国产半导体设备正迎来“黄金时代”
张通社 zhangtongshe.com
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近日，国产化学机械抛光（CMP）设备龙头企业华海清科成功登陆科创板，开盘价235元/股，大涨近72%。这是继纳芯微成为年内最贵新股之后，半导体行业迎来的又一只百元高价股。
值得注意的是，华海清科是目前国内唯一一家能够提供半导体12英寸CMP商业机型的厂商，不仅打入了晶圆产线，还成为了晶圆厂的主力供应商，其CMP设备已累计出货58台，广泛应用于中芯国际、长江存储、华虹集团、英特尔等国内外芯片厂商的产线中，为国产半导体的自主可控做出了较大贡献。
半导体行业历来有一代设备、一代工艺、一代产品的说法，设备始终走在工艺和产品的前面。因此半导体设备行业被视作芯片制造的基石，对于中国半导体产业链安全具有重大意义。
去年以来的全球缺芯，引发全球晶圆厂掀起扩产潮，对半导体设备的需求再次激增。作为上游的半导体设备行业也开始了它的持续增长之路，在行业扩容和国产替代的双重作用下，正式步入发展建设的“黄金时代”。
国际巨头垄断
全球半导体设备市场亟需破局
全球半导体设备大致可以分为11大类、50多种机型。前道设备主要有光刻机、刻蚀机、薄膜沉积机、离子注入机、CMP设备、清洗机、前道检测设备和氧化退火设备八大类；后道设备主要分为测试设备和封装设备。其中，前道设备用于晶圆制造过程，覆盖从光片到晶圆的成百上千道工序。
纵观全球半导体设备市场，美日欧争霸，高度垄断。每一细分领域，都被巨头牢牢把持。
比如光刻机作为半导体芯片最核心设备，几乎全部出自ASML（阿斯麦）、Nikon（尼康）和Canon（佳能）三家企业，其中阿斯麦独享高端光刻机市场，在EUV领域根本没有对手。
薄膜沉积设备主要包括CVD、PVD、ALD三种，而这基本已经被AMAT（美国应用材料）、Lam Research（拉姆研究）以TEL（东京电子）三家垄断。CVD领域，三者市占率合计达到约70%；PVD设备市场，应用材料一家就占到了85%；ALD设备市场，应用材料和东京电子的市场占有率为60%。刻蚀设备仍然是这三家巨头的天下，三者在全球刻蚀设备市场中的占比率高达91%。
全球测试机市场则被爱德万、泰瑞达和拉姆研究垄断，三家的市占率分别为50%，40%和8%；全球封装设备市场主要由ASM Pacific、K&S、Shinkawa、Besi占据。
CMP设备领域，应用材料和日本荏原霸占了全球超90%的市场。
相比之下，尽管我国半导体设备市场规模平稳提高，但在半导体设备层面的自给率却远远不够。2020年国产半导体设备自给率约为17.5%。如果仅考虑集成电路设备，国内自给率仅有5%左右，在全球市场仅占1-2%。
巨头围堵之下，推动半导体设备实现国产替代已成为我国半导体行业的重中之重。
国产替代强势返攻
半导体设备明星企业正在崛起
半导体设备行业肩负着我国芯片产业、下游新兴科技产业乃至国运盛衰的艰巨使命。目前虽然整体上我国设备技术水平与国际领导者仍有差距，但经过数十年的追赶和创新，中国半导体设备行业在光刻机、清洗设备、刻蚀设备、薄膜沉积、涂胶显影设备、检测设备等领域已经取得一定成绩，并诞生了一批明星企业。
根据张通社Link数据库不完全统计，当前国内半导体设备厂商已有50余家，其中上海占席18位，包括中微半导体、上海微电子、盛美半导体、睿励科学、拓荆科技、芯源微和长川科技等各细分领域的佼佼者，且在大部分半导体生产设备环节中布局和渗透。
▲国产半导体设备厂商（不完全统计）
在“卡脖子”的首要设备光刻机领域，上海微电子一骑绝尘。作为我国唯一的光刻机制造厂商，上海微电子在今年2月完成了首台2.5D/3D先进封装光刻机的交付，这标志着中国首台2.5D/3D先进封装光刻机正式交付客户。
值得一提的是，上海微电子此次交付的是用于后道制造的光刻机，主要应用于高端数据中心高性能计算（HPC）和高端AI芯片等高密度异构集成领域。它意味着中国在封装光刻机方面，来到了世界最高水平，真正意义上实现了从0到1的突破。
在蚀刻设备领域，中微公司、北方华创、屹唐股份三强正在崛起。其中，中微半导体由尹志尧博士等人于2004年在张江创立，成立时首先开发CCP刻蚀设备，2018年就研制出世界首台5nm等离子蚀刻机。目前，公司的高端刻蚀机设备已经进入到台积电、长江存储、华虹宏力等晶圆制造商的生产线。
涂胶显影设备方面，芯源微是国内唯一能够提供高端芯片涂胶显影设备的隐形冠军企业。在芯源微突破这项技术之前，进口涂胶显影机牢牢占据国内市场。当芯源微“国货当自强”之后，进口设备一举降价幅度达到50%以上，为国人争了一口气。
前道检测设备方面，精测电子、睿励科学仪器、中科飞测、东方晶源等厂商都有产品实现突破。如睿励科学仪器，是国内少数几家进入国际领先的12英寸生产线的高端装备企业，在2013年就推出了首台12英寸的光学薄膜测量设备，拥有自己的知识产权，性能可以与国际领先水平的设备相媲美，并顺利成为国内唯一为三星提供芯片制造工艺检测设备的企业。
就在近日，半导体前道量测领域再添新军：上海优睿谱首台半导体专用FTIR（傅立叶变换红外光谱）测量设备Eos200正式交付客户，这也是国内半导体量测设备公司首次实现FTIR设备交付。
清洗设备方面，盛美半导体堪称半导体设备国产替代的“新黑马”。从半导体清洗设备打破国际领先企业在中国市场的垄断，成为国内清洗设备龙头；到登陆美国纳斯达克交易所，成为国内首家赴美上市的半导体设备企业；再到拆分上海子公司冲击科创板上市，盛美半导体无疑是整个国际半导体设备厂商中最耀眼的企业之一。目前在国产清洗设备市场中，盛美上海占据80%左右的市场份额。
在后道的封装测试设备方面，有华峰测控、长川科技、精测电子等中坚力量。其中，华峰测控是国内最早进入半导体测试设备行业的企业之一，在行业内深耕二十余年，聚焦于模拟和混合信号测试设备领域。公司产品已经进入了中国台湾及欧美、日韩等半导体产业发达的市场，目前全球累计装机量突破4000台。
这些还只是国产半导体设备市场的冰山一角，更多的供应商企业在细分市场埋头研究，努力向着全面国产替代进发。
资本加速涌入
助力国产半导体设备快速发展
在半导体设备国产化热潮来临的同时，资本热钱也在加速涌入半导体设备市场，以助推行业进一步发展。
据不完全统计，2022年以来，在国内半导体设备领域，至少已有16家企业完成了新一轮融资，累计融资额超17亿元，既有老牌半导体设备厂商，也有多样的新生力量，它们背后不乏深创投、红杉基金、元禾璞华、华为哈勃、中芯聚源、冯源资本、浦东科创集团等知名投资机构或产业基金加持。
譬如东方晶源是国内电子束检测、量测设备领先厂商，在这两大领域已填补多项国内空白。继去年6月首台12英寸CD-SEM出机后，东方晶源2022年再次成功研发了首台8英寸的CD-SEM设备，并正式交付客户。
一路走来，东方晶源已完成5轮融资，背后股东可谓豪华，包括深创投、赛领资本、亦庄国投、松禾资本、北京集成电路基金、上海国投等。
位于张江的精积微半导体，成立于2021年，是半导体检测领域相关设备研发商。公司成立不到一年，即获得了3亿元人民币战略投资，投资方有上海半导体装备材料基金、海望资本、张江浩珩、同鑫力诚、上海精望、上海精测等。
在资本的助力下，精积微半导体进入发展快车道，目前已斩获两台明场检测BFI100型设备订单，该型号设备主要用于65nm-180nm的半导体产线制程监控。首台设备将于今年10月出机。
成立于2020年中安半导体，同样是专业从事半导体检测设备研发的初创型企业，在今年2月完成了两亿元A轮融资，由红杉资本、中芯聚源、元禾璞华领投、江北科投以及老股东华登国际、金茂资本参与跟投，本轮融资资金将主要用于新产品研发。
封测设备领域的初创企业砺铸智能，也是投资机构追捧的对象。2018年成立之初，公司便获得了国投创业和中芯聚源的战略融资，2021年底获得了由康橙投资、浦东科创集团、中信资本、宽带智汇母基金、冯源投资等联合参投的超亿人民币B轮融资，近日又宣布完成新一轮战略融资，投资方包括深创投、国发创投、天创资本、上创新微、TCL资本、兴业证券等。
与此同时，多家半导体设备厂商开启IPO进程，成为资本市场上的冉冉之星。
“国产光刻设备第一股”芯碁微装于2021年4月成功登陆科创板。上市一年来，芯碁微装不断推陈出新以及深耕市场，推出PCB直接成像设备及自动线系统、泛半导体直写光刻设备及自动线系统等产品和服务，已实现了PCB领域和泛半导体领域的国产替代，是国内泛半导体领域唯一能与国外对标的光刻设备企业之一。
今年4月，拓荆科技成功上市，开盘后股价一度大涨46%，国家集成电路基金、国投上海等都是其重要股东。拓荆科技是国产薄膜沉积设备龙头企业，是国内唯一一家产业化应用的集成电路PECVD、SACVD设备厂商，曾三次被中国半导体行业协会评为“中国半导体设备五强企业”。
另有屹唐半导体已于科创板首发过会，从成立到成为行业巨头，屹唐半导体只用了5年时间。目前，屹唐半导体干法去胶设备占比全球第一，快速热处理全球第二；中科飞测昨日也科创板IPO成功过会，成立8年融资5轮，走到科创板的这一刻，中科飞测背后站着的是深创投、中芯国际、华为哈勃等头部投资机构。
半导体设备资本投入大、人才缺乏、行业壁垒较高，随着本土企业逐渐受到资本扶持或登陆科创板，能够获得资源优势的各细分领域的龙头企业，市场市占率的提升也将快于同领域的其他企业。
行业持续繁荣
国产半导体设备未来可期
今年4月，芯片界又传出一个令人振奋的消息：中国大陆半导体设备企业中标了67台，国产化率高达62%。从年度数据来看，去年半导体设备国产化率27.4%，相比2020年的16.8%已有显著提升。
这意味着，历时多年的国产替代，已经进入集中兑现期。
在中美贸易摩擦加剧之前，本土晶圆厂商为了尽快在半导体景气周期内完成产线建设，一般都倾向于采购海外头部企业的成熟设备，减少认证的周期和成本。由于缺少验证和导入机会，中国半导体设备公司在很长一段时间里止步不前。
不过，随着美国技术禁令的持续升级，加上新冠疫情对全球供应链的冲击，以中芯国际为代表的国内晶圆厂在设备、原材料领域所面临的断供风险越来越大，迫使相关公司开始扶持本土供应商，大面积国产替代正式起步。
经过几年的韬光养晦，中国半导体事业终于跻身于世界前列。据SEMI数据，2021年全球半导体制造设备销售额激增，相比2020年的712亿美元增长了44%，达到1026亿美元的历史新高。其中，中国大陆地区再度成为全球最大的半导体设备市场，销售额增长了58%，达到296亿美元。
随着全球集成电路制造业不断向中国大陆转移，以及中国大陆大量晶圆厂的扩建和产能扩张，未来中国市场对半导体设备的需求量有望迎来井喷式增长，半导体设备景气周期有望持续。
面对前所未有的“芯”契机，诸多国产半导体设备厂商都在持续投入大量资金用于研发。例如，北方华创2021年研发投入28.9亿元，在国内遥遥领先。拓荆科技研发投入占比38%；中微半导体和长川科技占比23%；盛美上海占比17%左右。引擎加速后，相信国产设备能够在相对短的时间内，迈上一个新台阶。
春江水暖鸭先知，如今半导体正处于春意盎然之中，国产半导体设备之花也在绚烂绽开，实现从无到有、从低端设备到高端设备的突破。
回顾2021年，很多国产半导体设备实现了0-1的跨越，2022年将逐步进入到1-N的放量过程。可以预见，在不远的未来，还会有更多优秀的半导体设备公司，引领国产半导体设备开创新局面，为中国乃至全球半导体行业发展增添更鲜明的色彩。
主笔：强亚娟
编辑：孟竺
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