近年来，人工智能算法迅速开展，算力需求按每年11.5倍的倍率增加。可是芯片算力的进步仅能坚持每年1.1~1.5倍的开展速度，与运用需求间存在数量级距离。现在，工业正在竭力缩小距离：一方面，可以通过存算一体、CGRA等先进架构进行现有制程工艺节点下的算力优化；另一方面，我国正全力布置先进制程研发。先进节点的半导体制作离不开杂乱精细的半导体制作设备，可是出口操控方针关于先进设备的禁运，倒逼我国自研设备进行国产代替。

  据计算，2022年全球半导体设备商场规划高达1085亿美金，同比增加5.9%。其间，我国大陆地区为全球最大的设备商场，2022年商场规划已到达320亿美元。放眼国内主制程设备、零部件以及量测设备公司，高鹄本钱通过深化的工业链剖析，提出创业公司中心壁垒与要害目标的判别规范，期望与职业界的出资人、企业家们一起沟通、讨论。

  IC工艺对应流程首要分为硅片制作、前道与后道芯片制作环节。其间，前道芯片制作是被卡脖子最严峻的环节，设备品种最多、杂乱度最高，其流程首要包含薄膜堆积、光刻、刻蚀、离子注入、氧化分散、CMP以及金属化。

  半导体集成电路制作前道工艺可以分为前半段器材构成工艺（包含在硅基板内做成三极管等元器材），后半段布线工艺（包含在硅基板上进行金属布线）。通过下图可以发现，镀膜、光刻、刻蚀、离子注入及热处理设备的技能壁垒高，在主制程中运用频次较高。

  我国大陆地区已能完结28nm芯片量产以及14nm芯片小规划量产，但与台积电、三星等可以制备的3nm节点仍有较大距离。现在，半导体设备范畴已开端补全中程，但因为前道设备的技能堆集单薄，镀膜机、光刻机、离子注入机等设备的国产化率仍较低。

  在硅片上堆积薄膜有多种技能，按工艺首要分为化学工艺和物理工艺：化学工艺包含化学气相堆积（CVD）和电化学堆积（ECD）；物理工艺即物理气相堆积（PVD）。CVD是运用等离子体鼓励、加热等办法，使反响物质在必定温度和气态条件下，产生化学反响并堆积在衬底外表，然后制得薄膜的工艺。PVD是一种运用溅射或蒸腾等物理办法，团簇在真空环境中的衬底上凝集，构成涂层的进程。因为化学活性基团比物理团簇活性更高、钻孔性更强，CVD镀膜的保型性比PVD更好。

  跟着技能节点不断微缩，无法通过光刻一步完结细线条制备时，可运用侧墙搬运法有用减小线宽，而侧墙搬运法带来屡次镀膜的需求。别的，跟着器材结构由平面结构过渡到FinFET以及GAA立体结构，对镀膜的台阶掩盖度要求进一步进步。CVD相较于PVD，镀膜保型性更好，因而，CVD占镀膜设备80%的价值量。

  如下图所示，不同品种的CVD满意了不同技能节点半导体工艺的技能需求。跟着逻辑器材技能节点进入到5nm及以下，单片三维集成通过将不同功用模块从头分层排布后进行笔直堆叠，并运用笔直互连完结层间的数据交换，大幅缩短了互连长度、进步了互连密度、优化了互连结构，然后进步了体系的集成度、带宽和能效。但单片三维集成面对一个严峻应战——上层器材的热预算受制于基层器材的退化行为。因而，可以满意衬底低温镀膜的热丝CVD或可成为单片三维集成的上层器材干流镀膜设备。

  在传统CVD范畴，我国设备大厂奋勇赶上。其间，北方华创：布局APCVD、LPCVD、PECVD、ALD；沈阳拓荆：布局PECVD、SACVD、ALD，产品已广泛运用于国内14nm及更宽节点的晶圆制作产线年针对Mini LED商场的MOCVD完结0-1放量；盛美：SiN LPCVD客户端进行量产认证，未来有望放量。

  在未来5nm及以下节点器材中，大厂尚不具有热丝CVD的研发才干，具有热丝CVD自研才干的创业公司值得重视。

  光刻机决议了半导体加工的最细线宽，是一切半导体制作设备中技能含量最高的设备，也是从底层光学原理到顶层机械自动化、OPA技能的集大成者。

  从全球商场来看，ASML名列前茅，成为仅有的一线供货商，旗下产品掩盖悉数等级光刻机。IC前道光刻机出货量占64%。而Nikon尽管高开低走，但其凭仗多年的技能堆集，牵强保住二线供货商位置。Canon则彻底屈居三线。

  反观国内的后起之秀——上海微电子，则暂时只能供给低端光刻设备，因为光刻设备对知识产权和供应链要求极高，短期很难到达世界抢先水平。在光刻范畴，高鹄团队主张重视相应的零部件公司和配套涂胶显影设备公司。

  热涂胶显影设备包含涂胶机、喷胶机、显影机，是光刻工序中与光刻机配套运用的设备。全齐前道涂胶显影设备销售额由2013年的14.07亿美金增加至2018年的23.26亿美金，年复合增加率到达10.58%，估计23年商场规划约24.76亿美金。

  全球涂胶显影设备被日本东京电子高度独占，其全球市占率约90%，亟待国产代替。而涂胶机首要技能壁垒在于转轴的制备，高鹄团队主张重视具有转轴自研才干的相应国产创业公司。

  在02专项光刻机项目中，我国欲对标ASML现阶段最强DUV光刻机-NXT：2000i。以NXT：2000i为例，各个子体系拆分为：上海微电子担任光刻机规划和整体集成，科益虹源供给光源体系，国望光学供给物镜体系，国科精细供给曝光光学体系，华卓精科供给双作业台，启尔机电供给浸没体系。该等上游零部件创业公司都值得要点重视。

  刻蚀是指通过移除晶圆外表资料，在晶圆上依据光刻团进行微观雕琢，将图形搬运到晶圆外表的工艺。

  Ø 跟着线宽尺度不断缩小，片内刻蚀均匀性及工艺负载操控才干成为要害技能目标。

  Ø 跟着三维堆叠技能不断运用，对刻蚀描摹、粗糙度、深宽比和准直度有严苛要求。

  Ø 依据IRDS猜测，5nm及以下节点有或许引进Ge、SiGe等新资料，相应的，关于Ge/SiGe器材的刻蚀提出要求。

  Ø 而先进节点器材的栅介质层厚度往往在5nm以下，则对刻蚀机提出了原子层级的操控要求。

  刻蚀机技能壁垒明显，全球刻蚀机商场的集中度高，长时刻被泛林半导体、东京电子、运用材三大巨子占有（占比90%）。在细分介质刻蚀机商场中，东京电子处于抢先位置，市占率达52%，国内里微公司的市占率仅到达3%。

  一起，国内刻蚀机商场，头部公司位置也已构成，留给创业公司的时机有限。中微公司占有20%的比例，仅次于国外的泛林半导体，北方华创占有6%商场比例。中微领军国内介质刻蚀，北方华创则领军国内硅刻蚀。

  Ø 剂量：离子剂量是单位面积硅片外表注入的离子数。当离子注入机中正杂质离子构成离子束，它的流量被称为离子束电流，单位是mA。离子束电流越大，单位时刻内注入的粒子数越多。大束流有助于进步产值，但高均匀性很难到达。

  Ø 射程：离子射程是离子注入进程中勾结硅片的总深度。离子注入机的能量越高，杂质原子打入硅片越深，射程越大。

  依据ITRS的要求，当器材节点3nm，源漏触摸电阻率需求小于1E-10量级。依据触摸电阻率公式，界面处激活杂质离子浓度越高越有利于下降触摸电阻率，低能可以确保杂质离子集合在外表，而大束流则可确保一次注入衬底的粒子浓度更高。低能大束流离子注入机成为终极目标。

  低能大束流离子注入机设备壁垒较高，世界IC注入机巨子美国运用资料公司也是通过收买Varian，才补全低能大束流离子注入机的地图，构成最全注入机产品矩阵。而我国设备类大厂在低能大束流注入机范畴的商场占有率简直为0。

  热处理工艺首要用在氧化、分散、退火、合金几个半导体加工过程中，其间退火工艺跟着技能节点的减小，关于设备的要求改变最大。

  退火工艺通过近60年的开展，针关于不同技能节点、不同运用，已有5类退火设备。

  传统的炉退火工艺的退火时长在小时量级，常用于资料改性、应力开释等环节。但关于杂质离子，在小时量级时长的退火中，分散距离过长，无法确保界面处激活杂质离子浓度及阻隔区域的电学稳定性。RTP（快速热退火设备）应运而生，可以完结全片秒级退火，满意28nm及以上节点制程需求。可是关于更先进制成的逻辑器材，源漏触摸电阻率要低于10-9乃至10-10量级，此刻需求退火设备的退火时刻更短，而且不损坏源漏区域外其他部分掺杂离子的杂质散布。尽管亮光退火可到达毫秒等级，但仍然无法满意定域退火的需求。而现在最先进的激光退火方法可以到达纳秒等级的定域退火，或为终极退火解决方案。

  全球热处理设备商场呈寡头独占格式，美国运用资料、东京电子、日立世界电气三大世界巨子厂商独占了超80%的商场比例。国内厂商中，非激光退火类设备屹唐半导体市占率5%，北方华创市占率0.2%。激光退火类设备为新式范畴，具有自研技能实力、工艺理解才干以及量产才干的创业公司值得等待。

  化学机械抛光（CMP）是半导体集成电路制作前道工序和先进封装环节的必备环节，指用化学腐蚀及机械力对加工进程中的硅晶圆或其它衬底资料进行平整化处理。CMP商场首要分为设备和耗材（抛光液、抛光垫），其间CMP耗材占挨近68%，CMP设备为32%。

  据Business Wire猜测，2020年至2027年，全球CMP设备商场规划将从20亿美元增加至29亿美元，CAGR达5.8%。但全球CMP设备商场出现高度独占格式，美国运用资料一家独大，2019年市占率到达70%，而位居第二的日本荏原机械仅为25%。

  CMP设备的国产化率约18%，现在首要以中低端产品为主，大部分高端CMP设备仍依托进口。美国运用资料公司和荏原的CMP设备均已到达5nm制程工艺，华海清科的CMP设备则首要运用于28nm及以上制程生产线nm制程工艺仍在验证中，技能水平与两家巨子仍存在必定距离。

  别的，因为第三代半导体碳化硅相较于硅禁带宽度和击穿场强更大，适用于功率器材。经猜测，2027年全球碳化硅功率器材商场规划有望达62.97亿美元，2021-2027年CAGR达34%；其间汽车商场碳化硅功率器材规划有望达49.86亿美元，占比达79.2%。可是，因为碳化硅资料硬度大，针对传统硅基的CMP设备无法满意碳化硅器材制备进程中的抛光要求。美国运用资料公司的碳化硅CMP设备也还在预研阶段。我国或许具有在碳化硅CMP范畴换道超车的时机。

  高鹄团队整理了CVD、刻蚀设备、离子注入设备、热处理设备的详细结构以及零部件的国产化率，从零部件通用性以及国产化率视点动身，剖析了2023年值得重视的零部件品种为：真空泵、真空阀、ESC、结构件。

  真空子体系包含用于真空取得、真空丈量、真空检漏的零部件，用于半导体产品制作范畴的代表性产品为干式真空泵。线%比例由欧洲生产商奉献。其间，前三大欧洲生产商——Edwards、Pfeiffer和VAT，奉献了全球55%的商场比例。

  ESC可通过静电吸附作用来固定晶圆，确保晶圆不会产生翘曲变形，确保加工精度和洁净程度。现在遍及的静电吸盘技能首要是以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为主体资料。ESC商场具有高度独占性，首要由日本和美国等企业主导，包含美国运用资料、美国LAM、日本新光电气、日本TOTO等公司。前四大企业占有90%以上的全球商场比例。

  超高纯陶瓷/碳化硅结构件是用于半导体氧化分散设备中的炉管、立式舟、底座和挡板的重要零部件。要求在1000℃以上高温环境下仍能坚持高硬度，并可将热量快速、均匀传导。现在90%的商场被日本特别陶业、京瓷基团独占。

  从技能道路原理上看，检测和量测首要包含光学检测技能、电子束检测技能和X光量测技能。三种技能的差异首要体现在检测精度、检测速度及运用场景上。结合三类技能道路的特色，运用光学检测技能的设备可以相对较好完结高精度和高速度的均衡，而且可以满意其他技能所不能完结的功用，如三维描摹丈量、光刻套刻丈量和多层膜厚丈量等运用。依据VLSI Research和QY Research的陈述，在2020年全球半导体检测和量测设备商场中，运用光学检测技能、电子束检测技能及X光量测技能的设备商场比例占比分别为75.2%、18.7%及2.2%，可以看出运用光学检测技能设备具有抢先的市占率优势。

  未来检测和量测设备的技能进步首要体现在三个方面：进步检测技能分辩率、加强大数据检测算法和软件的自主研发、进步设备检测速度和吞吐量。

  Ø 分辩率：跟着 DUV、EUV光刻技能的不断开展，集成电路工艺节点的不断晋级，商场对检测技能的空间分辩精度也提出了更高的要求。未来设备制作厂商有必要运用更短波长的光源以及更大数值孔径的光学体系，才干进一步进步光学分辩率。

  Ø 软件与算法：在到达或挨近光学体系极限分辩率的情况下，光学检测技能在依托解析晶圆图画来捕捉其缺点的根底之上，还需求结合深度的图画信号处理软件和算法，在有限的信噪比图画中寻觅弱小的反常信号。可是现在商场上并没有可以直接运用的软件，因而，业界企业均需在自己的检测和量测设备上，自行研发、开发算法和软件。

  Ø 吞吐量：半导体质量操控设备是晶圆厂的首要出资开销之一，因而设备的性价比是其选购时的重要考虑要素。质量操控设备检测速度和吞吐量的进步将有用下降晶圆检测本钱，然后完结降本增效。

  获益于晶圆厂扩张扩产，前道量测设备商场空间宽广。依据集微咨询计算，我国大陆共有23座12英寸晶圆厂正在投入生产，总计月产能约为104.2万片，与总规划月产能156.5万片比较，仍有较大扩产空间。据猜测，我国大陆2023年、2024年每年将新增5座12英寸晶圆厂。

  一起，晶圆面积增大的趋势下，对良率要求越来越严厉，也增加了对量测及检测设备的需求。2016年至今，国内半导体设备和检测与量测设备商场快速开展，VLSI Research数据显现，我国大陆2020年商场规划超越21亿美元，五年CAGR为31.6%，再次成为全球最大的检测与量测设备商场。

  通过多年潜心研究和技能经历堆集，我国检测与量测设备职业完结较大打破，以中科飞测、上海睿励、上海精测为代表的的国产厂商开端发力，部分产品现已出现在中芯世界、长江存储、长电科技、华天科技、通富微电等国内干流集成电路制作产线，打破了在质量操控设备范畴世界设备厂商对国内商场的长时刻独占局势。

  热丝CVD具有镀膜衬底温度低的特色，满意单片三维集成顶层器材镀膜的温度要求，或可推翻现有其他镀膜设备。跟着集成电路技能节点进入原子时代，ALD在镀膜设备中的占比逐步进步，具有ALD设备自研才干及产品拓宽才干的创业企业值得重视。

  我国上海微电子光刻机整机同ASML距离较大，主张重视具有配套涂胶显影设备、DUV/EUV光刻胶、光源/物镜/浸没体系自研才干的创业企业。

  国产商场被北方华创、中微公司独占，该范畴暂无商场/技能道路变化，创业公司时机较小。

  注入及热处理：先进制程对触摸电阻率的要求倒逼低能大束流注入机、激光退火加快国产化代替

  依据ITRS规则，先进制程工艺的触摸电阻率对源漏区域高掺杂、超浅结要求极高。因而，具有低能大束流离子注入机技能才干的创业公司及nS级激光退火原创技能的公司极具竞争力。

  零部件：具有低国产化率、高通用性零部件自研才干的厂商或将变身专精特新“小伟人”

  真空泵、真空阀、静电卡盘等零部件国产化率10%，且在半导体整机设备中通用性极强，具有自研才干和大客户验证的创业公司值得重视。

  （二）半导体量检测设备：我国坚持全球半导体量检测设备榜首大商场，相关公司生正逢时

  东方晶源在等创业公司检测范畴可以互补中科飞测、上海精测、睿励的才干缺乏，外加具有大客户验证的公司，未来可期。

  2023年是半导体设备应战与时机并行的一年：一方面，受美国出口操控的影响，2022 年我国半导体制作设备进口额同比下滑42.63%，直接影响了fab厂的扩产方案；但另一方面，我国大陆地区已成为全球最大的设备商场，现在各类设备的均匀国产化率仅为13%，仍有极大的国产代替空间。高鹄半导体团队坚决看好半导体设备范畴，将继续深耕工业链上下游，助力优质企业的投融资作业，致力于为我国半导体的开展奉献力量。