半导体行业有很高的技术壁垒、市场壁垒和客户认知壁垒。全球半导体设备市场主要由国外厂商主导,美国、日本、荷兰等企业处于垄断地位。2020年全球半导体设备行业排名前五的企业分别是:应用材料(AMAT)、ASML、潘麟半导体(LAM)、东京电子(TEL)和科雷半导体(KLA)。2020年,CR5在行业中的比重将达到65%以上,半导体设备的全球竞争格局将高度集中。
2020年全球前五大半导体晶圆厂商分别是日本信越化学公司、日本SUMCO、中国台湾省环球晶圆、德国SiltronicAG、韩国SKSiltron。其中,日本信越化学和SUMCO的总份额约为总市场的一半,前五大厂商占全球半导体晶圆市场的85%以上。虽然市场份额较2019年有所下降,但头部企业集中度依然较高,行业整体呈现寡头垄断格局。
全球光刻机市场主要由荷兰的ASML (ASML)、日本的尼康和佳能控制,其中ASML是全球的绝对领导者。2020年各公司年报数据显示,ASML、尼康、佳能的光刻机销量分别为258台、33台、122台,占比分别为62台、8台、30台。销售额分别约为780亿元、120亿元、88亿元,占比分别为79、12、9。ASML的销售份额之所以高于销售份额,是因为ASML在高端光刻机,尤其是EUV光刻机方面具有绝对的领先地位,是全球独家供应商。
全球集成电路制造的刻蚀设备市场基本由干法刻蚀设备组成,干法刻蚀设备市场主要由国际巨头主导。由于刻蚀工艺复杂,技术壁垒高,国际巨头如林凡半导体、东京电子、应用材料等进入市场较早的,拥有先进的技术和客户资源,预计短期内很难被其他竞争对手超越。调查数据显示,到2020年,林凡半导体、东京电子和应用材料这三大制造商将占据全球干法刻蚀设备90%的市场份额。市场结构高度集中,寡头垄断局面难以打破。
在政策和资金的推动下,国内设备商已经成功进入ic制造设备的大部分细分领域,IC制造设备国产化潜力巨大。目前,蚀刻设备的国产化率在20%左右,国内主要厂商有中微公司、北方华创、依坦半导体等。
2020年,等离子CVD设备的全球市场空间将达到47亿美元,远远超过其他类型的沉积设备。AMAT和LAM的市场份额分别为49和34,设备种类齐全,在薄膜材料和沉积指标上处于领先地位。ALD设备已经成为薄膜沉积工艺的主流技术,各大主流设备厂商都有自己的布局。2020年,全球ALD设备市场将接近18亿美元,沉积设备市场份额将达到13%,仅次于等离子CVD和PVD。其中荷兰的非晶半导体(ASMI)占比高达46%,应用材料(AMAT)、潘麟半导体(LAM)等设备巨头也颇具竞争力。
2020年,管式CVD设备的全球市场空间约为14亿美元,约占各类薄膜设备的10%,已被应用更广泛的等离子体和原子层沉积技术逐步超越。日本半导体设备制造商KokusaiElectric(被应用材料收购)和TokyoElectron分别占据全球管式CVD设备市场51%和46%的份额,成为垄断这一细分市场的两大巨头企业。2020年,全球非管式LPCVD设备的市场空间将达到10亿美元,其中LAM、TokyoElectron和AMAT将分别占据40、36和19的市场份额。
在全球半导体设备竞争市场中,应用材料(AMAT)和潘麟半导体(LAM)等国际半导体巨头形成的垄断格局更加明显。在2020年薄膜沉积设备的全球细分市场中,应用材料(AMAT)将成为溅射PVD设备的绝对领导者,约占86%的市场份额,等离子CVD设备的产量接近50%。在全球ECD电镀设备市场中,LAM公司占据主导地位,约占80%的市场份额。
我国整个薄膜沉积设备领域98%依赖进口,国产化率只有2%左右,未来替代空间巨大。国内厂商中,北方华创和拓晶科技处于行业领先地位。北方华创的CVD、PVD等相关设备已经达到28nm工艺水平,14/10/7nm等先进工艺处于研发和验证阶段。拓晶科技的CVD和ALD相关设备已广泛应用于国内晶圆厂14nm及以上工艺集成电路生产线,并开展了10nm及以下工艺产品的验证测试。
在全球清洁设备市场,迪恩斯(DNS)占据了40%以上的市场份额。此外,东京电子(TEL)、潘麟半导体(LAM)等也在该行业占据很高的市场份额,具有很高的市场集中度。
国内能提供半导体清洗设备的企业很少,主要有梅生上海滩、北方华创、鑫源微和知春科技。梅生上海和北方华创是国内清洁设备制造商的代表,2019年全球份额分别为3和1。2020年,梅生沪市的毛利率为44,北方华创、新源威、知春科技的平均毛利率为39。圣上海作为国内清洗设备的领导者,在国内竞争环境下,在成本控制上更有优势。
美国应用材料公司和日本荏原公司垄断了全球半导体CMP设备市场90%以上的份额。2020年,应用材料公司在全球CMP设备市场占据约70%的市场份额,CMP设备销售收入为亿美元,同比增长18%。日本荏原机械在CMP设备领域的市场占有率全球第二,累计出货超过2500台CMP设备。2020年,公司精密仪器部CMP设备收入约亿美元,同比增长,约占全球CMP市场份额的25%。
在抛光垫技术领域,陶氏集团占据主导地位,占据80%的市场份额。其余市场主要被托马斯科技、卡博特微电子等公司占据。国内企业在抛光垫领域起步较晚,远远落后于国际先进水平。通常,他们只能为蓝宝石行业生产低端产品。长期以来,全球化学机械抛光液市场一直被美国和日本公司垄断,包括美国的卡博特微电子公司、日本的日立公司和富士米公司等。其中,美国Cabot公司是全球抛光液市场的领导者,但其市场份额已从2000年的约80%下降到2020年的约33%,这表明全球抛光液市场正在向多元化方向发展。
国内高端CMP设备市场大部分仍依赖进口,14nm以下最先进工艺技术的大型生产线使用的CMP设备只有美国应用材料和日本荏原两大国际巨头提供。应用材料和日本荏原分别实现了5nm工艺和部分材料5nm工艺的工艺应用;但在成熟工艺领域,以华海清科为代表的国内企业打破了国外巨头的常年垄断,在国内CMP市场占据了重要份额。
国内芯片生产过程中使用的抛光液主要由卡博特、陶氏、富士美、惠生材料、日立等国外头部企业供应。国产化率不到10%。以安吉科技为代表的国内企业打破了国外厂商在抛光液领域的垄断,成功实现进口替代,占据了全球约2-5的市场份额,使我国在抛光液领域具备了自主供应能力。
离子注入是芯片制造中不可缺少的工艺,低能强流离子注入机是半导体制造中最核心的设备之一。其开发难度仅次于光刻机,行业竞争壁垒高。全球离子注入机市场高度集中。世界上能够制造离子注入机的制造商很少。主要企业有应用材料(AMAT)、Axcelis、AIBT、日新、Intevac、日本真空技术株式会社、住友重机工业株式会社、凯世通等。材料公司和Axcelis公司共同占据了全球70多个市场,市场集中度较高。其他厂商也涉足集成电路领域,但市场份额较小。世通和中科信是国内仅有的两家掌握IC离子注入机核心技术的企业。
在全球热处理设备市场中,美国应用材料公司(AMAT)在熔炉设备方面领先全球,日立和东京电子公司(TEL)紧随其后。国内方面,目前热处理设备主要以炉管销售为主,北方华创、唐毅半导体等企业已经实现大规模国产化。目前,北方华创拥有完整的炉管设备产品线,在国内半导体厂商生产线中已实现量产,在国际上具有较强的竞争实力。亿唐半导体收购迈特森后拥有丰富的快速热处理设备,未来潜力巨大。
北方华创和鄂唐半导体产品互补,基本覆盖主要热处理设备,使国产热处理设备具备国际竞争力。北方华创在氧化扩散炉领域有相当的技术实力,这是传统技术的强项。目前大量供应国内一线晶圆厂。亿唐半导体在快速热处理(RTP)领域具有相当的实力,市场份额占据全球第二。其客户包括TSMC、三星、SMIC、华虹、长江存储等一线厂商。
目前全球先进的测试设备制造技术基本掌握在美国、日本等厂商手中。得益于长期的技术积累,国外厂商在半导体测量设备领域长期占据垄断地位。2020年,KLA在世界前测量设备制造商中排名第一,占比52%;AMAT和日立分别排名第二和第三,分别占12%和11%。
前测试设备的细分市场可以分为三个部分:测量设备、缺陷检测设备和过程控制软件。SEMI数据显示,2020年,测量设备将占之前检测设备的34%,缺陷检测设备将占55%,过程控制软件将占11%。
全球包装设备市场结构相对集中。ASMPacific技术有限公司、日本的Shinkawa、荷兰的Besi、美国的KulickeSoffa和日本的托瓦占据了近80%的市场份额。其中,世界前三大企业市场份额总和超过50家,市场集中度高。在包装设备的细分品类中,除了热压和棒料切割成型设备,国内企业基本都有布局。在半导体设备国产化的浪潮中,封装设备行业的中国企业正在奋起直追,积极参与竞争。
调查数据显示,2020年全球扇出晶圆级封装市场中,TSMC(中国台湾省)的市场份额最高,达到67%,其次是日月光、长电科技和Amkor,市场份额分别为20、5和3。2020年,全球系统级封装(SIP)市场将充分竞争,Sunmoon(中国台湾省)、长电科技(中国大陆)、TSMC(中国台湾省)等企业将在市场上占据重要地位。
全球测试设备市场高度集中,美国和日本公司处于垄断地位。美国的Teradyne、日本的Advantest、美国的Cohu和美国的Xcerra占据主要市场份额,市场份额超过80%。
本土企业在中国测试设备市场的份额不到10%。近年来,上海中威半导体、北方微电子、七星电子、华丰测控、长传科技等少数专用设备生产企业通过多年的研发和积累,掌握了相关核心技术,拥有自主知识产权,具有较大规模和一定的品牌知名度,并占据了一定的市场份额。其中,以华丰测控、长传科技为代表的优势检测设备企业的产品已成功进入国内领先封装检测企业的供应链体系,并确立了一定的市场地位。相比国外知名企业,国内优势企业更了解客户需求,服务方式更灵活,产品性价比更高,具有一定的本土优势。
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