1.臺積電上調(diào)資本支出預(yù)算
1.1.下游晶圓廠擴張需求旺盛
全球半導(dǎo)體市場規(guī)模逆勢增長，推動半導(dǎo)體專用設(shè)備需求：半導(dǎo)體專用設(shè)備市場與半導(dǎo)體行業(yè)的繁榮密切相關(guān)。其中，芯片制造設(shè)備是半導(dǎo)體專用設(shè)備行業(yè)需求最大的領(lǐng)域，下游新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展是半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)的最大驅(qū)動力。
半導(dǎo)體制造設(shè)備銷售額增長強勁，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈有望向中國轉(zhuǎn)移，中國將成為半導(dǎo)體設(shè)備的最大市場：據(jù)SEMI統(tǒng)計，2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額將創(chuàng)下712億美元的歷史新高，同比增長19%。從地區(qū)來看，中國大陸首次成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備市場，銷售額同比增長39%，達(dá)到187.2億美元。臺灣是第二大設(shè)備市場，在2019年表現(xiàn)出強勁增長后，2020年穩(wěn)定在171.5億美元。
2019年和2020年按地區(qū)劃分的半導(dǎo)體設(shè)備（單位：億美元）
自2020年第四季度以來，芯片短缺嚴(yán)重，預(yù)計2022年將有所緩解，晶圓廠擴張需求強勁。半導(dǎo)體行業(yè)高需求的開始標(biāo)志著2020年下半年對新能源汽車的高需求。緊張的芯片產(chǎn)能已經(jīng)從汽車芯片逐漸蔓延到消費類芯片。對晶圓廠擴張的需求非常強勁。缺少芯片的主要原因如下：
在2019年之前，手機芯片的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽車芯片的需求。許多晶圓廠將汽車芯片生產(chǎn)線改造成手機芯片生產(chǎn)線，導(dǎo)致全球汽車芯片產(chǎn)能大幅下降。2020年下半年后，新能源汽車需求增加，汽車芯片訂單大幅增加，下游晶圓廠完全沒有準(zhǔn)備。
疫情對半導(dǎo)體行業(yè)的整體產(chǎn)能造成了沖擊。
晶圓產(chǎn)能緊張，下游廠商提高產(chǎn)品價格：晶圓短缺已成為常態(tài)，從8英寸晶圓領(lǐng)域擴展到12英寸領(lǐng)域。目前，許多芯片代工廠正在滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，但產(chǎn)能仍然緊張，難以滿足巨大的代工需求。因此，國內(nèi)外媒體和產(chǎn)業(yè)鏈預(yù)測，至少晶圓短缺導(dǎo)致的全球芯片短缺要到2022年下半年才會開始緩解。下游芯片制造商由于晶圓短缺而面臨供應(yīng)短缺，并因此提高了價格。
為了應(yīng)對產(chǎn)能缺口，晶圓制造商擴大了產(chǎn)能：為了應(yīng)對產(chǎn)能差距，晶圓制造商增加了產(chǎn)能。據(jù)統(tǒng)計，2020年，大陸共有12家晶圓廠建成投產(chǎn)，每月新增產(chǎn)能144.5萬片。
晶圓廠產(chǎn)能擴大，新廠預(yù)計將帶來大量半導(dǎo)體設(shè)備需求：截至2021 4月，中國在建的一些晶圓廠項目已經(jīng)統(tǒng)計，已知投資規(guī)模為957.2億元，可提供45萬至55萬片/月的生產(chǎn)能力。半導(dǎo)體設(shè)備是晶圓廠最大的投資，約占總投資的75-80%。預(yù)計隨著晶圓廠產(chǎn)能擴張項目的建設(shè)，對半導(dǎo)體設(shè)備的需求將很大。
1.2、下游資本支出增速提升，半導(dǎo)體設(shè)備景氣度持續(xù)上升
半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)受下游廠商資本支出影響較大，具有一定的周期性屬性。隨著近年來下游需求的增長，2020年全球半導(dǎo)體行業(yè)資本支出將達(dá)到732億美元，增速將由負(fù)轉(zhuǎn)正。
2020年，臺積電的資本支出達(dá)到172億美元，未來幾年資本支出將繼續(xù)擴大。根據(jù)臺積電第一季度電話會議，預(yù)計2021資本支出將增至300億美元，未來三年（21-23年）的資本支出總額將達(dá)到1000美元。1億美元，其中80%用于先進(jìn)工藝（3nm、5nm、7nm），10%用于先進(jìn)封裝和掩模制造，10%用于特種工藝。
2.梳理半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈
2.1梳理半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈
半導(dǎo)體是指在室溫下導(dǎo)體和絕緣體之間具有導(dǎo)電性的材料，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。半導(dǎo)體產(chǎn)品可細(xì)分為四類：集成電路、分立器件、光電子器件和傳感器。它們廣泛應(yīng)用于5G通信、計算機、消費電子、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)。
特種設(shè)備是半導(dǎo)體生產(chǎn)的基礎(chǔ)：各種半導(dǎo)體的生產(chǎn)過程主要包括芯片設(shè)計、晶圓制造、封裝和測試等過程。每個生產(chǎn)過程都需要在相應(yīng)的特種設(shè)備技術(shù)允許的范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計和制造。半導(dǎo)體專用設(shè)備技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和運行的穩(wěn)定性對半導(dǎo)體生產(chǎn)的效率、質(zhì)量和產(chǎn)量起著至關(guān)重要的作用。
從產(chǎn)業(yè)鏈來看，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈涉及材料裝備、芯片設(shè)計、晶圓制造和封裝測試等配套產(chǎn)業(yè)，以及半導(dǎo)體產(chǎn)品終端應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。以集成電路為代表的半導(dǎo)體產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，下游行業(yè)需求的增長是半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展的核心動力。
2.2半導(dǎo)體設(shè)備梳理
2.2.1各設(shè)備投資比例
半導(dǎo)體制造過程主要包括三個主要環(huán)節(jié)：硅片制造、晶圓制造以及封裝和測試。在成熟市場中，晶圓制造設(shè)備約占80%，檢測、封裝、硅片制造和其他（如掩模制造）設(shè)備分別約占8%、6%、3%和3%。
晶圓加工設(shè)備投資比例
晶圓制造工藝是生產(chǎn)鏈中最重要的資產(chǎn)，晶圓制造設(shè)備投資約占設(shè)備總投資的80%。在晶圓加工設(shè)備的投資中，光刻設(shè)備投資占比高達(dá)25%，其次是薄膜沉積，占比15%，第三是前端測試設(shè)備、蝕刻設(shè)備和封裝設(shè)備，占比10%。其次是包裝和測試設(shè)備（8%）、清潔設(shè)備（7%）、離子注入設(shè)備（3%）和晶體生長（2%）。
2.2.2光刻機
光刻機的基本原理是：將高能激光穿過標(biāo)線片，將標(biāo)線片上的電路圖案穿過聚光透鏡（投影透鏡），將圖像縮小十六分之一，然后在晶片上的預(yù)涂光刻膠層上成像（圖像復(fù)制）。
主要制造商：光刻機制造商集中度高。在世界主要公司中，荷蘭ASML可以覆蓋所有級別的光刻機產(chǎn)品，在高端光刻機的生產(chǎn)方面處于世界領(lǐng)先地位。其他著名的光刻機制造商包括日本的佳能（Canon）和日本的尼康（Nikon）。
2.2.3蝕刻設(shè)備
基本原理：蝕刻是一種通過化學(xué)或物理方法選擇性地從硅片表面去除不需要的材料的過程，通常是在顯影和檢查之后，以便在涂有膠水的硅片上正確復(fù)制掩模圖案。
半導(dǎo)體制造中有兩種基本的蝕刻工藝，干法蝕刻和濕法蝕刻，其中干法蝕刻是蝕刻亞微米尺寸器件的最重要方法。
干法蝕刻，也稱為等離子體蝕刻，是指使用氣體化學(xué)蝕刻劑與硅片上未被光刻膠覆蓋的材料發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)（或兩者兼有），以去除暴露的表面材料工藝。
濕法蝕刻是指使用液體化學(xué)試劑（酸、堿、溶劑等）化學(xué)去除硅片表面材料的過程。由于其線寬控制和蝕刻方向性的限制，目前僅用于蝕刻硅片上的某些層或清潔殘留物。
主要生產(chǎn)企業(yè)：硅蝕刻機制造商眾多，主要包括日本泛林半導(dǎo)體、應(yīng)用材料、東京電子；中國制造商包括中微、北方華創(chuàng)等。其中，中微的介質(zhì)刻蝕機已進(jìn)入5納米工藝。
2.2.4.清潔設(shè)備
清潔設(shè)備是非常重要的半導(dǎo)體設(shè)備，對確保芯片產(chǎn)量至關(guān)重要。它被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的各個方面。在光刻、蝕刻、沉積和其他工藝中需要重復(fù)清潔，以避免雜質(zhì)影響芯片產(chǎn)量和性能。
根據(jù)工藝，清洗設(shè)備主要可分為濕式清洗設(shè)備和干式清洗設(shè)備。其中，濕法清潔路線占芯片制造清潔步驟數(shù)量的90%以上。濕法清潔設(shè)備的工作原理如下：使用特定的化學(xué)溶液和去離子水，在不損壞晶圓表面的情況下清潔晶圓表面，以去除晶圓制造過程中的顆粒、天然氧化物層、有機物、金屬污染和犧牲層。在濕法清洗工藝路線下，可分為單片機清洗、罐體清洗、組合清洗和批量旋轉(zhuǎn)噴霧清洗。
主要制造商：全球清潔設(shè)備市場高度集中，日本的SCREEN和TEL是領(lǐng)先的公司。其他制造商包括SEMES、LAMRESEARCH，以及國內(nèi)制造商勝美半導(dǎo)體、智純科技和北方華創(chuàng)。
2.2.5.離子注入設(shè)備
基本原理：離子注入機是一種將特定種類的離子注入具有特定參數(shù)的特定材料中，并執(zhí)行核心摻雜過程的設(shè)備。要將半導(dǎo)體制成器件并改變其電財產(chǎn)，必須摻雜雜質(zhì)，離子注入機是執(zhí)行摻雜過程的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。
主要制造商：全球IC離子注入機行業(yè)市場基本被應(yīng)用材料占據(jù)，其他主要制造商包括美國的Axecelis、日本的住友重工和中國的中科新。
2.2.6.涂膠顯影設(shè)備
基本原理：涂膠和顯影設(shè)備是在光刻過程中與光刻機配合使用的涂膠、烘焙和顯影設(shè)備，包括涂膠機（SpinCoater）、顯影劑和噴涂機（SprayCoater）。涂膠顯影設(shè)備和光刻機在線工作，形成配套的晶圓加工和光刻生產(chǎn)線，完成精細(xì)光刻工藝。
涂敷器：將光致抗蝕劑涂敷在清潔干燥的晶片表面。將硅片固定在真空滑動臺上，將液體光致抗蝕劑滴在硅片的中心，通過旋轉(zhuǎn)獲得均勻的光致抗抗蝕劑涂層。
顯影劑：用顯影劑溶液溶解正性光刻膠的暴露區(qū)域（負(fù)性光刻膠為未暴露區(qū)域）。將硅片冷卻至約23°C（與顯影劑溫度相同），并與顯影器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶解暴露區(qū)域，形成設(shè)計的三維圖案。
噴膠器：在不規(guī)則表面的晶圓上涂上光刻膠。通過將光刻膠霧化成液滴，光刻膠液滴被氮氣（N2）吹出并噴射到襯底或晶片的表面上，并且承載晶片的熱板通過加熱蒸發(fā)光刻膠溶劑。樹脂保留在基板或晶片的表面上，從而形成相對均勻的光致抗蝕劑覆蓋。
主要生產(chǎn)企業(yè)：在當(dāng)前全球膠水開發(fā)設(shè)備市場上，日本東京電子（TEL）處于領(lǐng)先地位，市場份額達(dá)86%。此外，SCREEN、SEMES等企業(yè)也表現(xiàn)強勁。在國內(nèi)膠水涂布和開發(fā)設(shè)備市場，鑫源微作為唯一的本土企業(yè)，市場份額約為4%，TEL約為91%，SCREEN約為5%。
2.2.7.薄膜沉積設(shè)備
基本原理：薄膜沉積技術(shù)的工作原理是通過物理或化學(xué)方法實現(xiàn)一系列涉及原子的吸附。吸附原子在表面擴散并在適當(dāng)?shù)奈恢镁劢Y(jié)，然后逐漸形成薄膜并生長。目前，市場上的薄膜沉積設(shè)備根據(jù)工藝主要分為三種：ADL（原子層沉積）、PVD（物理真空涂層）和化學(xué)真空涂層（CVD）。
ALD技術(shù)：一種方法（技術(shù)），通過交替地將氣相前體脈沖送入反應(yīng)器并在沉積基底上化學(xué)吸附和反應(yīng)來形成沉積膜。當(dāng)前體到達(dá)沉積基底的表面時，它們在其表面發(fā)生化學(xué)吸附并發(fā)生表面反應(yīng)。原子層沉積反應(yīng)器需要在前體脈沖之間用惰性氣體進(jìn)行清潔。
CVD技術(shù)：將含有氣體反應(yīng)物或液體反應(yīng)物的蒸汽和反應(yīng)所需的其他氣體引入反應(yīng)室，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成薄膜。
PVD技術(shù)：在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術(shù)，利用氣體放電使目標(biāo)材料蒸發(fā)并電離蒸發(fā)的材料和氣體，利用電場的加速使蒸發(fā)的材料及其反應(yīng)。產(chǎn)品沉積在工件上。
主要制造商：在國際薄膜沉積設(shè)備市場上，主要有應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體、TEL等制造商。在國內(nèi)市場，主要公司是NAURA和沈陽拓晶。其中，NAURA涵蓋CVD、ALD和PVD三條產(chǎn)品線。而沈陽拓晶主要專注于CVD和ALD。NAURA和沈陽拓晶都有達(dá)到14/28nm的技術(shù)節(jié)點。
2.2.8.通道前數(shù)量測試設(shè)備
基本原理：預(yù)量檢測是根據(jù)光學(xué)原理和電子束原理進(jìn)行的。它用于晶圓的加工和制造過程。它是一種物理和功能測試，用于檢測產(chǎn)品在工藝的每個步驟后的加工參數(shù)是否達(dá)到了水平。
根據(jù)測試目的，前端體積檢測可以細(xì)分為測量和檢測。測量主要是測量芯片的薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸、配準(zhǔn)精度和其他材料財產(chǎn)，如薄膜應(yīng)力、摻雜濃度和其他材料財產(chǎn)，以確保其滿足參數(shù)設(shè)計要求；檢測主要用于識別和定位產(chǎn)品。表面雜質(zhì)顆粒污染、機械劃痕、晶片圖案缺陷等問題。
一線測量設(shè)備種類繁多，包括橢圓儀、四探針、熱波系統(tǒng)、相干檢測顯微鏡、光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡等。
主要生產(chǎn)企業(yè)：由于技術(shù)和資金壁壘極高，一線測量設(shè)備行業(yè)對行業(yè)內(nèi)公司的研發(fā)能力有很強的要求。目前，國內(nèi)外市場高度集中，國際市場的龍頭公司主要包括美國的KLA、日本的日立和美國的ONTO。
2.2.9.成套設(shè)備
基本原理：包裝過程不是：劃片、芯片裝載、粘合、塑料包裝、爆燃、電鍍、印刷、肋骨切割和成型、外觀檢查、成品測試、包裝和運輸。相應(yīng)地，包裝設(shè)備包括切割和減薄設(shè)備、劃片機、放置機、固化設(shè)備、焊絲焊接/粘合設(shè)備、塑料包裝、肋骨切割設(shè)備等。
主要生產(chǎn)公司：在包裝設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域，全球市場上具有代表性的公司包括日本的新川公司、川崎公司、荷蘭的貝西公司和中國香港的亞太公司。其他國內(nèi)包裝設(shè)備制造商包括CLP 45、深圳翠濤、蘇州阿克雷斯、大連嘉豐、富世三甲等。
2.2.10.測試設(shè)備
基本原理：檢測設(shè)備是指在整個生產(chǎn)過程中或幾個關(guān)鍵工序后，對硅片或晶圓的質(zhì)量和性能進(jìn)行定量檢測的設(shè)備，包括探針站、測試機、分揀機。檢查產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中和生產(chǎn)后的各項財產(chǎn)是否符合設(shè)計要求。
半導(dǎo)體測試包括晶圓可接受性測試（WAT）、晶圓檢驗（CP）和成品測試（FT）。晶圓可接受性測試主要用于監(jiān)控工藝穩(wěn)定性、確定裝運標(biāo)準(zhǔn)等。；晶片檢測（CP）是測試一些基本的器件參數(shù)，如閾值電壓、導(dǎo)通電阻、源極-漏極擊穿電壓等。；成品測試（FT）是對封裝芯片的功能和電氣參數(shù)進(jìn)行測試。
主要廠商：目前市場集中度較高，呈現(xiàn)高度集中的格局。美國的Teradyne、Cohu、日本的Advantest等知名外國公司憑借強大的技術(shù)和品牌優(yōu)勢，在高端市場占據(jù)領(lǐng)先地位。
2.3.全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的競爭格局
2.3.1.全球半導(dǎo)體設(shè)備市場
就收入而言，全球排名前十的半導(dǎo)體設(shè)備公司大多是美國和日本公司。從整體半導(dǎo)體設(shè)備市場來看，美國和日本公司優(yōu)勢明顯，市場集中度高，CR10高達(dá)76.6%。在2020年全球收入前十的半導(dǎo)體設(shè)備公司中，有四家美國公司、四家日本公司和兩家荷蘭公司。其中，收入超過100億美元的公司有四家，分別是美國應(yīng)用材料公司（AMAT）、荷蘭ASML、美國Lam研究公司（LamResearch）和日本東京電子公司（TEL）。
蝕刻、薄膜、測試、清潔等領(lǐng)域打破了國內(nèi)空白，技術(shù)突破迅速。近年來，中國企業(yè)持續(xù)加大投資，在技術(shù)上取得關(guān)鍵突破，打破了許多領(lǐng)域的空白。市場已經(jīng)開始實現(xiàn)中國的替代。例如，微蝕刻機的研發(fā)已經(jīng)達(dá)到了5納米的技術(shù)節(jié)點；北方華創(chuàng)和拓晶的薄膜沉積設(shè)備已達(dá)到14/28nm的技術(shù)節(jié)點；智純科技的清潔設(shè)備已進(jìn)入中芯國際、華虹等企業(yè)的供應(yīng)鏈；華峰測控的測試機已進(jìn)入ASE、STMicroelectronics等國際封裝測試領(lǐng)導(dǎo)者的供應(yīng)鏈。
2.3.2.全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的競爭格局
在全球范圍內(nèi)，美國和日本公司在整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的大多數(shù)領(lǐng)域都具有明顯的優(yōu)勢。其他國家和地區(qū)，如中國臺灣、韓國和歐洲，在一些領(lǐng)域發(fā)展良好。
明確地：
芯片設(shè)計：芯片設(shè)計行業(yè)的大多數(shù)領(lǐng)先公司都是美國公司。主要有高通、博通、聯(lián)發(fā)科、英偉達(dá)等。
晶圓制造：晶圓制造業(yè)高度集中，臺積電領(lǐng)先地位穩(wěn)定，2021Q1市場份額超過50%。韓國的三星、美國的GlobalFoundries和臺灣的UMC等其他公司的市場份額相對較高。
包裝和測試：2020年包裝和測試行業(yè)的CR10為83.98%，行業(yè)高度集中。主要有臺灣的ASE、美國的Amkor、臺灣的PTI和新加坡的聯(lián)合技術(shù)公司。
半導(dǎo)體前端設(shè)備：美國和日本公司有很大的優(yōu)勢。該領(lǐng)域的領(lǐng)先公司包括荷蘭ASML、美國AMAT、日本TEL、日本SCREEN、美國科天和韓國SEMES。
包裝測試設(shè)備：包裝測試設(shè)備市場也高度集中在頭部。在測試設(shè)備方面，2019年，日本的Advantech和美國的Teradyne的市場份額合計為90%。在包裝設(shè)備方面，主要公司有新川、川崎等。
材料：在眾多細(xì)分的半導(dǎo)體材料市場中，美國和日本公司仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。在硅片方面，日本信越化學(xué)、日本SUMCO、德國Siltronic和韓國LG是主要公司；在靶材方面，日本JX Nippon Mining Metals和美國霍尼韋爾是領(lǐng)先的公司；在CMP拋光材料方面，陶氏化學(xué)、日本富士美和日本HinotoKenmazai是領(lǐng)先的公司；在光刻膠方面，日本的JSR，日本的信越化學(xué)。和美國的陶氏化學(xué)公司是領(lǐng)先的公司；在電子特殊氣體方面，美國空氣化學(xué)公司和美國普萊克斯公司。日本的大陽制酸和其他公司都是領(lǐng)先的公司；在光掩模方面，美國的光電子、日本的DNP和日本的Toppan占據(jù)了80%以上的市場
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