设备零部件：研究框架

一、行业特点：分散化、技术壁垒高

半导体设备根据功能分区，其零部件通常可分为：光学系统、机械类、电气类、机电一体类、气体输送系统、真空系统、附属设备、仪器仪表、气动系统类、二次配设施、工艺材料类。

 

半导体设备零部件因种类繁多且工艺差别较大，行业相对分散，其高壁垒主要体现为：技术壁垒、认证壁垒和原材料壁垒。

 

二、中国市场：国产化率低，核心零部件卡脖子风险高

由于行业技术壁垒高，且国产厂商起步晚，目前半导体零部件行业内各细分产品主要份额被美国、日本、欧洲、韩国和中国台湾少数企业所垄断，国产化率较低。

 

需求角度看，国内零部件采购中，石英件、RF射频发生器、泵、阀门、静电卡盘、喷淋头、边缘环的需求占比较大，分别为11%、10%、10%、9%、9%、8%、6%。

 

国产化角度看，石英、喷淋头、边缘环国产厂商已经可以覆盖10%以上的市场；射频发生器、MFC、机械臂的国产化率在1%-5%之间；而阀门、静电卡盘、测量仪表、O-ring的国产化率不足1%。

 

三、设备厂视角看零部件需求

 

成本视角：国内设备厂商材料费占营收比例约为60%；全球材料费占营收比重预计在40%左右。我们由此测算出：2022年全球半导体设备零部件需求将增长至400亿美元量级；国产半导体设备厂商的采购需求将近141亿元。

 

采购视角：多家国产设备厂商2020年采购总额为材料成本的2倍之多，设备厂在手订单充沛，超前采购趋势显著。采购结构上，气体输送系统、机械类、电气类、机电一体类采购比例高。

 

建议关注：北方华创、万业企业、江丰电子、光力科技、神工股份、新莱应材、华亚智能、石英股份、华卓精科（未上市）、富创精密（未上市）。

 

风险提示：（1）下游扩产不及预期；（2）国产设备放量不及预期；（3）贸易争端影响上游供应。

1    行业特点：分散化、技术壁垒高
半导体设备作为全球最尖端设备之一，设备结构复杂，所需零部件种类繁多，且对技术要求极高。根据功能分区，半导体设备零部件通常分为：
光学系统：光学元件、光栅、物镜等；机械类：可分为金属结构件/工艺件和非金属件；电气类：射频电源、远程等离子源、射频匹配器等；机电一体类：EFEM、机械手、加热器等；气体输送系统：供气系统、气柜等；真空系统：真空阀门、真空节流阀、气体管路阀等；附属设备：泵、LDS、热水机等；仪器仪表：压力计、气体测量仪器、液体流量控制器等；气动系统类：阀门、接头、气管等；二次配设施：电力系统、工艺气体系统等；工艺材料类：硅片、气源、硅电极等。

半导体设备零部件不仅种类繁多，且同种类别产品因工艺、材料等不同技术上也有很大差异，因此零部件行业内多数企业只专注于特定生产工艺或特定材料，行业相对分散，且壁垒很高；主要体现为：
（1）技术壁垒：半导体设备零部件在材料特性、加工工艺、表面处理、结构设计等方面都有极高的要求，需要相关企业长期的技术与产业化应用积累。

（2）认证壁垒：通常情况下，半导体设备零部件需要经过质量、工艺、性能等多指标认证，认证时间通常需要2-3年；且一旦通过认证，双方一般长期深度绑定，不会轻易更换。
（3）原材料壁垒：晶圆制造涉及多种气体及化学反应，对设备内部构件的应变、抗腐蚀、电子特性等要求极高，部分则体现为对原材料纯度等的高要求。因此，拥有长期、稳定、优质的原材料供应对关键零部件厂来说非常重要。

2  中国市场：国产化率低，核心零部件卡脖子风险高

由于行业技术壁垒高，且国产厂商起步晚，目前半导体零部件行业内各细分产品主要份额被美国、日本、欧洲、韩国和中国台湾少数企业所垄断，国产化率较低。

根据芯谋研究数据，2020年国内12吋和8吋晶圆线前道设备零部件采购金额超10亿美元，除台积电、三星、海力士等在大陆的产线，本土制造厂商采购金额约为4.3亿美元。

需求角度看，国内零部件采购中，石英件、RF射频发生器、泵、阀门、静电卡盘、喷淋头、边缘环的需求占比较大，分别为11%、10%、10%、9%、9%、8%、6%。

国产化角度看，石英、喷淋头、边缘环国产厂商已经可以覆盖10%以上的市场；射频发生器、MFC、机械臂的国产化率在1%-5%之间；而阀门、静电卡盘、测量仪表、O-ring的国产化率不足1%。

（1）阀门：阀门大量应用于设备的气路和真空系统中，大都采用超高纯应用材料。国内新莱应材2012年获AMAT工艺认证，进入国际大厂AMAT、Lam供应链；目前进一步覆盖北方华创、中微等国内设备厂商，其产品可覆盖厂务端投资额的3%-5%，设备端采购额的5%-10%。
（2）静电卡盘：静电卡盘利用静电吸附原理，在高真空等离子体或特气环境中实现对晶圆的夹持和温度控制；其技术难点在于通过多达100个温控分区实现对温度的均匀控制。目前该市场主要由美国、日本等企业高度垄断，比如AMAT、LAM、新光电气、TOTO、NTK等；
国内厂商取得突破进展的有海拓创新和华卓精科。华卓精科开发出12吋PVD氮化铝静电卡盘，主要客户为北方华创和鲁汶仪器。海拓创新2014年左右开始半导体研发静电吸附系统，目前可提供性能陶瓷和薄膜涂层两大类产品，可用于PVD、CVD、干法刻蚀等设备上。
（3）O-ring：半导体工艺中存在大量含氟、含氢等高能态气体，高温环境下极易引起材料表面化学及物理反应，因此对密封件的超洁净、耐高温、抗腐蚀性能要求很高。目前，O-ring市场主要被法国杜邦（Dupont）垄断，国产厂商芯密科技2020年初成立于临港，8月实现一期量产，取得国产密封圈的突破性进展。
（4）测量仪器：工艺制造需要半导体设备内部整合压力检测、流量检测、气体分析、光子数分析等测量系统，种类复杂且要求高。目前此部分市场主要被美国万机仪器（MKS）垄断。
（5）射频发生器：射频发生器主要用来产生等离子体炬，比如ICP中产生高频电流输送给电感线圈。其关键指标在于其工作频率、输出功率以及频率和功率的稳定性。国际市场主要被AE、MKS等垄断，国内北广科技承担国家02专项“射频发生器研发与产业化”课题，2019年通过验收。后续，北方华创2020年收购北广科技射频应用相关资产。
（6）机械臂：半导体设备对于机械臂的稳定性、传片速率和准确性要求很高。目前，美国布鲁克斯（Brooks）的真空机械手和真空传输平台产品几乎垄断了全球市场。日本RORZE在日本晶圆手搬送机排名第一。国内厂商有沈阳新松，2020年其EFEM和真空传输平台等集束型设备实现小批量销售。

3  设备厂视角看零部件需求

3.1  成本视角：22年全球400亿美元，国产厂商141亿元需求

我们摘取主要国产设备厂商其设备及备品备件相关业务的收入及成本结构，发现：

（1） 2020年国内主要半导体设备厂商的材料成本合计约为66.6亿元，即当年采购需求约为67亿元；材料占成本比例一般在90%上下，综合毛利率来看，国内设备厂商材料费占营收比例约为60%。考虑到泛林、应用材料等国际设备大厂的毛利率水平差不多在40%-50%之间，高于国内设备厂商，且其市占率很高，则45%毛利率假设下，全球材料费占营收比重预计在40%左右。
（2）根据VLSI数据，2020年全球晶圆制造设备（WFE）市场规模为636亿美元；40%的材料费/营收的假设下，2020年全球半导体设备零部件需求约为254亿美元。
（3）根据AMAT判断，2021年全球WFE规模在800亿美元上下，2022年则将上升到1000亿美元量级，2020-2022年复合增速25%；即同样40%的材料/营收假设下，对应2022年全球半导体设备零部件需求将增长至400亿美元量级。
（4）国产化推动下，国产半导体设备厂商快速放量，从2021年收入增速上来看，北方华创、盛美上海、屹唐股份预计同比增长均超50%，中微同比增长37%等，远高于全球WFE市场25%的复合增速。我们保守假设国内设备厂商2020-2022年45%的收入复合增速，同样60%的材料/营收占比，则2022年国产半导体设备厂商的零部件采购需求约为141亿元。

3.2   采购视角：2倍超前采购，机械/电气/气体/机电占比大
从2020年主要国产半导体设备厂商采购上看，北方华创、中微、屹唐股份、精测电子等的实际采购金额合计约156亿元，远超成本角度看的当年66.6亿元的零部件需求，验证下游扩产及国产替代驱动下，半导体设备厂商在手订单充裕，零部件超前采购趋势显著。其中，北方华创、盛美上海、华海清科和芯源微当年采购总额与材料成本的比例高达2倍之多。

结构上看，半导体设备厂商气体输送系统、机械类、电气类、机电一体类采购占比大。
（1）气体输送系统：中微公司2018年前五大供应商中，供应气体输送系统的超科林采购占比第一，达到10.5%；类似地，屹唐股份21H1对超科林采购比例达到6.2%，拓荆科技2020年对超科林采购比例为8.2%。国内厂商华亚智能主营金属结构件，其大客户即为超科林。
（2）机械类：机械类的采购大头主要为石英、陶瓷件、密封件等非金属件。从国内设备厂采购来看，中微公司2018年主要采购自Ferrotec和靖江先锋；靖江先锋主营金属结构件和不锈钢/铝质加热器，占其当年采购的5.2%。盛美上海和芯源微则采购自苏州兆恒。
（3）电气类：电气类主要为射频电源、射频匹配器等部件。中微公司2018年和拓荆科技2020年主要采购自万机仪器（MKS）。
（4）机电一体类：包括EFEM、机械手等；国内设备厂主要采购自日本的Rorze，芯源微采购自日本电产三协（NidecSankyo）；盛美上海采购自其关联企业NINEBELL。
建议关注：北方华创、万业企业、江丰电子、神工股份、新莱应材、华亚智能、石英股份、华卓精科（未上市）、富创精密（未上市）。
风险提示：（1）下游扩产不及预期；（2）国产设备放量不及预期；（3）贸易争端影响上游供应。