導(dǎo)語：從一枚硅片到集成了數(shù)億晶體管、多層布線將各種元器件組合起來形成完整的電子電路，晶圓制造設(shè)備扮演了“點(diǎn)石成金”的角色。據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會SEMI統(tǒng)計，2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額約為711億美元，同比增長19.2%，其中晶圓制造設(shè)備為612億美元，占比86.1%。在晶圓制造設(shè)備中，光刻、刻蝕、薄膜沉積設(shè)備合計占比超過70%。
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晶圓制造主要工序?yàn)檠趸?、涂膠、光刻、顯影、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、拋光、清洗，每一片晶圓的制造均需反復(fù)進(jìn)行上述工序在晶圓上形成日趨復(fù)雜的集成電路結(jié)構(gòu)，14nm制程芯片需1000道工序，7nm制程芯片工序已激增至1500道。本文將從對晶圓制造主要環(huán)節(jié)的設(shè)備制造商進(jìn)行盤點(diǎn)。
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一、晶圓制造及制造設(shè)備在全產(chǎn)業(yè)鏈中所處位置
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈可大致分為設(shè)計、晶圓制造與封裝測試三大環(huán)節(jié)，芯片設(shè)計環(huán)節(jié)產(chǎn)出各類芯片的設(shè)計版圖，晶圓制造環(huán)節(jié)根據(jù)設(shè)計版圖進(jìn)行掩膜制作，形成模版，并在晶圓上進(jìn)行加工，封裝測試環(huán)節(jié)對生產(chǎn)出來的合格晶圓進(jìn)行切割、焊線、塑封，并對封裝完成的芯片進(jìn)行性能測試。
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早期多數(shù)半導(dǎo)體企業(yè)選擇垂直一體化模式（IDM），覆蓋設(shè)計、晶圓制造、封裝測試在內(nèi)的多個環(huán)節(jié)，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各大環(huán)節(jié)的專業(yè)化趨勢，開始出現(xiàn)專注于設(shè)計、晶圓制造與封裝測試中某一環(huán)節(jié)的廠商。具體如下：
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| 簡介 | 典型企業(yè) |
IDM | 集芯片設(shè)計、芯片制造、芯片封裝和測試等多個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)于一身。 | 三星、德州儀器、士蘭微、聞泰科技、華潤微、楊杰科技 |
Flabless | 僅負(fù)責(zé)芯片的電路設(shè)計與銷售，將其他環(huán)節(jié)進(jìn)行外包。 | 聯(lián)發(fā)科、博通、華為海思、兆易創(chuàng)新、紫光國微、韋爾股份、北京君正、卓勝微、匯頂科技 |
Foundry | 僅負(fù)責(zé)晶圓制造環(huán)節(jié)；同時為多家設(shè)計公司提供晶圓代工服務(wù)。 | 臺積電、中芯國際、華虹半導(dǎo)體 |
OSAT | 僅負(fù)責(zé)封裝測試環(huán)節(jié)；同時為多家設(shè)計公司提供封測服務(wù)。 | 長電科技、華天科技、通富微電、日月光 |
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不同于芯片設(shè)計，晶圓制造為典型的重資產(chǎn)行業(yè)，作為制造精密度極高的產(chǎn)業(yè)，工序繁多，設(shè)備投資額巨大，例如中芯國際的12英寸芯片SN1項(xiàng)目為中國大陸第一條14納米及以下先進(jìn)工藝生產(chǎn)線，規(guī)劃產(chǎn)能3.5萬片每月，產(chǎn)線總投資高達(dá)90.59億美元，總投資相當(dāng)于中芯國際2020年總營收的2.3倍，2020年凈利潤的12.65倍，項(xiàng)目建設(shè)期前后達(dá)7年。
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晶圓制造主要工序氧化、涂膠、光刻、顯影、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、拋光、清洗，每一片晶圓的制造均需反復(fù)進(jìn)行上述工序在晶圓上形成日趨復(fù)雜的集成電路結(jié)構(gòu)，14nm制程芯片需1000道工序，7nm制程芯片工序已激增至1500道。
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氧化：將硅片放置于氧化劑氛圍中進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，在硅片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成氧化膜的過程，氧化膜可保護(hù)晶圓不受化學(xué)雜質(zhì)影響、避免漏電流進(jìn)入電路、以及防止晶圓在刻蝕時滑脫。涂膠：由涂膠設(shè)備將光刻膠均勻分布至硅片表面，涂膠機(jī)的轉(zhuǎn)速控制與排風(fēng)大小均需嚴(yán)格控制，光刻膠中一旦含有氣泡會在后續(xù)工藝中產(chǎn)生過度刻蝕等問題。光刻：晶圓制造過程中最關(guān)鍵的步驟，決定了芯片加工的細(xì)微化水平，光刻機(jī)發(fā)光將光掩模上的構(gòu)圖投射至光刻膠表面進(jìn)行曝光，光刻膠作為光敏材料，其被曝光部分軟化，未曝光部分則保持原狀，從而形成需加工集成電路的構(gòu)圖。光刻刻的不是硅片，而是覆蓋于硅片之上的光刻膠，光刻完成后形成的圖形經(jīng)過后續(xù)的刻蝕與薄膜沉積環(huán)節(jié)對硅片進(jìn)行精細(xì)加工。顯影：將光刻環(huán)節(jié)中光刻膠曝光的部位溶解清除，使光刻膠上清晰浮現(xiàn)出光掩模的構(gòu)圖。刻蝕：通過溶液、離子等方式將顯影環(huán)節(jié)中顯示的需加工部分的晶圓表面材料，剝離，從而達(dá)到集成電路芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。薄膜沉積：通過導(dǎo)入特種化學(xué)氣體在晶圓襯底與光刻膠上形成一層待處理的薄膜，在后續(xù)除膠環(huán)節(jié)除去光刻膠后后即可形成所需的電路。離子注入：離子注入是通過對半導(dǎo)體材料表面進(jìn)行某種元素的離子注入摻雜，為半導(dǎo)體硅賦予電特性，從而改變其特性的摻雜工藝制程。去膠：將晶圓進(jìn)行完光刻、刻蝕、薄膜沉積等工序后將襯底之上的剩余的光刻膠完全清除。拋光：通過化學(xué)腐蝕與機(jī)械研磨，去除晶圓表面多余材料，實(shí)現(xiàn)晶圓表面平坦化。?
清洗：去除吸附在硅片表面的顆粒物以及溶劑中的金屬離子雜質(zhì)。
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在以上主要的制造過程中，中產(chǎn)品會經(jīng)歷階段性的質(zhì)檢，量測設(shè)備發(fā)揮了重要作用。由于不同階段的測量指標(biāo)不同，量測設(shè)備的種類也不同，如膜厚檢測、方塊電阻檢測、膜應(yīng)力檢測、折射率檢測、摻雜濃度檢測、關(guān)鍵尺寸檢測等等。
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不同于后道測試的電性能測試，過程中檢測指標(biāo)多為物理指標(biāo)。實(shí)際上，半導(dǎo)體量測設(shè)備是所有半導(dǎo)體檢測賽道中技術(shù)壁壘最高的環(huán)節(jié)，一些檢測設(shè)備單價往往比后道測試設(shè)備更高。
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目前，檢測設(shè)備市場呈現(xiàn)海外寡頭的格局，科磊半導(dǎo)體（KLAC）市占率超50%，與應(yīng)用材料、日立高新瓜分了全球超80%的市場。該環(huán)節(jié)的國內(nèi)廠商有精測電子（300567.SZ）、上海睿勵、中科飛測，目前三家公司都有產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)突破，但出貨量不多，未來有較高的國產(chǎn)替代空間。
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二、晶圓制造及制造設(shè)備主要上市公司匯總
晶圓制造方面采用IDM模式的上市公司將在系列后續(xù)文章中介紹，本文主要介紹晶圓制造行業(yè)中采用Foundry模式的上市公司，晶圓制造設(shè)備方面清洗、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、涂膠顯影、去膠與拋光等環(huán)節(jié)的設(shè)備均有國內(nèi)上市公司涉及，具體如下：
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公司簡稱 | 股票代碼 | 主營業(yè)務(wù) | 芯片類別 |
中芯國際 | 688981.SH | 公司是主要為客戶提供0.35微米至14納米多種技術(shù)節(jié)點(diǎn)、不同工藝平臺的集成電路晶圓代工及配套服務(wù),在特色工藝領(lǐng)域，24納米NAND、40納米高性能圖像傳感器等特色工藝，與各領(lǐng)域的龍頭公司合作，實(shí)現(xiàn)在特殊存儲器、高性能圖像傳感器等細(xì)分市場的持續(xù)增長, | 晶圓制造 |
華虹半導(dǎo)體 | 1347.HK | 公司專注于研發(fā)及制造專業(yè)應(yīng)用(尤其是嵌入式非易失性存儲器及功率器件)的200mm(或8英吋)晶圓半導(dǎo)體。公司產(chǎn)品的組合亦包括RFCMOS、仿真及混合信號、CMOS圖像傳感器、PMIC及MEMS等若干其他先進(jìn)加工技術(shù)。 | 晶圓制造 |
北方華創(chuàng) | 002371.SZ | 公司以大規(guī)模集成電路制造工藝技術(shù)為核心，研發(fā)生產(chǎn)了集成電路工藝設(shè)備、太陽能電池制造設(shè)備、氣體質(zhì)量流量控制器(MFC)、TFT設(shè)備、真空熱處理設(shè)備、鋰離子電池制造設(shè)備等系列產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏、電力電子、TFT-LCD、LED、MEMS、鋰電等多個新興行業(yè)。 | 刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、清洗設(shè)備 |
中微公司 | 688012.SH | 公司專注于集成電路、LED關(guān)鍵制造設(shè)備，核心產(chǎn)品包括：1)用于IC集成電路領(lǐng)域的等離子體刻蝕設(shè)備(CCP、ICP)、深硅刻蝕設(shè)備(TSV)；2)用于LED芯片領(lǐng)域的MOCVD設(shè)備。目前公司等離子體刻蝕設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于國際一線客戶從65納米到14納米、7納米和5納米的集成電路加工制造及先進(jìn)封裝。 | 刻蝕設(shè)備 |
至純科技 | 603690.SH | 公司致力于為高端先進(jìn)制造業(yè)的高科技企業(yè)提供高純工藝系統(tǒng)的解決方案，業(yè)務(wù)包括高純工藝系統(tǒng)與高純工藝設(shè)備的設(shè)計、加工制造、安裝以及配套工程、檢測、廠務(wù)托管、標(biāo)定和維護(hù)保養(yǎng)等增值服務(wù)。 | 清洗設(shè)備 |
盛美上海 | 688082.SH | 公司主要產(chǎn)品包括半導(dǎo)體清洗設(shè)備和先進(jìn)封裝濕法設(shè)備等。公司的兆聲波單片清洗設(shè)備、單片槽式組合清洗設(shè)備及銅互連電鍍工藝設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先或國際先進(jìn)水平 | 清洗設(shè)備 |
芯源微 | 688037.SH | 公司產(chǎn)品包括光刻工序涂膠顯影設(shè)備(涂膠/顯影機(jī)、噴膠機(jī))和單片式濕法設(shè)備(清洗機(jī)、去膠機(jī)、濕法刻蝕機(jī))，產(chǎn)品可用于6英寸及以下單晶圓處理(如LED芯片制造環(huán)節(jié))及8/12英寸單晶圓處理(如集成電路制造前道晶圓加工及后道先進(jìn)封裝環(huán)節(jié))。 | 涂膠顯影設(shè)備、清洗設(shè)備 |
萬業(yè)企業(yè) | 600641.SH | 2018年，公司成功收購上海凱世通半導(dǎo)體股份有限公司。凱世通是中國領(lǐng)先的離子注入機(jī)研發(fā)制造企業(yè)，其在全球光伏離子注入領(lǐng)域市占率第一，正在積極開發(fā)集成電路離子注入機(jī)。收購后，公司正式進(jìn)入集成電路核心裝備產(chǎn)業(yè)之一的離子注入機(jī)領(lǐng)域。 | 離子注入設(shè)備 |
屹唐股份 | A21193.SH | 公司向全球集成電路制造廠商提供包括干法去膠設(shè)備、快速熱處理設(shè)備、干法刻蝕設(shè)備在內(nèi)的集成電路制造設(shè)備及配套工藝解決方案。公司的干法去膠設(shè)備全球市占率超過30%，國內(nèi)市場可占據(jù)90%的份額。 | 去膠設(shè)備 |
拓荊科技 | A21392.SH | 公司的薄膜沉積設(shè)備已適配國內(nèi)最先進(jìn)的28/14nm邏輯芯片、19/17nm DRAM芯片和64/128層3D NAND FLASH晶圓制造產(chǎn)線。 | 薄膜沉積設(shè)備 |
華海清科 | A20569.SH | 公司主要產(chǎn)品為化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)設(shè)備。公司所生產(chǎn)CMP設(shè)備可廣泛應(yīng)用于12英寸和8英寸的集成電路大生產(chǎn)線， | 拋光設(shè)備 |
三、芯片設(shè)計行業(yè)主要上市公司財務(wù)概覽
晶圓制造行業(yè)工藝迭代速度快，制程落后的產(chǎn)品價格快速下降，90nm制程晶圓與14nm制程晶圓存在10倍以上的利潤差距，“贏者通吃”的行業(yè)特征尤為明顯，2020年臺積電全年實(shí)現(xiàn)凈利潤175.89億美元，同期中芯國際作為排名全球第四的晶圓制造商僅實(shí)現(xiàn)凈利潤7.16億美元。頭部晶圓制造商的規(guī)模優(yōu)勢使其研發(fā)投入的絕對量相比追趕者不斷拉大，2020年臺積電研發(fā)支出為37.2億美元，研發(fā)支出占營收的8.17%，中芯國際在研發(fā)支出與營收比重兩倍于臺積電的前提下，研發(fā)支出總量僅為臺積電的六分之一至五分之一。
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國內(nèi)晶圓制造設(shè)備的國產(chǎn)化率較低，區(qū)別僅在于完全依賴進(jìn)口與不完全依賴進(jìn)口，據(jù)《上海集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告》數(shù)據(jù)，除清洗設(shè)備2020年國產(chǎn)化率能達(dá)到20%，其余設(shè)備國產(chǎn)化率均不足15%。國內(nèi)晶圓制造與設(shè)備制造商均受益于自主可控與國產(chǎn)替代的趨勢，營收有望得到快速增長。
公司簡稱 | 2021年上半年?duì)I業(yè)收入（億元） | 2021年上半年?duì)I業(yè)收入同比增速 | 2021年上半年毛利率 | 動態(tài)市盈率（2022年1月19日） |
中芯國際 | 145.05 | 23.18% | 22.62% | 47.85 |
華虹半導(dǎo)體 | 42.05 | 52.02% | 24.25% | 41.11 |
北方華創(chuàng) | 7.73 | 75.40% | 34.90% | 185.47 |
中微公司 | 10.77 | 51.62% | 41.54% | 95.12 |
至純科技 | 2.69 | 254.02% | -5.09% | 40.75 |
盛美上海 | 4.89 | 44.62% | / | 207.98 |
芯源微 | / | / | / | 210.11 |
萬業(yè)企業(yè) | 0.35 | 231.76% | 50.05% | 65.92 |
屹唐股份 | 20.26 | 4.75% | 22.59% | / |
拓荊科技 | 0.53（2021年1-3月） | / | 27.07%（2021年1-3月） | / |
華海清科 | 2.53（2020年度） | 81.28%（2020年度） | 36.75%（2020年度） | / |
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四、晶圓制造及所需設(shè)備行業(yè)主要上市公司近期動態(tài)
公司簡稱 | 2021年動向 |
中芯國際 | 公司投入1200億元在北京、上海與深圳新建28nm制程晶圓產(chǎn)線，增加成熟制程產(chǎn)品產(chǎn)能。 |
華虹半導(dǎo)體 | 2021年12月31日，公司與華虹集團(tuán)訂立華虹集團(tuán)框架協(xié)議,本集團(tuán)同意向華虹集團(tuán)公司銷售半導(dǎo)體產(chǎn)品、采購商品及半導(dǎo)體產(chǎn)品，華虹集團(tuán)公司同意提供晶圓代工服務(wù)及一般性配套服務(wù)。 |
北方華創(chuàng) | 2021年11月4日，公司非公開發(fā)行新增股份27,960,526股，將于2021年11月4日在深圳證券交易所上市。本次募集資金85億元將用于投資建設(shè)半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)化基地擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目（四期）、高端半導(dǎo)體裝備研發(fā)項(xiàng)目和高精密電子元器件產(chǎn)業(yè)化基地擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目（三期），剩余將用于補(bǔ)充流動資金。 |
中微公司 | 2022年1月4日，公司增發(fā)：10配，增發(fā)價102.29元，增發(fā)數(shù)量80,229,335股。本次增發(fā)募集資金將使用31.77億元投資中微產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項(xiàng)目，將使用37.55億元投資中微臨港總部和研發(fā)中心項(xiàng)目，剩余30.8億元用于科技儲備資金。 |
至純科技 | 公司擬使用募集資金1543.23萬元置換已投入到半導(dǎo)體濕法設(shè)備制造項(xiàng)目和晶圓再生項(xiàng)目中的預(yù)先投入自籌資金。 |
盛美上海 | 2021年11月18日，公司IPO首日上市，發(fā)行4335.5753萬A股，發(fā)行價：85元(CNY)，發(fā)行方式：戰(zhàn)略配售,網(wǎng)下詢價,上網(wǎng)定價。本次發(fā)行募集資金18億元將用于投資建設(shè)盛美半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)與制造中心項(xiàng)目、盛美半導(dǎo)體高端半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)項(xiàng)目和補(bǔ)充流動資金。 |
芯源微 | 2022年1月8日，公司擬增發(fā)股份25,200,000股，預(yù)計募集資金10億元，用于投資上海臨港研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、高端晶圓處理設(shè)備產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（二期）與補(bǔ)充流動資金。 |
萬業(yè)企業(yè) | 2021年12月23日，公司控股子公司長三角一體化示范區(qū)（浙江嘉善）嘉芯半導(dǎo)體設(shè)備科技有限公司與嘉善縣西塘鎮(zhèn)人民政府簽訂了項(xiàng)目投資協(xié)議書，項(xiàng)目總稱為“長三角一體化示范區(qū)（浙江嘉善）嘉芯半導(dǎo)體設(shè)備科技有限公司年產(chǎn)2,450臺/套新設(shè)備和50臺/套半導(dǎo)體翻新裝備項(xiàng)目”，項(xiàng)目總投資為20億元。 |
屹唐股份 | 2021年6月25日，公司IPO首日申報，擬發(fā)行股份不超過46,941萬股。本次發(fā)行募集資金將使用9.63億元投資屹唐半導(dǎo)體集成電路裝備研發(fā)制造服務(wù)中心項(xiàng)目，將使用10.00億元投資屹唐半導(dǎo)體高端集成電路裝備研發(fā)項(xiàng)目，剩余用于補(bǔ)充流動資金。 |
拓荊科技 | 2021年12月31日，公司融資異常，IPO申報中止審查，公司本次預(yù)計發(fā)行3161.98萬股，擬上市板塊科創(chuàng)板。本次發(fā)行并上市的募集資金將7986.46萬元用于投資高端半導(dǎo)體設(shè)備擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目，將3.99億元用于投資先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備的技術(shù)研發(fā)與改進(jìn)項(xiàng)目，將2.70億元投資ALD設(shè)備研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。 |
華海清科 | 2021年7月1日，公司IPO首日申報，擬發(fā)行股份不超過2,666.67萬股，本次發(fā)行募集資金將使用5.40億元投資高端半導(dǎo)體裝備（化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)）產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，使用3.11億元投資高端半導(dǎo)體裝備研發(fā)項(xiàng)目，使用3.57億元投資晶圓再生項(xiàng)目。 |