薄膜沉积设备产业市场前瞻

薄膜沉积设备产业市场前瞻光伏行业概览（一）光伏产业链情况光伏产业链从上到下依次为：晶体硅料的生产和硅棒、硅锭、硅片的加工制作；光伏电池片的生产加工；光伏电池组件的制作；光伏应用。行业产品主要用于光伏产业链的中游环节，为太阳能电池片厂商提供镀膜设备，用于在电池片正面或背面镀Al2O3和SiNX，是光伏电池片生产环节的关键工艺设备。（二）光伏行业发展概况2010年以来，全球太阳能光伏产业进入了高速发展期，太阳能光伏年装机容量快速增长，上游相关行业也得到迅速发展。2011年至2021年间，全球年度光伏新增装机容量和累计装机容量大幅增长，其中，新增装机容量由2011年的32．2GW增加至2021年的170GW，增长超过5倍。IRENA根据《巴黎协定》制定的目标进行测算，从现在起至2050年，与能源有关的二氧化碳排放量需要每年减少3．5%左右，并在此后持续减少。因此，全球能源格局的深刻变革对于实现该协定的气候目标至关重要。随着清洁能源的使用和迅速发展，太阳能和风能将引领全球电力行业的转型，取代传统的化石燃料发电将成为可能。根据IRENA的预测，未来，风力发电将占总电力需求的三分之一以上，而太阳能光伏发电将紧随其后，占总电力需求的25%，这意味着在未来十年内，太阳能光伏发电的全球总容量将从2018年的480 GW，到2030年达到2，840 GW，到2050年达到8，519 GW。按年增长率计算，到2030年，太阳能光伏发电的年新增容量较2018年水平需要增加近3倍，达到270 GW/年，到2050年，需要增加4倍，达到372 GW/年。到2050年，太阳能光伏将有助于减少4．9Gt的二氧化碳年排放量，占实现巴黎气候目标所需能源部门总减排量的21%。我国太阳能光伏产业起步相对国外较晚，但受惠于全球光伏行业的高速发展，凭借国家政策的大力支持与人力资源、成本优势，发展极为迅速。截至2021年底，我国光伏发电装机量达307GW，同比增长21%，连续7年位居全球首位；2021年新增光伏发电装机54．88GW，同比增长13．9%，连续9年位居世界第一。2020年9月中国提出了努力争取2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的应对气候变化新目标。根据中国光伏行业协会预测，在碳达峰、碳中和目标下，十四五期间我国光伏市场将迎来市场化建设高峰，预计国内年均光伏装机新增规模在70-90GW。半导体薄膜沉积设备行业发展情况（一）薄膜沉积设备市场规模持续增长根据MaximizeMarketResearch数据统计，全球半导体薄膜沉积设备市场规模从2017年的125亿美元扩大至2020年的172亿美元，年复合增长率为11．2%。（二）薄膜沉积设备国产化率低我国半导体设备经过最近几年快速发展，在部分领域已有一定的进步，但整体国产设备特别在核心设备化上的国产化率仍然较低。半导体薄膜沉积设备行业基本由AMAT、ASM、Lam、TEL等国际巨头垄断。近年来随着国家对半导体产业的持续投入及部分民营企业的兴起，我国半导体制造体系和产业生态得以建立和完善。半导体薄膜沉积设备的国产化率虽然由2016年的5%提升至2020年的8%，但总体占比尤其是中高端产品占比较低。（三）各类薄膜沉积设备发展态势从半导体薄膜沉积设备的细分市场上来看，根据Gartner统计，2019年全球半导体薄膜沉积设备中PECVD、PVD、ALD设备的市场规模占比分别为33%、23%和11%；2020年全球半导体薄膜沉积设备中PECVD、PVD、ALD设备的市场规模占比分别为34%、21%和12．8%。在半导体制程进入28nm后，由于器件结构不断缩小且更为3D立体化，生产过程中需要实现厚度更薄的膜层，以及在更为立体的器件表面均匀镀膜。在此背景下，ALD技术凭借优异的三维共形性、大面积成膜的均匀性和精确的膜厚控制等特点，技术优势愈加明显，在半导体薄膜沉积环节的市场占有率也将持续提高。薄膜沉积设备：集成电路奠基者薄膜沉积技术是以各类化学反应源在外加能量（包括热、光、等离子体等）的驱动下激活，将由此形成的原子、离子、活性反应基团等在衬底表面进行吸附，并在适当的位置发生化学反应或聚结，渐渐形成几纳米至几微米不等厚度的金属、介质、或半导体材料薄膜。作为芯片衬底之上的微米或纳米级薄膜，是构成了制作电路的功能材料层。随着集成电路制造不断向更先进工艺发展，单位面积集成的电路规模不断扩大，芯片内部立体结构日趋复杂，所需要的薄膜层数越来越多，对绝缘介质薄膜、导电金属薄膜的材料种类和性能参数不断提出新的要求。薄膜设备的发展支撑了集成电路制造工艺向更小制程发展。随着半导体行业整体景气度的提升，全球半导体设备市场呈现快速增长态势，拉动市场对薄膜沉积设备需求的增加。根据MaximizeMarketResearch数据统计，2017-2020年全球半导体薄膜沉积设备市场规模分别为125亿美元、145亿美元、155亿美元和172亿美元，2021年扩大至约190亿美元，年复合增长率为11．04%。预计全球半导体薄膜沉积设备市场规模在2025年将从2021年的190亿美元扩大至340亿美元，保持年复合15．7%的增长速度。近年来，下游产业新技术、新产品快速发展，正迎来市场快速增长期。5G手机、新能源汽车、工业电子等包含的半导体产品数量较传统产品大比例提高；人工智能、可穿戴设备和物联网等新业态的出现，对于半导体产品产生了新需求。经过不断发展，根据不同的应用演化出了PECVD、LPCVD、溅射PVD、ALD等不同的设备用于晶圆制造的不同工艺。其中，PECVD是薄膜设备中占比最高的设备类型，占整体薄膜沉积设备市场的33%；ALD设备目前占据薄膜沉积设备市场的11%；SACVD是新兴的设备类型，属于其他薄膜沉积设备类目下的产品，占比较小。在晶圆制造过程中，薄膜起到产生导电层或绝缘层、阻挡污染物和杂质渗透、提高吸光率、临时阻挡刻蚀等重要作用。随着集成电路的持续发展，晶圆制造工艺不断走向精密化，芯片结构的复杂度也不断提高，需要在更微小的线宽上制造。制造商要求制备的薄膜品种随之增加，最终用户对薄膜性能的要求也日益提高。这一趋势对薄膜沉积设备产生了更高的技术要求，市场对于高性能薄膜设备的依赖逐渐增加。随着集成电路的持续发展，产线逐渐升级，晶圆厂对薄膜沉积设备数量和性能的需求将继续随之提升。越先进制程的产线所需的薄膜沉积设备数量越多。先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量都大大提升，为保证产能，产线上需要更多的设备。随着当前存储器性能瓶颈的出现，主流工艺方式不断拓展，精密结构加工所需的设备性能要求不断增加。在FLASH存储芯片领域，随着主流制造工艺由2DD发展为3DD结构，相关产线中薄膜设备支出占比由18%提升至26%，结构的复杂化导致对于薄膜沉积设备的需求量也逐步增加。半导体设备属于高新技术领域，相关厂商均在各自专业技术领域耕耘几十年。从全球市场份额来看，薄膜沉积设备行业呈现出高度垄断的竞争局面，行业基本由应用材料（AMAT）、先晶半导体（ASMI）、泛林半导体（Lam）、东京电子（TEL）等国际巨头垄断。2019年，ALD设备龙头东京电子和先晶半导体分别占据了31%和29%的市场份额，剩下40%的份额由其他厂商占据；而应用材料则基本垄断了PVD市场，占85%的比重，处于绝对龙头地位；在CVD市场中，应用材料全球占比约为30%，连同泛林半导体的21%和TEL的19%，三大厂商占据了全球70%的市场份额。CVD设备需求量大，设备种类较多。国内从事CVD设备开发销售的公司主要有北方华创、中微公司和拓荆科技。北方华创主要研发PVD、LPCVD和APCVD设备，中微公司主要研发MOCVD设备，和拓荆科技的PECVD以及SACVD设备无直接竞争关系。各公司专注于不同细分领域，共同发展弥补国内企业在相关行业的短板。除了光刻、薄膜沉积以及刻蚀三大核心工艺外，其他前道设备虽然占比不高，但同样不可或缺。从芯片制造工艺来看，包括涂胶显影设备、清洗设备、离子注入设备以及扩散设备。其中涂胶显影设备与光刻机共同完成光刻工艺；清洗机与CMP共同完成芯片的各步骤的清洗与抛光；离子注入机和扩散炉则专注于掺杂工艺。半导体设备行业发展政策半导体设备是半导体产业发展的基础和技术进步的关键，在半导体产业中占有重要地位。为推动半导体设备行业发展，增强产业创新能力和国际竞争力，我国近年来从战略地位、人才、资金、技术、税收、市场等各方面出台了一系列支持性政策。半导体设备分类发展现状及驱动因素以产业链应用环节来划分，半导体设备可分为前道工艺设备（晶圆制造）和后道工艺设备（封装测试）两个大类。其中后道工艺设备还可以细分为封装设备和测试设备。设备中的前道设备占据了整个市场的80%-85%，其中光刻机，刻蚀机和薄膜设备是价值量最大的三大环节，各自所占的市场规模均达到了前道设备总量的20%以上。因此，全球半导体设备前十名厂商之中，有多家是平台型企业，横跨多个半导体工艺环节。半导体产业链庞大复杂的特性，使得很难有某一家公司能够在所有设备领域做到全覆盖。来自全球各个国家的企业共享整个市场。从2021年的全球竞争格局来看，第一梯队top5的收入规模均在百亿规模左右或以上，排名前top10的公司营收体量也要在20亿美元以上。对比国内设备龙头北方华创2021年电子装备业务（包含集成电路业务和泛半导体业务）约为79．5亿元人民币的营收，我国半导体装备行业的营收规模距行业头部厂商仍存在较大差距，替代空间巨大。按照2021财年半导体业务收入排名，全球前五大半导体设备厂商分别为应用材料242亿美元营收，ASML约211亿美元营收，东京电子171亿美元营收，泛林半导体165亿美元应收，柯磊82亿美元营收。分地区来看，排名前十的厂商中有五家日本公司，四家美国公司，以及一家荷兰公司。2021年全球营收排名前五的设备厂商均属于前道设备的应用厂商，与前道设备占据80%以上的设备市场相匹配。同时，前五大厂商中有三家是平台型（应用材料，泛林半导体，东京电子），横跨刻蚀，薄膜，清洗，离子注入等多个领域，对比来看，国内许多公司也在横向拓展业务领域以不断突破天花板，向平台型转型。比如，中微公司从刻蚀及化合物半导体外延设备延展到集成电路薄膜设备；万业企业从离子注入设备延展到其嘉芯半导体子公司，覆盖除光刻机之外的几乎全部前道大类；盛美上海从清洗，电镀等业务逐步覆盖，炉管，沉积及其他前道品类。半导体设备行业波动性成长，产业链最下游电子应用终端发生新变化，产生新需求。半导体设备行业呈现波动性上涨的趋势。近二十年间半导体设备的周期性正在减弱，行业成长趋势加强。得益于各类电子终端的芯片需求，智能化，网联化，AIOT的发展，行业规模连续四年出现大幅度的正增长。2022年仍将维持较高增速，这在半导体设备发展历史上极为罕见。先进制程（5nm以下先进制程）的扩产和研发投入变得十分巨大，同时成熟制程的芯片需求量大大提升。根据ASML的财报显示，Arf光刻机单价在6000万欧元左右，EUV光刻机单价在1．5亿欧元左右，而最新一代预告的3nm/2nm世代光刻机预计的单价将在3亿欧元以上，先进制成的研发和突破成本以指数曲线的形式上升。在先进制程未来2nm，1nm的发展方向愈发接近物理极限的同时，成熟制程经济效益在不断提高，车规MCU，超级结MOS，光伏IGBT等成熟制程芯片大量缺货，交付期延长，使得行业重新审视成熟制程产线的经济效益，台积电也在2022年提出在未来三年将成熟制程扩产50%。我国半导体设备厂商精准卡位12英寸成熟制程所对应设备，覆盖28nm/14nm以上节点成熟制程领域并不断完善。半导体设备处于产业链最上游环节，中游的芯片代工晶圆厂采购芯片加工设备，将制备好的晶圆衬底进行多个步骤数百道上千道工艺的加工，配合相关设备，通过氧化沉积，光刻，刻蚀，沉积，离子注入，退火，电镀，研磨等步骤完成前道加工，再交由封测厂进行封装测试，出产芯片成品。芯片的制造在极其微观的层面，90nm的晶体管大小与流行感冒病毒大小类似。在制程以纳米级别来计量的芯片领域，生产加工流程在自动化高精密的产线上进行，对设备技术的要求极高。无论是设备的制造产线，还是晶圆厂的生产产线，所有芯片的生产加工均在无尘室中完成。任何外部的灰尘都会损坏晶圆，影响良率，因此对于环境和温度的控制也有一定的要求。在代工厂中，晶圆衬底在自动化产线上在各个设备间传送生产，历经全部工艺流程大致所需2-3个月的时间，这其中不包括后道封装所需要的时间。通常来说，晶圆厂中的设备90%的时间都在运行，剩余时间用于调整和维护。前道工艺步骤繁杂，工序繁多，是芯片出产过程中技术难度较大，资金投入最多的环节。在芯片代工厂中的芯片的工艺制备流程：氧化、匀胶、曝光、显影、刻蚀、沉积、研磨、离子注入、退火。离子注入完成之后，继续沉积二氧化硅层，然后重复涂胶，光刻，显影，刻蚀等步骤进入另一个循环，用以挖出连接金属层（导电层）的通孔，从而使互通互联得以是现在晶圆中。实现这一功能的是使用物理气相沉积的方式沉积金属层。上述步骤在晶圆的生产制造中将重复数次，直到一个完成的集成电路被制作完成。最后，将制备好的晶圆进行减薄，切片，封装，检测。完成后到的工艺流程，至此，一颗完整的芯片制作完成。半导体设备主要由七大设备零部件构成：光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、薄膜沉积设备、离子注入设备、机械抛光设备及封装、测试设备。刻蚀机：微观世界雕刻师作为半导体制造过程中三大核心工艺之一，刻蚀可以简单理解为用化学或物理化学方法有选择地在硅片表面去除不需要的材料的过程，可以分为干法刻蚀和湿法刻蚀，目前市场主流的刻蚀方法均为干法刻蚀，可将其分为CCP刻蚀和ICP刻蚀。CCP刻蚀主要是以高能离子在较硬的介质材料上，刻蚀高深宽比的深孔、沟槽等微观结构；而ICP刻蚀主要是以较低的离子能量和极均匀的离子浓度刻蚀较软的或较薄的材料。三星宣布将成为全球首家采用GAA工艺进行3nm制程的生产，相较于FinFET工艺，GAA被誉为突破3nm制程的有力手段。每一代芯片新技术的突破，晶体管体积都会不断缩小，同时性能不断提升。从平面MOSFET结构到FinFET晶体管架构，再到后面的GAA结构甚至MBCFET结构，晶体管的复杂度不断提升，对刻蚀和薄膜沉积等核心技术提出了更高的要求。随着芯片制程的提升，受到光刻机波长的限制，往往需要采用多次曝光，才能得到要求的线宽，实现更小的尺寸。这对刻蚀速率、各向异性、刻蚀偏差、选择比、深宽比、均匀性、残留物、等离子体引起的敏感器件损伤、颗粒沾污等指标上对刻蚀设备都提出了更高的要求。我国因无法购买EUV光刻机而无法进行更先进制程的产线建设，如果想要用28nm产线生产14nm线宽的芯片，只能通过多次刻蚀才有可能实现，这使得对刻蚀的需求进一步提升。从全球范围来看，刻蚀设备主要由美国泛林半导体、日本东京电子以及美国应用材料三家占据领先地位，2020年三家市场份额合计占比近9成。目前国内有中微公司和北方华创两家刻蚀设备供应商，从营收端来看，2020年和2021年中微公司和北方华创刻蚀设备营收占国内总刻蚀市场规模的9．19%和10．48%左右，随着公司的订单逐步释放，国产化率有望明显提升。光伏设备行业（一）光伏设备行业发展情况按照光伏电池产业链，可将光伏设备分为硅片设备、电池片设备、组件设备，其中硅片设备主要包括多晶铸锭炉、单晶炉、切片机、切断机、硅片检测分选设备等；电池片设备主要包括清洗制绒设备、扩散炉、刻蚀设备、镀膜设备、激光开槽设备、丝网印刷机等；组件设备主要包括划片机、自动串焊机、自动叠层设备、层压机、自动包装机等。我国光伏电池设备制造企业通过工艺与装备的创新融合，以提高设备产能、自动化程度及转换效率为目标，同时适应大硅片生产，已具备了成套工艺设备的供应能力，基本实现设备，并在国际竞争中处于优势地位。自2010年以来，中国一直是全球最大的光伏设备市场。2018年，我国光伏设备产业规模达到了220亿元。2019年达到了250亿元，同比增长13．6%。2020年，光伏设备产业规模超过280亿元，在新冠疫情等客观不利因素的影响下仍保持增长。2021年，随着光伏企业产能扩张的计划发布，相关设备厂商订单不断增加，我国光伏设备产业规模超过400亿元。在光伏行业降本增效的发展趋势推动下，新产品、新技术层出不穷，相应量产和扩产需求催生更多的生产设备需求，在国内巨大市场需求拉动下，光伏设备厂商收入快速增长。（二）光伏薄膜沉积设备应用情况光伏薄膜沉积设备主要应用于太阳能晶硅电池片的制造环节，根据电池不同工艺和所需的薄膜性质，所采用的薄膜沉积设备会有所不同。2018年-2021年，我国新建成产线基本全部为PERC产线，针对目前已经大规模生产的PERC电池生产技