2021年全球刻蚀设备格局分析,国产占比持续提升,国产化超20%「图」

一、刻蚀设备产业地位及概述

1、产业地位

半导体设备市场细分品类众多,目前本土半导体设备产业仍处于成长早期,其中刻蚀机作为刻蚀工艺的关键设备,占比晶圆制造设备最高22%的市场份额,略高于光刻机,主要原因是刻蚀机在成熟制程应用更广,虽然精度单机价格相较高端光刻机,但整体规模仍高于光刻机,是晶圆代工中最重要的生产设备之一。

2021年晶圆制造设备市场结构占比

2021年晶圆制造设备市场结构占比

资料来源:Gartner,华经产业研究院整理

刻蚀设备位于晶圆制造流程地位

刻蚀设备位于晶圆制造流程地位

资料来源:公开资料整理

2、产业分类

刻蚀机是晶圆制造三大核心设备之一,干法刻蚀占比90%以上市场份额,根据作用机理不同,干法刻蚀又可分为电容性等离子体(CCP)刻蚀设备和电感性等离子体(ICP)刻蚀设备。CCP主要用于质地较硬的电介质刻蚀领域;等离子体(ICP)刻蚀设备可用于质地较软的金属、硅等导体刻蚀领域。

干法刻蚀设备分类

干法刻蚀设备分类

资料来源:中微公司招股书,华经产业研究院整理

二、刻蚀设备发展背景

1、技术工艺背景

按照刻蚀工艺划分,其主要分为干法刻蚀以及湿法刻蚀。由于干法刻蚀可以实现各向异性刻蚀,符合现阶段半导体制造的高精准、高集成度的需求,因此在小尺寸的先进工艺中,基本采用干法刻蚀工艺,导致干法刻蚀在半导体刻蚀市场中占据绝对主流地位,市场占比超过90%。

刻蚀技术分类

刻蚀技术分类

资料来源:公开资料整理

根据被刻蚀的材料的不同,刻蚀工艺可以分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。

金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀对比

金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀对比

资料来源:公开资料整理

2、半导体设备政策

国家政策陆续出台,驱动国产刻蚀设备行业持续发力。近年来国家加大对于半导体产业政策的扶持力度,多项重磅文件相继出台,主要表现在对于整个IC产业链企业的政策优待以及对于半导体设备行业的相关规划与推动。使得我国半导体设备行业涌现出了一批拥有国际竞争力的龙头企业,有效促进了我国半导体设备行业的发展。

近期半导体设备产业政策

近期半导体设备产业政策

资料来源:公开资料整理

三、刻蚀设备产业影响因素

1、整体半导体设备现状

就全球半导体设备市场规模变动而言,随着下游消费电子需求回暖,叠加汽车电子产业快速扩张,全球半导体产业景气度高涨带动半导体设备市场规模持续扩张,数据显示,2021年全球半导体设备市场规模达1026.4亿美元,同比2020年增长44%以上,经历了2019年产业的整体萎缩,产业回弹规模更快。就趋势而言,目前汽车电子仍有较大发展空间,整体消费电子在东南亚等地渗透率有提升空间,半导体设备规模将保持扩张趋势。

2015-2021年全球半导体设备市场规模及增长率

2015-2021年全球半导体设备市场规模及增长率

资料来源:SEMI,华经产业研究院整理

2、需求端

随着半导体制程的不断缩小,受光波长限制,关键尺寸无法满足要求,必须采用多重模板工艺,重复多次薄膜沉积和刻蚀工序以实现更小的线宽,使得薄膜沉积和刻蚀次数显著增加以及刻蚀设备在晶圆产线中价值比率不断上升,其中20纳米工艺需要的刻蚀步骤约为50次,而10纳米工艺和7纳米工艺所需刻蚀步骤则超过100次。

细分制程芯片大小刻蚀次数变动

细分制程芯片大小刻蚀次数变动

资料来源:公开资料整理

目前国内受限于高端光刻机(EUV)及部分半导体设备尚未国产化,制程技术水平仅达14nm工艺,无法突破到7nm,且14nm完全依赖阿斯麦等国际光刻机厂商,相较全球龙头产品结构差距较大,就整体趋势而言,随着先进制程占比持续上升,刻蚀设备全球需求量持续走高。

2020-2021年台积电晶圆产品线宽结构占比

2020-2021年台积电晶圆产品线宽结构占比

资料来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国刻蚀设备行业市场全景评估及发展战略规划报告》;

四、刻蚀设备市场现状

1、市场规模

全球刻蚀设备领域中,硅基刻蚀主要被Lam和AMAT垄断,介质刻蚀主要被TEL和Lam垄断。数据显示,2020年全球刻蚀设备市场规模约为137亿美元,其中,介质刻蚀设备市场规模约60亿美元,导体刻蚀设备市场规模约76亿美元。

2019-2021年全球刻蚀设备市场规模及预测

2019-2021年全球刻蚀设备市场规模及预测

资料来源:公开资料整理

2、市场结构

目前硅刻蚀和介质刻蚀基本平分干法刻蚀市场,ICP刻蚀设备主要用于金属及硅刻蚀,占比略高于主要用于介质刻蚀的CCP设备,占比61%左右。这两种设备皆为干法刻蚀主要设备,整体占比全球90%以上刻蚀方式。

CCP刻蚀和ICP刻蚀设备市场占比

CCP刻蚀和ICP刻蚀设备市场占比

资料来源:SEMI,华经产业研究院整理

五、刻蚀设备竞争格局

1、市场集中度

全球刻蚀设备市场呈现高度垄断格局,拉姆研究、东京电子、应用材料占据主要市场份额。2020年刻蚀机领域拉姆研究、东京电子和应用材料整体市场份额近九成,国产企业中微公司、北方华创和屹唐半导体合计占比2.36%的市场份额,其中中微公司市占率为1.37%,国产成长替代空间广阔。

2020年全球刻蚀设备市场竞争格局情况2020年全球刻蚀设备市场竞争格局情况

资料来源:公开资料整理

2、中微公司经营现状

中微半导体设备(上海)股份有限公司主要从事高端半导体设备的研发、生产和销售,核心产品包括集成电路领域的等离子体刻蚀设备、深硅刻蚀设备和MOCVD设备。就中微公司经营情况而言,随着国产化进程持续推进,中微公司刻蚀设备收入持续增长,截止2021年已达到20.04亿元,同比2020年增长55.5%,CCP和ICP刻蚀设备分别销售14.93亿元和5.1亿元,毛利率都在44%左右。

2020-2021年中微公司刻蚀设备收入及增长率2020-2021年中微公司刻蚀设备收入及增长率

资料来源:公司公报,华经产业研究院整理

六、国产化趋势

截至2020年12月16日,长江存储累计招标348台刻蚀设备,其中美国厂商Lam Research占据超过一半的采购量,达187台。而国内厂商中微半导体、北方华创、屹唐半导体分别中标50台、18台、13台,国产化率高达24%。

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