導讀：2024年9月9日，工信部印發了《首台（套）重大技術裝備推廣應用指導目錄（2024版）》通知，在檔案清單中包含國産氟化氪（KrF）光刻機，和氟化氩（ArF）光刻機的内容。9月10日，SMEE（上海微電子）公開一項關于極紫外（EUV）輻射發生裝置及光刻裝置的新專利。今年以來，以國産光刻機為代表的國産先進半導體前道裝置消息頻發，其産業發展到了什麼階段？投融市場表現如何？本文嘗試分析和探讨。綜述
光刻機是半導體制造中的一種關鍵裝置，它使用特殊的光源通過光罩照射到塗有光敏材料的矽片上，形成有效電路圖案。根據光源的不同，光刻機可分為G-line光刻機、I-line光刻機、KrF光刻機、ArF光刻機（包括ArF Dry和ArFi，統稱為DUV光刻機）、EUV光刻機等。光刻機被稱為半導體工業皇冠上的明珠，是技術難度、價值量最高的半導體裝置。
圖表 1：光刻機的分類
資料來源：公開資料、來覓資料整理
根據《瓦森納協定》，美國及其盟友限制向中國出口高端技術和裝置，光刻機赫然在列。2018 年，中國企業中芯國際向 ASML 支付了一台 EUV 光刻機的定金，但最終卻沒有完成傳遞。此後，禁令愈演愈烈，先進的浸潤式 DUV 光刻機如 NXT 2050i、NXT 2100i 亦無法傳遞。2024 年 9 月，迫于壓力，ASML宣布将不再對中國特定購買的 DUV 光刻機提供售後維修服務。
ASML 底氣在哪？目前全球光刻機市場競争格局中，ASML、Nikon 和 Canon 三大供應商占據了 99%市場佔有率，其中 ASML 以 82.14%的市場佔有率占據絕對霸主地位。ASML 是光刻機的集大成者，引領光刻機的技術進步。目前來看，國内光刻機國産化率不足 1%，是國産裝置裡最需要突破的領域。
此前工信部公布的光刻機技術實力如何？很明顯，公開的氟化氩光刻機是一台 ArF Dry 光刻機，其精度極限可以了解為 65nm 制程。坦白來說，公開的裝置距離海外先進水準仍有非常大的差距。但考慮到中試線和在研線，樂觀預期下，國内已初步在成熟制程上具備替代的能力。
半導體裝置可以初步分為半導體前道裝置、半導體後道裝置、半導體裝置零部件。其中半導體前道裝置在半導體工藝中主要應用于制造環節，是半導體裝置中技術難度最高、價值量最大的部分，半導體前道裝置占據半導體裝置的 80%以上的市場佔有率。光刻機又在半導體前道裝置中占據核心位置。除了光刻機外，其他半導體前道裝置包括刻蝕機、薄膜沉積裝置等。光刻、薄膜沉積、刻蝕是半導體制造的三大核心工藝。
圖表 2：2023年半導體前道裝置細分市場格局
資料來源：公開資料、來覓資料整理薄膜沉積是指在晶片納米級結構中逐層堆疊薄膜形成電路結構，根據薄膜沉積時反應的原理不同，薄膜沉積裝置可以分為PVD（實體沉積）、CVD（化學沉積）、ALD（原子層沉積），這三種裝置應用于不同的工藝，彼此之間互相補充。先進制程邏輯晶片更新與存儲晶片3D化帶來薄膜沉積裝置需求量增大，預計2024年國内薄膜沉積裝置市場規模有望突破400億元。就目前市場競争格局而言，海外廠商如AMAT、ASMI、Lam、TEL等占據薄膜沉積裝置大部分市場佔有率。但國内薄膜沉積裝置技術進展良好，拓荊科技、北方華創等廠商已順利導入國内先進制程産線，産品精度可用于14nm及以上晶片的制造。刻蝕是指使用化學或實體方法有選擇地在矽片表面去除不需要的材料的過程，根據工藝的不同，刻蝕機可以分為幹法刻蝕和濕法刻蝕，目前，幹法刻蝕已占據大部分市場。幹法刻蝕中根據離子能量不同，可以主要分為ICP刻蝕裝置（矽刻蝕、金屬刻蝕）、CCP刻蝕裝置（電媒體刻蝕），二者市場佔有率幾乎相當。從全球市場來看，Lam、TEL和AMAT幾乎壟斷全球幹法刻蝕裝置市場。國内主要的幹法刻蝕裝置廠商包括北方華創、中微公司、屹唐半導體等。以目前國内晶圓廠招标資料來看，刻蝕裝置國産替代率較高。目前中微公司5nm刻蝕機已進入台積電産線，刻蝕機在能力上基本已解決國産替代的問題。 從2023年的半導體前道裝置上市公司營收角度來看，清洗裝置和CMP裝置的國産化率已經比較高，刻蝕裝置和薄膜沉積裝置的國産化率稍微高一點，預計在20-30%左右，其餘的裝置國産化率低于個位數，核心的光刻機國産化幾乎為0。從工藝覆寫角度來看，除了光刻機，國産裝置在成熟制程上基本已經突破，除了提升成熟制程裝置的工藝覆寫度以外，正在積極進行先進技術節點的突破。圖表 3：2023 年細分半導體前道裝置的國産化率情況
資料來源：公開資料、來覓資料整理美國對大陸先進技術節點的生産裝置等禁運，導緻國内先進技術節點發展受阻；成熟制程的擴産符合市場規律：目前28nm及以上的技術節點仍然占據較大的市場規模，伴随國内設計企業逐漸轉單國内，原來使用60nm、45nm晶片的産品逐漸轉向28nm，28nm需求未來仍将保持旺盛。TrendForce集邦咨詢預測 2023-2027年全球成熟制程（28nm及以上）及先進制程（28nm及以下）的産能比重大約為7：3，其中中國大陸在成熟制程的占比将從2023年29%成長至2027年的33%。同時，先進制程節點的突破更具戰略意義，自主可控是必然。目前先進制程晶片主要用在消費電子和伺服器高端晶片上，國内設計客戶如海思等對于先進制程有迫切的需求，隻有真正實作先進制程的量産突破才解決卡脖子難題。先進制程的突破同時具備充足的市場動力和戰略安全意義，這與晶片制造技術和裝置的發展是相輔相成的，當下國産裝置加速導入，可以積累量産經驗，有利于後續順利導入先進産線，屆時，國産半導體裝置廠商可以享受技術驅動擴容的市場，遠期成長性的确定性較高。
投融動态
2024年，全球半導體前道裝置市場表現強勁，主要得益于全球半導體行業的複蘇和AI産業的驅動。根據Wind資料，2024年全球半導體裝置市場規模預計将達到109億美元，中國大陸市場半導體裝置出貨金額預計将超過350億美元，占全球市場的32%，繼續保持領先地位。
自2014年國家大基金一期成立以來，半導體前道裝置誕生了許多回報倍數高的項目，資本也一直關注該賽道。然而随着時間的推移，半導體前道裝置平台型公司逐漸成型，整體市場機會亦有所減少。但半導體前道裝置市場廣闊，國産替代之路還未走到盡頭，産業内仍存在許多成倍增長的機會。根據來覓PEVC資料，2024年半導體前道裝置融資事件超20起，累計融資金額超20億人民币。感興趣的讀者，可以登入Rime PEVC平台擷取半導體前道裝置賽道全量融資案例、被投項目及深度資料分析。
圖表 4：2024年以來半導體前道裝置主要融資事件
資料來源：來覓資料
展望
全球晶圓廠産能的大幅擴張和半導體裝置行業的景氣向上，預示着半導體前道裝置市場将繼續保持增長态勢。同時，中國大陸半導體裝置市場在全球的占比逐年提升，國内平台型半導體裝置公司的業績持續兌現，以及國産裝置廠商在部分細分領域的突破，都為半導體前道裝置市場的發展提供了強有力的支撐。
平台化公司逐漸成型，産業與資本合力攻堅薄弱領域。經過十數年的發展，國内半導體前道裝置有了質的突破，部分裝置媲美海外先進水準。但短闆依然存在，部分關鍵裝置仍依賴進口。我們認為随着國内資本和科技的不斷投入，核心裝置的國産化率提升隻是時間問題。
晶圓廠擴産持續，相關企業或迎增長良機。我們認為邏輯晶片先進制程擴産與存儲晶片擴産正在進行中，而相關裝置的增量是成熟制程的數倍以上。根據TrendForce，截至2027年，已規劃的12英寸晶圓廠中國大陸最多。随着國内晶圓廠加快突破封鎖，大量擴産亦會使得半導體前道裝置需求井噴，相關企業亦将複制增長奇迹。
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