半导体设备属于高端制造装备，需要综合运用光学、物理、化学等科学技术，具有技术含量高、制造难度大、设备价值高等特点，越靠近工艺前端，其技术难度越大。例如，晶圆制造设备技术难度大于封装和测试设备。在晶圆制造设备中，光刻机的技术难度大于刻蚀设备，刻蚀难度大于薄膜沉积设备，而清洗、抛光、检测等设备的难度相对较小。封装设备中，技术难度最大的是键合，测试设备中，封装后测试技术难度小于晶圆测试。技术难度越大，其价值量较高。前道的晶圆制造设备占比80%，后道的封装及组装设备占比7%，测试设备占比9%，硅片厂设备等其他占比4%。总体上看，半导体设备市场中，晶圆制造设备中的光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为核心设备，占据半导体设备大部分的市场份额，分别占晶圆制造环节设备成本的30%，25%，25%。根据2017年美国加州 UC Berkeley大学的理论数据，一条月产5万片12英寸硅片的生产线，需要50台光刻机，10台大束流离子注入机，8台中束流离子注入机，40台刻蚀机以及30台薄膜淀积设备等，估计各类设备的总计要超过500台。一般情况下，不同的晶圆尺寸和制程的芯片制造产线所需的设备数量不同。在同样产能情况下，12寸产线所需的设备数量要比8寸产线多，12寸先进制程产线所需的设备数量要比12寸成熟制程产线设备多。

1．全球半导体设备行业高度垄断，中国市场增长最快

从半导体设备需求市场来看，随着半导体制造产能向亚太地区转移，而从2014年开始，北美半导体设备投资逐年减少，日本也基本维持稳定。根据SEMI（国际半导体设备材料产业协会）的统计数据显示，2018年全球半导体制造设备销售总额达645亿美元，比2017年的566.2亿美元增长了14%。其中，晶圆加工设备市场的销售量上扬15%，其他前段设备增加9%；整体测试设备销售量增加20%，组装与封装设备销售则增加2%。自2014年集成电路产业发展纲要和大基金的推出，在中央和各地方政府的大力推动和扶持下，多座晶圆厂的扩建、投产，将带动对上游半导体设备需求的持续提升，据SEMI预测，2017—2020年间中国将新建26座晶圆厂，占世界新增晶圆产线的42%。韩国销售金额共177.1亿美元，连续第二年成为全球最大半导体新设备市场。中国台湾地区市场滑至第三，自114.9亿美元下滑至101.7亿美元，同比下降12%，是衰退幅度最大的地区。

从半导体设备供给市场来看，全球半导体设备产业集中度高，美日欧巨头主导全球半导体设备供给市场。半导体设备具有技术更新周期短带来的极强技术壁垒，市场垄断程度高带来的极大市场壁垒，以及客户间竞争合作带来的极高认可壁垒等特征，技术壁垒、市场壁垒和客户认知壁垒导致市场高度集中，呈现寡头垄断局面。全球规模以上晶圆制造设备商共计58家，其中日本的企业最多，达到21家，占36%，其次是欧洲13家、北美10家、韩国7家，而中国仅4家，分别是上海盛美、中微半导体、Mattson（被亦庄国投收购）和北方华创，占比不到7%。当前半导体设备生产企业主要集中于美日欧，以美国应用材料（AMAT）、荷兰阿斯麦（ASML）、美国泛林集团（Lam Research）、日本东京电子（TEL）、美国科天（KLA-Tencor）等为代表的国际知名企业起步较早，经过多年发展，凭借资金、技术、客户资源、品牌等方面的优势，占据了全球半导体设备市场的主要份额。

据美国的半导体产业调查公司 VLSI Research发布的2018年全球半导体生产设备厂商TOP15排名来看，日本共有7家企业进入全球前15名，美国7家中有3家进入前5名、欧洲厂商有3家，中国和韩国各有1家，可以说美国和日本企业在半导体设备领域实力强大。2018年全球 Top 15厂商的总营收比2017年增加了17.8%，达到670.7亿美金。在排名前15的厂商中，有13家的年营收增长率都是正数，除了 Applied Materials（AMAT，应用材料）和 ASMP的增长率是个位数之外，其他11家都是两位数，而且日本厂商的普遍高于美国厂商的，其中，爱德万测试（Advantest）和佳能（Canon）的营收同比增长率都超过了50%。

表5－9　2018年全球半导体设备供应商TOP15排名

资料来源：根据VLSI Research整理

在半导体设备的每个细分市场中，也都形成了寡头竞争的格局，排名前三名厂商占据了绝大部分的市场份额，呈现强者恒强、大者恒大的特点。例如，光刻机领域，在半导体产业价值链中，光刻机作为产业的核心，占了半导体设备投资较大的份额。荷兰ASML公司在光刻机设备上一家独大，凭借领先的技术和优秀的产品，在45纳米以下制程的高端光刻机市场中占据大部分市场份额，而在EUV光刻机领域目前处于垄断地位，市场占有率为100%。刻蚀机领域，国际巨头泛林集团、东京电子、应用材料均实现了硅刻蚀、介质刻蚀、金属刻蚀的全覆盖，占据了全球干法刻蚀机市场份额的80%。薄膜设备领域，PVD里AMAT一家独大，约占全球市场份额的80%；CVD里AMAT、LAM、TEL三家约占全球市场份额的70%。

表5－10　全球半导体设备竞争格局

资料来源：Gartner 2017

2．关键设备依赖进口，中低端设备有望进口替代(www.daowen.com)

我国半导体设备市场整体呈逐年上升态势，但半导体设备产业整体起步较晚、规模较小、技术较落后，2017年国产化率仅为9%，国内市场主要是由美日欧等国际知名企业占据，主要设备依赖进口。2018年进口半导体设备308亿美元，其中硅片制造设备进口3708台，金额达到8亿美元，较2017年增长27%；制造半导体器件或集成电路用设备进口13944台，较2017年增加56%，进口金额112亿美元，同比上涨78.6%，占半导体设备进口总额的36.6%，主要进口来自美国、日本和荷兰，合计占比超过70%。中国半导体设备出口金额较小且以低端设备为主，2018年共出口25亿美元，其中设备零件及附加出口14亿美元，占比超过50%；出口集成电路制造设备3.55亿美元，占比只有14%。中国半导体设备主要出口地区为新加坡、美国等。

表5－11　2018年中国半导体设备进出口贸易数据表

数据来源：中国海关、赛迪集成电路所

在政策扶持下，国产设备已形成初步产业链成套布局，部分设备实现批量应用。虽然目前国内半导体设备仍较为依赖进口，但从产业布局角度来看，国内厂商布局极为完善，几乎覆盖半导体生产制造过程中每个环节所需的主要设备，在刻蚀、薄膜沉积、离子注入、光学测量、研磨抛光、清洗设备等主要设备均有布局。国内的半导体制造企业如北方华创、中微半导体、长川科技、北京华峰等业内少数专用设备制造商通过多年的研发和积累，已掌握了相关核心技术，拥有自主知识产权，具备一定规模和品牌知名度，占据了一定市场份额。半导体测试设备有望成为率先实现较大规模进口替代的环节，12英寸晶圆先进封装、测试生产线设备（17种）已经实现国产化，生产设备国产化率可达到70%。测试设备主要用于封装测试产业环节，客户包括下游封装测试企业、晶圆制造企业和芯片设计企业。目前国内厂商已掌握了测试设备相关核心技术，生产的测试机和分选机获得长电科技等企业使用和认可。

在光刻机、蚀刻机和薄膜沉积三大核心设备中，通过后期追赶，部分设备实现了国产化突破，缩小了与国际领先水平的差距。目前国产12英寸28纳米集成电路关键设备（除光刻机外）已经进入主流生产线实现量产。2016年中芯国际北京厂使用国产集成电路晶圆设备加工的12英寸正式产品晶圆突破1000万片次，标志着国产集成电路设备在市场化大生产中得到充分验证。2017年中微半导体设备研制的7纳米等离子体刻蚀机已经在国际顶尖的集成电路生产线上量产使用，达到了国际最先进水平。晶圆制造设备国产化的最大阻碍是设备验证周期长，核心技术壁垒高。设备企业投资周期长，产品从迭代开发阶段需要经过原理机、多代机型开发，并经过实验室数据测试。在送到客户现场后，需经过试生产阶段运行、测试，最终才能大批量上产线。核心技术壁垒高，越先进的制程工艺设备造价越高。光刻机通常被视为晶圆厂最大的产能瓶颈，也就是微缩工艺的核心设备，国产化率低，且高端的EUV光刻机只能从ASML采购，光刻设备突破不大。在先进制程上，关键设备仍未实现突破。

表5－12　全球半导体设备主要厂商