导语：从一枚硅片到集成了数亿晶体管、多层布线将各种元器件组合起来形成完整的电子电路，晶圆制造设备扮演了“点石成金”的角色。据国际半导体产业协会SEMI统计，2020年全球半导体设备销售额约为711亿美元，同比增长19.2%，其中晶圆制造设备为612亿美元，占比86.1%。在晶圆制造设备中，光刻、刻蚀、薄膜沉积设备合计占比超过70%。
晶圆制造主要工序为氧化、涂胶、光刻、显影、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、抛光、清洗，每一片晶圆的制造均需反复进行上述工序在晶圆上形成日趋复杂的集成电路结构，14nm制程芯片需1000道工序，7nm制程芯片工序已激增至1500道。本文将从对晶圆制造主要环节的设备制造商进行盘点。
一、晶圆制造及制造设备在全产业链中所处位置
半导体产业链可大致分为设计、晶圆制造与封装测试三大环节，芯片设计环节产出各类芯片的设计版图，晶圆制造环节根据设计版图进行掩膜制作，形成模版，并在晶圆上进行加工，封装测试环节对生产出来的合格晶圆进行切割、焊线、塑封，并对封装完成的芯片进行性能测试。
早期多数半导体企业选择垂直一体化模式（IDM），覆盖设计、晶圆制造、封装测试在内的多个环节，随着半导体产业链各大环节的专业化趋势，开始出现专注于设计、晶圆制造与封装测试中某一环节的厂商。具体如下：
| 简介 | 典型企业 |
IDM | 集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身。 | 三星、德州仪器、士兰微、闻泰科技、华润微、杨杰科技 |
Flabless | 仅负责芯片的电路设计与销售，将其他环节进行外包。 | 联发科、博通、华为海思、兆易创新、紫光国微、韦尔股份、北京君正、卓胜微、汇顶科技 |
Foundry | 仅负责晶圆制造环节；同时为多家设计公司提供晶圆代工服务。 | 台积电、中芯国际、华虹半导体 |
OSAT | 仅负责封装测试环节；同时为多家设计公司提供封测服务。 | 长电科技、华天科技、通富微电、日月光 |
不同于芯片设计，晶圆制造为典型的重资产行业，作为制造精密度极高的产业，工序繁多，设备投资额巨大，例如中芯国际的12英寸芯片SN1项目为中国大陆第一条14纳米及以下先进工艺生产线，规划产能3.5万片每月，产线总投资高达90.59亿美元，总投资相当于中芯国际2020年总营收的2.3倍，2020年净利润的12.65倍，项目建设期前后达7年。
晶圆制造主要工序氧化、涂胶、光刻、显影、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、抛光、清洗，每一片晶圆的制造均需反复进行上述工序在晶圆上形成日趋复杂的集成电路结构，14nm制程芯片需1000道工序，7nm制程芯片工序已激增至1500道。
氧化：将硅片放置于氧化剂氛围中进行高温热处理，在硅片表面发生化学反应形成氧化膜的过程，氧化膜可保护晶圆不受化学杂质影响、避免漏电流进入电路、以及防止晶圆在刻蚀时滑脱。涂胶：由涂胶设备将光刻胶均匀分布至硅片表面，涂胶机的转速控制与排风大小均需严格控制，光刻胶中一旦含有气泡会在后续工艺中产生过度刻蚀等问题。光刻：晶圆制造过程中最关键的步骤，决定了芯片加工的细微化水平，光刻机发光将光掩模上的构图投射至光刻胶表面进行曝光，光刻胶作为光敏材料，其被曝光部分软化，未曝光部分则保持原状，从而形成需加工集成电路的构图。光刻刻的不是硅片，而是覆盖于硅片之上的光刻胶，光刻完成后形成的图形经过后续的刻蚀与薄膜沉积环节对硅片进行精细加工。显影：将光刻环节中光刻胶曝光的部位溶解清除，使光刻胶上清晰浮现出光掩模的构图。刻蚀：通过溶液、离子等方式将显影环节中显示的需加工部分的晶圆表面材料，剥离，从而达到集成电路芯片结构设计要求。薄膜沉积：通过导入特种化学气体在晶圆衬底与光刻胶上形成一层待处理的薄膜，在后续除胶环节除去光刻胶后后即可形成所需的电路。离子注入：离子注入是通过对半导体材料表面进行某种元素的离子注入掺杂，为半导体硅赋予电特性，从而改变其特性的掺杂工艺制程。去胶：将晶圆进行完光刻、刻蚀、薄膜沉积等工序后将衬底之上的剩余的光刻胶完全清除。抛光：通过化学腐蚀与机械研磨，去除晶圆表面多余材料，实现晶圆表面平坦化。
清洗：去除吸附在硅片表面的颗粒物以及溶剂中的金属离子杂质。
在以上主要的制造过程中，中产品会经历阶段性的质检，量测设备发挥了重要作用。由于不同阶段的测量指标不同，量测设备的种类也不同，如膜厚检测、方块电阻检测、膜应力检测、折射率检测、掺杂浓度检测、关键尺寸检测等等。
不同于后道测试的电性能测试，过程中检测指标多为物理指标。实际上，半导体量测设备是所有半导体检测赛道中技术壁垒最高的环节，一些检测设备单价往往比后道测试设备更高。
目前，检测设备市场呈现海外寡头的格局，科磊半导体（KLAC）市占率超50%，与应用材料、日立高新瓜分了全球超80%的市场。该环节的国内厂商有精测电子（300567.SZ）、上海睿励、中科飞测，目前三家公司都有产品实现突破，但出货量不多，未来有较高的国产替代空间。
二、晶圆制造及制造设备主要上市公司汇总
晶圆制造方面采用IDM模式的上市公司将在系列后续文章中介绍，本文主要介绍晶圆制造行业中采用Foundry模式的上市公司，晶圆制造设备方面清洗、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、涂胶显影、去胶与抛光等环节的设备均有国内上市公司涉及，具体如下：
公司简称 | 股票代码 | 主营业务 | 芯片类别 |
中芯国际 | 688981.SH | 公司是主要为客户提供0.35微米至14纳米多种技术节点、不同工艺平台的集成电路晶圆代工及配套服务,在特色工艺领域，24纳米NAND、40纳米高性能图像传感器等特色工艺，与各领域的龙头公司合作，实现在特殊存储器、高性能图像传感器等细分市场的持续增长, | 晶圆制造 |
华虹半导体 | 1347.HK | 公司专注于研发及制造专业应用(尤其是嵌入式非易失性存储器及功率器件)的200mm(或8英吋)晶圆半导体。公司产品的组合亦包括RFCMOS、仿真及混合信号、CMOS图像传感器、PMIC及MEMS等若干其他先进加工技术。 | 晶圆制造 |
北方华创 | 002371.SZ | 公司以大规模集成电路制造工艺技术为核心，研发生产了集成电路工艺设备、太阳能电池制造设备、气体质量流量控制器(MFC)、TFT设备、真空热处理设备、锂离子电池制造设备等系列产品，广泛应用于半导体、光伏、电力电子、TFT-LCD、LED、MEMS、锂电等多个新兴行业。 | 刻蚀设备、薄膜沉积设备、清洗设备 |
中微公司 | 688012.SH | 公司专注于集成电路、LED关键制造设备，核心产品包括：1)用于IC集成电路领域的等离子体刻蚀设备(CCP、ICP)、深硅刻蚀设备(TSV)；2)用于LED芯片领域的MOCVD设备。目前公司等离子体刻蚀设备已被广泛应用于国际一线客户从65纳米到14纳米、7纳米和5纳米的集成电路加工制造及先进封装。 | 刻蚀设备 |
至纯科技 | 603690.SH | 公司致力于为高端先进制造业的高科技企业提供高纯工艺系统的解决方案，业务包括高纯工艺系统与高纯工艺设备的设计、加工制造、安装以及配套工程、检测、厂务托管、标定和维护保养等增值服务。 | 清洗设备 |
盛美上海 | 688082.SH | 公司主要产品包括半导体清洗设备和先进封装湿法设备等。公司的兆声波单片清洗设备、单片槽式组合清洗设备及铜互连电镀工艺设备领域的技术水平达到国际领先或国际先进水平 | 清洗设备 |
芯源微 | 688037.SH | 公司产品包括光刻工序涂胶显影设备(涂胶/显影机、喷胶机)和单片式湿法设备(清洗机、去胶机、湿法刻蚀机)，产品可用于6英寸及以下单晶圆处理(如LED芯片制造环节)及8/12英寸单晶圆处理(如集成电路制造前道晶圆加工及后道先进封装环节)。 | 涂胶显影设备、清洗设备 |
万业企业 | 600641.SH | 2018年，公司成功收购上海凯世通半导体股份有限公司。凯世通是中国领先的离子注入机研发制造企业，其在全球光伏离子注入领域市占率第一，正在积极开发集成电路离子注入机。收购后，公司正式进入集成电路核心装备产业之一的离子注入机领域。 | 离子注入设备 |
屹唐股份 | A21193.SH | 公司向全球集成电路制造厂商提供包括干法去胶设备、快速热处理设备、干法刻蚀设备在内的集成电路制造设备及配套工艺解决方案。公司的干法去胶设备全球市占率超过30%，国内市场可占据90%的份额。 | 去胶设备 |
拓荆科技 | A21392.SH | 公司的薄膜沉积设备已适配国内最先进的28/14nm逻辑芯片、19/17nm DRAM芯片和64/128层3D NAND FLASH晶圆制造产线。 | 薄膜沉积设备 |
华海清科 | A20569.SH | 公司主要产品为化学机械抛光(CMP)设备。公司所生产CMP设备可广泛应用于12英寸和8英寸的集成电路大生产线， | 抛光设备 |
三、芯片设计行业主要上市公司财务概览
晶圆制造行业工艺迭代速度快，制程落后的产品价格快速下降，90nm制程晶圆与14nm制程晶圆存在10倍以上的利润差距，“赢者通吃”的行业特征尤为明显，2020年台积电全年实现净利润175.89亿美元，同期中芯国际作为排名全球第四的晶圆制造商仅实现净利润7.16亿美元。头部晶圆制造商的规模优势使其研发投入的绝对量相比追赶者不断拉大，2020年台积电研发支出为37.2亿美元，研发支出占营收的8.17%，中芯国际在研发支出与营收比重两倍于台积电的前提下，研发支出总量仅为台积电的六分之一至五分之一。
国内晶圆制造设备的国产化率较低，区别仅在于完全依赖进口与不完全依赖进口，据《上海集成电路产业发展研究报告》数据，除清洗设备2020年国产化率能达到20%，其余设备国产化率均不足15%。国内晶圆制造与设备制造商均受益于自主可控与国产替代的趋势，营收有望得到快速增长。
公司简称 | 2021年上半年营业收入（亿元） | 2021年上半年营业收入同比增速 | 2021年上半年毛利率 | 动态市盈率（2022年1月19日） |
中芯国际 | 145.05 | 23.18% | 22.62% | 47.85 |
华虹半导体 | 42.05 | 52.02% | 24.25% | 41.11 |
北方华创 | 7.73 | 75.40% | 34.90% | 185.47 |
中微公司 | 10.77 | 51.62% | 41.54% | 95.12 |
至纯科技 | 2.69 | 254.02% | -5.09% | 40.75 |
盛美上海 | 4.89 | 44.62% | / | 207.98 |
芯源微 | / | / | / | 210.11 |
万业企业 | 0.35 | 231.76% | 50.05% | 65.92 |
屹唐股份 | 20.26 | 4.75% | 22.59% | / |
拓荆科技 | 0.53（2021年1-3月） | / | 27.07%（2021年1-3月） | / |
华海清科 | 2.53（2020年度） | 81.28%（2020年度） | 36.75%（2020年度） | / |
四、晶圆制造及所需设备行业主要上市公司近期动态
公司简称 | 2021年动向 |
中芯国际 | 公司投入1200亿元在北京、上海与深圳新建28nm制程晶圆产线，增加成熟制程产品产能。 |
华虹半导体 | 2021年12月31日，公司与华虹集团订立华虹集团框架协议,本集团同意向华虹集团公司销售半导体产品、采购商品及半导体产品，华虹集团公司同意提供晶圆代工服务及一般性配套服务。 |
北方华创 | 2021年11月4日，公司非公开发行新增股份27,960,526股，将于2021年11月4日在深圳证券交易所上市。本次募集资金85亿元将用于投资建设半导体装备产业化基地扩产项目（四期）、高端半导体装备研发项目和高精密电子元器件产业化基地扩产项目（三期），剩余将用于补充流动资金。 |
中微公司 | 2022年1月4日，公司增发：10配，增发价102.29元，增发数量80,229,335股。本次增发募集资金将使用31.77亿元投资中微产业化基地建设项目，将使用37.55亿元投资中微临港总部和研发中心项目，剩余30.8亿元用于科技储备资金。 |
至纯科技 | 公司拟使用募集资金1543.23万元置换已投入到半导体湿法设备制造项目和晶圆再生项目中的预先投入自筹资金。 |
盛美上海 | 2021年11月18日，公司IPO首日上市，发行4335.5753万A股，发行价：85元(CNY)，发行方式：战略配售,网下询价,上网定价。本次发行募集资金18亿元将用于投资建设盛美半导体设备研发与制造中心项目、盛美半导体高端半导体设备研发项目和补充流动资金。 |
芯源微 | 2022年1月8日，公司拟增发股份25,200,000股，预计募集资金10亿元，用于投资上海临港研发及产业化项目、高端晶圆处理设备产业化项目（二期）与补充流动资金。 |
万业企业 | 2021年12月23日，公司控股子公司长三角一体化示范区（浙江嘉善）嘉芯半导体设备科技有限公司与嘉善县西塘镇人民政府签订了项目投资协议书，项目总称为“长三角一体化示范区（浙江嘉善）嘉芯半导体设备科技有限公司年产2,450台/套新设备和50台/套半导体翻新装备项目”，项目总投资为20亿元。 |
屹唐股份 | 2021年6月25日，公司IPO首日申报，拟发行股份不超过46,941万股。本次发行募集资金将使用9.63亿元投资屹唐半导体集成电路装备研发制造服务中心项目，将使用10.00亿元投资屹唐半导体高端集成电路装备研发项目，剩余用于补充流动资金。 |
拓荆科技 | 2021年12月31日，公司融资异常，IPO申报中止审查，公司本次预计发行3161.98万股，拟上市板块科创板。本次发行并上市的募集资金将7986.46万元用于投资高端半导体设备扩产项目，将3.99亿元用于投资先进半导体设备的技术研发与改进项目，将2.70亿元投资ALD设备研发与产业化项目。 |
华海清科 | 2021年7月1日，公司IPO首日申报，拟发行股份不超过2,666.67万股，本次发行募集资金将使用5.40亿元投资高端半导体装备（化学机械抛光机）产业化项目，使用3.11亿元投资高端半导体装备研发项目，使用3.57亿元投资晶圆再生项目。 |