2022年半导体清洗设备行业发展分析.docx

2022年半导体清洗设备行业发展分析1. 本土晶圆厂扩建力度加大，将催生千亿级半导体设备需求产能东移&消费升级&政策扶持背景下，中国大陆半导体产业已进入黄金发展期。 在产能供给端，2011 年开始全球半导体产业重心开始东移，中国大陆借此机遇完成一 定原始积累；从需求端来看，在消费升级背景下，中国大陆已成为全球主要半导体消费市场，2021H1 半导体销售额全球占比达到 35.22%；但高端芯片仍高度依赖进口， 为加速推进国产替代步伐，政府陆续出台多项政策，本土芯片自制率有望快速提升。本土晶圆厂持续扩建，晶圆制造产业正高速发展。在政策扶持下，本土半导体企 业开启规模化扩张，在 2017-2020 年全球投产的 62 座晶圆厂中，26 座位于中国大陆， 占比高达 42%，中国大陆已成为全球晶圆新增产能中心；随着新建产线陆续投产，中 国大陆晶圆代工销售额快速增长，2020 年达到 2560 亿元， 2013-2020 年 CAGR 达到 23.00%。但是相较而言，中国大陆晶圆产能仍具备较大提升空间，晶圆厂扩建力度持续加大。 随着新建产能陆续释放，中国大陆晶圆产能全球占比明显提升，2020M12达到15.3%， 同比+1.4pct，但仍远低于半导体销售额全球占比（2020 年为 34.38%），国产化替代空间 依旧广阔。短期来看，中国大陆晶圆厂扩建力度不减，据 SEMI 预估，在 2021-2022 年全球将新建的 29 座晶圆厂中，其中将有 8 座位于中国大陆地区。在新建产线带动下，中国大陆半导体设备市场已表现出较大成长弹性。从行业增 速来看，2012 年中国大陆半导体设备销售额仅为 25 亿美元，2020 年快速增长至 187.2 亿美元，2012-2020 年 CAGR 达到 28.62%，远高于同期全球平均增速（8.56%）；从全 球占比来看，2012 年中国大陆半导体设备销售额全球占比仅为 6.78%，2020 年快速上 升至 26.29%，由此可见，中国大陆已成为全球半导体设备市场的主要增长点。展望未来，在短期缺芯&中长期国产替代背景下，本土晶圆厂陆续开启大规模扩产 计划，将拉动千亿级半导体设备市场需求。据我们不完全统计，仅华虹宏力、中芯国际、 华润微、士兰微、紫光集团、合肥长鑫、粤芯、积塔和积海半导体的规划、在建及产能 爬坡的项目投资就高达 9851 亿元，新建产线多为 12 英寸先进制程，若假设设备投资占 比为 70%，我们预估对应设备投资额高达 6993 亿元，有望在未来 5 年内集中释放。2. 半导体清洗设备市场需求持续增长清洗贯穿半导体全产业链，是芯片制造工艺步骤中占比最大的工序。芯片生产对工 艺洁净度、可靠性要求严格，为避免制造过程中产生或接触微小污染物而影响芯片良率 及产品性能，多种制造工序后均需设置清洗工序。据公司招股书披露，清洗步骤数量约 占所有芯片制造工序步骤的 30%以上，为芯片制造第一大工序，具体包括： 在半导体硅片制造过程：需清洗抛光后的硅片，保证其表面平整度和性能，从 而提高在后续工艺中的良品率； 在晶圆制造工艺中：需要在光刻、刻蚀、沉积、离子注入、去胶等关键工序前 后进行清洗，去除晶圆沾染的化学杂质，减小缺陷率； 在封装阶段：需根据封装工艺进行 TSV 清洗、UBM/RDL 清洗、键合清洗等。半导体清洗技术路径繁多，湿法&单片清洗为目前行业主流。若按照清洗介质的 不同，半导体清洗设备可划分为湿法清洗和干法清洗两种技术路线，据公司招股书信息， 晶圆制造产线仍以湿法清洗为主，约占到芯片制造清洗步骤数量的 90%以上；在湿法 清洗工艺路线下，又细分为单片清洗设备、槽式清洗设备、组合式清洗设备和批式旋转 喷淋清洗设备等，其中单片清洗设备具备极高的工艺控制和微粒去除能力，可有效解决 晶圆间交叉污染，应用广泛，是晶圆制造环节采用的主要清洗方式。据SEMI数据统计，在半导体专用设备中，2020年晶圆制造设备价值量占比约86%。 具体来看，2019 年薄膜沉积、光刻机、刻蚀设备价值量占比分别为 22%、21%和 21%， 合计高达 64%，是半导体设备价值中心，而清洗设备价值量占比相对较低，约为 5%。图：2019 年清洗设备在全球半导体设备中的价值量占比为 5%短期来看，受益本土半导体产能扩张，我国清洗设备市场需求快速提升。2019 年 全球半导体清洗设备市场规模为 32.8 亿美元，2015-2019 年 CAGR 为 5.98%，全球范围 内整体保持稳中有升的发展态势。对于中国大陆市场，由于缺乏官方统计数据，若假 设清洗设备在半导体设备中价值量占比为 5%，我们预估 2020 年中国大陆半导体清洗设 备市场规模约为 9.36 亿美元，2016-2020 年 CAGR 达到 30.47%。由此可见，中国大陆 半导体清洗设备市场的快速放量，是全球清洗设备市场保持稳定增长的主要推动力。中长期来看，在技术升级背景下，芯片制程增加&结构复杂化，半导体清洗的需求 量和技术难度均将明显提升，对清洗设备的需求有望实现量价齐升。首先，先进制程下晶圆制造循环工序增多，将直接带动清洗步骤的增加。半导体工 艺节点正逐步迈向 28nm 以下先进制程，对应晶圆制造过程中清洗步骤将超过 200 道。 一方面，先进制程下晶圆加工的循环次数有所增加，在每一次刻蚀、扩散等工序前后 都需进行清洗，从而带动清洗工序循环次数的提升；另一方面，先进制程工艺对杂质 敏感度更高，为保障芯片良率，还需要提升每一步清洗工序内的清洗频率。其次，芯片结构复杂化&新型材料出现，清洗技术难度将明显提升。先进制程下， 晶圆加工对杂质容忍度降低，需清洗的杂质颗粒变小，对应清洗难度将有所增大；芯 片结构复杂度不断提升，比如高深宽比、3D 等结构的清洗范围不再局限于晶圆表面， 还包含在无损情况下对孔洞内部的深入清洗，清洗难度有所升级；先进工艺下使用的 新型材料耐受性不同，对清洗工艺提出了新的挑战，比如 3D 结构使用的高 k 栅极金属 材料要求清洗设备具备更强的材料保护能力。3. 进口替代亟需解决，盛美为清洗设备国产化领军者整体上来看，中国大陆半导体设备仍处于发展初期，具备较大国产化替代空间。随 着清洗、刻蚀、薄膜沉积等核心设备的陆续突破，2020 年国产半导体设备销售额达到 213 亿元，2013-2020年CAGR为32.25%，高于同期本土半导体设备销售额整体增速（27.76%）， 侧面反映出中国大陆半导体设备国产化率的提升，但据我们粗略估算，2020 年中国大陆 半导体设备国产化率仍仅为 17.50%，国产替代空间较大，国产化步伐亟待加速。图：2020 年中国大陆半导体设备国产化率仅为 17.50%全球清洗设备市场仍由日企主导，盛美已在本土实现国产替代突破。整体来看， 全球半导体清洗设备市场高度集中，日本占据主导地位，2019 年 DNS 和 TEL 合计占有 全球 77%市场份额；目前本土供应商主要包括盛美、北方华创、芯源微及至纯科技等， 其中盛美已在单片清洗设备实现进口替代，2019 年在中国大陆半导体清洗设备招标采购中的份额为 20.5%，若以销售额为统计口径，我们估算 2018-2020 年盛美在本土的市 场份额分别为 12.05%、14.30%和 13.42%。具体来看，盛美在几大本土客户供应链内已取得实质性突破。盛美现已成功进入华 虹、长江存储、中芯国际等本土半导体企业的主要供应商，拆分客户招标情况来看，据 我们不完全统计：截至 2021M9，在华虹宏力（无锡）项目已招标的 31 台清洗设备中， 盛美中标 7 台，中标数量占比达到 22.6%，仅次于 DNS；截至 2021M9，在长江存储 已公开中标候选人的 159 台清洗设备中，盛美中标 30 台，中标数量占比达到 18.9%，同 样仅次于 DNS。展望未来，相较其他环节，清洗设备较易率先实现全面国产化，2030 年国产化率目 标将达 40%45%。核心在于相比光刻、薄膜沉积、刻蚀等工艺，清洗技术壁垒相对较 低：定性来看，清洗主要用于杂质去除，本质上属于类辅助工序，并未涉及材料精细 加工过程；侧面分析，清洗步骤占芯片制造总工序 30%以上，但价值量占比仅为 5%。 此外，半导体清洗设备多技术路径并存，优势各异，使得本土企业可以通过差异化研发 方式进行技术追赶，从而实现对海外企业的弯道超车，盛美已经是该逻辑的践行者。