半导体设备市场规模、需求及国产化进程如何？

半导体发展趋势向好+自主可控提速，国产设 备迎发展机遇。

1. 周期向上+AI 创新驱动，半导体设备开支保持增长

周期复苏及 AI 需求共振，半导体行业景气回升。2024 年随着 半导体产业周期触底回升以及 AI、HPC 等新兴应用需求带动，全 球半导体市场需求回暖。2025 年人工智能 AI 与高性能运算 HPC 需求提升或驱动云端、终端的芯片需求提升，市场预期延续复苏 趋势。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）预计，2024 年全 球半导体销售额为 6112 亿美元，同比增长 16.0%；2025年全球半 导体销售额有望达到 6874 亿美元，同比增长 12.5%。中长期来看， AI、5G/6G、云端/边缘运算、机器人与智能汽车等新兴应用领域 将成为半导体行业长期发展的动力。

半导体行业周期向上，晶圆制造设备开支预期增长。半导体 设备是半导体产业的基础，贯穿于晶圆制造、封装和测试等关键 环节。随着半导体市场筑底回升，全球半导体设备投资额有望提 升。据 SEMI 预测， 2024 年全球半导体设备市场将达到 1090 亿 美元，同比增长 3.4%；2025 年市场规模预计将达 1280 亿美元新 高。 按细分市场来看：1）晶圆制造设备：2024 年中国强劲的设备 支出以及对 DRAM 和高带宽存储器（HBM）的大量投资推动设备 支出额预测上调至 983 亿美元；2025 年，SEMI 预估晶圆厂设备 支出增长 14.7%至 1130 亿美元。2）后道封测设备：后端设备领 域需求于 2024 年开始复苏，SEMI 预估测试/封装设备销售额达到 67/44 亿美元，增长 7.4%/10.0%；受益于终端市场需求预期复苏 以及前端晶圆厂供应增长催化需求，2025 年后端市场需求增长有 望加速，预估测试设备/封装设备销售额将增长 30.3%/34.9%。

中国设备市场规模领先，预计 2024 年销售额达 350 亿美元。 2023 年销售至中国大陆的设备市场规模超 300 亿美金，仍是全球 最大的半导体设备市场。根据 SEMI 预测，2024 年中国大陆设备 制造市场预计达到 350 亿美元。

2. 制程升级+存储堆叠发展，催生刻蚀和薄膜设备需求

2.1 刻蚀和薄膜是前道制造关键设备，设备投资额占比约 36%

晶圆前道设备投资价值最高，占比超 80%。从工艺流程来看， 半导体设备分为前道设备（晶圆制造）和后道设备（封装、测试） 两大类，根据 SEMI 统计，2023 年前道晶圆制造设备投资额占总 设备投资总额约 80%。 晶圆制造工序繁多，三大核心工序对应的设备价值量占半壁 江山。集成电路制造工艺繁多复杂，光刻、刻蚀和薄膜沉积是半 导体制造三大核心工艺：①光刻工艺是利用光刻机发出的光通过 具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光，将电路图转移至硅晶 圆表面的光刻胶；②刻蚀工艺指通过物理或化学手段有选择性地 移除沉积层特定部分以形成所需的器件结构或图案；③薄膜沉积 是在硅晶圆表面添加如导电层、绝缘介质层等，实现器件互连以 及芯片的多层结构。集成电路制造通过薄膜沉积、光刻和刻蚀三 大工艺循环，把数十层光罩的图形逐层转移到晶圆上。以上三大 核心生产工艺对应的设备光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备， 据 SEMI 统计，2023 年在晶圆厂设备总投资额占比分别为和 14%、 18%和 18%。

1）刻蚀设备：干法刻蚀为市场主流， 2029 年刻蚀设备市场规模 预超过 300 亿美元。 干法刻蚀为市场主流，干法刻蚀设备有 CCP 和 ICP 两条技术 路线。按照工艺划分，刻蚀分为干法和湿法刻蚀：湿法刻蚀各向 异性较差，侧壁容易产生横向钻蚀造成刻蚀偏差，现在通常用于 工艺尺寸较大的刻蚀，或用于清洗等；干法刻蚀具有良好的各向 异性，是目前主流的刻蚀方法，市场份额约 90%，其中以等离子 体干法刻蚀为主导。

根据被刻蚀材料类型不同，干法刻蚀分为介质刻蚀（氧化硅、 氮化硅、光刻胶等）、硅刻蚀（单晶硅、多晶硅和硅化物等）和金 属刻蚀（铝、钨、铜及合金层等）。

根据产生等离子体方法的不同，干法刻蚀主要分为电容性等 离子体刻蚀（CCP）和电感性等离子体刻蚀（ICP），这两类技术 基本能覆盖不同材料类型的刻蚀。其中，CCP 的离子能量高，多 用于介质材料的刻蚀，能刻蚀高深宽比的深孔、深沟等微观结构； ICP 以较低的离子能量和极均匀的离子浓度刻蚀较软的和较薄的材 料，包括硅材料和金属材料，目前 CCP 和 ICP 设备各占据半壁江 山。

全球刻蚀设备市场规模预估超 300 亿美元。据 Mordor Intelligence 数据统计，2024 年全球半导体刻蚀设备市场规模预计 为 238 亿美元， 预 计 到 2029 年 增长至 343.2 亿美元 ， CAGR=7.60%。

2）薄膜沉积设备：半导体薄膜沉积设备市场增长潜力大。薄膜沉积设备主要负责各个步骤当中的介质层与金属层的沉 积。按照薄膜制备依据的工艺原理不同，可分为 CVD（化学气相 沉积）设备、PVD（物理气相沉积）设备/电镀设备和 ALD（原子 层沉积）设备。这三类技术适用于不同环节，相互补充且不断迭 代。PVD 生长机理简单，沉积速率高，通常适用于简单平面的膜 层制备；CVD 通过化学反应制备固态物质实现镀膜，可应用于绝 缘薄膜、硬掩模层以及金属膜层的沉积；ALD 具有非常精确的膜 厚控制和优越的台阶覆盖率，在 45nm 以下节点以及 3D 结构等半 导体薄膜沉积环节具有较大优势。

CVD 设备应用广泛，ALD 快速发展。PECVD、LPCVD 等 CVD 设备能适用于不同工艺节点对膜质量、厚度以及孔隙沟槽填 充能力等的不同要求，是薄膜沉积设备中占比最高的设备类型， 其中 PECVD 凭借其沉积速率快、薄膜纯度和密度高等优点，适用于大多数主流介质薄膜。根据 Gartner数据，2022年 PECVD 设备 市场占比约为 28%，LPCVD设备占比约为 10%。此外，ALD技术 凭借其原子层级沉积特点，具有薄膜厚度精确度高、均匀性好、 台阶覆盖率极高、沟槽填充性能极佳等优势，在制程不断缩小且 更为 3D 立体化背景下，ALD 凭借其技术优势在半导体薄膜沉积环 节的市场占有率或将持续提高。

半导体薄膜沉积设备市场增长潜力大，2029 年全球市场规模 预估达 559 亿美元。据 Maximize Market Research 数据统计， 2017-2022年全球半导体薄膜沉积设备市场规模从 125亿美元扩大 至 233 亿美元，CAGR=13.26%，并预计至 2029 年市场规模可达 559 亿美元。结合中国大陆半导体制造设备销售额占全球销售额约 29%的比例测算，2029 年国内市场规模或将达 162 亿美元。

2.2 制程升级叠加存储堆叠发展，激发设备需求提升

芯片制程升级+3D 结构发展，带动刻蚀、薄膜设备需求快速 增长。随着集成电路芯片制造工艺不断演进，以及存储器件由 2D 逐步向 3D 结构转换，使离子体刻蚀和薄膜制程成为最关键步骤， 相关设备市场需求显著提升，据 Gartner 数据统计，2013-2023 年 干法刻蚀设备和化学薄膜设备市场规模增速高，CAGR 分别为 15.34%和 14.47%。

先进制程向更小的节点发展，多重模板工艺增加刻蚀和薄膜 加工步骤。随着集成电路芯片制造工艺的不断演进，线宽不断缩 小，且制程进入 28nm 后的芯片结构转向 FinFET、GAA 等 3D 结 构转变，导致制造工艺愈发复杂，进而提高了前道制造设备的需 求。此外，由于光刻机的波长限制，14nm 及以下的制程需要采用 多重模板工艺，通过多次薄膜沉积、光刻、刻蚀工序以实现更小 的线宽，使得薄膜沉积和刻蚀等加工次数显著增加。据 SEMI 统计 20nm 工艺需要的刻蚀步骤约为 50 次，而 10nm 工艺和 7nm 工艺 所需刻蚀步骤则超过 100 次；据拓荆科技招股说明书，90nm CMOS工艺大约需要 40道薄膜沉积工序，3nmFinFET工艺产线大 约需要100道薄膜沉积工序。我们认为，先进制程使得晶圆制造的 复杂度和工序量大幅提升，进而需要更多以刻蚀设备、薄膜沉积 设备为代表的半导体设备参与生产环节。

3D NAND 堆叠层数增加，薄膜沉积设备和高纵横比刻蚀设备 至关重要。集成电路 2D 存储器件的线宽已接近物理极限，NAND 闪存已进入 3D 时代。3D NAND 制造工艺中，增加集成度的主要 方法不再是缩小单层上线宽而是增加三维立体堆叠的层数。每层 均需要经过薄膜沉积工艺步骤, 催生相关设备需求增长。根据东京 电子披露，薄膜沉积设备占 FLASH 芯片产线资本开支比例从 2D 时代的 18%增长至 3D 时代的 26%，随着 3D NAND 芯片的内部层 数不断增高，对于薄膜沉积设备的需求提升的趋势亦将延续。此 外，结构复杂化对刻蚀工艺提出更高的技术要求，刻蚀要在氧化 硅和氮化硅一对的叠层结构上，加工 40：1 到 60：1 的极深孔或 极深的沟槽，3D NAND 层数的增加要求刻蚀技术实现更高的深宽 比，并且对刻蚀设备的需求提升。目前三星、美光和 SK 海力士等 NAND 制造商不断提高堆叠层数，先后推出突破 200 层的 NAND 产品，并不断向更高堆叠层数产品升级，刻蚀设备和薄膜沉积设 备作为存储应用中的最核心设备，有望受益于 3D NAND 的技术的 迭代升级。

3. 海外对华出口管制升级，半导体设备自主可控或提速

外部技术封锁+内部设备厂商向上突围，设备国产化率持续提 升。全球半导体设备市场高度集中，以美国的应用材料和泛林集 团，荷兰的阿斯麦和先晶半导体，日本东京电子和迪恩仕等为代 表的国际知名企业, 凭借资金、技术、客户资源、品牌等方面的优 势，占据全球半导体设备市场的主要份额，中国本土半导体设备 厂商市占率较低。

据头豹研究院数据，光刻机、刻蚀设备、薄膜沉积、量/测设 备、离子注入设备等关键领域应用设备仍依赖进口，多项设备国 产化率不足 30%。我们认为，在半导体产业逆全球化趋势背景下， 国内半导体产业链自主可控势不可挡，在外部制裁不断升级、国 内政策和资金的落实与实施下，我国半导体设备行业迎来发展契 机，设备国产化进程不断推进。

美日荷联合对华实施出口管制，推进半导体设备国产化进程。 2022 年以来，以美国、日本、欧洲为代表的国家及地区，对本国 和地区半导体设备企业向中国出售相关半导体制造设备进行实质 性限制，目的在于限制我国晶圆厂获取先进制程设备（重点在于 光刻设备、刻蚀设备和薄膜沉积设备）。现阶段，美国等国家及地 区对华半导体产业的技术封锁层层加码，2024 年 12 月 2 日，美国 商务部工业与安全局（BIS）发布最新出口管控规则，进一步强化 对中国半导体行业的全面限制，包括对 24 种半导体制造设备和 3 种用于开发或生产半导体的软件工具，对高带宽存储器（HBM） 等实施新的管制措施。我们认为，在先进制程设备“卡脖子”背景下， 核心设备自主可控是必然趋势，中国晶圆厂出于供应链安全考量， 或将加快国产半导体设备在各个工艺环节的验证进程，国产设备 渗透率有望提升。

政策指引叠加资金支持，利好国内半导体产业发展。半导体 产业是我国信息技术产业的核心，国家制定出台多项政策为半导 体产业链发展保驾护航，通过税收优惠、投融资以及人才培养等方 面的政策支持，逐步推进本土半导体制造和配套产业链的规模化 和高端化。在资金支持方面，国家先后推出多期大基金以支持半 导体产业升级、技术创新和自主可控，其中，大基金一期/二期主 要投向芯片制造、IC 设计、设备及零部件等领域，大基金三期成 立于 2024 年 5 月，其规模超过前两期总和，重点投向集成电路全 产业链，侧重点：一是核心卡脖子领域，推进关键设备和材料方 面技术独立自主；二是 AI 芯片、高端存储等领域。