今天我們來看下半導體行業的上游：半導體設備，這或將是芯片行業又一個產業轉移的重點領域。

　　中國大陸目前對半導體設備的需求占到全球市場的15%，15%的市場份額看似不多，已經是2014年的兩倍且仍有進一步上升的預期。這說明了什么？說明國內正在加緊興建晶圓產能，從而激發了對上游半導體設備的需求。

　　半導體設備有很高的技術門檻，國內企業由于起步晚，技術水平與美日比較仍有差距，整體而言，半導體核心設備的國產化率不到15%。

　　然而，隨著國內半導體產業的蛋糕越做越大，國內半導體設備企業也慢慢開始崛起，有能力和實力從美日企業手中搶占國內市場份額。尤其是技術領先的國內企業，未來國產替代的空間巨大。那么在眾多類型的半導體設備中，誰會率先實現國產替代呢？

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　　半導體設備需求空間近3000億

　　我們在前面的文章中分析過，在芯片產業鏈中，國內的最大短板在芯片制造，芯片制造甚至比芯片設計更難，因為需要投入巨額的設備資本，還有高技術門檻。在芯片加工過程中有多道工序，且每道工序的合格率都必須達到99.99%，才能確保最后的總體合格率在90%以上。

　　芯片制造相當于喜馬拉雅山，我們必須登頂成功，才能解決芯片產業的最大短板問題。于是近幾年，全國各地出現了興建半導體制造產能的浪潮。據國際半導體產業協會（SEMI）預估，2017-2020年全球新投產的62座晶圓廠中有26座來自中國大陸。

　　為什么國內要興建如此多的半導體廠？那是因為人們預期5G和人工智能的發展將帶來對半導體新增的需求。當然部分也受全球貿易局勢的影響，別人不供給，得靠自己。沒有芯片，何談5G和AI？

　　券商根據目前在建以及計劃興建的生產線，計算出未來國內半導體設備的需求空間在2808億元。這塊大蛋糕不可能都給外資，國內成長起來的半導體設備企業必將分得一杯羹。

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　　哪個環節將率先國產替代？

　　半導體的加工分工晶圓制造（前道）、中道和封裝（后道）三個步驟。相應的，半導體設備可分為晶圓處理設備，測試設備、封裝設備以及其他設備(包括掩膜版/光罩、晶圓制造設備等)。其中，晶圓處理設備占比最大。據SEMI估計，2018年晶圓處理設備的投資占到整體設備投資的81%。

　　具體到晶圓處理生產線，又分為7個環節步驟，分別是擴散→光刻→刻蝕→離子注入→薄膜生長→拋光→金屬化，每個步驟均需要不同種類的半導體設備。

　　這其中光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備（PVD+CVD）在晶圓處理設備中的投資額占比最大，分別為30%、20%、25%，屬于核心設備。

　　圖：晶圓處理設備的價值量構成比例

　　這三類占比最大，但是技術門檻也一樣的高。目前，尖端技術基本掌握在外企手中，是一個寡頭壟斷的市場，市場前三名都霸占了90%以上的市場，其中行業老大基本吃掉一半左右的市場。

　　也就是說，我國半導體設備企業即便能吃到，也是占很小的份額。這三種設備，按照國產化率由高到低排序，分別是刻蝕機＞薄膜沉積設備＞光刻機。

　　國產化率越高，說明國產企業的技術越成熟。由此，哪個設備將率先實現國產替代一目了然。那就是刻蝕設備。據SEMI估計，到2020年，國內刻蝕設備的國產率將達到20%。

　　跟大家科普下，刻蝕是用化學或者物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程，可謂是半導體的“雕刻刀”。刻蝕又分干法刻蝕和濕法刻蝕，其中干法刻蝕是主流，濕法刻蝕僅用于大尺寸，或者是在干法刻蝕后幫忙清楚殘留物。

　　數據來源：中微公司招股說明書

　　上面是一層結構的生產步驟，就像一座平房，而實際上集成電路是一個甚至多達60層的“摩天大樓”，這60層每一層都需要將上述工序逐個來一遍。一層結構需要十幾個加工步驟，60層的復雜結構需要約1000個加工步驟，每一步都至關重要，當然也就意味著刻蝕機這把雕刻刀需要一直保持精確的工作。

　　刻蝕設備有多大市場空間呢？刻蝕設備投資占晶圓處理設備投資的比例約為20%，因此，未來中國在建或計劃建設的半導體工廠對刻蝕設備的投資額度大約為449億元。

　　而實際可能不只這個數。因為目前半導體器件的尺寸越來越小，部分環節用光刻機不能實現，需要用刻蝕機代替，從14nm到5nm，刻蝕步驟將增加數倍。當然，對刻蝕機的要求也將顯著提高。

　　目前，刻蝕設備全球三大巨頭分別為韓國的拉姆研究、日本的東京電子和美國的應用材料。據中微半導體的招股說明書，這三家公司的市場份額占比超過90%。

　　雖然刻蝕機目前是國外企業壟斷的局面，但是國內企業對國產化率的提高也相當有信心。據中微公司創始人預計，未來刻蝕機的國產化率將達到50%，非常樂觀。按照其它行業以往國產替代的速率，這個預計也并非不能實現。

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　　國內代表企業

　　如果僅看干法刻蝕設備，目前國內供應商鳳毛麟角，僅有中微公司（688012）、北方華創（002371）和中電科48所等。

　　其中，中微公司業務比較集中，主營就刻蝕設備、MOCVD設備兩大塊，技術也最為先進。目前，中微公司5nm刻蝕機已獲全球芯片代工龍頭臺積電的認證，2020年，臺積電5nm芯片生產線就會采購中微的產品。

　　表：中微公司前五大客戶

　　中微公司上半年登陸科創板，且是科創板第二市盈率個股，市場矚目。其半年報業績也很亮眼，上半年共實現營收8億元，同比增速高達72%；歸母凈利潤3037萬元，同比扭虧為盈。

　　北方華創則于2016年突破了14nm生產技術，與國際水平的差距僅在兩三年。2018年，北方華創的12英寸14納米集成電路工藝設備也進入了驗證階段。

　　今年一季度，中微半導體、北方華創共有3臺刻蝕設備中標了國內芯片代工領先企業華虹半導體的生產線，這也從側面證明了兩家企業的實力。國內企業只要技術達到了，再憑借高性價比往往都能PK外資企業