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1. 概念
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，被广泛应用于各种电子产品中。半导体产品可细分为四大类：集成电路、分立器件、光电子器件和传感器。集成电路作为半导体产业的核心，占据半导体行业规模的八成以上，其细分领域包括逻辑芯片、存储器、微处理器和模拟芯片等，被广泛应用于 5G 通信、计算机、消费电子、网络通信、汽车电子、物联网等产业，是绝大多数电子设备的核心组成部分。
从产业链的角度看，半导体产业链涉及材料、设备等支撑性行业，芯片设计、晶圆制造和封测行业，半导体产品终端应用行业等。以集成电路为代表的半导体产品应用领域广泛，下游应用行业的需求增长是半导体产业快速发展的核心驱动力。半导体设备是半导体产业中的重要核心，在新建晶圆厂中，设备投资额占到总投资能达到80%以上。
2. 市场空间
半导体专用设备市场与半导体产业景气状况紧密相关，其中芯片制造设备是半导体专用设备行业需求最大的领域。2021年受全球芯片供应紧张，芯片制造本土化因素影响，全球半导体设备规模高速增长，2021年全球半导体设备销售额同比增长率高达44%，2022年仍保持在高位，同比增长5%，达到了1076.6亿美元。
从全球半导体设备销售区域来看，随着集成电路制造产业持续向亚太地区转移，中国大陆、中国台湾、韩国等亚太地区逐步成为全球半导体设备产业中心，2022年三个地区合计占到全球市场的71.15%。与2021年相比，,中国台湾地区半导体设备需求规模同比增长7.54%，达到268.2亿美元。韩国则因为存储芯片市场不景气，三星、SK海力士等厂商的生产放缓，导致设备需求规模大幅下降13.89%，为215.1亿美元，欧洲、北美半导体设备需求激增，其中欧洲半导体设备需求规模同比增长93.23%，北美增长了37.71%。
受益于PC和智能手机的普及,中国大陆成为全球电子制造中心，大陆半导体产业开始加速发展。半导体产业向大陆转移的趋势加强。近年来中国大陆地区半导体设备需求规模占全球市场份额出现明显提升。中国大陆半导体设备市场在 2013 年之前占全球比重小于 10%，2014-2017 年提升至 10-20%，2018 年之后保持在 20%以上，2022 年中国大陆在全球市场占比实现 26.3%，连续3年成为全球最大半导体设备市场。
3. 具体分类
半导体芯片制造过程复杂，前期须制备硅片，整个硅片制造过程包含多个步骤，首先将多晶硅提纯后得到单晶硅棒，经过磨外圆、切片得到初始硅片，之后再进行倒角、研磨、抛光、清洗和检测等工艺，最终得到可用于生产加工的硅片。期间主要设备包括单晶炉、滚圆机、切片机、倒角机、研磨机、抛光机、清洗设备和检测设备等。
在IC设计完成之后，就进入到正式的芯片生产制造环节，具体分为晶圆制造（前道工艺）和封装测试（后道工艺）。晶圆制造过程是芯片制造最为核心的环节，晶圆制造中的七大步骤分别为热处理（氧化/扩散/退火）、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、清洗、抛光。通常热处理、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、清洗步骤需要重复进行若干次，之后进行 CMP 及金属化，最终还需要进行前道量测，只有量测合格的芯片方可进入到封装测试环节。其中，热处理（氧化/扩散/ 退火）工艺主要用到氧化炉、 扩散炉、退火炉；光刻工艺主要用到光刻机、 涂胶显影/去胶设备；刻蚀工艺主要用到刻蚀机；离子注入工艺主要用到离子注入机；薄膜沉积工艺主要用到PVD/CVD/ALD 设备；清洗工艺主要用到清洗机；抛光工艺主要用到 CMP 设备；量测则用到膜厚/OCD 关键尺寸量测设备、电子束量测设备等。
封装测试包括封装和测试两个环节，封装过程主要包括背面减薄、晶圆切割、贴片、引线键合、模塑和切筋/成型，需用到减薄机、切割机、贴片机、烤箱、引线键合机、注塑机以及切筋/成型设备等。封装结束后做最后的成品测试，主要用到测试机、探针台、分选机等。测试合格后的芯片将被应用于各下游领域。
根据 SEMI、 Gartner 等数据，2020 年晶圆制造设备占全部半导体设备 份额约 82%，其中光刻设备、刻蚀机和薄膜沉积设备占比最大，分别约为 25%、 17%和 24%，合计占比 66%。后道工艺设备中，封装设备占比约 5%，测试设备占比约 8%。单晶炉等其他设备占比约 4%。总体而言，在整个半导体设备中，晶圆制造设备最为重要，其中又以光刻设备、刻蚀机、薄膜沉积设备最为核心。
4. 市场格局
根据 VLSI Research 数据， 2020 年全球半导体设备厂商 Top15 排名中，美国应用材料(Applied Materials)营收163.7亿美元，占比17.7%，排名第一；荷兰阿斯麦ASML凭借独步天下的光刻机技术，实现营收154.0 亿美元，占比16.7%，排名第二；美国泛林半导体营收 119.3 亿美元，占比 12.9%，排名第三。行业CR5合计占比65.5%， Top10 厂商合计占比 76.6%， Top15 厂商合计占比 82.6%，集中度较高。
全球 Top15 厂商中，美国有 4 家，分别是应用材料、泛林半导体、科磊和泰瑞达，合计占比38.9%；荷兰有 2 家，分别是ASML和ASMI，合计占比 18.3%；日本有 7 家，分别是东京电子、爱德万、斯科半导体、日立高科、国际电气、尼康和大福，合计占比 23.2%；韩国 1 家，为细美事，占比 1.1%；新加坡 1 家，为 ASMPT，占比 1.1%。Top15 厂商中，美国、日本和荷兰厂商合计占比 80.4%， 在半导体设备行业地位举足轻重。
虽然我国是半导体最大的销售市场，但是我们世界头部半导体设备厂商并没有一家中国企业的身影。半导体设备一直以来是我国的“卡脖子”行业，存在国产替代的巨大需求。目前，我国也涌现出一批优秀的半导体设备企业，逐步在打破国外的垄断局面，包括北方华创、中微公司、中电科、盛美半导体、华峰测控、沈阳拓荆等。由于半导体制造是国家战略层次的重大规划，相信作为行业基础的半导体设备行业将迎来快速发展期。
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