半导体行业报告：半导体设备零部件赛道坡长垒高，国产替代正当时

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报告出品/作者：中原证券、乔琪

以下为报告原文节选

1.半导体设备零部件市场空间广阔，美国BIS新规加速国产替代

1.1.半导体设备零部件市场空间广阔

全球半导体市场长期稳定增长。根据WSTS的数据，全球半导体行业销售额从1999年1494亿美元增长到2021年5560亿美元，21年的复合增速为6.45%，全球半导体行业保持长期稳定增长。

2022年消费电子市场需求有所放缓，电动车、新能源、物联网、5G/6G、人工智能、机器人等应用推动半导体行业继续增长，WSTS预计2022年全球半导体行业销售额为6330亿美元，同比增长13.8%。

半导体行业遵循“一代技术、一代工艺、一代设备”的产业规律，半导体设备是使半导体行业延续“摩尔定律”的瓶颈和关键。

半导体设备厂商受益于全球晶圆厂持续提高资本支出。根据SEMI的数据，全球半导体设备的市场规模从2011年435亿美元增加到2021年1026亿美元，近十年复合增速为8.96%，其中中国半导体设备市场规模为296.4亿美元。由于数字化基础设施的强劲投资，半导体产业积极增加产能，近期SEMI发布报告称，2022年全球半导体制造设备营收有望创下新高，达到1175亿美元，同比增长14.7%。

半导体设备零部件是半导体设备的核心，半导体设备的绝大部分关键核心技术需要以精密零部件作为载体来实现。根据全球半导体设备厂商公开披露信息，设备成本构成中一般原材料占比90%以上，考虑国际半导体设备公司毛利率一般在40%-45%左右，从而全部半导体设备零部件市场约为全球半导体设备市场规模的50%-55%。

半导体设备零部件市场空间广阔。以半导体设备零部件占全球半导体设备市场规模的50%进行推算，根据SEMI的数据，2021年全球半导体设备市场规模1026亿美元，由此推算2021年全球半导体设备零部件市场规模为513亿美元，2021年中国半导体设备零部件市场规模为148亿美元；预计2022年全球半导体设备市场规模为1175亿美元，由此推算预计2022年全球半导体设备零部件市场规模为587亿美元。

1.2.美日欧厂商主导全球半导体设备零部件市场

全球半导体设备零部件市场主要被美日欧厂商所占据。根据IC World的数据，2020年全球主要的44家半导体核心零部件供应商中，美国供应商20家，占比约45%；日本供应商16家，占比约36%；德国供应商2家、瑞士供应商2家、韩国供应商2家、英国供应商1家等；美日欧半导体零部件供应商占比超过90%，主导全球半导体设备零部件市场。

根据VLSIResearch的数据，2020年全球半导体设备零部件前10大供应商包括有蔡司ZEISS（光学镜头）、MKS仪器（MFC、射频电源、真空产品）、Edwards（真空泵），Advanced Energy（射频电源）、Horiba（MFC），VAT（真空阀件）、Ichor（模块化气体输送系统以及其他组件）、Ultra Clean Tech（真空阀件）、ASML（光学部件）及EBARA（干式真空泵），全球前十大半导体设备零部件供应商近10年的市场份额总和稳定在50%左右。

1.3.美国BIS新规加速半导体设备零部件国产替代

美国BIS新规加速半导体设备零部件国产化进程。2022年12月15日，美国商务部产业安全局（BIS）发布文件计划将长江存储、上海微电子、寒武纪等36家中国实体加入实体清单。2022年10月7日，美国商务部产业安全局（BIS）宣布了一系列在《出口管理条例》下针对中国的出口管制新规，BIS这项新的半导体出口限制政策涉及到对中国的先进计算、半导体先进制造进行出口管制；具体要限制美国的半导体设备在国内应用到16/14nm及以下工艺节点（非平面架构）的逻辑电路制造、128层及以上的3D NAND工艺制造、18nm及以下的DRAM工艺制造；对中国超级计算机或半导体开发或生产最终用途的项目进行限制；限制美国公民支持中国半导体制造或者研发。此次美国BIS新规明确对半导体先进制程设备、半导体设备零部件进行出口限制，一定程度上会加速国内半导体设备、半导体设备零部件、半导体材料国产化的进程。

综上，全球半导体设备零部件市场空间广阔，主要被美日厂商占据，目前国产化率较低，未来国产替代的空间巨大，美国BIS新规进一步加速半导体设备零部件国产替代的进程。

2.半导体设备零部件种类多、壁垒高、细分领域集中度高

2.1.半导体设备零部件是半导体设备的核心

半导体设备零部件是半导体设备的基础和核心。半导体设备零部件是指在半导体设备制造过程中所需的零部件，并在材料、结构、工艺、品质和精度、可靠性及稳定性等方面能达到半导体设备的技术要求。半导体设备是半导体行业技术演进的关键，其绝大部分关键核心技术需要以精密零部件作为载体来实现。

半导体设备零部件具有高精密、高洁净、超强耐腐蚀能力、耐击穿电压等特性，生产工艺涉及精密机械制造、工程材料、表面处理特种工艺、电子电机整合及工程设计等多个领域和学科，从而半导体精密零部件是半导体设备制造环节中技术壁垒较高的环节，是半导体设备的基础和核心，也是整个电子信息产业的支撑。

半导体设备零部件产业链主要由上游原材料、半导体设备零部件、半导体设备、晶圆厂四个环节组成。其中上游原材料主要是铝合金材料及其他金属非金属原材料，半导体设备零部件包括工艺零部件、结构零部件、模组、气体管路、真空系统类、传感器类、仪器仪表类等种类，半导体设备包括光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、薄膜沉积设备、离子注入设备、机械抛光设备、封测设备，晶圆厂有三星、英特尔等IDM厂商，以及中芯国际、台积电等专业代工厂。

2.2.半导体设备零部件种类繁多、美日欧厂商占据主要细分领域

半导体设备零部件种类繁多。半导体设备由成千上万的零部件组成，光刻机被认为是世界上最复杂的设备之一，最先进的光刻机需要使用超过10万个零部件。

半导体设备零部件按功能主要分为机械类、电气类、机电一体类、气体/液体/真空系统类、仪器仪表类、光学类等类别，每一大的类别中包含很多细分品类。其中机械类占比最高，占全球半导体设备市场规模比重为12%，电气类占比6%，机电一体类占比8%，气体/液体/真空系统类占比9%，仪器仪表类占比1%，光学类占比8%。

半导体设备零部件按主要材料和使用功能可以分为硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、金属件、石墨件、塑料件、真空件、密封件、过滤部件、运动部件、电控部件以及其他部件，其中各大类还细分很多品类，例如真空件里就包括真空规（测量工艺真空）、真空压力计、气体流量计、真空阀件、真空泵等。

根据芯谋研究的数据，2020年中国大陆晶圆厂采购半导体前道设备零部件金额超过10亿美元，中国晶圆制造厂商采购的设备零部件中石英（Quartz）、射频发生器（RF Generator）、各种泵（Pump）、各种阀门（Valve）、静电吸盘（Chuck）、反应腔喷淋头（Shower Head）占比较高，还包括边缘环（Edge Ring）、测量计（Gauge）、流量计（MFC）、陶瓷制品（Ceramic）、密封圈（O-Ring）等。

半导体设备零部件种类繁多，整体市场竞争格局较为分散，相较于500亿左右美元的全球市场规模，单个细分领域市场空间相对不大，但主要细分市场的集中度极高，主要被美日欧等海外厂商占据。

2.2.1.石英制品：市场规模超过200亿，海外厂商主导

石英制品是半导体行业的关键零部件，石英制品作为半导体设备的零部件和芯片生产工艺过程中承载硅片的耗材，其应用场景紧密结合半导体生产工艺过程。半导体工艺制程中，需要用到大量的石英制品，主要应用光刻、刻蚀、清洗、封装、扩散、氧化等工艺。石英制品应用在半导体行业的产品主要包括石英舟、石英法兰、石英玻璃坩埚、石英玻璃基片、石英钟罩、石英管道等。

石英制品产业链上游主要包括石英砂、石英材料，中游主要为不同的石英制品，下游主要应用于半导体、光伏、电光源、航空航天等领域。在上游石英砂产业中，高纯石英砂生产与高品质矿源密切相关，低品质矿源提纯较为困难；中游给半导体生产线配套的石英制品具有较高门槛。

根据《中国硅产业年鉴》的数据，在全球石英玻璃制品终端市场应用中，半导体石英制品占比65%；考虑石英玻璃制品在半导体生产线中属于硬性消耗品，且随着晶圆尺寸的增加，在半导体生产线中使用的石英制品的种类和数量随之增长，估算出石英制品市场规模与半导体销售规模的比例约为6.6:1000。根据WSTS的数据，2021年全球半导体行业的销售额为5560亿美元，对应2021年全球半导体石英制品市场规模为240亿元。

全球半导体石英制品市场主要由海外企业占据，主要的行业巨头有美国应用材料、德国贺利氏、日本信越、中国台湾崇越、韩国金刚、韩国Wonik、日本泰谷诺等，这些企业都具备独特的技术优势，各有其有优势的细分市场。

国内石英厂商起步较晚，根据中国电子材料协会石英分会2020 年发布的《石英制品行业发展报告》，国内具有一定规模、从事石英新材料研发、生产的企业约200 家，其中，从事石英制品的企业超50家。目前，国内石英制品同行业企业主要有宁波云德、强华股份、菲利华、菲利华石创、东科石英、石英股份、凯德石英等。

在中国市场，杭州大和热磁电子（日本独资）、杭州泰谷诺（日本独资）、贺利氏信越（德国贺利氏和日本信越共同投资的纯外资企业）、沈阳汉科（新加坡汉明与一家英国公司共同投资的纯外资企业）等外资竞争对手占据超过80%的市场份额；杭州大和热磁占据60.87%的市场份额排名第一，国内厂商宁波云德以10.43%的市场份额排名第三，是国内石英制品市场最大的国内企业。

半导体设备和晶圆厂需求量增加推动石英制品市场大幅增长。石英制品作为半导体设备中的零部件，其市场需求随着半导体设备需求增长有望得到大幅增长。石英制品在半导体生产线中属于耗材，且随着晶圆尺寸的增加，刻蚀次数的增加，所使用石英制品的种类和数量也相应增加。

2.2.2.射频电源：美国两大巨头占据主要市场份额

射频电源是一种可以产生固定频率的正弦波电压、频率在射频范围(约3KHz～300GHz)内、具有一定功率输出的电源，是化学气相沉积设备（PECVD）、原子层沉积设备（ALD）、物理气相沉积设备（PVD）、蚀刻设备、离子注入设备等半导体设备的工艺电源。射频电源在常用的电源中是比较复杂的，对射频功率的馈入、匹配器的匹配以及屏蔽和接地等都有比较高的要求。

本文测算2021年全球半导体设备零部件市场规模为513亿美元，射频电源占整个半导体设备零部件市场的10%左右，2021年半导体射频电源市场规模在50亿美元左右。美国两大厂商MKS Instrument（万机仪器）和Advanced Energy（先进能源工业）是半导体射频电源市场的领导者，这两家企业市场份额较高，2021年MKS Instrument半导体业务（包含其他产品）的营业收入为18.29亿美元，Advanced Energy半导体业务（主要为射频电源）的营业收入为7.1亿美元；国内厂商英杰电气在半导体射频电源上也有所突破，目前已和国内半导体设备龙头企业进行合作。

2.2.3.真空泵：海外厂商占据90%以上市场份额

真空泵是半导体主要工艺设备中的核心部件，为集成电路制造前道工序的四大核心设备中的薄膜、刻蚀设备、离子注入设备（约占主要工艺过程的70%）提供制造工艺所必需的超洁净真空环境，完成物理和化学气相沉积、刻蚀、离子注入等超微加工。除了满足集成电路制程对真空环境的要求，作为气体传输设备，真空泵还能将工艺气体和反应生成的复杂气体或固体混合物从集成电路制造设备内抽离，保障工艺过程要求的动态平衡。

根据华经产业研究院的数据，2021年全球半导体真空泵的市场规模为179.7亿元，预计2022年全球半导体真空泵市场将达到196.4亿元，同比增长9.3%，其中半导体设备市场为147.3亿元，维修市场为49.1亿元。

海外厂商主导半导体真空泵市场。根据华经产业研究院的数据，2021年全球半导体真空泵市场由海外厂商占据95%的市场份额，其中Atlas（2021年半导体真空泵收入约105亿元）占据48%的市场份额，Atlas在2014年收购了英国Edwards公司；德国Pfeiffer公司（2021年半导体真空产品收入约25亿元）占据12.74%的市场份额；国内厂商市场份额不到5%，目前汉钟精机、中科仪等国产厂商已取得突破，未来有较大的国产替代空间。

2.2.4.阀：欧美日厂商统治市场，VAT占近半壁江山

半导体阀是由半导体器件和辅助设备组成的阀门，主要用于控制流体系统中流体的方向、压力和流量，在半导体制造过程中需要很多阀门和配件的解决方案。半导体阀主要分为真空阀、隔膜阀、波纹管阀、球阀、蝶阀、门阀、角阀、特氟龙阀门和其他，其中真空阀为主要的半导体阀类型。

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