薄膜沉積設備行業(yè)發(fā)展基本情況

薄膜沉積設備行業(yè)發(fā)展基本情況圖形刻畫：光刻機必不可少光刻是將設計好的電路圖從掩膜版轉印到晶圓表面的光刻膠上，通過曝光、顯影將目標圖形印刻到特定材料上的技術，可以簡單理解為畫圖過程，是晶圓制造中最重要的技術。光刻工藝包括三個核心流程：涂膠、對準和曝光以及光刻膠顯影，整個過程涉及光刻機，涂膠顯影機、量測設備以及清洗設備等多種核心設備，其中價值量最大且技術壁壘最高的部分就是光刻機。光刻機經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)演化出五代產(chǎn)品，由光源波長進行區(qū)分可以分為可見光（g-line），紫外光（i-line），深紫外光（KrF、ArF）以及極紫外（EUV）幾大類，從工作類型又可以分為接觸式、掃描式、步進式、浸沒式等方式。不同類型的光刻機主要是為了滿足日益提升的制程需求，當前最先進的3nm制程只能通過EUV光刻機才能實現(xiàn)。全世界沒有任何一家公司可以獨立制造光刻機，其生產(chǎn)技術要求極高，可以分為十一個主要部件，包含超過十萬個零件，涉及上下游多家供應商，具有極強的生態(tài)屬性。光刻機的主要部件有工件臺、激光源、光束矯正器、能量控制器、光束形狀設置、遮光器、能量探測器、掩模臺、物鏡、封閉框架與減震器。目前全球光刻機市場幾乎由ASML、尼康和佳能三家廠商壟斷，其中又以ASML一家獨大。由于光刻機需要超十萬個零部件，在各大晶圓廠不斷擴產(chǎn)的背景下，光刻機的交貨時間一再推遲，EUV光刻機的交期已經(jīng)推遲到24個月以后。從銷量來看，2021年ASML占比65%，出貨量達到309臺，力壓尼康和佳能，其中EUV/ArFi/ArF高端光刻機占比分別為100%/95．3%/88%。從銷額來看，EUV光刻機單價超過1億歐元，最新一代0．55NA大數(shù)值孔徑EUV光刻機單價甚至超過4億歐元，全球僅有ASML可提供，使其占據(jù)市場絕對龍頭地位，2021年市場份額達到85．8%。目前國內(nèi)具備光刻機生產(chǎn)能力的企業(yè)主要是上海微電子裝備，主要致力于半導體裝備、泛半導體裝備、高端智能裝備的開發(fā)、設計、制造、銷售及技術服務。公司設備廣泛應用于集成電路前道、先進封裝、FPD面板、MEMS、LED、PowerDevices等制造領域。公司的光刻機產(chǎn)品有SSX600和SSB500兩個系列，其中SSX600系列主要應用于IC前道光刻工藝，可滿足IC前道制造90nm、110nm、280nm關鍵層和非關鍵層的光刻工藝需求；SSB500系列光刻機主要應用于IC后道先進封裝工藝。半導體設備定義及產(chǎn)業(yè)鏈半導體專用設備泛指用于生產(chǎn)各類半導體產(chǎn)品所需的生產(chǎn)設備，屬于半導體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐環(huán)節(jié)。在整個芯片制造和封測過程中，會經(jīng)過上千道加工工序，細分又可以劃分出百種不同的機臺，占比較大市場份額的主要有：光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備、離子注入機、測試機、分選機、探針臺等。半導體設備產(chǎn)業(yè)鏈中，上游為零部件和系統(tǒng)軟件；中游為半導體設備，光刻機、刻蝕機、離子注入機、涂膠顯影設備、氧化爐、CMP/CVD/PVD設備、質檢及電學檢測設備等；下游為半導體產(chǎn)品，主要包括分立器件、光電子器件、傳感器和集成電路?？涛g機：微觀世界雕刻師作為半導體制造過程中三大核心工藝之一，刻蝕可以簡單理解為用化學或物理化學方法有選擇地在硅片表面去除不需要的材料的過程，可以分為干法刻蝕和濕法刻蝕，目前市場主流的刻蝕方法均為干法刻蝕，可將其分為CCP刻蝕和ICP刻蝕。CCP刻蝕主要是以高能離子在較硬的介質材料上，刻蝕高深寬比的深孔、溝槽等微觀結構；而ICP刻蝕主要是以較低的離子能量和極均勻的離子濃度刻蝕較軟的或較薄的材料。三星宣布將成為全球首家采用GAA工藝進行3nm制程的生產(chǎn)，相較于FinFET工藝，GAA被譽為突破3nm制程的有力手段。每一代芯片新技術的突破，晶體管體積都會不斷縮小，同時性能不斷提升。從平面MOSFET結構到FinFET晶體管架構，再到后面的GAA結構甚至MBCFET結構，晶體管的復雜度不斷提升，對刻蝕和薄膜沉積等核心技術提出了更高的要求。隨著芯片制程的提升，受到光刻機波長的限制，往往需要采用多次曝光，才能得到要求的線寬，實現(xiàn)更小的尺寸。這對刻蝕速率、各向異性、刻蝕偏差、選擇比、深寬比、均勻性、殘留物、等離子體引起的敏感器件損傷、顆粒沾污等指標上對刻蝕設備都提出了更高的要求。我國因無法購買EUV光刻機而無法進行更先進制程的產(chǎn)線建設，如果想要用28nm產(chǎn)線生產(chǎn)14nm線寬的芯片，只能通過多次刻蝕才有可能實現(xiàn)，這使得對刻蝕的需求進一步提升。從全球范圍來看，刻蝕設備主要由美國泛林半導體、日本東京電子以及美國應用材料三家占據(jù)領先地位，2020年三家市場份額合計占比近9成。目前國內(nèi)有中微公司和北方華創(chuàng)兩家刻蝕設備供應商，從營收端來看，2020年和2021年中微公司和北方華創(chuàng)刻蝕設備營收占國內(nèi)總刻蝕市場規(guī)模的9．19%和10．48%左右，隨著公司的訂單逐步釋放，國產(chǎn)化率有望明顯提升。半導體薄膜沉積設備發(fā)展趨勢（一）半導體行業(yè)景氣度帶動半導體薄膜沉積設備需求增長隨著半導體行業(yè)整體景氣度的提升，全球半導體設備市場呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，拉動市場對薄膜沉積設備需求的增加。薄膜沉積設備行業(yè)一方面長期受益于全球半導體需求增加與產(chǎn)線產(chǎn)能的擴充，另一方面受益于技術演進帶來的增長機遇，包括制程進步、多重曝光與3DD存儲技術，全球半導體薄膜沉積設備市場規(guī)模將因此高速增長。MaximizeMarketResearch預計全球半導體薄膜沉積設備市場規(guī)模在2025年將從2020年的172億美元擴大至340億美元，保持年復合13．3%的增長速度。（二）半導體薄膜沉積設備進口替代空間巨大近年來，在國家政策的拉動和支持下，我國半導體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，整體實力顯著提升，設計、制造能力與國際先進水平不斷縮小，但半導體先進設備制造仍然相對薄弱。《中國制造2025》對于半導體設備國產(chǎn)化提出明確要求：在2020年之前，90-32nm工藝設備國產(chǎn)化率達到50%，實現(xiàn)90nm光刻機國產(chǎn)化，封測關鍵設備國產(chǎn)化率達到50%。在2025年之前，20-14nm工藝設備國產(chǎn)化率達到30%，實現(xiàn)浸沒式光刻機國產(chǎn)化。為推動我國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國家先后設立國家重大專項和國家集成電路基金，國家集成電路基金首期募資1，387億元，二期募資超過2，000億元。伴隨著國家鼓勵類產(chǎn)業(yè)政策和產(chǎn)業(yè)投資基金不斷的落實與實施，本土半導體及其設備制造業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展契機，而薄膜沉積設備作為半導體制造的核心設備，將會迎來巨大的進口替代市場空間。（三）薄膜要求提高半導體薄膜沉積衍生設備需求在晶圓制造過程中，薄膜發(fā)揮著形成導電層或絕緣層、阻擋污染物和雜質滲透、提高吸光率、阻擋刻蝕等重要作用。由于芯片的線寬越來越窄、結構越來越復雜，薄膜性能參數(shù)精細化要求也隨之提高，如先進制程的前段工藝對薄膜均勻性、顆粒數(shù)量控制、金屬污染控制的要求逐步提高，臺階覆蓋能力強、薄膜厚度控制精準的ALD設備因此被引入產(chǎn)線。（四）先進制程增加導致半導體薄膜沉積設備市場攀升隨著集成電路制造不斷向更先進工藝發(fā)展，單位面積集成的電路規(guī)模不斷擴大，芯片內(nèi)部立體結構日趨復雜，所需要的薄膜層數(shù)越來越多，對絕緣介質薄膜、導電金屬薄膜的材料種類和性能參數(shù)不斷提出新的要求。在90nmCMOS工藝大約需要40道薄膜沉積工序。在3nmFinFET工藝產(chǎn)線，則超過100道薄膜沉積工序，涉及的薄膜材料由6種增加到近20種，對于薄膜顆粒的要求也由微米級提高到納米級。只有薄膜沉積設備的不斷創(chuàng)新和進步才能支撐集成電路制造工藝向更小制程發(fā)展。目前，半導體行業(yè)的薄膜沉積設備中，PVD設備與CVD設備均已初步實現(xiàn)國產(chǎn)化，而ALD設備作為先進制程所必須的工藝設備，在大規(guī)模量產(chǎn)方面國內(nèi)廠商尚未形成突破。當技術節(jié)點向14納米甚至更小的方向升級時，與PVD設備和CVD設備相比，ALD設備的必要性更加凸顯。目前，基于供應鏈安全考慮，國內(nèi)設備制造商正面臨更多的機會。面對半導體設備向高精度化與高集成化方向發(fā)展的趨勢，以及國產(chǎn)化進程加快的背景下，國產(chǎn)半導體ALD設備迎來前所未有的發(fā)展契機。目前主流應用的顯示技術為LCD和OLED，在海茲定律（即在給定的光波長下，每流明成本每十年降低10倍，每LED組件的發(fā)光量每十年提高20倍）驅動下，從中長期看，新型顯示技術如柔性電子、Mini/MicroLED市場規(guī)模將快速提升。水汽穿透率（WVTR）是衡量膜層抗水氧的重要指標，由于顯示器件被水和氧氣滲透后極易發(fā)生老化變性，導致器件亮度和使用壽命出現(xiàn)明顯衰減，因此需要使用阻水阻氧材料進行封裝保護，其中可彎折的柔性OLED顯示器對水汽較為敏感，其WVTR指標需要達到10-4g/m2/d以下。其他新型顯示技術的WVTR至少也需要小于10-3g/m2/d的程度，才能保證在嚴苛環(huán)境之下的可靠度?？紤]到新型顯示技術對封裝保護的更高要求，而ALD膜層擁有高密度、無針孔、保型性能好、絕緣、阻水阻氧等特點，柔性OLED等新型顯示技術開始使用ALD膜層來保證其穩(wěn)定性。早期的LED加工工藝要求的精密度無法與集成電路相比，防水汽與防氧化也沒有OLED那么嚴格，但隨著芯片尺寸持續(xù)縮小的趨勢與高功率密度芯片級別封裝CSP的興起，ALD技術優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)，并進入新型顯示行業(yè)的視線，ALD技術的市場需求將進一步擴大。半導體設備行業(yè)發(fā)展面臨的機遇與挑戰(zhàn)（一）半導體設備行業(yè)發(fā)展面臨的機遇1、清潔能源發(fā)展以及光伏產(chǎn)業(yè)降本提效帶動半導體設備行業(yè)持續(xù)發(fā)展過去對傳統(tǒng)能源如煤炭、石油、天然氣等化石能源的過度依賴已導致嚴重的生態(tài)環(huán)境問題，使得國際社會對保障能源安全、保護生態(tài)環(huán)境、應對氣候變化等問題日益重視。而太陽能作為最重要的可再生能源之一，具有資源普遍可及、便于應用、成本低等優(yōu)勢，是替代化石能源的主力能源之一，已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)應對氣候變化的共同選擇。近年來，全球多個國家陸續(xù)出臺了一系列鼓勵和扶持太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，為各國光伏產(chǎn)業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了良好的政策環(huán)境。中國在2020年9月提出了二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的目標；2021年3月12日發(fā)布的國民經(jīng)濟《第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》指出，推進能源革命，建設清潔低碳、安全高效的能源體系，提高能源供給保障能力，加快發(fā)展非化石能源，堅持集中式和分布式并舉，大力提升風電、光伏發(fā)電規(guī)模。通過數(shù)十年的持續(xù)研發(fā)，光伏產(chǎn)業(yè)主要原材料的價格已經(jīng)大幅下降，技術不斷迭代升級，光電轉換效率穩(wěn)步提升，與之相對的，光伏領域的專用設備行業(yè)技術也將大幅提升。隨著行業(yè)技術的持續(xù)進步與生產(chǎn)成本的不斷下降，光伏發(fā)電的綜合成本有望維持降低趨勢。這將有助于光伏發(fā)電的大規(guī)模普及應用，進而使得高性能光伏專用設備的市場規(guī)模呈現(xiàn)持續(xù)擴張態(tài)勢。2、半導體產(chǎn)能轉移以及背景使得國內(nèi)設備廠商面臨發(fā)展機遇中國大陸作為全球最大半導體終端產(chǎn)品消費市場，隨著國際產(chǎn)能不斷向中國轉移，半導體企業(yè)紛紛在中國投資建廠，國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)的規(guī)模不斷擴大，設備需求將不斷增長。持續(xù)的產(chǎn)能轉移不僅帶動了國內(nèi)半導體整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術水平的提高，為半導體專用設備制造業(yè)提供了巨大的市場空間，也促進了國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)專業(yè)人才的培養(yǎng)及配套行業(yè)的發(fā)展，半導體產(chǎn)業(yè)環(huán)境的良性發(fā)展為中國半導體專用設備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)的擴張和升級提供了機遇。在半導體領域，元器件逐步呈現(xiàn)高密度、高深寬比結構，部分核心工藝通過傳統(tǒng)方式難以實現(xiàn)，ALD設備在該類應用中已通過國外大型集成電路晶圓制造廠商的量產(chǎn)驗證。與此同時，從中美貿(mào)易戰(zhàn)開始，限制了通過國際采購獲得先進設備渠道。在此背景下，我國半導體設備提升國產(chǎn)化