半导体零部件行业研究：国产替代加速，优质厂商前景可期

（报告出品：长江证券）

01、半导体零部件——产业基石

半导体设备零部件产业链位于设备上游

半导体零部件在集成电路产业链中处于最上游的原材料与中游的半导体设备之间，兼具原材料与设备属性，其中耗材型更近似于原材料，需定期更换，使用寿 命相较经济寿命短；而子系统更近似于设备，需要进行一定的系统集成。半导体零部件通常以直销形式，直接客户为设备厂商或晶圆厂、IDM，由设备商购买搭载半导体设备销售，或由终端晶圆厂、IDM驱动购买。

半导体设备零部件品类众多

从行业地位来看，半导体零部件虽然市场规模较小，但是是整个行业的关键之一。半导体设备零部件分类标准多元。据VLSI Research，将关键零部件、子系统根据用途分为如下几类：流体管理、过程测量、光学系统、电源转换、热管理、 真空系统、晶圆处理系统以及关键零部件。也可以按照典型集成电路设备腔体内部流程，将零部件分为五大类：电源和射频控制类、气体输送类、真空控制类、温度控制类、传送装置类；或按照材料， 分为硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、金属件、石墨件、塑料件、真空件、密封件、过滤部件、运动部件、电控部件以及其他部件；或按照服务对象分为精密 机加件和通用外购件。

设备市场规模增长拉动零部件需求

半导体零部件需求可拆分为存量与增量市场：存量市场：主要由存量设备零部件替换驱动，2020年全球关键零部件 服务与支持市场约23亿美元；增量市场：主要由新设备零部件采购需求驱动。全球设备销售额呈提 升趋势，其中中国市场占比从2018Q1的15%提升至2022Q3的27%。

增量市场406亿美元，三类关键设备对应规模最大

据我们测算，2020年全球半导体原材料、零部件市场规模在406亿美元左右，剔除其他前道设备、封测设备，关键工艺设备对应原材料、子系统市场规模 为316亿美元。分工艺环节来看，用于薄膜沉积设备、刻蚀设备、光刻设备的零部件占了总市场规模的63%，占关键前道设备市场规模81%。

中国市场空间：20年大陆晶圆线零部件采购超10亿美元

2020年，中国大陆晶圆线8吋和12吋前道设备零部件（parts）采购金额超过10亿美元。如果排除三星、海力士、台积电等境外厂商在中国大陆的产线，中国 本土晶圆制造厂商（主要包括SMIC、华虹集团、华润微电子、长江存储等）采购金额约为4.3亿美元。从中国晶圆制造厂商采购的关键零部件来看，石英（Quartz）、射频电源（RF Generator）、泵（Pump）占零部件采购金额的比重达到或超过10%；阀 （Valve）、静电卡盘（Chuck）、反应腔喷淋头（Shower Head）、边缘环（Edge Ring）零部件采购占比超过5%。

02、技术、客户验证构建国产化关键壁垒

全球格局：CR 10为50%，欧美日企业占主导地位

相较设备前五家公司占据60%以上市场份额，半导体零部件市场相对更加分散一些，2020年CR 10约为50.2%，这一比例缓慢提升。国际前十名的零部件厂商分别为光学镜头代表企业ZEISS、ASML，真空泵代表企业Edwards、Ebara，真空阀件代表企业VAT、Ultra Clean Tech等。

验证壁垒：设备商、晶圆厂核心关注点为可靠性

下游设备商定价不可理解为简单的BOM模式。半导体设备附加值核心在于基于其系统、架构、控制和关键部件的自主设计，为晶圆厂客户提升效率，创造价 值。无论是国产设备商还是国际龙头设备商，毛利率均稳定维持在较高水平，是下游对其创造价值进行评估的结果，因此可靠性是选择供应商的关键。验证周期：半导体设备精密零部件企业需要分别通过质量体系认证、工艺能力认证和性能指标认证才能获得提供首件试制的资格；在完成首件验证后，方可获 得量产资格。通常情况下，全部认证过程持续2-3年。

美国限制对中国工厂输出集成电路制造设备

限制范围扩大化：限制对象从华为到SMIC，进一步扩大到所有中国公司；限制产品从逻辑扩大到存储，逻辑限制从10nm扩大至14nm以下制程；限制内容包括美国软件、设备、半导体产品，在中国建立先进制程工厂等。

零部件自给率较低，限制政策刺激国产零部件加速认证

当前国产零部件自给率仍然较低，除石英、套环等少数部件外，大部分零部件自给率不足10%。可靠性为关键壁垒，半导体零部件验证周期较长：国产半导体零部件厂商，即使已有产品实现突破，新产品验证周期仍在一年至数年以上。限制政策下，国产零部件产线认证加速：以真空泵产品为例，在中国主要代表晶圆产线中，2020年国产化率为16.7%，当年美国发布对华为限制政策，2021 年国产化率快速提升至30%，制裁政策对关键零部件国产化率提升的驱动作用显著。

国产零部件具备交期优势

进口零部件交期较长：部分关键零部件交期可达10-15月，零部件交期成为限制设备产能 主要因素之一。例如，ZEISS光学镜头产能成为ASML光刻机生产的重要限制因素。在产 能不足的时候，进口零部件厂商会优先满足海外设备厂商的零部件需求，导致国产设备厂 商获得零部件的难度进一步加大。国产零部件企业产能不如进口零部件企业紧张，扩产灵活，交期上具备优势。

国产零部件具备本地化服务优势

零部件与服务与支持需求为互补品：零部件使用过程中产生磨损、损耗，需要定期维修，一方面国产零部件厂商具备本土化优势，就近设厂、服务更加便捷；另一方面零部件配套的服务与支持也是实现自主可控的关键点之一。2020年，真空类子系统相关零部件服务与支持市场占比为47%，电源类、晶圆传输类、液体管理类分别占比12%, 7%和7%。

03、关键零部件梳理

溅射靶材：认证壁垒较高是限制溅射靶材国产化的关键

高纯溅射靶材主要用于超大规模集成电路芯片、液晶面板、薄膜太阳能电池制造的物理气相沉积（PVD）工艺，其中用于集成电路芯片制造市场占比约10%。在晶圆生产环节和封装环节，溅射靶材分别占晶圆材料和封装材料的2.6%和2.7%，据测算预计2022年全球市场在18.4亿美元左右。竞争格局来看，全球溅射靶材以四大企业为主，分别是JX日矿金属、霍尼韦尔、东曹和普莱克斯，CR4约为80%。

当前，国产溅射靶材企业已经掌握高纯溅射靶材生产过程中的关键技术，能够根据下游客户要求进行定制化生产，不断进入台积电、联电、英飞凌、海力士等 国内外优质客户供应链体系。认证壁垒较高是限制溅射靶材国产化的关键因素：在高纯溅射靶材供应商满足行业性质量管理体系认证的基础上，下游客户往往还会根据自身的质量管理要求 再对供应商进行合格供应商认证。认证过程主要包括技术评审、产品报价、样品检测、小批量试用、批量生产等几个阶段，认证过程相当苛刻，从新产品开发 到实现大批量供货，整个过程一般需要2-3年时间。

潜在市场规模大，难点为分散品类的集成

大规模、低市占率行业：以富创精密为例，公司潜在全球下游市场空间160亿美元，全球龙头超科林市场份额约为11%，富创精密市场份额不足1%。国产化进展较快，且国内企业出海拓展进入全球龙头厂商供应链体系：例如富创精密进入东京电子、HITACHI High-Tech和ASML等全球半导体设备龙头厂商 供应链体系，是AMAT全球战略供应商。在国内产品已进入包括北方华创、屹唐股份、中微公司、拓荆科技、华海清科、芯源微、中科信装备、凯世通等国产 设备供应商。从事高端精密金属结构件制造的华亚智能客户为超科林、ICHOR、捷普、天弘、依工电子等设备部件制造商；并进入半导体晶圆制造设备国际 巨头AMAT、Lam Research；晶圆检测设备国际知名制造商 Rudolph Technologies和国内领先制造商中微半导体供应链体系。

半导体精密金属结构件，结构类、工艺类零部件需要具有极高的稳定性，高精密、高洁净、超强耐腐蚀、耐击穿电压等。

真空类：代表产品为真空泵，欧洲占主导地位

真空子系统包含用于真空获得、真空测量、真空检漏的零部件，用于半导体产品制造领域的代表性产品为干式真空泵。半导体产品制造中一般使用干式真空泵，干式真空泵与油封式机械泵相对，适宜在存在颗粒尘埃、有腐蚀性的环境下工作。干式真空泵用于为薄膜、刻蚀、离 子注入（约占主要工艺过程的70%）提供制造工艺所必需的超洁净真空环境，完成物理和化学气相沉积、刻蚀、离子注入等超微加工。

根据应用的制程严苛程度不同，对真空泵提出不同的要求。集成电路工艺制程可分为清洁、中度严苛和严苛三类：清洁工艺制程以装载、传输为例；中度严苛 工艺制程以刻蚀为例；严苛工艺制程以CVD为例。工艺制程严苛程度与气体腐蚀性和制程中产生粉尘情况有关。2020年，真空子系统市场规模约27亿美元，其中60%份额由欧洲生产商贡献。前三大欧洲生产商，Edwards，Pfeiffer和VAT贡献了全球55%的市场份额。国内企业中，从事真空泵的企业包括中科仪、汉钟精机等，从事真空腔体、阀门、法兰等的主要为新莱应材。

气体：具备替代进口客观条件，逐步验证突破

工艺介质供应系统一般为项目制：工艺介质供应系统业务分为两种类型：一是系统综合解决方案，即针对客户新建项目提供方案设计、设备制造以及系统安装等服务；二是MRO业务， 即维护（Maintenance）、维修（Repair）、运营（Operation），针对客户已建成项目提供技改工程、设备制造、配件综合采购及运营等服务。工艺介质供应系统厂商主要通过招投标等方式获取项目，资质与历史业绩、项目经理履历等方面与境外知名供应商具备差距是限制国产化主要原因。气体管路系统：国产化率较低：当前流量控制领域（涵盖气体输送零部件、组件、密封件、气棒总成、质量流量控制器（MFC）等）国产化率几乎为0；MFC：既精确测量气体流量，也能自动控制气体流量，即使系统压力有波动或环境温度有变化，也不会使流量偏离设定值。

石英制品：原材料垄断和加工能力是国产化主要限制

2020年全球石英制品市场规模约291.6亿元，其中65%石英制品用于半导体行业，到2021年全球半导体石英制品的市场规模预计将达216亿美元。国内石英类零部件发展主要受以下因素限制：原材料石英砂供应高度垄断：高纯石英砂生产与高品质矿源密切相关，低品质矿源提纯较为困难，需要发掘优质矿源，或实现提纯工艺的突破。国内石英制品的加工能力相比国际领先水平还有一定的差距，主要表现为材料纯度水平不高、产品质量不够稳定、先进产品不具备自主生产技术等。进入设备厂商认证环节难：设备厂商需求高度定制化，石英制品是高度客户导向性产业，高度强调精密性和稳定性。当前国内石英砂厂商规模较小，且产品大部分用于光伏领域，用于半导体制造的高端产品比重较低。

陶瓷零部件：关键零部件国产化难度仍然较高

陶瓷加热器、静电卡盘和超高纯碳化硅套件是主要难点：陶瓷加热器：薄膜沉积等设备中重要部件，对晶圆均匀加热，使衬底表面上进行高精度的反应并生成薄膜，材料一般为热压烧结工艺氮化铝材料；静电卡盘：现代半导体制造工艺中，晶圆需要在几百个工艺设备之间传输。静电吸盘可通过静电吸附作用来固定晶圆，确保晶圆不会发生翘曲变形，保 证加工精度和洁净程度。目前普遍的静电吸盘技术主要是以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为主体材料。超高纯碳化硅套件：用于半导体氧化扩散设备中的炉管、立式舟、底座和挡板等多个重要零部件，要求在1000℃以上高温环境下仍能保持高硬度，并 可将热量快速、均匀传导。

电源系统：随着3D NAND层数增加，需求快速提升

据VLSI Research，电源子系统2016年在生产设备中金额占比为9.8%，2021年占比为13%，增长驱动因素包括：对真空的更高频应用；每个腔中使用射频电源的平均数量增加；向更高功率、更高频率电源演变的趋势，单位价值量提升。3D NAND层数增加，沉积、刻蚀步数增加，在3D NAND中，刻蚀步骤与应用更加复杂，对电源系统需求更高。

光学系统：光刻机核心零部件，技术、工艺难度较高

光学系统主要应用于光刻机和光学量测环节。光刻机上游最核心的零部件分别为光学镜头、光学光源和双工件台。光学镜头：Canon、Nikon、Zeiss三分天下。EUV光刻机的光学镜头仅有Zeiss具备制造能力，长期为ASML生产的光刻机提供高效能光学镜头。Nikon镜头在光刻机领域主要用于自产的ArFi和ArF 高端光刻机。Canon光学镜头主要应用于i-line光刻机。光学镜头的难点在于技术和工艺。在技术方面，镜片设计组合难度较高，且光刻机中每一块透镜的位置误差都必须小于1nm；在工艺方面，光刻机所 要求的镜面光洁度非常高。目前，由蔡司生产的最新一代EUV光刻机能够实现原子级别的平坦。

光学光源：高端光刻机的另一核心部件。最高端的EUV光刻机使用激光等离子光源，目前仅有美国公司Cymer和日本公司Gigaphoton能够生产，其中Cymer市场份额超过70%。当前，科益虹源打破主流ArF光刻机光源制造，是上海微28nm光刻机光源制造商，奥普光学提供的镜头可以达到90nm，与进口零部件仍有一定差距。双工件 台国产化供应商为华卓精科，当前配套上海微光刻机。

磁流体密封圈：国产化替代从无到有

磁流体密封装置是通过磁体产生磁场，将磁液固定在磁极与旋转轴之间，形成多个液体O型圈，实现旋转密封的一种装置。磁流体由于1）能达到10-9Pa超高真空的环境。2）可以用于对腐蚀性气体进行密封，多用在半导体设备上，例如在单晶硅炉、化学气相沉积设备、离子镀膜 等真空设备的密封，以及高温高压设备及对环境要求较高的设备的密封。磁流体密封圈国产化率较低，近年来国产化开始出现突破。2019年，晶盛机电磁流体真空密封装置在SEMICON展出。

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