圆制造企业的工艺也在朝着更小制程的方向不断发展。当前先进制程设备在未来将成为退役设备，国内晶圆市场也会逐步向更小工艺制程方向投产。未来，如汽车电子消费电子等终端应用领域仍处于快速发展期，成熟制程晶圆制造产线将快速建设、扩产，对前道量检测修复设备形成存量需求；同时，我国的晶圆制造产线也随着下游应用的发展，逐步向更小制程的工艺方向建设、扩产，将对前道量检测修复设备形成增量需求。在终端市场持续发展我国政策大力支持以及全球半导体产业链向我国转移的背景下，我国晶圆制造产线仍处于扩张期。根据BCG预测数据，2020年至2030年间，全球晶圆制造产能复合增长率约为46%，其中中国大陆的晶圆制造产能增速最快，中国大陆的新增产能占比约为30%；同时预计2030年中国大陆的晶圆制造产能的全球占比将达到24%，位居全球第一。随着我国晶圆制造产线的持续建设，前道量检测修复设备市场规模未来仍具备较大的成长空间。根据沙利文数据，2021年至2025年，中国大陆前道量检测修复设备市场规模仍将实现快速增长，预计到2025年，将达到821亿元，年复合增长率达到2809%。二、 半导体设备行业概况半导体作为制造业皇冠上的明珠，是电子信息产业的核心，也是保障国家信息安全的战略性、基础性和先导性产业。半导体行业下游应用广泛，从消费电子、工业控制、网络通讯、汽车电子到物联网、云计算等新兴产业，应用领域不断拓展，市场空间广阔。同时，受摩尔定律影响，芯片朝着体积更小、性能更高、运算更快的方向发展，使得晶圆制造工艺向更先进制程持续迭代。由于晶圆制造工艺主要通过关键半导体设备的应用来实现，半导体设备对晶圆制造工艺的推进发挥着至关重要的作用。（一）半导体设备行业处于半导体产业链上游关键环节半导体设备泛指用于生产各类半导体产品所需的生产或量检测设备，深入应用到晶圆制造中氧化、光刻、刻蚀、离子注入、量检测等核心工艺环节，处于半导体产业链上游关键环节。通常而言，一条先进晶圆制造产线投资中，半导体设备投入约占总投资规模的75%，支撑了晶圆制造工艺的升级和迭代。此外，半导体设备品类众多，涉及光学、物理学、机械学等多学科技术，具有技术壁垒高、制造难度大、资金投入高等特点，需要长时间的研发和积累才能实现技术突破。为了匹配晶圆制造工艺提升的需求，半导体设备的技术提升速度需要同步、甚至超前于晶圆制造工艺的迭代。（二）半导体设备行业现状及发展趋势在半导体设备支撑半导体产业升级和发展的同时，半导体的应用领域不断拓展、半导体产业的持续繁荣发展，也推动了半导体设备市场规模的持续扩大。1、全球半导体设备市场持续增长随着终端应用需求的持续发展，全球半导体行业保持了产能扩张趋势，全球半导体设备市场实现稳步增长。根据SEMI统计，全球半导体设备销售规模由2016年的412亿美元增长至2020年的712亿美元，年复合增长率达到1466%。同时，SEMI预测，2022年，全球半导体设备销售规模将超过1，000亿美元，维持了较高的增长速度。2、我国已成为全球半导体设备需求最大且最活跃的市场随着国民经济的持续繁荣发展，我国已成为全球最大的半导体消费市场，也是全球最大的半导体进口国。根据Wind数据，2021年中国半导体市场销售额为1，406亿美元，约占全球市场销售额的2568%。另一方面，下游市场需求的快速增长和半导体产业链向我国的转移，使得我国的半导体产业规模持续扩大，目前已成为全球半导体设备最活跃的市场。根据SEMI统计，2016年至2020年，中国大陆的半导体设备市场规模由646亿美元增长至1872亿美元，年复合增长率达到3047%，远高于全球水平；同时，中国大陆占全球半导体设备市场规模的比例由1568%快速增长至2629%。3、半导体设备市场主要由国际龙头企业主导，设备国产化程度相对较低由于半导体设备行业具有较高的技术壁垒、人才壁垒、客户资源壁垒、资金壁垒以及产业协同壁垒，需要大量的技术积累和资金实力才能突破。目前，全球半导体设备市场主要被美国、日本、荷兰企业所主导，行业呈现高度垄断的竞争格局。根据SEMI统计，2021年全球前五大半导体设备制造企业占据了全球半导体设备市场约7690%的市场份额。2010年以来，我国半导体产业规模发展迅速，对半导体设备的需求不断增长，但设备自给率较低。根据中国电子专用设备工业协会统计的数据，2020年国产半导体设备销售额约为213亿元，在全球市场占有率仅为52%，在中国大陆市场占有率约为173%。其中，对于半导体设备的细分行业，如光刻机、前道量检测设备的国产化率分别约为12%、2%。三、 半导体设备制造领域发展情况和未来发展趋势半导体产业是现代电子工业的基础，电子信息产业的先导和支撑，也是全球高端制造业的代表产业。半导体产品目前正处于晶体管时代，按照功能区分可分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器四大类，其中以集成电路为主导。根据WSTS（世界半导体贸易统计组织）统计数据，从2014年到2021年，全球半导体市场规模从3，166亿美元上升为5，559亿美元；2021年集成电路全球市场规模为4，63002亿美元，占半导体全球市场规模的比例约为8329%。根据WSTS统计数据，2010-2020年，中国半导体行业销售额持续增长，十年复合增长率达1991%。据中国半导体行业协会统计，2020年中国集成电路产业销售额为8，848亿元，同比增长17%，是全球最大和贸易最活跃的半导体市场。半导体设备行业为半导体产业的核心支撑之一，是半导体产品迭代发展的基石和产能供给先行指标。根据摩尔定律，每隔18-24个月集成电路的技术都要进步一代，相应的设备制造产业必须要超前半导体产品更新开发出新一代设备。由于半导体产品制造工艺复杂程度高、对体积性能等要求严苛等特点，其生产、制造、测试等设备的价值普遍较高，并且随着产品的更新迭代，对上游设备和产品的需求和投入也与日俱增。随着市场需求带动全球产能中心逐步向中国大陆转移，我国半导体整体产业规模和技术水平逐步提高，但我国半导体设备产业处于起步阶段，整机和核心零部件的进口依赖较大，核心零部件的国产化程度较低。根据中国电子专用设备工业协会统计，2020年国产半导体设备销售额为187亿元，设备国产化率不足10%，而技术要求最高的晶圆制造设备自给率更低。加速半导体设备国产化进程至关重要，设备核心零部件实现进口替代的需要日益迫切，一方面为半导体设备及零部件厂商提供了广阔的市场空间和发展机遇，另一方面也对其不断提升技术水平、增强研发能力提出了更高的要求和挑战。四、 半导体前道量检测设备行业的发展方向作为半导体前道量检测设备产业的主要组成部分，修复设备供应企业未来需要持续提高技术实力，根据上下游技术发展趋势进行前瞻性的技术和产品布局，不断满足芯片制程升级需求；同时，前道量检测设备、关键配件的国产化也是前道量检测设备行业重要的发展方向。在摩尔定律下，下游晶圆制造企业的工艺不断发展，代际更迭也将持续存在。当前的先进制程设备在未来将成为退役设备，修复设备供应企业也需要持续提高自身技术实力，具备更高水平的修复技术和工艺平台，进行前瞻性的技术和产品布局。在全球智能化发展的背景下，推动国家半导体产业整体发展水平的进步是提高我国综合国力、在国际竞争中取得主动权的关键。在国家政策支持下，我国半导体产业进入积极扩产的战略窗口期。作为半导体产业链的重要组成部分，前道量检测设备、关键配件的自主研发和国产化是行业重要发展方向。五、 半导体设备行业产业链解析半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体产品按照功能区分可以分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器等四大类。其中集成电路是半导体产业的核心，根据WSTS数据，2020年集成电路市场规模占到了半导体市场的82%。半导体产业链可按照主要生产过程进行划分，整体可分为上游中游下游。以半导体中占比最高的集成电路产业为例，上游包括半导体材料、生产设备、EDA、IP核。EDA，即电子设计自动化（ElectronicsDesignAutomation），主要包括设计工具和设计软件。IP核（IntellectualPropertyCore）提供已经完成逻辑设计或物理设计的芯片功能模块，通过授权允许客户将其集成在IC设计中。中游包括设计、制造、封测三大环节。下游主要为半导体应用，主要包括3C电子、医疗、通信、物联网、汽车、新能源、工业等。六、 半导体设备行业发展概况半导体设备是支撑电子行业发展的基石，也是半导体产业链上游环节市场空间最广阔，战略价值最重要的一环。从整体来看，中国大陆的半导体设备行业，同全球半导体设备行业一样，享受着本土晶圆厂扩产，地方规划重点扶持的政策福利。从国内市场而言，供应链结构合理化和地缘的需求，带来了国内设备市场的动能。因此，国产设备商享有晶圆厂扩产+国产化提速的双重增速。根据SEMI2022年7月中旬发布的报告预测，半导体制造设备全球总销售额预计将在2022年再次突破记录达到1175亿美元，比2021的1025亿美元增长147%，并预计在2023年增至1208亿美元。全球半导体设备作为一个具有显著的周期性特点的行业，将实现罕见的连续四年的快速增长。本轮的半导体设备周期在全球范围内延续的时长超出预期。七、 半导体设备发展基本情况及特点半导体设备主要包括前道工艺设备和后道工艺设备，前道工艺设备为晶圆制造设备，后道工艺设备包括封装设备和测试设备，其他类型设备主要包括硅片生长设备等。其中晶圆前道工艺设备整体占比超过80%，是半导体设备行业最核心的组成部分。从晶圆厂的投资构成来看，刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备是集成电路前道生产工艺中最重要的三类设备。其中，薄膜沉积设备投资额占晶圆厂投资总额的16%，占晶圆制造设备投资总额的21%。2013年以来，随着全球半导体行业整体景气度的提升，半导体设备市场也呈增长趋势。根据SEMI统计，全球半导体设备销售额从2013年的约318亿美元增长至2021年的1，026亿美元，年均复合增长率约为1577%。由于半导体专用设备行业对制造工艺和标准要求严格，行业进入的技术壁垒、市场壁垒和客户认知壁垒较高，全球半导体设备市场集中度较高。目前全球前十大半导体设备制造商主要集中在美国、日本和荷兰。根据VLSIResearch数据，2020年全球半导体设备前十名厂商合计实现销售收入708亿美元，市占率为7663%。中国半导体设备厂商因发展起步较晚，目前尚未进入全球行业前列。从需求端分析，根据SEMI统计数据，2013-2021年半导体设备在大陆销售额的年复合增长率达到3107%。2021年，中国大陆半导体设备的销售额达到2962亿美元，同比增长5823%，发展势头强劲。全球半导体设备支出进入上升周期。5G、物联网、大数据、人工智能以及汽车电子等新技术和新产品的应用，将带来庞大的半导体市场需求，行业将进入新一轮的上升周期。半导体设备位于产业链的上游，其市场规模随着下游半导体的技术发展和市场需求而波动。根据SEMI预测，2020年全球半导体设备市场规模达创纪录的689亿美元，同比增长16%，2021年将达719亿美元，同比增长44%，2022年仍旧保持增长态势，市场将达761亿美元，同比增长58%。半导体产业向中国转移，中国成为最大半导体设备市场。中国凭借低劳动力成本的优势，不断引进半导体产业先进技术，加大半导体产业人才培养，逐步承接了半导体低端封测和晶圆制造业务。随着全球电子化进程的开展，下游产业快速发展，不断推动中国半导体产业持续兴旺。中国大陆半导体设备市场规模在全球的占比逐年提升，SEMI预计2020年中国大陆半导体设备市场规模将达181亿美元，同比增长346%，成为全球*大的半导体设备市场。在2020年晶圆厂密集的资本支出之后，SEMI预计中国大陆2021年半导体设备市场将小幅回落，市场规模为168亿美元，同比下降7%。半导体设备市场为海外厂商垄断，国产设备企业奋起直追。2019年国产半导体设备销售额为16182亿元，中国大陆2019年半导体设备市场规模1345亿美元，国产化率约17%，具备较大空间。在当前美国持续加强技术和设备封锁的情况下，半导体设备步伐正在加快。国产设备企业在政策和资金大力支持下，在刻蚀、薄膜沉积、测试等多个领域不断取得突破。国产刻蚀设备薄膜沉积设备和测试设备有望成为半导体设备国产化先锋。中微公司和北方华创分别在CCP和ICP刻蚀设备领域取得突破，部分产品已进入先进制程生产线验证；北方华创在PVD领域实现了国产薄膜制备设备零的突破，设备覆盖了90-14nm多个制程，沈阳拓荆CVD设备成功进入长江存储生产线。华峰测控模拟测试机国内市占率已达60%，后续SOC项目推进可能为公司带来新的增长空间。