2024年半导体刻蚀设备行业研究：半导体制造核心设备，国产化之典范

一、刻蚀：半导体制造三大核心设备之一

刻蚀：半导体图案化关键工艺，重要性凸显

刻蚀是半导体图案化过程的核心工艺，刻蚀机被视为半导体制造三大核心设备之一。刻蚀设备主要用于去除特定区域的材料来形成微 小的结构图案，与光刻、薄膜沉积并称为半导体制造三大核心设备，重要性凸显，地位举足轻重。

刻蚀设备：三大核心设备之一，市场规模可观

刻蚀机作为半导体制造三大设备之一，价值量高，市场规模可观。根据Gartner数据，2022年，刻蚀设备占半导体前道设备价值量的 22%，仅次于薄膜沉积设备，排名第二；从市场规模来看，根据Mordor Intelligence数据，2024年，全球半导体刻蚀设备市场规模预 计为238.0亿美元，到2029年预计将增长到343.2亿美元，期间CAGR约为7.6%，市场规模可观，增速较快。

刻蚀设备：干法刻蚀为主，ICP、CCP平分秋色

刻蚀可分为湿刻和干刻，湿刻各向异性较差，侧壁容易产生横向刻蚀造成刻蚀偏差，通常用于工艺尺寸较大的应用，干刻是目前主流 的刻蚀技术，其中，等离子体干刻应用最广。

根据等离子体产生方法不同，等离子体刻蚀又划分为ICP（电感性等离子体刻蚀）和CCP（电容性等离子体刻蚀）两大类，ICP主要用于 硅、金属以及部分介质刻蚀，CCP主要用于介质刻蚀。根据Gartner数据，2022年，在全球刻蚀设备市场中，ICP、CCP市占率分别为 47.9%和47.5%，合计市占率95.4%，是刻蚀设备的主流。

趋势：原子层刻蚀（ALE）

传统等离子刻蚀设备会面临刻蚀损伤、负载效应以及控制精度等一系列挑战，而原子层刻蚀（ALE）可实现单原子层级的精准刻蚀，是有 效的解决方案。ALE可视为ALD的镜像过程，其原理为：1）将结合气体导入刻蚀腔，吸附于材料的表面，形成一个结合层，此为改性步骤， 具有自停止性；2）清除腔体中过量的结合气体，引入刻蚀气体轰击刻蚀表面，去除原子层级的结合层，并使未经改性的表面裸露出来， 此为刻蚀步骤，也具有自停止性，上述步骤完成后，表面的单原子层薄膜即可被精准去除。 原子层沉积（ALE）的优势包括：1）可实现定向刻蚀；2）即使深宽比不同，也可实现等量刻蚀。

二、格局：国产化之典范，成功打入国际市场

全球产业格局：门槛高，垄断性强

刻蚀机是半导体图案化工艺中必不可少的核心设备，对核心性能指标的可靠性、稳定性、一致性等要求极高，产品开发难度大，技术壁 垒高，市场参与玩家相对较为集中。 全球刻蚀设备市场主要由LAM、TEL、AMAT垄断。根据Gartner数据，2017年，LAM、TEL、AMAT在全球刻蚀设备市场中的市占率分别为55%、 20%、19%，合计占比约94%，2021年，该TOP3市占率分别为46.7%、26.6%、17.0%，合计占比约90%。可以看出，全球刻蚀设备行业聚集度 高企，但TOP3合计市占率呈下降趋势。

国产化情况：已实现突破，进入海外市场

在国家政策的大力支持下，近年国内晶圆厂持续扩建，核心设备的国产替代成为主流，为国内半导体设备厂提供了优异的市场环境，国 产刻蚀设备深度受益并取得巨大突破，很大程度上打破了国外垄断，属于国产替代的典范。 中微公司、北方华创是国内刻蚀设备领头羊，部分产品不但批量应用至国内晶圆厂，且成功破入海外市场，具备全球竞争力。截止2023 年底，北方华创ICP刻蚀设备累计出货超3200腔，中微公司CCP刻蚀设备已批量应用于海外5nm及以下集成电路产线。根据Gartner数据， 2021年，中微公司、北方华创在全球刻蚀设备市场中的市占率分别为1.4%、0.9%，基数较低，未来增长潜力巨大。

国际巨头|LAM:刻蚀设备全球市占率近50%

LAM是全球最大的刻蚀设备厂商，同时在薄膜沉积、清洗等领域也有较强竞争力，拥有Kiyo®、Versys®、Flex®、Vantex®、Syndion®等刻 蚀设备产品系列，客户群体广泛分布于全球范围内，2021年其刻蚀设备的全球市占率达到46.7%，接近半数，在导体、介质刻蚀中均具备 强大的市场竞争力。 业绩方面，近年LAM收入体量总体呈现增长趋势，毛利率维持在45%左右的较高水平，近三年净利润率维持在26%左右，盈利能力趋于稳定。

国内后起之秀|中微公司：刻蚀设备批量应用于国际先进5nm及以下产线

中微公司是国内半导体刻蚀设备最具代表性的公司，在CCP、ICP设备领域均拥有强大的产品实力，部分产品已经进入海外产线，批量应 用于5nm及以下先进制程生产线。中微公司刻蚀设备发展历程总结如下：2007年，中微首台CCP刻蚀设备研制成功；2011年，中微45nm介质刻蚀设备研制成功；2013年，中 微22nm介质刻蚀设备研制成功；2015年，美国商务部取消了等离子体刻蚀机对中国的出口控制；2016年，中微7nm介质刻蚀设备研制成功； 2017年中微刻蚀设备进入国际先进7nm生产线。

国内后起之秀|中微公司：新签订单屡创新高，业绩长期稳定增长

近年，在产品力稳步增长以及国内半导体产业扩张的双重推动下，中微公司业绩迅猛增长。2019-2023年，中微公司营收从19.5亿元增长 到62.6亿元，期间CAGR为33.9%，归母净利润从1.9亿元增长到17.9亿元，期间CAGR高达75.4%。 中微公司年新签订单屡创新高，确保其业绩长期稳定增长。2020-2023年，中微公司新签订单分别为21.7亿元、41.3亿元、63.2亿元、 83.6亿元，期间CAGR约为56.8%，新签订单稳步增长，反映出公司的设备产品在旺盛的行业需求下充分受益。

国内后起之秀|北方华创：平台型公司，刻蚀机主力为ICP

北方华创是国内具有代表性的半导体设备平台型公司，刻蚀设备是其重要产品线，以ICP为主，CCP在近年也有突破，与中微公司并列刻 蚀设备双雄。 北方华创ICP硅/金属刻蚀机产品类别丰富，实现了12英寸各技术节点的突破，产品型号包括NMC 612C/612D硅刻蚀机、NMC 612G金属刻蚀 机等，是公司刻蚀产品线的主力，截止2023年，公司ICP出货量累计超3200腔；CCP设备方面，2022年，北方华创发布NMC508 CCP介质刻 蚀机，2024年发布12英寸AccuraLX CCP刻蚀机，进展顺利，截止2023年末，北方华创CCP设备累计出货超100腔，发展势头迅猛；此外， 北方华创在TSV刻蚀设备（PSE V300）、去胶机（ACE i300）等领域也有优秀产品，广泛应用于国内主流Fab厂和先进封装厂，已形成批 量销售。

国内后起之秀|屹唐半导体：干刻设备应用于三星电子、长存等客户

屹唐半导体成立于2015年，2016年收购MTI，成为跨中、美、德的半导体设备公司，核心产品包括干法去胶、快速热处理以及干刻设备。 屹唐半导体干刻设备可用于65nm-5nm逻辑芯片、1y-2xnm系列DRAM以及32层-128层3D NAND芯片制造中，产品类别包括ParadigmE系列以及 Novyka系列，客户包括三星电子、长江存储等，2018-2021H1，公司干刻设备销量分别为4、4、8、2台。 干法去胶设备是屹唐半导体的核心产品，其可视为等离子刻蚀技术的延伸，负责清除刻蚀后的残留光刻胶，根据公司招股说明书，2020 年公司干法去胶设备市占率31.3%，位居全球第一。

三、看点：国产替代+先进制程+海外拓展有望拉动增长

看点一：国产替代趋势长期利好

国产替代在国内半导体产业中已经成为主流趋势并将持续下去，国家对此出台了大量支持政策，半导体设备便是重中之重。2021年，上 海市先进制造业发展“十四五”规划中重点提及了5nm刻蚀机；2024年5月，国家大基金三期成立，注册资本3440亿元，超过前两期注册 资本之和，为国内半导体产业的发展提供了强大的推动力。

看点二：先进制程&先进存储拉动新需求

先进制程需要更多的刻蚀工艺次数。随着先进芯片制程从7-5nm阶段向更先进工艺方向发展，需采用多重模版工艺，对刻蚀的精准度和重 复性要求更高，且涉及多次刻蚀；定量来讲，65nm制程需20次刻蚀工艺，10nm制程需117次刻蚀工艺，5nm制程需160次刻蚀工艺，工艺制 程的往前推进对刻蚀工艺的需求大幅增长。 工艺制程进步，产线设备投资额大幅增长。以5万片产能为例，90nm产线的设备投资额约21.34亿美元，20nm产线的设备投资额约47.46亿 美元，涨幅122%。

Flash存储芯片结构从2D Nand发展到3D Nand，结构越发复杂化，导致存储芯片的制造对刻蚀设备的需求量增长。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，目前128层 3D NAND闪存已进入大生产，200层以上闪存已处于批量生产阶段，更高层数 正在开发。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堆叠的层数，刻蚀要在氧化硅和氮化硅的叠层结 构上，加工40：1到60：1甚至更高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 比例进一步加大。

看点三：长期看，海外市场有望拉动业绩增长

全球半导体产业持续增长，主要半导体企业的资本开支处于较高水平，对设备产生了规模可观的持续需求。根据Omdia数据，在经历2023 年的小幅回调后，全球半导体销售额预计将在2024-2026年迎来新一轮增长；根据Gartner数据，预计2024年全球主要半导体企业的资本 开支合计为1174亿美元，设备是其中的主要组成部分。

国内刻蚀设备技术产品先进，具备角逐全球市场的实力，长期看，海外市场有望为国内刻蚀设备厂商提供新的增长点。刻蚀是国内率先 打破海外垄断的半导体核心设备，在技术产品力方面具备强大的竞争力，且已经进入了海外市场，长期看，随着全球半导体产业的持续 扩张，国内刻蚀设备厂有望受益其中。

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编辑：火腿肠