晶圓制造涉及眾多流程，刻蝕為其中重要的一 步，目的是在襯底上留下需要的圖形電路?？涛g分為干法刻蝕和濕法刻蝕，其 中干法刻蝕是主流工藝；在干法刻蝕中，反應離子刻蝕應用最廣泛。為了精確復制硅片上的掩膜圖形，刻蝕必須滿足速率快、刻蝕剖面各向異性等一系列特 殊要求。半導體工藝節(jié)點的不斷縮小，對刻蝕設備提出了更苛刻的要求。以下為全球刻蝕設備深度分析報告全文：

1.刻蝕設備：半導體的“雕刻刀”

1.1 半導體制造壁壘高，涉及眾多流程

半導體制造工序繁多，涉及大量設備。由于半導體產(chǎn)品加工工序多，所以在制造過 程中需要大量的半導體設備和材料。半導體產(chǎn)品的加工過程主要包括晶圓制造（前道， Front-End）和封裝（后道，Back-End）測試，隨著先進封裝技術(shù)的滲透，出現(xiàn)介于晶 圓制造和封裝之間的加工環(huán)節(jié)，稱為中道（Middle-End）。半導體設備投資中，晶圓處 理設備占比最大，根據(jù) SEMI 預計，2018 年晶圓處理設備投資額占整體設備投資比例達 81%。

晶圓處理線可以分成 7 個獨立的生產(chǎn)區(qū)域：擴散（Thermal Process）、光刻（Photo- lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長（Dielectric Deposition）、 拋光（CMP）、金屬化（Metalization）。7 個主要生產(chǎn)區(qū)的相關(guān)步驟以及測量等都是在晶 圓潔凈廠房進行的。在生產(chǎn)區(qū)都放臵有若干種半導體設備，滿足不同的需要。

半導體產(chǎn)品中，集成電路銷售額最大。半導體是導電性介于導體（金屬）與絕緣體 （陶瓷、石頭）之間的物質(zhì)，包括硅、鍺、砷化鎵。半導體分為四類產(chǎn)品：集成電路（IC）、 光電子器件、分立器件和傳感器。其中銷售額規(guī)模最大的是集成電路，2018 年集成電 路市場規(guī)模達到 3933 億美元，同比增長 15%，占半導體市場的 83.9%。集成電路產(chǎn)品 又可以細分為邏輯電路、存儲器、模擬電路、微處理器。

集成電路（IC）的制造過程可以分為芯片設計、芯片制造（晶圓制造和晶圓加工）、 芯片封裝與測試。芯片設計就是建立電子器件間互連線模型，包括邏輯設計、電路設計 等；晶圓加工包括氧化、光刻、刻蝕、擴散、植入、沉積等過程，分為 IDM（一體化生 產(chǎn)）和晶圓代工兩種模式.

1.2 半導體先進制程加速，對刻蝕設備要求提高

1.2.1 干法刻蝕為主流工藝，其中介質(zhì)刻蝕應用最廣泛

刻蝕環(huán)節(jié)為芯片制造重要一步。刻蝕是用化學或物理方法有選擇地從硅片表面去除 不需要的材料的過程?？涛g的基本目標是在涂膠的硅片上正確地復制掩膜圖形?？涛g的 選擇性質(zhì)來自于：紫外光會破壞抗蝕劑，而掩膜版會遮擋紫外光，這樣被掩膜版遮蔽的 薄膜層就會被保留。因此，經(jīng)過物理或者化學刻蝕之后，襯底上留下的圖形電路就與掩 膜版的形狀一模一樣了。

如上圖所示，一層結(jié)構(gòu)的加工就需要十幾個步驟，如果要建立 60 層的復雜結(jié) 構(gòu)，就需要約 1000 個加工步驟。單個步驟的合格率即使達到 99.0%，1000 個步 驟后的合格率就趨近于零。因此只有每個步驟的合格率均達到 99.99%，才能實現(xiàn) 總體合格率 90%以上。

刻蝕分為干法刻蝕和濕法刻蝕，其中干法刻蝕是主流工藝。干法刻蝕是把硅片表面 暴露于氣態(tài)中，產(chǎn)生等離子體，等離子體通過光刻膠中開出的窗口與硅片發(fā)生物理或化 學反應（或這兩種反應），從而去除暴露的表面材料。干法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器 件的主要方法。濕法刻蝕是使用液體化學試劑（如酸、堿和溶劑等）以化學方式去除硅 片表面的材料。濕法刻蝕一般只是在尺寸較大的情況下（大于 3 微米）。濕法刻蝕也用 于腐蝕硅片上的某些層或用于去除干法刻蝕的殘留物。與濕法刻蝕相比，干法刻蝕的 優(yōu)點在于：

1）刻蝕剖面是各向異性，具有非常好的側(cè)壁剖面控制；

2）好的 CD（尺寸大小）控制；

3）最小的光刻膠脫落或粘附問題；

4）好的片內(nèi)、片間、批次間的刻蝕均勻性；

5）較低的化學制品使用和處理費用。

按照反應原理來劃分，干法刻蝕分為三種：1）物理性刻蝕，又稱離子束濺射刻 蝕，原理是使帶能粒子在強電場下加速，這些帶能粒子通過濺射刻蝕作用去除未被 保護的硅片表面材料。2）化學性刻蝕，又稱等離子體刻蝕，純化學刻蝕作用中，通 過等離子體產(chǎn)生的自由基和反應原子與硅片表面的物質(zhì)發(fā)生化學反應達到刻蝕的效 果。3）物理化學性刻蝕，即反應離子刻蝕，為物理刻蝕與化學刻蝕混合作用。這種 物理和化學混合的作用機理結(jié)合了兩種作用的優(yōu)點，能獲得較好的線寬控制并有較 好的選擇比，因而在大多數(shù)干法刻蝕中多采用反應離子刻蝕。

按照被刻蝕的材料，干法刻蝕可以分為：金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕和硅刻蝕；其中， 介質(zhì)刻蝕使用量最大。金屬刻蝕主要是在金屬層上去掉鋁合金復合層，制作出互連 線；介質(zhì)刻蝕是用于介質(zhì)材料的刻蝕，如二氧化硅；硅刻蝕（包括多晶硅）應用于 需要去除硅的場合，如刻蝕多晶硅晶體管柵和硅槽電容。在 200mm 晶圓時代，介 質(zhì)、多晶以及金屬刻蝕是刻蝕設備的三大塊。進入 300mm 時代以后，隨著銅互連 的發(fā)展，金屬刻蝕逐漸萎縮，介質(zhì)刻蝕份額逐漸加大。目前介質(zhì)刻蝕設備的份額已經(jīng)超過 50%以上，而且隨著器件互連層數(shù)增多，介質(zhì)刻蝕設備使用量就越大。

1.2.2 刻蝕工藝參數(shù)繁多，對設備提出高要求

為了復制硅片上的掩膜圖形，刻蝕必須滿足一些特殊要求。

● 刻蝕速率：指在刻蝕過程中去除硅片表面材料的速度。上世紀 80 年代之前， 大部分等離子刻蝕設備是設計成批量處理的刻蝕機，然而隨著技術(shù)節(jié)點的縮小，當前半 導體制造的趨勢是采用單片處理的集成設備。在單片工藝的設備中，刻蝕速度是很重要 的一個參數(shù)。刻蝕速度由工藝和設備變量決定，如被刻蝕的材料類型、刻蝕機的結(jié)構(gòu)配 臵、使用的刻蝕氣體和工藝參數(shù)設臵。刻蝕速率通常正比于刻蝕劑的濃度。

刻蝕速率 = ?T/t

?T = 去掉的材料厚度（微米）

t = 刻蝕所用的時間（分）

● 刻蝕剖面：指被刻蝕材料的側(cè)壁形狀。有兩種基本的刻蝕剖面：各向同性和各 向異性刻蝕剖面。各向同性的刻蝕是在所有方向上（橫向和垂直方向）以相同的刻蝕速 率進行刻蝕，這會導致被刻蝕材料在掩膜下面產(chǎn)生鉆蝕，帶來線寬損失。濕法刻蝕本質(zhì) 上是各向同性的，因此濕法刻蝕不適合用于亞微米器件中的選擇性圖形刻蝕。

對于亞微米尺寸的圖形來說，要求刻蝕剖面是各向異性的，即刻蝕只在垂直于硅片 表面的方向上進行，只有很少的橫向刻蝕。各向刻蝕大部分是通過干法等離子體刻蝕來 實現(xiàn)的。我們認為，刻蝕剖面的角度要求越嚴格，對于刻蝕設備的要求就會越高。隨著 工藝節(jié)點的加快迭代，會要求垂直側(cè)壁的角度越接近 90°，對設備提出的要求也越來越 高。

● 刻蝕偏差：指刻蝕以后線寬或關(guān)鍵尺寸間距的變化?？涛g偏差通常是由于橫向 刻蝕導致的。刻蝕偏差是不必要的。

● 刻蝕選擇比：可以定義為被刻蝕材料與掩膜層材料刻蝕速率的比值。高選擇比 意味著只刻蝕想要去除的那一層材料而不刻蝕或少刻蝕其他材料。高選擇比在先進工藝 中是必須的，有利于確保關(guān)鍵尺寸和剖面控制。關(guān)鍵尺寸越小，選擇比要求越高。

● 刻蝕均勻性：刻蝕均勻性是衡量刻蝕工藝在整個硅片上，整個一批中，或批與 批之間刻蝕能力的參數(shù)。均勻性與選擇比有密切的關(guān)系，保持硅片的均勻性是保證制造 性能一致的關(guān)鍵。

● 刻蝕殘留物：刻蝕殘留物是刻蝕以后留在硅片表面的不想要的材料?？涛g殘留 物是 IC 制造過程中的硅片污染源。為了去除刻蝕殘留物，有時在刻蝕完成時進行過刻蝕。在一些情況下，刻蝕殘留物可以在去除光刻膠的過程中用濕法化學腐蝕去掉。

● 刻蝕聚合物：為了形成高的各向異性圖形，有時會有意形成刻蝕聚合物，因為 聚合物能阻擋對側(cè)壁的刻蝕，增強刻蝕的方向性。但聚合物淀積也有副作用，即會導致 工藝腔中的內(nèi)部部件也被聚合物覆蓋。因此，刻蝕工藝腔需要定期的清洗來去除聚合物 或是替換掉不能清洗的部件。

其他的參數(shù)還有刻蝕等離子體誘導損傷、顆粒玷污等等，我們認為隨著先進技術(shù)的 發(fā)展，對集成電路的集成度要求不斷提高，半導體先進制程加速提升，這對于設備端也 提出了更高的要求。半導體設備的更替潮或?qū)⒌絹怼?/p>

刻蝕技術(shù)隨著硅片制造技術(shù)的發(fā)展有了很多改變，最早的圓筒式刻蝕機簡單，只能 進行有限的控制?，F(xiàn)代等離子體刻蝕機能產(chǎn)生高密度等離子體，具有產(chǎn)生等離子體的獨 立射頻功率源和硅片加偏執(zhí)電壓、終點監(jiān)測、氣體壓力和流量控制，并集成對刻蝕參數(shù) 進行控制的軟件。

工藝節(jié)點逐步縮小，對刻蝕設備提出更高要求。隨著國際上高端量產(chǎn)芯片從 14 納 米到 10 納米階段向 7 納米、5 納米甚至更小的方向發(fā)展，當前市場普遍使用的沉浸 式***受光波長的限制，關(guān)鍵尺寸無法滿足要求，必須采用多重模板工藝，利用刻蝕 工藝實現(xiàn)更小的尺寸，使得刻蝕技術(shù)及相關(guān)設備的重要性進一步提升。下圖展示 10 納 米多重模板工藝原理，涉及多次刻蝕。

2. 半導體下游需求正旺，設備投資有望集中釋放

2.1 2018 年全球刻蝕設備銷售額創(chuàng)歷史新高

半導體制造業(yè)是重資產(chǎn)投入產(chǎn)業(yè)，需要大量設備投資，設備投資占整個總體投資比 例為 70%左右；設備投資中，晶圓處理設備投資額最大，占整體設備投資比例超過 80%。根據(jù) SEMI 預計，2018 年晶圓處理設備投資金額占整體設備投資比例達 81%，根據(jù)中 商產(chǎn)業(yè)研究院，晶圓處理設備中***、刻蝕機和薄膜沉積設備投資金額占比最大，除 了***，刻蝕設備價值量最大，占晶圓設備投資的 20%左右。

我們預計 2018 年全球刻蝕設備市場規(guī)模在 100 億美元左右。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院， 在晶圓處理設備中，刻蝕設備價值量僅次于***，占晶圓設備價值比重在 20%左右。根據(jù) SEMI 大半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)援引 SEMI 數(shù)據(jù)，預計 2018 年晶圓處理設備市場空間為 502 億美元。我們預計 2018 年全球刻蝕設備銷售額在 100 億美元左右。

除 2008/2009 年刻蝕設備銷售額隨著全球經(jīng)濟形勢出現(xiàn)較大幅度衰退之外，2006 年至今，刻蝕設備市場規(guī)模一直在 60 億美元上下波動。根據(jù) SEMI 大半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)援 引 SEMI 數(shù)據(jù)，全球半導體設備銷售額將在 2018 年創(chuàng)紀錄，2019 年重整，2020 年再 創(chuàng)新高。

中國半導體投資主力正在改變，中國公司對半導體工廠投資逐漸超越外國公司。從 投資方角度看，2017 年前，海外國際性公司，如三星、SK 海力士、英特爾是國內(nèi)晶圓 工廠建設主力，半導體設備消費也領先于國內(nèi)其他公司；2017 年后，中國公司投資快速 增長，根據(jù) SEMI 預計，2019 和 2020 年中國公司對國內(nèi)晶圓工廠的投資將超越外國公 司。

中國區(qū)域內(nèi)，中國廠商半導體前端設備消費將接近外國廠商。由于中國公司對半導 體制造的投資規(guī)模逐漸接近外國公司，中國公司的半導體設備消費也逐漸接近外國公司。2018 年，中國公司半導體前端設備消費將達到 58 億美元，外國公司將達到 67 億美元， 這也將是兩個數(shù)值最接近的一年。

2.2 下游產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，新制程半導體設備需求或集中釋放

2.2.1 下游產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，半導體產(chǎn)業(yè)加速更新迭代

2017 年，通信是集成電路的最大應用終端。2017 年全球電子系統(tǒng)市場規(guī)模預計達 到 1.49 兆美元，以通信（含智能手機）（31.8%）、PC/平板（26.1%）、工業(yè)/醫(yī)療（14.5%）、 消費電子（11.9%）、汽車電子（9.1%）、政府/軍用（6.50%）為主，其中通信行業(yè)是最 大的應用終端。

半導體市場主要增長動力在于智能手機、汽車電子、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領域。云計算、 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G 等新業(yè)態(tài)引發(fā)了半導體產(chǎn)業(yè)的變革，半導體市場主要增長動 力在于汽車電子、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能手機等領域。智能手機市場增速放緩，而物聯(lián)網(wǎng)、 汽車電子等新興終端應用逐步放量。根據(jù) IC Insights 的數(shù)據(jù)，2016-2021 年汽車電子、 工業(yè)/醫(yī)療、通信電子銷售額的增長率分別為 5.4%、4.6%、4.2%。

AI 和 5G 是半導體產(chǎn)業(yè)的新動能。根據(jù)賢集網(wǎng)援引中國電子報，AI 和 5G 已經(jīng)成為 半導體產(chǎn)業(yè)的新動能。因為有 AI 和 5G 核心技術(shù)的發(fā)展，驅(qū)動新的智能應用，帶動集成 電路的需求及增長，所以未來半導體產(chǎn)業(yè)仍會持續(xù)成長。

半導體產(chǎn)業(yè)加速更新迭代，帶來新的設備需求。根據(jù) SUMCO 預測，近年來全球半 導體先進制程處于加速發(fā)展期，每兩年半出現(xiàn)新的先進制程。同時，先進制程的半導體 芯片應用推廣速度呈加速態(tài)勢，這也意味著下游終端對于電子芯片精密化的要求在不斷 提升。我們認為，符合新制程要求的半導體設備需求或?qū)⑨尫拧?/p>

從 14nm 到 5nm 器件加工，刻蝕步驟會增加近乎三倍，對設備提出更高要求。14nm 工藝節(jié)點等離子刻蝕機刻蝕步驟為 65 步，而在 5nm 節(jié)點下，刻蝕步驟數(shù)達到了 150 步。我們認為對于刻蝕設備而言，隨著工藝節(jié)點的不斷縮小，一是需要更精密的加工精度來 匹配先進制程，二是需要更高的刻蝕速度來完成更多的步驟要求。因此先進制程對刻蝕 設備的要求顯著提高。

2.2.2 受益本土半導體產(chǎn)能投資擴張，設備端需求正旺

工程建設投資高峰到來，中國半導體設備市場規(guī)模擴大。根據(jù)各公司官網(wǎng)數(shù)據(jù)，我 們統(tǒng)計出目前在建及計劃在建的生產(chǎn)線。未來中國半導體市場投資規(guī)模為 4011 億人民 幣，按照設備投資占總投資的 70%計算，未來半導體設備需求空間為 2808 億人民幣。按照晶圓處理設備投資占總設備投資的80%，刻蝕設備投資占晶圓處理設備投資的20% 進行核算，未來中國在建或計劃建設的半導體工廠刻蝕設備投資額度大約為 449 億元。

根據(jù)《2018 年上海集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告》，2017 年，全球半導體設備市場 高漲的原因在于全球芯片需求旺盛，存儲器價位飆升及激烈競爭推動晶圓廠設備投資額 達到高位。許多廠商用于新的晶圓廠建設和購臵設備的投資都超過了歷史紀錄。2018 年，英特爾、美光、東芝（包括西部數(shù)據(jù)）及格羅方德都增加了對晶圓廠的投資。韓國 的三星更是掀起了新一波投資浪潮，2017年其設備投資從原計劃的80億美元增加到180 億美元，同比增長 128%。SK 海力士的設備支出也增加了 70%，達到 55 億美元，也創(chuàng) 歷史新高。

2.3 國際巨頭緊跟半導體產(chǎn)業(yè)趨勢，刻蝕設備不斷進化

根據(jù) Gartner 統(tǒng)計，全球前十大半導體設備廠商基本被美國、荷蘭和日本廠商所占 據(jù)，并且在相當長的時間內(nèi)保持穩(wěn)定，其中美國的應用材料公司更是穩(wěn)坐全球龍頭位置。

刻蝕設備集中度高，拉姆研究占據(jù)半壁江山。根據(jù)搜狐網(wǎng)援引立木信息咨詢，國外 刻蝕機設備廠商主要有應用材料（Applied Materials）、科林研發(fā)（KLA-Tencor） 、東 京電子（TEL）、日立國際（Hitach）、牛津儀器，且均已經(jīng)可以實現(xiàn) 7nm 制程。隨著 器件互連層數(shù)增多，介質(zhì)刻蝕設備使用量有望進一步增大。在這樣的趨勢下，刻蝕機廠 商拉姆研究（Lam Research）利用其較低的設備成本和簡單的設計，逐漸在 65nm、45nm 設備市場超過 TEL 等企業(yè)，占據(jù)了大半個市場，成為行業(yè)龍頭。根據(jù)中微半導體招股說 明書（申報稿），拉姆研究、東京電子和應用材料三家市場占比超過 90%。

拉姆研究提供各種家族系列產(chǎn)品，涉及多種刻蝕領域，如金屬刻蝕、半導體刻蝕、 介電刻蝕等。應用材料提供 CENTRIS 系列、CENTURA 系列、PRODUCER 系列刻蝕 產(chǎn)品，CENTRIS 系列有著獨特的反應腔技術(shù)，精度更高，效率更高；CENTURA 系列 下有多種類別產(chǎn)品，功能更有針對性，而 PRODUCER 系列具有高選擇比。

2.3.1 國際巨頭緊跟半導體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢，調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局

以拉姆研究和應用材料為代表的國外半導體設備公司緊跟產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢，調(diào)整產(chǎn)業(yè) 布局。自半導體產(chǎn)業(yè)在美國誕生以來，全球半導體產(chǎn)業(yè)總共發(fā)生過三次大規(guī)模轉(zhuǎn)移：第 一次是上世紀八十年代，由美國本土向日本轉(zhuǎn)移；第二次是從九十年代開始向韓國和中 國***轉(zhuǎn)移；第三次是半導體產(chǎn)業(yè)近年來向中國大陸轉(zhuǎn)移。三次轉(zhuǎn)移中，拉姆研究和應 用材料都及時調(diào)整了全球戰(zhàn)略布局，充分利用了產(chǎn)能轉(zhuǎn)移帶來的機遇。

在 1979 年應用材料就在日本設立了子公司 Applied Materials Japan。在 1983 年， 應用材料在日本的營業(yè)收入就幾乎達到了其全球總收入的三分之一。應用材料于 1985 年在韓國設立辦事處，1989 年在中國***設立辦事處。中國***營收在 2004 年超過北 美，成為應用材料營業(yè)額全球最高的地區(qū)。

拉姆研究 1980 年成立，1989 年便在韓國開設了第一間辦公室，1990 年拉姆研究 在中國設立辦事結(jié)構(gòu)，根據(jù)拉姆研究 2018 年年報披露，中日韓三地營收占其營收總比 例的 80%。我們認為，緊跟產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移趨勢，是海外半導體設備公司長盛不衰的重要原因。

2.3.2 國際巨頭緊跟半導體制程變化，刻蝕設備與半導體工藝同步成長

通過對拉姆研究產(chǎn)品端的分析，我們發(fā)現(xiàn)拉姆研究不斷開發(fā)新產(chǎn)品以適應半導體行 業(yè)對新設備的不斷需求。在刻蝕領域不斷推陳出新，平均每五年就有新的刻蝕設備出現(xiàn)。拉姆研究刻蝕設備家族已經(jīng)囊括了金屬刻蝕、硅刻蝕和介質(zhì)刻蝕三大系列產(chǎn)品的近 20 種型號的刻蝕設備，以其產(chǎn)品的靈活性和低成本牢牢占據(jù)刻蝕設備全球龍頭的地位。

上世紀 80 年代，應用材料將核心業(yè)務轉(zhuǎn)移至半導體設備之后，便乘著 80 年代半 導體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的東風，一躍成為業(yè)界龍頭。在半導體工藝制程還停留在 500nm 的 90 年代，應用材料的金屬刻蝕設備便在市場站穩(wěn)了腳跟。此后，應用材料的刻蝕設備 便與工藝技術(shù)同步成長。在半導體制程從 500nm 發(fā)展到 350nm 的過程中，應用材料 公司的金屬刻蝕設備也經(jīng)歷了 PE8330、P5000-Mark Ⅱ/MXP 到 Centura DPS 的三代 更迭。

2016 年，應用材料公司繼推出 CENTRIS? ADVANTEDGE? MESA?刻蝕系統(tǒng) 和 CENTRIS? SYM3?系統(tǒng)后，在刻蝕技術(shù)方面取得了全新的突破，推出業(yè)內(nèi)首款極 致選擇性刻蝕工具 PRODUCER? SELECTRA? ETCH 系統(tǒng)，通過引入全新的材料工 程能力，助力 3D 邏輯芯片和存儲芯片的尺寸持續(xù)縮小。

2.4 國內(nèi)設備具備發(fā)展?jié)摿εc實力，刻蝕機國產(chǎn)化進程正在加快

2.4.1 國產(chǎn)設備具備發(fā)展?jié)摿εc實力，國產(chǎn)刻蝕設備已開始切入部分生產(chǎn)線

中國國產(chǎn)設備具備發(fā)展?jié)摿εc實力，除了美國、日本以外，中國已經(jīng)逐漸成為世界 第三大半導體設備供應商，目前中國已經(jīng)有 34 家裝備供應廠家，主要集中在北京、上 海與沈陽等地。根據(jù)中微半導體創(chuàng)始人尹志堯預計，未來在刻蝕機領域國產(chǎn)率將達 50%；MOCVD 領域未來將達 70%國產(chǎn)率。

國產(chǎn)刻蝕設備正在加速進入半導體生產(chǎn)線。1）根據(jù)劍魚招標網(wǎng)和中國招標投標公 共服務平臺，2018 年 6 月和 8 月，北方華創(chuàng)兩臺等離子體刻蝕設備分別中標上海華力 集成、株洲中車時代電氣生產(chǎn)線；2）2018 年 10 月，北京創(chuàng)世威納一臺離子束刻蝕機 中標北方特種能源集團；3）2018 年 8 月，中微半導體一臺等離子體刻蝕設備中標上海 華力集成；4）2018 年 12 月，盛吉盛一臺非金屬干法刻蝕設備中標中芯集成；5）2019 年（截至 2019 年 3 月 16 日），已有北方華創(chuàng)、中微半導體的 3 臺刻蝕設備中標華虹半 導體生產(chǎn)線，國產(chǎn)刻蝕設備正在加速進入半導體生產(chǎn)線。

國產(chǎn)核心設備中，刻蝕機國產(chǎn)化率最高，比率逐年上升。晶圓加工的核心設備有薄 膜沉積設備、***、刻蝕機三類。其中，刻蝕機國產(chǎn)化率最高，上升速度最快。根據(jù) SEMI 預計，到 2020 年，國內(nèi)刻蝕機國產(chǎn)率將達到 20%。

2.4.2 本土刻蝕設備廠商有望逐步突破國際壟斷

北方華創(chuàng)有望在刻蝕機領域突破國際壟斷。北方華創(chuàng)在 2016 年突破 14nm 生產(chǎn)技 術(shù)，當時與國際水平只差兩三年。而根據(jù)其 2018 年中報，北方華創(chuàng) 12 英寸 90-28 納米 集成電路工藝設備已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，12 英寸 14 納米集成電路工藝設備也進入了工藝驗 證階段。

3. 海內(nèi)外重點公司梳理

3.1 應用材料：研發(fā)不遺余力，并購帶來新技術(shù)

應用材料是全球最大的半導體設備廠商。作為一家老牌的美國半導體設備商，應用 材料（AMAT）是全球最大的半導體設備公司，產(chǎn)品橫跨 CVD、 PVD、刻蝕、CMP、 RTP 等除***外的幾乎所有半導體設備。在全球晶圓處理設備供應商中排名第一。根 據(jù)中國工控網(wǎng)數(shù)據(jù)，應用材料在 PVD 領域占據(jù)了近 85％的市場份額，在 CVD 領域占 據(jù)占 30％的市場份額。2018 財年，應用材料半導體業(yè)務收入占比為 63%。

全球半導體設備龍頭，2018 年營收 173 億美元。從營業(yè)收入來看，應用材料在 1972 年上市時，全年營業(yè)收入為 630 萬美元。2018 財年應用材料營業(yè)收入達到了 173 億 美元。46 年間，應用材料營收擴大了 2746 倍，年均復合增長率接近 19%。

從凈利潤的角度來看，1990 年應用材料凈利潤為 3400 萬美元，2018 年凈利潤為 33 億美元。從 1990 財年到 2018 財年，凈利潤擴大了 97.4 倍，年均復合增長率為 18%。

多個主要設備處于全球龍頭，技術(shù)水平領先全球。應用材料作為全球最大的半導體 設備供應商，在晶圓制造設備領域具有巨大的優(yōu)勢。2015 年，Gartner 統(tǒng)計了 8 類主 要晶圓制造設備的行業(yè)領導者情況，在晶圓制造設備中，應用材料有 6 類設備處于全 球領先的位置。

分析應用材料的成長之路，我們發(fā)現(xiàn)其可鑒之處在于：

1） 研發(fā)不遺余力，研發(fā)費用占總營收比例持續(xù)高位。

研發(fā)支出占營收比值常年在 15%左右。1990 年應用材料的研發(fā)投入為 0.97 億美 元，到 2018 財年，研發(fā)投入已經(jīng)達到了 20 億美元。2017 年泰瑞達設備營收 16.63 億 美元，位列全球第七大半導體設備公司，而同期應用材料研發(fā)費用已經(jīng)超過泰瑞達設備 營收。從20 世紀90 年代起，應用材料公司研發(fā)支出占營業(yè)收入的比重始終保持在15% 左右。可見，應用材料公司一直把研發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品放在一個非常重要的位置。

技術(shù)工藝先進，研發(fā)成果顯現(xiàn)。在刻蝕領域，應用材料于 2016 年推出了業(yè)內(nèi)首款 極致選擇性蝕刻工具 Applied Producer? Selectra?系統(tǒng)，通過引入全新的材料工程能 力，實現(xiàn)了原子級的蝕刻精準性，推動了摩爾定律發(fā)展，使得 3D 邏輯芯片和存儲芯片 的尺寸持續(xù)縮小。

2）應用材料緊跟市場的發(fā)展和需求, 并購帶來新技術(shù)。

1997 年，為了進入集成電路生產(chǎn)過程監(jiān)測和控制設備市場，應用材料先后分別以 1.75 億美元和 1.1 億美元收購兩家以色列公司 Opal Technologies 和 Orbot Instruments；1998 年，應用材料為完善自己的生產(chǎn)線收購了 Consilium 公司；2000 年， 為了進入光罩生產(chǎn)市場和薄膜晶體管陣列測試領域，以換股并購的方式、發(fā)行約 2900 萬股收購了 Etec Systems 公司；2001 年，應用材料又以 2100 萬美元的價格收購了 以色列公司 Oramir 半導體設備有限公司，該公司的半導體晶片激光清洗技術(shù)是對應用 材料已有的晶片檢測控制系統(tǒng)的一個補充；2009 年，應用材料公司耗資約 3.64 億美 元收購 Semitool Inc.(Kalispell, Mont.)，加快了晶圓級封裝（WLP）和存儲器產(chǎn)業(yè)向銅 互連工藝的轉(zhuǎn)變，增強了公司在兩大快速增長市場的地位；2011 年 5 月，應用材料公 司以 50 億美元的價格收購了半導體制造商 Varian Semiconductor Equipment Associates，這項收購交易不僅讓應用材料重新回到電離子移植設備市場，還讓應用材 料獲得了生產(chǎn)太陽能電池板和發(fā)光二極管的技術(shù)。

3）同高校和晶圓廠開展廣泛合作，提升研發(fā)實力

為了將自己的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗和高校的科研力量結(jié)合，應用材料與世界范圍內(nèi)的眾多高校 或科研機構(gòu)都有著合作關(guān)系。2012 年，應用材料與新加坡科技研究局（A*STAR）研究機構(gòu)微電子研究院（IME）聯(lián)合投資 1 億美元在新加坡設立先進封裝卓越中心。該中 心擁有 14000 英尺的 10 級無塵室，配有一條完整的 12 寸制造系統(tǒng)生產(chǎn)線，支持 3D 芯片封裝技術(shù)的研發(fā)。在 2014 年，應用材料又新增投資 1.3 億美元擴大研發(fā)合作范圍， 專注先進散出型晶圓級封裝技術(shù)。2015 年，應用材料再次和新加坡科技研究局 （A*STAR）合作，雙方聯(lián)合投資 1.5 億美元，在新加坡設立新的研發(fā)實驗室，致力于 發(fā)展先進半導體技術(shù)。

與此同時，應用材料還與很多高校有合作關(guān)系。如與亞利桑那州立大學的柔性顯示 器研究中心共同開發(fā)用于軟性顯示器的薄膜晶體管技術(shù)（TFT）；與浙江大學、南開大 學合作進行的光伏技術(shù)研究等。

此外，應用材料便與晶圓制造商有著許多合作。由于半導體設備的研發(fā)離不開晶圓 廠工藝技術(shù)節(jié)點的演進，而工藝節(jié)點的演進往往由晶圓廠主導，因此，產(chǎn)業(yè)鏈下游的晶 圓制造商往往很樂意與半導體設備供應商合作進行研發(fā)，而設備供應商也能利用到晶圓 制造商的資金及工藝優(yōu)勢。

比如，2001 年，臺積電從應用材料采購黑鉆石 CVD 低介電質(zhì)薄膜，用以生產(chǎn)公 司當時最新的高性能 0.13 微米銅芯片，為了將技術(shù)節(jié)點向前推進，應用材料與臺積電 展開合作，共同研究使用黑鉆石方案制造 0.1 微米級的晶體管。

2003 年，以解決業(yè)界最為棘手的納米級問題為宗旨，應用材料與臺積電、ARM 等 公司共同成立了硅設計鏈產(chǎn)業(yè)協(xié)作組織。這一組織在 2005 年利用經(jīng)流片驗證的低功耗 90 納米芯片設計技術(shù)，使芯片的總功耗降低了 40%。

應用材料與英特爾也有著合作，如 2001 年時，英特爾從應用材料采購 FAB300MES 軟件以后，就與應用材料簽訂了一份多年協(xié)議。雙方合作對 FAB300 MES 軟件進行升級和完善，使其能夠用于英特爾將來 300mm 晶圓的生產(chǎn)。

4）圍繞設備的配套服務提高用戶粘性與營收穩(wěn)定性

觀察應用材料公司的營業(yè)收入可以發(fā)現(xiàn)，“半導體系統(tǒng)”是公司營收最大的部門，每 年可給公司貢獻 50%—70%的收入。但除了這一最主要的營收來源之外，“全球應用服 務”部門也會為應用材料帶來一大筆營業(yè)收入。

―全球應用服務‖主要為晶圓廠的性能和效率的提高提供全套的優(yōu)化服務方案，其中 包括備件、升級、服務、早期設備的翻新，以及半導體工廠軟件自動化部署等。2018 年， “全球應用服務”為應用材料帶來 26%的營業(yè)收入，過去幾年中在公司營收構(gòu)成中也都 能占據(jù) 20%—30%的比例，是應用材料除了“半導體系統(tǒng)”部門外營收最大的部門。

另一方面，全球應用服務部門也是應用材料營收最穩(wěn)定的部門。公司的半導體系統(tǒng) 部門以及顯示部門雖然常常能帶來大量的收入，但這部分收入受客戶預算以及市場行情影響劇烈。而與之相對的是，只要晶圓廠持續(xù)運行，就需要全球應用服務部門持續(xù)提供 配套服務，這一特性使得全球應用服務部門不易受市場行情影響，因此給應用材料帶來 的收入明顯較其他部門更穩(wěn)定。

2015 年以來，全球應用服務部門各季度最大同比漲跌幅僅為 5%，而半導體系統(tǒng)部 門營收最大波動達到了 19%，顯示終端部門更曾有 87%的劇烈變化。全球應用服務部 門這一特性使得行業(yè)陷入低谷，導致設備及顯示終端部門營收下降時，公司仍能有穩(wěn)定 的營收來源?？梢哉f這一部門的存在是應用材料營業(yè)額不出現(xiàn)劇烈波動的重要保證。

風險提示。全球半導體行業(yè)景氣度周期變化。

3.2 拉姆研究：專注半導體設備，緊跟時代潮流

拉姆研究是全球最大的半導體刻蝕機廠商，產(chǎn)品除刻蝕機外還包括薄膜沉積設備和 去除光阻設備。根據(jù)中微半導體招股說明書（申報稿），拉姆研究在刻蝕設備中占據(jù) 55%的市場份額。隨著集成電路中器件互連層數(shù)增多，刻蝕設備的使用量不斷增大，泛 林半導體由于其刻蝕設備品類齊全，從 65 納米、45 納米設備市場起逐步超過應用材 料和東京電子，成為行業(yè)龍頭。

2018 財年拉姆研究營收/凈利潤同比增長 38%/40%。2018 財年拉姆研究實現(xiàn)收入 110.77 億美元，同比增長 38%。1995-2018 年，拉姆研究收入擴大了 13 倍，年復合增 長率達到 12%。2018 財年拉姆研究實現(xiàn)凈利潤 23.81 億美元，同比增長 40%，凈利潤 規(guī)模不斷擴大。

北美、日本、韓國、中國***銷售額貢獻了拉姆研究大部分收入，中國大陸營收增 長最快。拉姆研究的大部分收入由北美、日本、韓國和中國***貢獻。2018 財年，上述 四個地區(qū)貢獻了拉姆全年 72%的收入；近年來，中國大陸的銷售額奮起直追，2018 財 年拉姆研究在中國大陸地區(qū)的銷售額占比為 16%。

拉姆研究毛利率維持在 40%左右。拉姆研究研發(fā)費用占收入比例保持在 10%以上， 2018 年拉姆研究毛利率為 47%。

拉姆研究緊跟半導體發(fā)展潮流，1981 年，F(xiàn)CC 批準手機用于商業(yè)開發(fā)，同年拉姆 就開發(fā)出了第一臺自動刻蝕機；1995 年，拉姆半導體制程達到 350nm，同年發(fā)布首款 雙頻受限介質(zhì)蝕刻產(chǎn)品，技術(shù)節(jié)點為 350nm；1999 年半導體制程達到 180nm，第二年 拉姆發(fā)布了 2300?蝕刻平臺并且推出了 VECTOR? PECVD 系統(tǒng)；2010 年，半導體工 藝節(jié)點達到 32nm，同年拉姆推出用于晶圓級封裝的 SABRE 3D ECD 系統(tǒng)。

3.3 北方華創(chuàng)：國內(nèi)集成電路高端工藝裝備的龍頭企業(yè)

公司由七星電子和北方微電子戰(zhàn)略重組而成，是目前國內(nèi)集成電路高端工藝裝備的 龍頭企業(yè)。擁有半導體裝備、真空裝備、新能源鋰電裝備及精密元器件四個事業(yè)群，為 半導體、新能源、新材料等領域提供全方位整體解決方案。

在兩家公司合并之前，七星電子擁有清洗機、氧化爐、LPCVD（低氣壓化學氣相 沉積）、ALD（原子層沉積）和氣體質(zhì)量流量控制器（MFC）等多個半導體設備項目， 是 02 專項的主要承擔單位之一，作為國內(nèi)電力電子芯片裝備、光伏電池裝備、平板顯 示裝備的主要供應商，與國內(nèi)外行業(yè)龍頭客戶形成了長期友好的合作關(guān)系；而北方微電 子則深耕刻蝕設備（Etch）、物理氣相沉積設備（PVD）和化學氣相沉積設備（CVD） 等領域，研發(fā)設備廣泛應用于集成電路制造、先進封裝、半導體照明（LED）、微機電 系統(tǒng)（MEMS）等領域。

公司技術(shù)實力深厚，擁有中組部千人計劃專家 10 人，在國內(nèi)處于領先地位。公司 的產(chǎn)品涵蓋等離子刻蝕（Etch）、物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、氧化、 擴散、清洗、退火等半導體工藝裝備，平板顯示制造裝備和氣體質(zhì)量流量控制器等核心 零部件；涉及集成電路、先進封裝、LED、MEMS、電力電子、平板顯示、光伏電池等 半導體相關(guān)領域。

根據(jù) 2018 年業(yè)績快報，公司 2018 年營業(yè)收入 33.20 億元，同比增長 49%；歸母 凈利 2.31 億元，同比增長 84%。根據(jù)公司 2017 年年報，公司的主要產(chǎn)品半導體設備營 收 11.34 億元，占總營收比例過半。2018 年前三季度，公司毛利率為 40.25%，相比 2017 年回升 3.66 個百分點，凈利率 9.46%，相比 2017 年回升 1.93 個百分點。

公司研發(fā)投入強勁，打造核心競爭力。2012 年-2017 年研發(fā)占營收比重均在 20% 以上。2016 年研發(fā)占比 46.73%，2017 年研發(fā)投入 7.36 億元，占收入比重為 33.11%。

公司在半導體設備領域不斷突破。據(jù)北方華創(chuàng) 2017 年報披露，公司的 14nm 制程 設備已交付至客戶端進行驗證，28nm 及以上技術(shù)代制程設備已批量進入了國內(nèi)主流集 成電路生產(chǎn)線量產(chǎn)，部分產(chǎn)品更成為了國內(nèi)龍頭芯片廠商的量產(chǎn)線 Baseline 機臺。而根 據(jù)其 2018 年中報，北方華創(chuàng) 12 英寸 90-28 納米集成電路工藝設備實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，12 英寸 14 納米集成電路工藝設備進入了工藝驗證階段。