今天我们来看下半导体行业的上游：半导体设备，这或将是芯片行业又一个产业转移的重点领域。

　　中国大陆目前对半导体设备的需求占到全球市场的15%，15%的市场份额看似不多，已经是2014年的两倍且仍有进一步上升的预期。这说明了什么？说明国内正在加紧兴建晶圆产能，从而激发了对上游半导体设备的需求。

　　半导体设备有很高的技术门槛，国内企业由于起步晚，技术水平与美日比较仍有差距，整体而言，半导体核心设备的国产化率不到15%。

　　然而，随着国内半导体产业的蛋糕越做越大，国内半导体设备企业也慢慢开始崛起，有能力和实力从美日企业手中抢占国内市场份额。尤其是技术领先的国内企业，未来国产替代的空间巨大。那么在众多类型的半导体设备中，谁会率先实现国产替代呢？

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　　半导体设备需求空间近3000亿

　　我们在前面的文章中分析过，在芯片产业链中，国内的最大短板在芯片制造，芯片制造甚至比芯片设计更难，因为需要投入巨额的设备资本，还有高技术门槛。在芯片加工过程中有多道工序，且每道工序的合格率都必须达到99.99%，才能确保最后的总体合格率在90%以上。

　　芯片制造相当于喜马拉雅山，我们必须登顶成功，才能解决芯片产业的最大短板问题。于是近几年，全国各地出现了兴建半导体制造产能的浪潮。据国际半导体产业协会（SEMI）预估，2017-2020年全球新投产的62座晶圆厂中有26座来自中国大陆。

　　为什么国内要兴建如此多的半导体厂？那是因为人们预期5G和人工智能的发展将带来对半导体新增的需求。当然部分也受全球贸易局势的影响，别人不供给，得靠自己。没有芯片，何谈5G和AI？

　　券商根据目前在建以及计划兴建的生产线，计算出未来国内半导体设备的需求空间在2808亿元。这块大蛋糕不可能都给外资，国内成长起来的半导体设备企业必将分得一杯羹。

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　　哪个环节将率先国产替代？

　　半导体的加工分工晶圆制造（前道）、中道和封装（后道）三个步骤。相应的，半导体设备可分为晶圆处理设备，测试设备、封装设备以及其他设备(包括掩膜版/光罩、晶圆制造设备等)。其中，晶圆处理设备占比最大。据SEMI估计，2018年晶圆处理设备的投资占到整体设备投资的81%。

　　具体到晶圆处理生产线，又分为7个环节步骤，分别是扩散→光刻→刻蚀→离子注入→薄膜生长→抛光→金属化，每个步骤均需要不同种类的半导体设备。

　　这其中光刻机、刻蚀机和薄膜沉积设备（PVD+CVD）在晶圆处理设备中的投资额占比最大，分别为30%、20%、25%，属于核心设备。

　　图：晶圆处理设备的价值量构成比例

　　这三类占比最大，但是技术门槛也一样的高。目前，尖端技术基本掌握在外企手中，是一个寡头垄断的市场，市场前三名都霸占了90%以上的市场，其中行业老大基本吃掉一半左右的市场。

　　也就是说，我国半导体设备企业即便能吃到，也是占很小的份额。这三种设备，按照国产化率由高到低排序，分别是刻蚀机＞薄膜沉积设备＞光刻机。

　　国产化率越高，说明国产企业的技术越成熟。由此，哪个设备将率先实现国产替代一目了然。那就是刻蚀设备。据SEMI估计，到2020年，国内刻蚀设备的国产率将达到20%。

　　跟大家科普下，刻蚀是用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，可谓是半导体的“雕刻刀”。刻蚀又分干法刻蚀和湿法刻蚀，其中干法刻蚀是主流，湿法刻蚀仅用于大尺寸，或者是在干法刻蚀后帮忙清楚残留物。

　　数据来源：中微公司招股说明书

　　上面是一层结构的生产步骤，就像一座平房，而实际上集成电路是一个甚至多达60层的“摩天大楼”，这60层每一层都需要将上述工序逐个来一遍。一层结构需要十几个加工步骤，60层的复杂结构需要约1000个加工步骤，每一步都至关重要，当然也就意味着刻蚀机这把雕刻刀需要一直保持精确的工作。

　　刻蚀设备有多大市场空间呢？刻蚀设备投资占晶圆处理设备投资的比例约为20%，因此，未来中国在建或计划建设的半导体工厂对刻蚀设备的投资额度大约为449亿元。

　　而实际可能不只这个数。因为目前半导体器件的尺寸越来越小，部分环节用光刻机不能实现，需要用刻蚀机代替，从14nm到5nm，刻蚀步骤将增加数倍。当然，对刻蚀机的要求也将显著提高。

　　目前，刻蚀设备全球三大巨头分别为韩国的拉姆研究、日本的东京电子和美国的应用材料。据中微半导体的招股说明书，这三家公司的市场份额占比超过90%。

　　虽然刻蚀机目前是国外企业垄断的局面，但是国内企业对国产化率的提高也相当有信心。据中微公司创始人预计，未来刻蚀机的国产化率将达到50%，非常乐观。按照其它行业以往国产替代的速率，这个预计也并非不能实现。

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　　国内代表企业

　　如果仅看干法刻蚀设备，目前国内供应商凤毛麟角，仅有中微公司（688012）、北方华创（002371）和中电科48所等。

　　其中，中微公司业务比较集中，主营就刻蚀设备、MOCVD设备两大块，技术也最为先进。目前，中微公司5nm刻蚀机已获全球芯片代工龙头台积电的认证，2020年，台积电5nm芯片生产线就会采购中微的产品。

　　表：中微公司前五大客户

　　中微公司上半年登陆科创板，且是科创板第二市盈率个股，市场瞩目。其半年报业绩也很亮眼，上半年共实现营收8亿元，同比增速高达72%；归母净利润3037万元，同比扭亏为盈。

　　北方华创则于2016年突破了14nm生产技术，与国际水平的差距仅在两三年。2018年，北方华创的12英寸14纳米集成电路工艺设备也进入了验证阶段。

　　今年一季度，中微半导体、北方华创共有3台刻蚀设备中标了国内芯片代工领先企业华虹半导体的生产线，这也从侧面证明了两家企业的实力。国内企业只要技术达到了，再凭借高性价比往往都能PK外资企业