導語：從(cóng)一枚矽片到(dào)集成了(le)數億晶體管、多層布線将各種元器件組合起來(lái)形成完整的電子電路，晶圓制造設備扮演了(le)“點石成金(jīn)”的角色。據國際半導體産業協會(huì)SEMI統計(jì)，2020年全球半導體設備銷售額約爲711億美(měi)元，同比增長19.2%，其中晶圓制造設備爲612億美(měi)元，占比86.1%。在晶圓制造設備中，光刻、刻蝕、薄膜沉積設備合計(jì)占比超過70%。
晶圓制造主要工(gōng)序爲氧化、塗膠、光刻、顯影、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、抛光、清洗，每一片晶圓的制造均需反複進行上(shàng)述工(gōng)序在晶圓上(shàng)形成日趨複雜(zá)的集成電路結構，14nm制程芯片需1000道(dào)工(gōng)序，7nm制程芯片工(gōng)序已激增至1500道(dào)。本文(wén)将從(cóng)對(duì)晶圓制造主要環節的設備制造商進行盤點。
一、晶圓制造及制造設備在全産業鏈中所處位置
半導體産業鏈可大(dà)緻分爲設計(jì)、晶圓制造與封裝測試三大(dà)環節，芯片設計(jì)環節産出各類芯片的設計(jì)版圖，晶圓制造環節根據設計(jì)版圖進行掩膜制作(zuò)，形成模版，并在晶圓上(shàng)進行加工(gōng)，封裝測試環節對(duì)生産出來(lái)的合格晶圓進行切割、焊線、塑封，并對(duì)封裝完成的芯片進行性能(néng)測試。
早期多數半導體企業選擇垂直一體化模式（IDM），覆蓋設計(jì)、晶圓制造、封裝測試在内的多個環節，随着半導體産業鏈各大(dà)環節的專業化趨勢，開(kāi)始出現(xiàn)專注于設計(jì)、晶圓制造與封裝測試中某一環節的廠(chǎng)商。具體如下(xià)：
| 簡介 | 典型企業 |
IDM | 集芯片設計(jì)、芯片制造、芯片封裝和(hé)測試等多個産業鏈環節于一身。 | 三星、德州儀器、士蘭微、聞泰科技、華潤微、楊傑科技 |
Flabless | 僅負責芯片的電路設計(jì)與銷售，将其他(tā)環節進行外(wài)包。 | 聯發科、博通、華爲海思、兆易創新、紫光國微、韋爾股份、北京君正、卓勝微、彙頂科技 |
Foundry | 僅負責晶圓制造環節；同時(shí)爲多家設計(jì)公司提供晶圓代工(gōng)服務。 | 台積電、中芯國際、華虹半導體 |
OSAT | 僅負責封裝測試環節；同時(shí)爲多家設計(jì)公司提供封測服務。 | 長電科技、華天科技、通富微電、日月光 |
不同于芯片設計(jì)，晶圓制造爲典型的重資産行業，作(zuò)爲制造精密度極高(gāo)的産業，工(gōng)序繁多，設備投資額巨大(dà)，例如中芯國際的12英寸芯片SN1項目爲中國大(dà)陸第一條14納米及以下(xià)先進工(gōng)藝生産線，規劃産能(néng)3.5萬片每月，産線總投資高(gāo)達90.59億美(měi)元，總投資相當于中芯國際2020年總營收的2.3倍，2020年淨利潤的12.65倍，項目建設期前後達7年。
晶圓制造主要工(gōng)序氧化、塗膠、光刻、顯影、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、抛光、清洗，每一片晶圓的制造均需反複進行上(shàng)述工(gōng)序在晶圓上(shàng)形成日趨複雜(zá)的集成電路結構，14nm制程芯片需1000道(dào)工(gōng)序，7nm制程芯片工(gōng)序已激增至1500道(dào)。
氧化：将矽片放(fàng)置于氧化劑氛圍中進行高(gāo)溫熱處理(lǐ)，在矽片表面發生化學反應形成氧化膜的過程，氧化膜可保護晶圓不受化學雜(zá)質影響、避免漏電流進入電路、以及防止晶圓在刻蝕時(shí)滑脫。塗膠：由塗膠設備将光刻膠均勻分布至矽片表面，塗膠機的轉速控制與排風(fēng)大(dà)小(xiǎo)均需嚴格控制，光刻膠中一旦含有氣泡會(huì)在後續工(gōng)藝中産生過度刻蝕等問題。光刻：晶圓制造過程中最關鍵的步驟，決定了(le)芯片加工(gōng)的細微化水(shuǐ)平，光刻機發光将光掩模上(shàng)的構圖投射至光刻膠表面進行曝光，光刻膠作(zuò)爲光敏材料，其被曝光部分軟化，未曝光部分則保持原狀，從(cóng)而形成需加工(gōng)集成電路的構圖。光刻刻的不是矽片，而是覆蓋于矽片之上(shàng)的光刻膠，光刻完成後形成的圖形經過後續的刻蝕與薄膜沉積環節對(duì)矽片進行精細加工(gōng)。顯影：将光刻環節中光刻膠曝光的部位溶解清除，使光刻膠上(shàng)清晰浮現(xiàn)出光掩模的構圖。刻蝕：通過溶液、離子等方式将顯影環節中顯示的需加工(gōng)部分的晶圓表面材料，剝離，從(cóng)而達到(dào)集成電路芯片結構設計(jì)要求。薄膜沉積：通過導入特種化學氣體在晶圓襯底與光刻膠上(shàng)形成一層待處理(lǐ)的薄膜，在後續除膠環節除去光刻膠後後即可形成所需的電路。離子注入：離子注入是通過對(duì)半導體材料表面進行某種元素的離子注入摻雜(zá)，爲半導體矽賦予電特性，從(cóng)而改變其特性的摻雜(zá)工(gōng)藝制程。去膠：将晶圓進行完光刻、刻蝕、薄膜沉積等工(gōng)序後将襯底之上(shàng)的剩餘的光刻膠完全清除。抛光：通過化學腐蝕與機械研磨，去除晶圓表面多餘材料，實現(xiàn)晶圓表面平坦化。
清洗：去除吸附在矽片表面的顆粒物以及溶劑中的金(jīn)屬離子雜(zá)質。
在以上(shàng)主要的制造過程中，中産品會(huì)經曆階段性的質檢，量測設備發揮了(le)重要作(zuò)用(yòng)。由于不同階段的測量指标不同，量測設備的種類也(yě)不同，如膜厚檢測、方塊電阻檢測、膜應力檢測、折射率檢測、摻雜(zá)濃度檢測、關鍵尺寸檢測等等。
不同于後道(dào)測試的電性能(néng)測試，過程中檢測指标多爲物理(lǐ)指标。實際上(shàng)，半導體量測設備是所有半導體檢測賽道(dào)中技術壁壘最高(gāo)的環節，一些(xiē)檢測設備單價往往比後道(dào)測試設備更高(gāo)。
目前，檢測設備市場呈現(xiàn)海外(wài)寡頭的格局，科磊半導體（KLAC）市占率超50%，與應用(yòng)材料、日立高(gāo)新瓜分了(le)全球超80%的市場。該環節的國内廠(chǎng)商有精測電子（300567.SZ）、上(shàng)海睿勵、中科飛(fēi)測，目前三家公司都有産品實現(xiàn)突破，但(dàn)出貨量不多，未來(lái)有較高(gāo)的國産替代空(kōng)間。
二、晶圓制造及制造設備主要上(shàng)市公司彙總
晶圓制造方面采用(yòng)IDM模式的上(shàng)市公司将在系列後續文(wén)章中介紹，本文(wén)主要介紹晶圓制造行業中采用(yòng)Foundry模式的上(shàng)市公司，晶圓制造設備方面清洗、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、塗膠顯影、去膠與抛光等環節的設備均有國内上(shàng)市公司涉及，具體如下(xià)：
公司簡稱 | 股票代碼 | 主營業務 | 芯片類别 |
中芯國際 | 688981.SH | 公司是主要爲客戶提供0.35微米至14納米多種技術節點、不同工(gōng)藝平台的集成電路晶圓代工(gōng)及配套服務,在特色工(gōng)藝領域，24納米NAND、40納米高(gāo)性能(néng)圖像傳感器等特色工(gōng)藝，與各領域的龍頭公司合作(zuò)，實現(xiàn)在特殊存儲器、高(gāo)性能(néng)圖像傳感器等細分市場的持續增長, | 晶圓制造 |
華虹半導體 | 1347.HK | 公司專注于研發及制造專業應用(yòng)(尤其是嵌入式非易失性存儲器及功率器件)的200mm(或8英吋)晶圓半導體。公司産品的組合亦包括RFCMOS、仿真及混合信号、CMOS圖像傳感器、PMIC及MEMS等若幹其他(tā)先進加工(gōng)技術。 | 晶圓制造 |
北方華創 | 002371.SZ | 公司以大(dà)規模集成電路制造工(gōng)藝技術爲核心，研發生産了(le)集成電路工(gōng)藝設備、太陽能(néng)電池制造設備、氣體質量流量控制器(MFC)、TFT設備、真空(kōng)熱處理(lǐ)設備、锂離子電池制造設備等系列産品，廣泛應用(yòng)于半導體、光伏、電力電子、TFT-LCD、LED、MEMS、锂電等多個新興行業。 | 刻蝕設備、薄膜沉積設備、清洗設備 |
中微公司 | 688012.SH | 公司專注于集成電路、LED關鍵制造設備，核心産品包括：1)用(yòng)于IC集成電路領域的等離子體刻蝕設備(CCP、ICP)、深矽刻蝕設備(TSV)；2)用(yòng)于LED芯片領域的MOCVD設備。目前公司等離子體刻蝕設備已被廣泛應用(yòng)于國際一線客戶從(cóng)65納米到(dào)14納米、7納米和(hé)5納米的集成電路加工(gōng)制造及先進封裝。 | 刻蝕設備 |
至純科技 | 603690.SH | 公司緻力于爲高(gāo)端先進制造業的高(gāo)科技企業提供高(gāo)純工(gōng)藝系統的解決方案，業務包括高(gāo)純工(gōng)藝系統與高(gāo)純工(gōng)藝設備的設計(jì)、加工(gōng)制造、安裝以及配套工(gōng)程、檢測、廠(chǎng)務托管、标定和(hé)維護保養等增值服務。 | 清洗設備 |
盛美(měi)上(shàng)海 | 688082.SH | 公司主要産品包括半導體清洗設備和(hé)先進封裝濕法設備等。公司的兆聲波單片清洗設備、單片槽式組合清洗設備及銅互連電鍍工(gōng)藝設備領域的技術水(shuǐ)平達到(dào)國際領先或國際先進水(shuǐ)平 | 清洗設備 |
芯源微 | 688037.SH | 公司産品包括光刻工(gōng)序塗膠顯影設備(塗膠/顯影機、噴膠機)和(hé)單片式濕法設備(清洗機、去膠機、濕法刻蝕機)，産品可用(yòng)于6英寸及以下(xià)單晶圓處理(lǐ)(如LED芯片制造環節)及8/12英寸單晶圓處理(lǐ)(如集成電路制造前道(dào)晶圓加工(gōng)及後道(dào)先進封裝環節)。 | 塗膠顯影設備、清洗設備 |
萬業企業 | 600641.SH | 2018年，公司成功收購上(shàng)海凱世通半導體股份有限公司。凱世通是中國領先的離子注入機研發制造企業，其在全球光伏離子注入領域市占率第一，正在積極開(kāi)發集成電路離子注入機。收購後，公司正式進入集成電路核心裝備産業之一的離子注入機領域。 | 離子注入設備 |
屹唐股份 | A21193.SH | 公司向全球集成電路制造廠(chǎng)商提供包括幹法去膠設備、快(kuài)速熱處理(lǐ)設備、幹法刻蝕設備在内的集成電路制造設備及配套工(gōng)藝解決方案。公司的幹法去膠設備全球市占率超過30%，國内市場可占據90%的份額。 | 去膠設備 |
拓荊科技 | A21392.SH | 公司的薄膜沉積設備已适配國内最先進的28/14nm邏輯芯片、19/17nm DRAM芯片和(hé)64/128層3D NAND FLASH晶圓制造産線。 | 薄膜沉積設備 |
華海清科 | A20569.SH | 公司主要産品爲化學機械抛光(CMP)設備。公司所生産CMP設備可廣泛應用(yòng)于12英寸和(hé)8英寸的集成電路大(dà)生産線， | 抛光設備 |
三、芯片設計(jì)行業主要上(shàng)市公司财務概覽
晶圓制造行業工(gōng)藝叠代速度快(kuài)，制程落後的産品價格快(kuài)速下(xià)降，90nm制程晶圓與14nm制程晶圓存在10倍以上(shàng)的利潤差距，“赢者通吃”的行業特征尤爲明(míng)顯，2020年台積電全年實現(xiàn)淨利潤175.89億美(měi)元，同期中芯國際作(zuò)爲排名全球第四的晶圓制造商僅實現(xiàn)淨利潤7.16億美(měi)元。頭部晶圓制造商的規模優勢使其研發投入的絕對(duì)量相比追趕者不斷拉大(dà)，2020年台積電研發支出爲37.2億美(měi)元，研發支出占營收的8.17%，中芯國際在研發支出與營收比重兩倍于台積電的前提下(xià)，研發支出總量僅爲台積電的六分之一至五分之一。
國内晶圓制造設備的國産化率較低(dī)，區(qū)别僅在于完全依賴進口與不完全依賴進口，據《上(shàng)海集成電路産業發展研究報(bào)告》數據，除清洗設備2020年國産化率能(néng)達到(dào)20%，其餘設備國産化率均不足15%。國内晶圓制造與設備制造商均受益于自(zì)主可控與國産替代的趨勢，營收有望得到(dào)快(kuài)速增長。
公司簡稱 | 2021年上(shàng)半年營業收入（億元） | 2021年上(shàng)半年營業收入同比增速 | 2021年上(shàng)半年毛利率 | 動态市盈率（2022年1月19日） |
中芯國際 | 145.05 | 23.18% | 22.62% | 47.85 |
華虹半導體 | 42.05 | 52.02% | 24.25% | 41.11 |
北方華創 | 7.73 | 75.40% | 34.90% | 185.47 |
中微公司 | 10.77 | 51.62% | 41.54% | 95.12 |
至純科技 | 2.69 | 254.02% | -5.09% | 40.75 |
盛美(měi)上(shàng)海 | 4.89 | 44.62% | / | 207.98 |
芯源微 | / | / | / | 210.11 |
萬業企業 | 0.35 | 231.76% | 50.05% | 65.92 |
屹唐股份 | 20.26 | 4.75% | 22.59% | / |
拓荊科技 | 0.53（2021年1-3月） | / | 27.07%（2021年1-3月） | / |
華海清科 | 2.53（2020年度） | 81.28%（2020年度） | 36.75%（2020年度） | / |
四、晶圓制造及所需設備行業主要上(shàng)市公司近期動态
公司簡稱 | 2021年動向 |
中芯國際 | 公司投入1200億元在北京、上(shàng)海與深圳新建28nm制程晶圓産線，增加成熟制程産品産能(néng)。 |
華虹半導體 | 2021年12月31日，公司與華虹集團訂立華虹集團框架協議(yì),本集團同意向華虹集團公司銷售半導體産品、采購商品及半導體産品，華虹集團公司同意提供晶圓代工(gōng)服務及一般性配套服務。 |
北方華創 | 2021年11月4日，公司非公開(kāi)發行新增股份27,960,526股，将于2021年11月4日在深圳證券交易所上(shàng)市。本次募集資金(jīn)85億元将用(yòng)于投資建設半導體裝備産業化基地擴産項目（四期）、高(gāo)端半導體裝備研發項目和(hé)高(gāo)精密電子元器件産業化基地擴産項目（三期），剩餘将用(yòng)于補充流動資金(jīn)。 |
中微公司 | 2022年1月4日，公司增發：10配，增發價102.29元，增發數量80,229,335股。本次增發募集資金(jīn)将使用(yòng)31.77億元投資中微産業化基地建設項目，将使用(yòng)37.55億元投資中微臨港總部和(hé)研發中心項目，剩餘30.8億元用(yòng)于科技儲備資金(jīn)。 |
至純科技 | 公司拟使用(yòng)募集資金(jīn)1543.23萬元置換已投入到(dào)半導體濕法設備制造項目和(hé)晶圓再生項目中的預先投入自(zì)籌資金(jīn)。 |
盛美(měi)上(shàng)海 | 2021年11月18日，公司IPO首日上(shàng)市，發行4335.5753萬A股，發行價：85元(CNY)，發行方式：戰略配售,網下(xià)詢價,上(shàng)網定價。本次發行募集資金(jīn)18億元将用(yòng)于投資建設盛美(měi)半導體設備研發與制造中心項目、盛美(měi)半導體高(gāo)端半導體設備研發項目和(hé)補充流動資金(jīn)。 |
芯源微 | 2022年1月8日，公司拟增發股份25,200,000股，預計(jì)募集資金(jīn)10億元，用(yòng)于投資上(shàng)海臨港研發及産業化項目、高(gāo)端晶圓處理(lǐ)設備産業化項目（二期）與補充流動資金(jīn)。 |
萬業企業 | 2021年12月23日，公司控股子公司長三角一體化示範區(qū)（浙江嘉善）嘉芯半導體設備科技有限公司與嘉善縣西塘鎮人民政府簽訂了(le)項目投資協議(yì)書，項目總稱爲“長三角一體化示範區(qū)（浙江嘉善）嘉芯半導體設備科技有限公司年産2,450台/套新設備和(hé)50台/套半導體翻新裝備項目”，項目總投資爲20億元。 |
屹唐股份 | 2021年6月25日，公司IPO首日申報(bào)，拟發行股份不超過46,941萬股。本次發行募集資金(jīn)将使用(yòng)9.63億元投資屹唐半導體集成電路裝備研發制造服務中心項目，将使用(yòng)10.00億元投資屹唐半導體高(gāo)端集成電路裝備研發項目，剩餘用(yòng)于補充流動資金(jīn)。 |
拓荊科技 | 2021年12月31日，公司融資異常，IPO申報(bào)中止審查，公司本次預計(jì)發行3161.98萬股，拟上(shàng)市闆塊科創闆。本次發行并上(shàng)市的募集資金(jīn)将7986.46萬元用(yòng)于投資高(gāo)端半導體設備擴産項目，将3.99億元用(yòng)于投資先進半導體設備的技術研發與改進項目，将2.70億元投資ALD設備研發與産業化項目。 |
華海清科 | 2021年7月1日，公司IPO首日申報(bào)，拟發行股份不超過2,666.67萬股，本次發行募集資金(jīn)将使用(yòng)5.40億元投資高(gāo)端半導體裝備（化學機械抛光機）産業化項目，使用(yòng)3.11億元投資高(gāo)端半導體裝備研發項目，使用(yòng)3.57億元投資晶圓再生項目。 |