数据来源：聚源

投资评级：看好（维持）

行业走势图

2024 年 02 月 05 日

机械设备

AI浪潮势不可挡，国产半导体设备迎先进工艺产线资本开支潮

行业深度报告

孟鹏飞（分析师）

mengpengfei@kysec.cn

证书编号：S0790522060001

 AI浪潮势不可挡，国内先进制程与先进封装产线资本开支加速

高性能运算（HPC）已经成为全球半导体产业发展的核心支柱，算力升级离不开AI GPU 的支撑。AI GPU首先要通过先进制程工艺制造存储与逻辑芯片，再采用 2.5D/3D 先进封装工艺来提升系统性能。目前，国内两大存储厂已分别在3D NAND、LPDDR5 取得技术突破，高性能 AI 芯片出海代工受限加剧国内FinFET 产能紧缺，终端龙头回归推动长电科技、通富微电等封测厂商加大在先进封装领域布局。在瓶颈设备进口数据乐观、国产配套设备工艺覆盖度提升的背景下，国内存储、先进逻辑、先进封装产线扩产确定性强。

 先进存储、逻辑产线对刻蚀、薄膜沉积、外延、量检测设备需求量增加

刻蚀：根据 Yole，存储器件芯片结构从二维向三维转变使得等离子体刻蚀成为步骤最多、最关键的工序，2025 年预计占 3D NAND 制造设备总规模的 73%，极高深宽比刻蚀是 3D NAND 向 200 层甚至 300 层以上升级过程中最关键的工艺。因多次曝光的引入，12 寸先进逻辑产线刻蚀设备用量是成熟制程产线的2.4 倍，一体化大马士革刻蚀为 28 纳米以下逻辑器件制造最核心的工艺之一。薄膜沉积：先进逻辑产线约需超过 100 道薄膜沉积工序，是 90nm CMOS 工艺的 2.5 倍。其中，ALD 设备因可以实现高深宽比、极窄沟槽开口的优异台阶覆盖率及精确薄膜厚度控制，成为先进逻辑、存储器件制造中必需的薄膜设备。外延：在关键尺寸进入 28 nm 及以下后，必须采用锗硅外延技术来加大 PMOS的压应力，以提高器件整体响应速度。除以上三类设备外，先进逻辑产线对炉管、量检测等设备用量也提升，平台型厂商更受益于先进逻辑产线的扩产。

 CoW固晶、CMP、电镀、键合、量检测、光刻为先进封装高价值量环节HBM 使用 3D 封装工艺，并与 GPU 通过 CoWoS 2.5D 封装水平互联。以 2024-2033 年国内智能算力需求测算，我们预计先进封测设备总投资有望达到 661.1亿元，其中 CoW 倒装固晶（12.5%）、CMP(7.5%)、电镀(7.5%)、临时键合与解键合(7.5%)、量检测（6.7%）、光刻（6.3%）产线价值量占比合计 47.9%。先进封装对晶圆级设备的性能要求低于前道产线，国产前道设备厂商向先进封装领域布局属于技术降维，未来在国内先进封装产线有望占据较高份额。对于后道封测设备厂商来说，更先进的封装工艺对设备要求提升，国产厂商在成品测试、分选等环节技术实力强，相比之下在固晶、切割、研磨、塑封等环节实力稍弱，未来市场份额预计稳步提升。

 供应链自主可控为产业共识，半导体前、后道设备厂商市占率有望提升

受益于存储、先进逻辑扩产，前道设备有望边际签单提速，受益标的：中微公司（等离子刻蚀）、芯源微（涂胶显影）、北方华创（平台型）、盛美上海（平台型）、中科飞测（量检测）、拓荆科技（CVD）。先进封装为后道设备商带来增长弹性，受益标的：赛腾股份、快克智能、芯碁微装。

 风险提示：产线扩产进度、力度不及预期，设备国产化率提升不及预期。

1、核心内容一图.. . 3
2、先进存储、逻辑产线资本开支加大，国产半导体前道设备新签订单有望边际提速. .. 3
2.1、供需改善与高端突破并进，国内存储产线扩产确定性强规模大....... ........................................................
2.2、手机龙头回归、AI芯片海外代工受限，中国大陆 FinFET产能紧缺... ...................................... ... 5
2.3、先进工艺对刻蚀、薄膜、量检测等设备需求量增加，ALD、外延为刚需.. ...................................
2.4、瓶颈设备进口数据乐观、国产配套设备工艺覆盖度提升，共同助力先进产能扩张.. .............................. ... 9
3、接力先进制程，先进封装成为算力时代大赛道....
3.1、AI GPU需求激增，国内有望新增 661.1亿元先进封装设备市场.. ... 10
3.2、 2.5D/3D先进封装引入晶圆级工艺、提升对后道封测设备要求... ........................................................ .... 11
3.3、 CoW倒装固晶、CMP、电镀、键合等为高价值量环节......
3.4、设备端：前道厂商技术降维，后道厂商市占率稳步提升. ........................................... .. 14
4、供应链自主可控为产业共识，半导体前、后道设备国产化率有望进一步提升 .......................................................... .... 14
4.1、中微公司：手握大马士革、极高深宽比刻蚀工艺的刻蚀机龙头....... ..................................................... .... 14
4.2、芯源微：前道涂胶显影国产化先锋、先进封装键合设备国产领军 .................................................................. .... 15
4.3、北方华创：国内半导体设备种类布局最广的平台型龙头.... ............................................................ ... 15
4.4、盛美上海：围绕清洗、电镀设备向平台型厂商延伸.. ....................................................................... ... 16
4.5、中科飞测：引领半导体质量控制设备国产替代.... ................................................................................. .... 16
4.6、拓荆科技：CVD国产龙头，布局混合键合设备.... ...................................................... ... 16
4.7、快克智能：精密锡焊龙头，倒装固晶机黑马... .......................................................... .... 17
4.8、赛腾股份：收购海外优质资产，进军半导体晶圆检测市场. ......................................................... ...... 17
4.9、芯碁微装：主营微纳直写光刻设备，已供货国内主流先进封装厂商... .. 17
5、风险提示 .... ..................................................... ..... 18

图表目录

图 1： AI 浪潮势不可挡，国内先进制程与先进封装产线资本开支加速 .... 3
图 2： DXI（DRAM 价格）指数抬升.. .... 4
图 3： 2024Q1 NAND Flash 市场有望维持涨价 ......
图 4：全球 DRAM 市场 CR3 达到 95.5%（2023Q3） .............................................................
图 5：长江存储在全球 NAND市场的份额很低（2021-2023年） ............................................. ....... 4
图 6： NAND 升级对光刻设备投资增速约为 10%，低于先进逻辑/DRAM 的 30%/20%.....
图 7：根据 Yole 数据，2025 年刻蚀设备占 3D NAND 设备规模的 73%.... ............................................. ..... 6
图 8：刻蚀与沉积是 3D NAND制造中最关键的工艺... ......................................................
图 9：月产 1 万片晶圆的 12 寸先进产线所需刻蚀设备是成熟产线的 2.4 倍..... ...................................................................... 7
图 10：先进逻辑产线利用多次曝光弥补光刻机分辨率......
图 11： DRAM中具有高深宽比特征的电容器薄膜沉积需要 ALD设备.. ................................................................... ...... 7
图 12： 3D NAND 有 6 类薄膜需要 ALD 设备来沉积.... ........................................................................ ...... 8
图 13：锗硅外延增加 PMOS 压应力.... ......................................................................... ...... 8
图 14：先进逻辑产线对氧化/高温/退火、量检测等设备用量也提升. ......................................................................... ...... 9
图 15： 2023Q2 开始，国内加大光刻机囤货力度.. ..............................................................................
图 16：国产半导体设备工艺覆盖度不断拓宽.....
图 17： A100 采用 cowos 工艺封装.. ................................................................................ .... 10
图 18： ...... 11
图 19： Bumping 融合多种晶圆级工艺.....
图 20：在硅中介层表面形成 RDL完成芯片的水平通信.
图 21： HBM 封装全流程 . .............................................. ... 12
图 22： 3D 封装要求更高的互联密度，使用 TCB 热压键合/混合键合替代倒装键合. ................................................. ..... 13
图 23：前道制程技术节点向 2 纳米前进，但封装段互联间距仍处于微米级 .....
表 1： 2024-2033年国内先进封装设备投资额有望达到 661.1亿元. .. 11
表 2：先进封装各环节价值量拆分.. ......................................................................... .... 13
表 3：受益标的估值表 .......

1、核心内容一图

图1：AI浪潮势不可挡，国内先进制程与先进封装产线资本开支加速

资料来源：中国海关、海力士官网、中芯国际、台积电、长江存储官网、长鑫存储官网、开源证券研究所

2、先进存储、逻辑产线资本开支加大，国产半导体前道设备新签订单有望边际提速

2.1、供需改善与高端突破并进，国内存储产线扩产确定性强规模大

受益于存储原厂持续减产、AI 升级带动 DDR5、HBM 需求等因素影响，2024年 DRAM 和 NAND 芯片价格有望延续上升态势，存储行业景气度有望改善。2022Q4 开始存储原厂相继启动减产，SK 海力士 2023 年资本开支同比减少 50%至约 10 万亿韩元，并预计 2024 年资本开支同比小幅增长。美光预计 2024 年晶圆开工率仍将显著低于 2022 年的水平，同时预计 2024 年存储行业将供小于求。根据TrendForce 预测，2024 年 Q1 DRAM 合约价季涨幅 13\~18%，NAND Flash 合约价平均季涨幅 15\~20%。

图2：DXI（DRAM价格）指数抬升

数据来源：Wind、开源证券研究所

图3：2024Q1 NAND Flash 市场有望维持涨价

	4Q23	1Q24(E)
eMMCUFS	up 10~15%	up 18~23%
Enterprise SSD	up10~15%	up 18~23%
Client SSD	up 13~18%	up 15~20%
3D NAND Wafers(TLC & QLC)	up35~40%	up 8~13%
TotalNAND Flash	up 13~18%	up 15~20%

数据来源：TrendForce

存储器行业作为半导体产业的核心支柱之一，具备空间大、标化程度高、重资本开支的特点，是后发玩家追赶甚至超越先行者的关键赛道。中国大陆两大存储龙头在 3DNAND、先进 DRAM 芯片核心技术上已实现重要突破，但市占率与海外巨头相比仍存在较大差距，需要持续扩产以带来规模效应和在全球市场上的议价权。

图4：全球 DRAM 市场 CR3 达到 95.5%（2023Q3）

数据来源：Trendforce、开源证券研究所

图5：长江存储在全球 NAND 市场的份额很低（2021-2023 年）

数据来源：Yole

3D NAND：技术端，2022 年长江存储首发 232 层产品，基本追平与海外3DNAND 产品的代际差。产能端，长江存储于 2016 年投资 240 亿美元建设 3DNAND Flash工厂，一期总产能 30万片/月。3D NAND 容量增加主要通过堆栈加层，相较于先进 DRAM 和逻辑对电路线宽的要求更简单，主要使用 ArFi 和干法光刻设备。根据 ASML 测算，随着堆叠层数增加，NAND 对光刻设备投资增速约为 10%，低于先进逻辑/DRAM 的 30%/20%。

图6：NAND升级对光刻设备投资增速约为 10%，低于先进逻辑/DRAM的30%/20%

Lithography spend increasing on future nodes

数据来源：ASML 官网

先进 DRAM：长鑫存储于 2023 年 11 月正式推出 LPDDR5 系列产品，面向中高端移动设备市场。12GB LPDDR5 芯片目前已在国内主流手机厂商小米、传音等品牌机型上完成验证。2023 年 10 月长鑫新桥存储获合肥国资委、大基金二期增资共 390亿元，有望用于先进DRAM芯片扩产。

2.2、手机龙头回归、AI 芯片海外代工受限，中国大陆 FinFET 产能紧缺

2023 年搭载自研麒麟芯片的华为 Mate60 系列产品回归，销量预期持续上调。预期销量的实现需要产业链上下游通力合作，而其中最核心的手机芯片则亟需国内先进制程代工产能的鼎力支撑。

英伟达高性能 AI GPU出口管制升级，国内互联网厂商等终端客户的订单有望大幅向国产 AI 芯片转移。2022 年 10 月美国 BIS 新规出台，英伟达高性能GPUA100、A800、H100、H800、L40、L40S 和 RTX4090 被限制销往中国。应用于AI 训练的昇腾 910b 芯片单卡算力与英伟达 A100 相近，已经为包括科大讯飞星火在内的 30多个国产大模型提供算力支撑。截至 2023年 8 月，阿里、腾讯等中国企业共订购了 50亿美元的英伟达A800芯片，昇腾有望承接。

国产 AI 芯片海外代工受限，代工产能有望加速回流中国大陆。美国 BIS 新规对国内 AI 企业出海代工也做出进一步限制：当晶圆厂收到最终实体为中国大陆/中国澳门等区域企业的订单时，需要检视是否涉及使用晶体管数量超过 50 billion、包含 HBM。壁仞科技、摩尔线程及相关 13家企业被美国商务部列入实体清单。

2.3、先进工艺对刻蚀、薄膜、量检测等设备需求量增加，ALD、外延为刚需

存储器件芯片结构从二维向三维结构转变使得等离子体刻蚀和薄膜沉积成为最关键及需要最多的工艺步骤。根据Yole测算， 3D NAND三大核心工艺设备中，刻蚀设备市场规模占比将从 2019 年的 69%提升到 2025 年的 73%。

图7：根据Yole数据，2025年刻蚀设备占 3D NAND设备规模的 73%

数据来源：Yole

极高深宽比刻蚀设备是 3D NAND 向 200层甚至 300层以上升级过程中最关键的设备，具备超低频、超大功率、多级脉冲特性的射频等离子系统及对应的静电吸盘为高深宽比核心零部件。3D NAND 制造首先将氧化物和氮化物薄膜的交替层沉积到基础硅片上。每层厚度在 20 至 30 nm 之间。然后添加厚硬掩模，进行最关键的高深宽比 (HAR) 沟道孔蚀刻。存储单元形成的其他关键步骤包括阶梯蚀刻、水平金属字线填充以及触点和位线的金属填充。

图8：刻蚀与沉积是 3D NAND制造中最关键的工艺

资料来源：泛林官网、开源证券研究所

相较成熟制程逻辑产线，先进逻辑产线对刻蚀设备需求的变化体现在：（1）用量：先进制程产线引入多重曝光，利用刻蚀机的高精度弥补光刻机分辨率的不足，增加了刻蚀工序的数量。12寸成熟制程产线万片/月刻蚀机用量约 25台，12寸先进制程产线用量提升到 60 台。（2）工艺：一体化大马士革刻蚀工艺是 28 纳米及以下的逻辑器件生产工艺中技术要求最高、市场占有率最大的刻蚀工艺之一，重要性凸显。

图9：月产 1万片晶圆的 12 寸先进产线所需刻蚀设备是成熟产线的 2.4倍

数据来源：台积电、中芯国际、开源证券研究所

图10：先进逻辑产线利用多次曝光弥补光刻机分辨率

资料来源：Research gate

在 90nm CMOS 芯片工艺中，大约需要 40 道薄膜沉积工序，而在 FinFET 工艺产线，大约需要超过 100 道薄膜沉积工序，涉及的薄膜材料由 6 种增加到近 20种，对于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级，进而拉动晶圆厂对薄膜沉积设备需求量的增加。

在 DRAM 中，高纵横比的特征是电容器。每一位数据都以负电荷或正电荷的形式存储在电容器中。每个电容器都连接到一个晶体管，该晶体管控制对电容器中数据的访问。电容器本身是一个具有高纵横比的长圆柱形结构。它充满了金属-绝缘体-金属堆叠。由于需要在高深宽比结构中形成良好控制的保形薄膜，因此这种MIM 堆栈需要 ALD设备。

图11：DRAM 中具有高深宽比特征的电容器薄膜沉积需要 ALD 设备

资料来源：Semi analysis、开源证券研究所

3D NAND 存储单元也使用大量沉积设备，其中阻挡氧化物、电荷陷阱氮化物、隧道氧化物、沟道硅、阻挡金属和势垒金属六种薄膜需要 ALD 设备来沉积。根据应用材料官网，在字线填充这个步骤中，基于 CVD 的钨填充，应力随堆叠变高而增加，钨中的氟含量引起电阻增加，而使用 ALD 可以有效解决这两个问题，因此更高层数 3D NAND的制造中ALD用量会提升。

图12：3D NAND有 6类薄膜需要 ALD设备来沉积

资料来源：Semi analysis

外延设备：满足先进制程硅、硅锗外延生长工艺的电性和可靠性需求。伴随着CMOS 技术集成度的日益增大以及关键尺寸的日渐缩小，传统 CMOS 工艺中采用的应力拉升方式已经无法满足器件对于 PMOS 驱动电流的要求。在关键尺寸进入28 nm 及以下后，必须采用锗硅（SiGe）外延技术来加大 PMOS 的压应力，以此提高器件的整体响应速度。

在锗硅（SiGe）外延技术中，西格玛沟槽刻蚀是影响 PMOS 驱动电流的关键工艺步骤，由此可以看出对于刻蚀设备厂商来说，拓展锗硅外延设备具备一定优势。

图13：锗硅外延增加PMOS 压应力

√锗和硅都是金刚石结构，锗的晶格系数比硅大4.2%，提供更大的应力
资料来源：《锗硅 SiGe 外延技术中提高西格玛沟槽刻蚀工艺稳定性的方法》，张旭升

除了刻蚀、沉积、外延设备以外，先进逻辑产线对氧化/高温/退火、量检测等设备用量也提升。月产 1 万片晶圆的 12 寸先进制程产线需要氧化/高温/退火设备41.5 台，是 12 寸成熟制程产线的 1.9 倍，需要量检测设备 87 台，是成熟制程产线的 1.7 倍。由此也可以看出，设备种类覆盖度更广的平台型厂商将更受益于先进逻辑产线的扩产。

图14：先进逻辑产线对氧化/高温/退火、量检测等设备用量也提升

数据来源：台积电、中芯国际、国家环境保护总局、开源证券研究所

2.4、瓶颈设备进口数据乐观、国产配套设备工艺覆盖度提升，共同助力先进产能扩张

先进制程节点设备是海外制裁重点。2022 年 10 月美国 BIS 新规对半导体设备的限制条例仍然围绕先进制程节点展开，具体为 14/16nm 及以下逻辑电路，128 层及以上 NAND，18nm 及以下 DRAM。同时，新版细则对光刻机的套刻精度（DCO）增加规定，限制 DCO≤1.5nm或 1.5nm＜DCO≤2.4nm的设备出口。

瓶颈设备进口数据较乐观、国产核心配套设备工艺覆盖度不断拓宽，共同为国内先进存储、逻辑扩产护航。

 2023Q2 以来国内加大光刻机囤货力度，2023 年 6/7/8/9/10/11 月中国进口荷兰光刻机台数分别为 22/15/21/28/22/19 台，单台 ASP 同比+228.1%/319.6%/45.5%/386.6%/11.0%/341.3%。

图15：2023Q2 开始，国内加大光刻机囤货力度

数据来源：中国海关、开源证券研究所

 国产前道设备公司在设备成熟度、工艺/制程覆盖度上取得了长足进展。对于国产化率低于 10%的前道涂胶显影、量检测环节，国产供应商有望受益于国内晶圆厂采招规模扩大而实现较大规模的量产突破。

设备种类	国内代表厂商	0.5-0.13um	90nm	65/55nm	40mm	28nm	14mm	10nm	7mm	5nm	3nm
光刻机	上海微电子
刻蚀设备	中微公司
	北方华创
	屹唐股份
薄膜沉积设备	拓荆科技(CVD)
	北方华创(PVD)
	微导纳米(ALD)
清洗机	盛美上海
	北方华创
	至纯科技
热处理设备	北方华创
CMP	华海清科
涂胶显影机	芯源微
离子注入机	万业企业
量检测设备	精测电子
量检测设备	中科飞测

					已量产			研发中/验证中
资料来源：各公司公告、开源证券研究所注：中微公司、中科飞测、精测电子、万业企业数据为截至2023H1；微导纳米、屹唐股份、拓荆科技、盛美上海、芯源微为招股说明书中数据；至纯科技为截至2023年10月数据；华海清科为截至2021年9月数据；北方华创为截至2021年10月数据

图16：国产半导体设备工艺覆盖度不断拓宽

3、接力先进制程，先进封装成为算力时代大赛道

3.1、 AI GPU需求激增，国内有望新增 661.1亿元先进封装设备市场

算力成为大国博弈焦点，高性能 AI GPU为支撑一国智能算力发展的基石。根据《中国算力发展白皮书（2023 年）》数据，以 GPT 大模型为例，GPT3 模型参数约为 1746 亿个，训练一次需要的总算力约为 3640PF-days，即以每秒一千万亿次计算，需要运行 3640 天。2023 年推出的 GPT-4 参数数量可能扩大到 1.8 万亿个，是GPT-3的10倍，训练算力需求上升到GPT-3的68倍。

通常情况下，高性能 AI GPU首先要在先进制程产线上去制造 HBM和 GPU，再采用 2.5D和 3D先进封装工艺进行封装。英伟达 A100采用台积电第 4代 CoWoS技术，将 1颗英伟达 A100 GPU芯片和 6颗三星 HBM2集成在一个 1700mm2的无源转接板上。AMD MI300 则使用台积电 SoIC（3D）和 CoWoS（2.5D）两种技术共同对 13 颗 chiplets芯片和 8颗 HBM3进行封装。

图17：A100 采用 cowos 工艺封装

资料来源：《先进封装技术的发展与机遇》曹立强等

AI GPU 需求井喷，全球晶圆/封测厂大力扩产。台积电预计 2025 年持续扩充产能，CoWoS、3D IC、SoIC 等先进封装工艺数年内年复合增长率超过 50%。安靠也计划布局 CoWoS 产线。海力士预计其 DDR5 和 HBM 产线规模在 2024 年增长 2倍以上。

根据我们测算，以 2024-2033 年国内智能算力需求计算，对应先进封装设备总投资额有望达到 661.1亿元。

表1：2024-2033年国内先进封装设备投资额有望达到 661.1亿元

测算指标	数据
2022年全球智算规模占算力总规模的比例	49.80%
预计 2033年比例提升至	80%
2033年全球算力总规模(ZFLOPS)	39.1
2033年全球智算规模(ZFLOPS)	31.3
中国占比预计提升至	45%
2033年中国智算规模预计(ZFLOPS)	14.076
2024年与2033年我国智能算力规模差距(EFLOPS)	13750.7
单张A100 的 FP16TenserCore(TFLOPS)	312
提供1EFLOPS算力需要英伟达A100的数量(张)	3205
2024年-2033年智能算力规模差距所需英伟达A100的数量(万张) 对应生产4407万张AI芯片的设备总投资额(亿元)	4407.1 661.1

数据来源：中国信通院、英伟达官网、开源证券研究所

3.2、 2.5D/3D 先进封装引入晶圆级工艺、提升对后道封测设备要求

CoWoS （chip on wafer on substrate）是实现 GPU 与 HBM 高效互联的主流2.5D 封装工艺,台积电是 COWOS 工艺的开创者和主导者，可以看出在高端先进封装市场上，晶圆厂占据着比传统 OSAT 更重要更核心的地位。 CoWoS 工艺可分为Chip on wafer 工艺（将 GPU/CPU 与 HBM 通过硅中介层实现互联），以及 onsubstrate工艺（将硅中介层与 IC载板连接）。

图18：AI GPU 中 HBM 与 GPU 通过 cowos 2.5D 封装水平互联

资料来源：Wikichip、开源证券研究所

从产业链分工情况来看，晶圆厂通过 RDL、2.5D TSV 等工艺生产硅中介层，Fabless 采购硅中介层、HBM、并将晶圆厂代工的先进逻辑芯片提供给封装厂。CoW 封装线拿到硅中介层后先直接做双面 Bumping、再使用 CoW 固晶机将 HBM、逻辑芯片倒装键合到中介层上。oS 封装线进行研磨、切割，形成很多 CoWoS 芯片，再使用 oS固晶机倒装键合到 IC载板上。

Bumping 加工包括电镀、光刻、PVD、刻蚀等工序，可以看出先进封装相比传统封装的第一大变化在于融入前道晶圆级工艺。CoW 固晶基于μbump 间距，小于传统倒装固晶的 Cu bump间距，对固晶机要求提升；垂直堆叠的引入使得晶圆需要被磨得更薄，由此可以看出先进封装相较传统封装另一变化在于提升后道设备要求。

图19：Bumping 融合多种晶圆级工艺

资料来源：海力士官网

图20：在硅中介层表面形成RDL完成芯片的水平通信

资料来源：海力士官网

HBM使用 3D封装，TSV为最关键工艺。HBM封装中的 TSV工艺分为两类，一是 3D TSV 的制造，即通过在 DRAM Die 上打孔并进行填充，实现 DRAM Die 之间的垂直互联，这一步由存储原厂完成，核心设备是 TSV 硅通孔刻蚀设备。二是TSV露出，这一步由存储厂完成或外包给OSAT厂商，核心设备是干法刻蚀机。

存储原厂完成 TSV 制造后的 HBM 3D 封装工序与 cowos 2.5D 封装工序重叠，都需要经过双面 bumping、临时键合、解键合等步骤，但在堆叠工艺上有所不同。

图21：HBM封装全流程

资料来源：海力士官网、开源证券研究所

在堆叠工艺上，Cowos 2.5D 封装使用倒装键合，核心设备为倒装固晶机。HBM 3D 封装要求更高的互联密度，使用 TCB 热压键合或混合键合，分别是HBM3E 及之前代际产品、HBM4/3D NAND X-tacking 架构使用的主流键合工艺，对应设备为 TCB热压键合设备、混合键合设备。

图22：3D封装要求更高的互联密度，使用 TCB热压键合/混合键合替代倒装键合

Bump pintch缩小、互连密度提升，满足超越摩尔时代高性能芯片封装需求
资料来源：艾邦半导体网、《Thermo-compression Bonding for Fine-pitch Copper-pillar Flip-chip Interconnect》Amram Eitan 等、开源证券研究所

3.3、 CoW倒装固晶、CMP、电镀、键合等为高价值量环节

COW 倒装固晶、CMP、电镀、临时键合与解键合、量检测、光刻为先进封装核心环节，我们预计以上环节所需设备在产线上价值量占比分别达到12.5%/7.5%/7.5%/7.5%/6.7%/6.3%，合计 47.9%。

表2：先进封装各环节价值量拆分

设备	价值量占比	国内主要供应商	海外主要供应商	2024-2033年市场空间 (亿元)
CMP	7.5%	华海清科	AMAT	49.6
Bumping电镀	7.5%	盛美上海	AMAT	49.6
刻蚀机-TSV露出	2.0%	中微公司	AMAT	13.2
光刻	6.3%	上海微、芯基微装	尼康	41.3
临时键合+解键合	7.5%	上海微、芯源微	日本TOK、SUSS	49.6
溅射PVD	0.5%	北方华创	爱发科	3.3
湿法清洗	0.7%	盛美上海、至纯科技	DNS、TEL	4.4
涂胶机	0.7%	芯源微	TEL	4.4
显影机	0.7%	芯源微，盛美上海	TEL	4.4
量检测	6.7%	矩子科技、劲拓股份、中科飞测	Camtek、Onto	44.1
固晶机-COW段	12.5%	华封科技	Besi、ASMPT	82.6
塑封-COW固晶后的	3.8%	文一科技	日本yamada，TOWA	24.8
测试机(改造)	1.7%	长川科技	Adavantest	11.0
研磨	1.5%	无	disco	9.9
固晶机-OS段	1.0%	华封科技、快克智能、新益昌	Besi asmpt	6.6
回流焊	1.5%	劲拓股份	BTU德国、TSK（韩国）	9.9
切割	1.5%	光力科技	disco	9.9
塑封-OS段	2.1%	文一科技、耐科装备、深科达	ASMPT	13.8
分选机	0.8%	金海通，长川科技	科休	5.0
炉管烤箱	0.5%	北方华创、盛美上海、苏州桔云	KOYO	3.3
Laser marking 打标	0.8%	大族激光、华工科技	通快、IPG	5.0
晶圆清洗盒	1.0%	首年科技、金仕伦	EROOKS	6.6
倒片机	0.8%	上海微松	日本RORZE	5.5
TCB热压键合(HBM 产线额外采购)	25.0%	无	BESI、ASMPT

数据来源：各公司公告、开源证券研究所注：价值量占比为我们预计，市场空间为我们根据表 1数据进行测算得出

3.4、设备端：前道厂商技术降维，后道厂商市占率稳步提升

先进封装对光刻、刻蚀等晶圆级设备精度等性能的要求低于前道工艺，国产前道设备厂商向先进封装领域布局属于技术降维，如华海清科（CMP 设备）、盛美上海（电镀）、芯源微（涂胶显影、临时键合与解键合）、中微公司（TSV 深硅刻蚀）、拓荆科技（混合键合设备）等未来在国内先进封装产线有望占据较高份额。

对于后道封测设备厂商来说，更先进的封装工艺对设备要求提升，国产厂商在成品测试、分选等环节技术实力强，相比之下在固晶、切割、研磨、塑封等环节实力稍弱，未来市场份额预计稳步提升。

图23：前道制程技术节点向 2纳米前进，但封装段互联间距仍处于微米级

资料来源：Yole

4、供应链自主可控为产业共识，半导体前、后道设备国产化率有望进一步提升

4.1、中微公司：手握大马士革、极高深宽比刻蚀工艺的刻蚀机龙头

中微公司是国内刻蚀设备和 MOCVD 龙头，刻蚀设备覆盖 90%以上应用，MiniLED 关键设备 MOCVD 在蓝绿光 LED 生产线取得绝对领先地位。公司横向布局导体化学薄膜沉积设备 LPCVD、原子层沉积 ALD 和外延设备 EPI，同时通过投资布局光学检测设备。

在逻辑芯片制造方面，公司开发的 12 英寸高端刻蚀设备持续获得国际国内知名客户的订单，已经在从 65 纳米到 5 纳米的各个技术结点大量量产，满足 5 纳米技术以下的设备也已经获得重复订单并付运。在存储芯片制造方面，公司的等离子体刻蚀设备已大量用于先进三维闪存和动态随机存储器件的量产。

 CCP 刻蚀机：截至 2023 年中报有 2600+反应台在线生产、200+反应台进入 5 纳米及以下生产线。公司自主开发的大马士革一体化刻蚀机已进入客户验证阶段，自主开发的极高深宽比刻蚀机已经在客户端验证具有刻蚀≥60:1深宽比结构的能力。

 ICP 刻蚀机：截至 2023 年中报，200+反应台在线生产，不断验证新工艺，涵盖 7 纳米及以下逻辑芯片、17 纳米及以下的 DRAM 芯片和 3D NAND存储芯片（用于超高深宽比掩膜的刻蚀）领域应用。应用 ICP 技术的 8 英寸和 12 英寸深硅刻蚀设备在欧洲国际最先进的两家 MEMS 制造公司获得批量重复订单，并在 12英寸 3D芯片硅通孔刻蚀工艺上取得成功验证。

产能上，公司在南昌约 14 万平方米生产和研发基地于 2023 年 7 月正式投入使用；上海临港约 18 万平方米生产和研发基地建设完成，为公司长期高质量发展夯实基础。供应链管理方面，与全球约 400 家供应商建立稳定的合作关系。同时注重零部件的本土化，在国内培育了众多的本土零部件供应企业，有力地保障了供应链的稳定与安全。

4.2、芯源微：前道涂胶显影国产化先锋、先进封装键合设备国产领军

前道涂胶显影设是我国半导体设备产业少数国产化率仍低于 5%的设备种类。截至公司 2023 年半年报披露，芯源微是国内唯一可以提供量产型前道涂胶显影机的厂商。目前，公司的前道涂胶显影设备已完成在前道晶圆加工环节 28nm 及以上工艺节点的全覆盖，并持续向更高工艺等级迭代。

公司已成功推出第三代浸没式高产能涂胶显影设备平台架构 FT300（Ⅲ），获得下游客户的广泛认可。截至 2023 年中报，公司浸没式涂胶显影机客户端导入进展良好。同时，公司对第三代平台架构和内部腔体单元进行了进一步地完善与优化，未来该平台架构将作为通用性架构全面向下兼容 ArF、KrF、I-line、offline 等工艺。

在高端 offline 设备方面，公司的超高温烘烤 Barc 设备已实现客户重复订单；应用于其他旋涂类工艺的 SOC 设备实现了客户端导入，该设备可在碳旋涂环节中替代传统填充工艺，有效拓展了涂胶显影机的产品应用领域和市场空间。

单片式湿法设备为公司另一类核心设备，前道物理清洗设备整体已达到国际先进水平。目前已作为主流机型广泛应用于中芯国际、上海华力、青岛芯恩、广州粤芯、上海积塔、厦门士兰等知名厂商。

先进封装：公司的临时键合与解键合机均已进入客户验证阶段。

4.3、北方华创：国内半导体设备种类布局最广的平台型龙头

公司是规模最大、产品布局最全面的国产半导体设备厂商，同时布局射频电源和质量流量计两大关键零部件保障供应链安全。

刻蚀设备——ICP 龙头，CCP 实现突破。公司是国内 ICP 刻蚀设备龙头，ICP刻蚀产品出货累计超过 2000 腔。2022 年公司推出 8 英寸 CCP 刻蚀设备和 12 英寸CCP 晶边介质刻蚀机。8 英寸 CCP 刻蚀设备已批量供应市场，12 英寸 CCP 晶边介

质刻蚀机已进入多家生产线验证。

薄膜沉积——PVD 龙头，ALD、CVD 全覆盖，截至 2022 年年报累计出货超3000 腔。公司可应用于 12 英寸晶圆的 Al Pad PVD、TiN 硬掩模 PVD 等产品已应用于 28nm及 14nm工艺制程。Al Pad PVD 系统顺利打入国际供应链体，TiN 硬掩模PVD 系统已成为 28nm 大生产线中首台国产 Baseline 机台。在 CVD 领域实现对APCVD 外延设备、LPCVD 炉管设备、PECVD 钨沉积等设备的全面布局，承担ALD设备02专项研发，产品覆盖批式、单片式及TALD、PEALD。

热处理设备—产品覆盖立式炉和卧式炉管。立式炉装备方面，中温氧化/退火炉、高温氧化/退火炉、低温合金炉，低压化学气相沉积炉、批式原子层沉积炉均已成为国内主流客户的量产设备，累计出货超过 500 台，获逻辑、存储、功率、封装、衬底材料等领域主流客户的认可。卧式炉管主要用于光伏领域。

清洗：拥有单片清洗、槽式清洗两大技术平台，主要应用于 12 寸集成电路领域。单片清洗机覆盖 Al/Cu 制程全部工艺，是国内主流厂商后道制程的优选机台；槽式清洗机已覆盖 RCA、Gate、PR strip、磷酸、Recycle 等工艺制程，并在多家客户端实现量产，屡获重复订单。

外延：产品包括 SiC 外延炉、硅基 GaN 外延炉、6/8 寸多片硅外延炉，8 寸单片硅外延炉，12寸单片硅外延炉等 20 余款量产设备，累计出货近千腔。

4.4、盛美上海：围绕清洗、电镀设备向平台型厂商延伸

盛美上海以清洗、电镀设备，逐渐形成平台化产品布局。经过多年持续的研发投入和技术积累，先后开发了前道半导体工艺设备，包括清洗设备（包括单片、槽式、单片槽式组合、CO2 超临界清洗、边缘和背面刷洗）、半导体电镀设备、立式炉管系列设备（包括氧化、扩散、真空回火、LPCVD、ALD）、涂胶显影 Track 设备、等离子体增强化学气相沉积 PECVD 设备、无应力抛光设备；后道先进封装工艺设备以及硅材料衬底制造工艺设备。在清洗、电镀设备占据领先的市场份额。

凭借在清洗、电镀设备市场上领先份额预计平台化的产品布局，公司业绩高增。根据公司发布的 2023 年业绩预告，预计 2023 年营收同比增长 27.04%–47.93%，2024 年营收在 50 亿至 58 亿之间，以中值计算同比 2023 年增长 36.7%。

4.5、中科飞测：引领半导体质量控制设备国产替代

中科飞测主营半导体质量控制设备，包括量测设备和缺陷检测设备，应用于国内 28nm及以上前道IC制造产线和中道先进封装产线。

三大类设备（无图形晶圆缺陷检测设备、图形晶圆缺陷检测设备、三维形貌量测设备）贡献公司主要营收。无图形晶圆缺陷检测设备系列客户包括中芯国际、华卓精科、芯恩集成、士兰集科、上海积塔半导体等，图形晶圆缺陷检测设备系列设备包括长电先进（先进封装）、士兰集科（特色工艺）、华天昆山（先进封装）等。

4.6、拓荆科技：CVD国产龙头，布局混合键合设备

截至公司招股书披露，拓荆科技是国内唯一一家产业化应用集成电路 PECVD和 SACVD 设备的厂商，也是国内领先的 ALD 设备厂商。

公司的薄膜沉积产品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。其中，PECVD 设备已全面覆盖逻辑电路、DRAM 存储、FLASH 闪存集成电路制造各技术节点产线多种通用介质材料薄膜沉积工序。产品已广泛用于中芯国际、华虹集团、长江存储、长鑫存储、厦门联芯、燕东微电子等国内主流晶圆厂产线。

公司混合键合系列产品包括晶圆对晶圆键合（WtW 键合）产品和芯片对晶圆键合表面预处理产品,可用于 3D先进封装。WtW键合设备已实现产业化应用，可实现 12 寸晶圆对晶圆的混合键合和熔融键合。晶圆键合表面预处理产品截至 2023年中报披露日正在进行产业化验证，主要应用于晶圆及切割后芯片的表面活化及清洗。

4.7、快克智能：精密锡焊龙头，倒装固晶机黑马

主业：精密锡焊和 AOI设备，毛利率维持在 50%以上，主要应用于消费电子、新能源汽车领域。精密焊接设备常年供货苹果，AOI 设备获得苹果 TWS 耳机、智能手表 FATP段独供资格。

进军泛半导体与先进封装：精密焊接和半导体封装固晶键合工艺技术具有相通性，特别是固晶工艺段，所用设备和公司在 3C 领域用到的焊接设备相似，公司从3C 设备转向半导体设备在焊接技术以及自动化能力上一脉相承。目前，用于碳化硅封装的纳米银烧结设备已批量供货 H、立讯精密等大客户，分立器件、IGBT 固晶机也已导入国内主流厂商，同时在研OS段倒装固晶机。

4.8、赛腾股份：收购海外优质资产，进军半导体晶圆检测市场

主业：3C 自动化设备及产线，与 A 客户深度合作多年，供应产品从手表类设备拓展至手机、耳机类设备，A客户Visionpro发布有望创造新增量。

2019 年，公司通过收购全球领先的晶圆检测设备供应商日本 OPTIMA 涉足晶圆检测装备领域，Optima产品线覆盖硅片边缘缺陷自动检测设备 RXW-1200、晶圆片用背面检测设备 BMW1200、边缘/表背面复合检测设备 RXM-1200、晶圆制造外观检测 AXM-1200 四类。

Optima 深耕半导体检查设备和测量设备行业多年，已与多家国内外知名的半导体企业进行了良好的合作，公司拥有 Sumco、三星、协鑫、奕斯伟、中环半导体、金瑞泓等优质客户。

4.9、芯碁微装：主营微纳直写光刻设备，已供货国内主流先进封装厂商

公司深耕泛半导体直写光刻设备与 PCB 直接成像设备，已成长为国内直写光刻设备领军企业。

在主业 PCB 领域，公司直接成像设备市场占有率不断提升，积累了生益科技、深南电路、鹏鼎控股、景旺电子、胜宏科技等一系列客户。

在成长性业务先进封装领域，公司的直写光刻设备除了无掩膜带来的成本及操作便捷等优势，在再布线、互联、智能纠偏、适用大面积芯片封装等方面都很有优势，当前合作的客户有华天科技、盛合晶微等知名企业，设备在客户端进展顺利，目前在做量产和稳定性测试。

表3：受益标的估值表

评级	公司代码	股票简称	归母净利润 (亿元)			EPS（元)			PE（倍）
评级	公司代码	股票简称	2023E	2024E	2025E	2023E	2024E	2025E	2023E	2024E	2025E
买入	688012.SH	中微公司	17.45	20.73	27.01	2.82	3.35	4.36	39.8	33.5	25.8
买入	688037.SH	芯源微	2.59	4.10	5.79	1.88	2.98	4.20	45.4	28.7	20.3
买入	002371.SZ	北方华创	38.26	51.96	73.16	7.22	9.80	13.80	32.0	23.6	16.8
未评级	688082.SH	盛美上海	8.70	11.14	14.06	2.0	2.56	3.23	37.1	29	22.9
未评级	688361.SH	中科飞测	0.99	1.57	2.44	0.31	0.49	0.76	166.7	105.1	67.7
买入	688072.SH	拓荆科技	5.32	7.83	11.10	2.84	4.19	5.93	56.2	38.1	26.9
买入	603203.SH	快克智能	2.06	3.60	4.70	0.83	1.44	1.88	21.9	12.6	9.6
未评级	603283.SH	赛腾股份	5.34	6.72	8.02	2.67	3.35	4.00	21.6	17.2	14.4
买入	688630.SH	芯基微装	2.00	2.85	3.99	1.52	2.17	3.04	34.4	24.1	17.2

数据来源：Wind、开源证券研究所注：中微公司、芯源微、北方华创、拓荆科技、快克智能、芯碁微装数据来自开源证券研究所，其他来自 Wind一致预期最新收盘日为 2024年 2月 2日

5、风险提示

产线扩产进度、力度不及预期，设备国产化率提升不及预期。

特别声明

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分析师承诺

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股票投资评级说明

	评级	说明
证券评级	买入（Buy)	预计相对强于市场表现20%以上;
	增持（outperform)	预计相对强于市场表现5%～20%;
	中性(Neutral)	预计相对市场表现在一5%～十5%之间波动;
	减持	预计相对弱于市场表现5%以下。
行业评级	看好（overweight）	预计行业超越整体市场表现;
	中性（Neutral）	预计行业与整体市场表现基本持平；
	看淡	预计行业弱于整体市场表现。
备注：评级标准为以报告日后的6~12个月内，证券相对于市场基准指数的涨跌幅表现，其中A股基准指数为沪深300 指数、港股基准指数为恒生指数、新三板基准指数为三板成指（针对协议转让标的）或三板做市指数（针对做市转让标的）、美股基准指数为标普500或纳斯达克综合指数。我们在此提醒您，不同证券研究机构采用不同的评级术语及评级标准。我们采用的是相对评级体系，表示投资的相对比重建议；投资者买入或者卖出证券的决定取决于个人的实际情况，比如当前的持仓结构以及其他需要考虑的因素。投资者应阅读整篇报告，以获取比较完整的观点与信息，不应仅仅依靠投资评级来推断结论。

分析、估值方法的局限性说明

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目 录

图表目录

1、 核心内容一图

2、 先进存储、逻辑产线资本开支加大，国产半导体前道设备新签订单有望边际提速

2.1、 供需改善与高端突破并进，国内存储产线扩产确定性强规模大

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2.2、 手机龙头回归、AI 芯片海外代工受限，中国大陆 FinFET 产能紧缺

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