1.台积电上调资本支出预算

1.1.下游晶圆厂扩张需求旺盛

全球半导体市场规模逆势增长，推动半导体专用设备需求：半导体专用设备市场与半导体行业的繁荣密切相关。其中，芯片制造设备是半导体专用设备行业需求最大的领域，下游新兴产业的快速发展是半导体设备行业的最大驱动力。

半导体制造设备销售额增长强劲，半导体产业链有望向中国转移，中国将成为半导体设备的最大市场：据SEMI统计，2020年全球半导体设备销售额将创下712亿美元的历史新高，同比增长19%。从地区来看，中国大陆首次成为全球最大的半导体设备市场，销售额同比增长39%，达到187.2亿美元。台湾是第二大设备市场，在2019年表现出强劲增长后，2020年稳定在171.5亿美元。

2019年和2020年按地区划分的半导体设备（单位：亿美元）

自2020年第四季度以来，芯片短缺严重，预计2022年将有所缓解，晶圆厂扩张需求强劲。半导体行业高需求的开始标志着2020年下半年对新能源汽车的高需求。紧张的芯片产能已经从汽车芯片逐渐蔓延到消费类芯片。对晶圆厂扩张的需求非常强劲。缺少芯片的主要原因如下：

在2019年之前，手机芯片的需求远远大于汽车芯片的需求。许多晶圆厂将汽车芯片生产线改造成手机芯片生产线，导致全球汽车芯片产能大幅下降。2020年下半年后，新能源汽车需求增加，汽车芯片订单大幅增加，下游晶圆厂完全没有准备。

疫情对半导体行业的整体产能造成了冲击。

晶圆产能紧张，下游厂商提高产品价格：晶圆短缺已成为常态，从8英寸晶圆领域扩展到12英寸领域。目前，许多芯片代工厂正在满负荷运转，但产能仍然紧张，难以满足巨大的代工需求。因此，国内外媒体和产业链预测，至少晶圆短缺导致的全球芯片短缺要到2022年下半年才会开始缓解。下游芯片制造商由于晶圆短缺而面临供应短缺，并因此提高了价格。

为了应对产能缺口，晶圆制造商扩大了产能：为了应对产能差距，晶圆制造商增加了产能。据统计，2020年，大陆共有12家晶圆厂建成投产，每月新增产能144.5万片。

晶圆厂产能扩大，新厂预计将带来大量半导体设备需求：截至2021 4月，中国在建的一些晶圆厂项目已经统计，已知投资规模为957.2亿元，可提供45万至55万片/月的生产能力。半导体设备是晶圆厂最大的投资，约占总投资的75-80%。预计随着晶圆厂产能扩张项目的建设，对半导体设备的需求将很大。

1.2、下游资本支出增速提升，半导体设备景气度持续上升

半导体设备行业受下游厂商资本支出影响较大，具有一定的周期性属性。随着近年来下游需求的增长，2020年全球半导体行业资本支出将达到732亿美元，增速将由负转正。

2020年，台积电的资本支出达到172亿美元，未来几年资本支出将继续扩大。根据台积电第一季度电话会议，预计2021资本支出将增至300亿美元，未来三年（21-23年）的资本支出总额将达到1000美元。1亿美元，其中80%用于先进工艺（3nm、5nm、7nm），10%用于先进封装和掩模制造，10%用于特种工艺。

2.梳理半导体产业链

2.1梳理半导体产业链

半导体是指在室温下导体和绝缘体之间具有导电性的材料，广泛应用于各种电子产品中。半导体产品可细分为四类：集成电路、分立器件、光电子器件和传感器。它们广泛应用于5G通信、计算机、消费电子、网络通信、汽车电子、物联网等行业。

特种设备是半导体生产的基础：各种半导体的生产过程主要包括芯片设计、晶圆制造、封装和测试等过程。每个生产过程都需要在相应的特种设备技术允许的范围内进行设计和制造。半导体专用设备技术复杂，设备的技术参数和运行的稳定性对半导体生产的效率、质量和产量起着至关重要的作用。

从产业链来看，半导体产业链涉及材料装备、芯片设计、晶圆制造和封装测试等配套产业，以及半导体产品终端应用产业。以集成电路为代表的半导体产品应用广泛，下游行业需求的增长是半导体行业快速发展的核心动力。

2.2半导体设备梳理

2.2.1各设备投资比例

半导体制造过程主要包括三个主要环节：硅片制造、晶圆制造以及封装和测试。在成熟市场中，晶圆制造设备约占80%，检测、封装、硅片制造和其他（如掩模制造）设备分别约占8%、6%、3%和3%。

晶圆加工设备投资比例

晶圆制造工艺是生产链中最重要的资产，晶圆制造设备投资约占设备总投资的80%。在晶圆加工设备的投资中，光刻设备投资占比高达25%，其次是薄膜沉积，占比15%，第三是前端测试设备、蚀刻设备和封装设备，占比10%。其次是包装和测试设备（8%）、清洁设备（7%）、离子注入设备（3%）和晶体生长（2%）。

2.2.2光刻机

光刻机的基本原理是：将高能激光穿过标线片，将标线片上的电路图案穿过聚光透镜（投影透镜），将图像缩小十六分之一，然后在晶片上的预涂光刻胶层上成像（图像复制）。

主要制造商：光刻机制造商集中度高。在世界主要公司中，荷兰ASML可以覆盖所有级别的光刻机产品，在高端光刻机的生产方面处于世界领先地位。其他著名的光刻机制造商包括日本的佳能（Canon）和日本的尼康（Nikon）。

2.2.3蚀刻设备

基本原理：蚀刻是一种通过化学或物理方法选择性地从硅片表面去除不需要的材料的过程，通常是在显影和检查之后，以便在涂有胶水的硅片上正确复制掩模图案。

半导体制造中有两种基本的蚀刻工艺，干法蚀刻和湿法蚀刻，其中干法蚀刻是蚀刻亚微米尺寸器件的最重要方法。

干法蚀刻，也称为等离子体蚀刻，是指使用气体化学蚀刻剂与硅片上未被光刻胶覆盖的材料发生物理或化学反应（或两者兼有），以去除暴露的表面材料工艺。

湿法蚀刻是指使用液体化学试剂（酸、碱、溶剂等）化学去除硅片表面材料的过程。由于其线宽控制和蚀刻方向性的限制，目前仅用于蚀刻硅片上的某些层或清洁残留物。

主要生产企业：硅蚀刻机制造商众多，主要包括日本泛林半导体、应用材料、东京电子；中国制造商包括中微、北方华创等。其中，中微的介质刻蚀机已进入5纳米工艺。

2.2.4.清洁设备

清洁设备是非常重要的半导体设备，对确保芯片产量至关重要。它被广泛应用于半导体生产的各个方面。在光刻、蚀刻、沉积和其他工艺中需要重复清洁，以避免杂质影响芯片产量和性能。

根据工艺，清洗设备主要可分为湿式清洗设备和干式清洗设备。其中，湿法清洁路线占芯片制造清洁步骤数量的90%以上。湿法清洁设备的工作原理如下：使用特定的化学溶液和去离子水，在不损坏晶圆表面的情况下清洁晶圆表面，以去除晶圆制造过程中的颗粒、天然氧化物层、有机物、金属污染和牺牲层。在湿法清洗工艺路线下，可分为单片机清洗、罐体清洗、组合清洗和批量旋转喷雾清洗。

主要制造商：全球清洁设备市场高度集中，日本的SCREEN和TEL是领先的公司。其他制造商包括SEMES、LAMRESEARCH，以及国内制造商胜美半导体、智纯科技和北方华创。

2.2.5.离子注入设备

基本原理：离子注入机是一种将特定种类的离子注入具有特定参数的特定材料中，并执行核心掺杂过程的设备。要将半导体制成器件并改变其电财产，必须掺杂杂质，离子注入机是执行掺杂过程的标准设备。

主要制造商：全球IC离子注入机行业市场基本被应用材料占据，其他主要制造商包括美国的Axecelis、日本的住友重工和中国的中科新。

2.2.6.涂胶显影设备

基本原理：涂胶和显影设备是在光刻过程中与光刻机配合使用的涂胶、烘焙和显影设备，包括涂胶机（SpinCoater）、显影剂和喷涂机（SprayCoater）。涂胶显影设备和光刻机在线工作，形成配套的晶圆加工和光刻生产线，完成精细光刻工艺。

涂敷器：将光致抗蚀剂涂敷在清洁干燥的晶片表面。将硅片固定在真空滑动台上，将液体光致抗蚀剂滴在硅片的中心，通过旋转获得均匀的光致抗抗蚀剂涂层。

显影剂：用显影剂溶液溶解正性光刻胶的暴露区域（负性光刻胶为未暴露区域）。将硅片冷却至约23°C（与显影剂温度相同），并与显影器发生化学反应，溶解暴露区域，形成设计的三维图案。

喷胶器：在不规则表面的晶圆上涂上光刻胶。通过将光刻胶雾化成液滴，光刻胶液滴被氮气（N2）吹出并喷射到衬底或晶片的表面上，并且承载晶片的热板通过加热蒸发光刻胶溶剂。树脂保留在基板或晶片的表面上，从而形成相对均匀的光致抗蚀剂覆盖。

主要生产企业：在当前全球胶水开发设备市场上，日本东京电子（TEL）处于领先地位，市场份额达86%。此外，SCREEN、SEMES等企业也表现强劲。在国内胶水涂布和开发设备市场，鑫源微作为唯一的本土企业，市场份额约为4%，TEL约为91%，SCREEN约为5%。

2.2.7.薄膜沉积设备

基本原理：薄膜沉积技术的工作原理是通过物理或化学方法实现一系列涉及原子的吸附。吸附原子在表面扩散并在适当的位置聚结，然后逐渐形成薄膜并生长。目前，市场上的薄膜沉积设备根据工艺主要分为三种：ADL（原子层沉积）、PVD（物理真空涂层）和化学真空涂层（CVD）。

ALD技术：一种方法（技术），通过交替地将气相前体脉冲送入反应器并在沉积基底上化学吸附和反应来形成沉积膜。当前体到达沉积基底的表面时，它们在其表面发生化学吸附并发生表面反应。原子层沉积反应器需要在前体脉冲之间用惰性气体进行清洁。

CVD技术：将含有气体反应物或液体反应物的蒸汽和反应所需的其他气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应，形成薄膜。

PVD技术：在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使目标材料蒸发并电离蒸发的材料和气体，利用电场的加速使蒸发的材料及其反应。产品沉积在工件上。

主要制造商：在国际薄膜沉积设备市场上，主要有应用材料、泛林半导体、TEL等制造商。在国内市场，主要公司是NAURA和沈阳拓晶。其中，NAURA涵盖CVD、ALD和PVD三条产品线。而沈阳拓晶主要专注于CVD和ALD。NAURA和沈阳拓晶都有达到14/28nm的技术节点。

2.2.8.通道前数量测试设备

基本原理：预量检测是根据光学原理和电子束原理进行的。它用于晶圆的加工和制造过程。它是一种物理和功能测试，用于检测产品在工艺的每个步骤后的加工参数是否达到了水平。

根据测试目的，前端体积检测可以细分为测量和检测。测量主要是测量芯片的薄膜厚度、关键尺寸、配准精度和其他材料财产，如薄膜应力、掺杂浓度和其他材料财产，以确保其满足参数设计要求；检测主要用于识别和定位产品。表面杂质颗粒污染、机械划痕、晶片图案缺陷等问题。

一线测量设备种类繁多，包括椭圆仪、四探针、热波系统、相干检测显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜等。

主要生产企业：由于技术和资金壁垒极高，一线测量设备行业对行业内公司的研发能力有很强的要求。目前，国内外市场高度集中，国际市场的龙头公司主要包括美国的KLA、日本的日立和美国的ONTO。

2.2.9.成套设备

基本原理：包装过程不是：划片、芯片装载、粘合、塑料包装、爆燃、电镀、印刷、肋骨切割和成型、外观检查、成品测试、包装和运输。相应地，包装设备包括切割和减薄设备、划片机、放置机、固化设备、焊丝焊接/粘合设备、塑料包装、肋骨切割设备等。

主要生产公司：在包装设备生产领域，全球市场上具有代表性的公司包括日本的新川公司、川崎公司、荷兰的贝西公司和中国香港的亚太公司。其他国内包装设备制造商包括CLP 45、深圳翠涛、苏州阿克雷斯、大连嘉丰、富世三甲等。

2.2.10.测试设备

基本原理：检测设备是指在整个生产过程中或几个关键工序后，对硅片或晶圆的质量和性能进行定量检测的设备，包括探针站、测试机、分拣机。检查产品在生产过程中和生产后的各项财产是否符合设计要求。

半导体测试包括晶圆可接受性测试（WAT）、晶圆检验（CP）和成品测试（FT）。晶圆可接受性测试主要用于监控工艺稳定性、确定装运标准等。；晶片检测（CP）是测试一些基本的器件参数，如阈值电压、导通电阻、源极-漏极击穿电压等。；成品测试（FT）是对封装芯片的功能和电气参数进行测试。

主要厂商：目前市场集中度较高，呈现高度集中的格局。美国的Teradyne、Cohu、日本的Advantest等知名外国公司凭借强大的技术和品牌优势，在高端市场占据领先地位。

2.3.全球半导体产业链的竞争格局

2.3.1.全球半导体设备市场

就收入而言，全球排名前十的半导体设备公司大多是美国和日本公司。从整体半导体设备市场来看，美国和日本公司优势明显，市场集中度高，CR10高达76.6%。在2020年全球收入前十的半导体设备公司中，有四家美国公司、四家日本公司和两家荷兰公司。其中，收入超过100亿美元的公司有四家，分别是美国应用材料公司（AMAT）、荷兰ASML、美国Lam研究公司（LamResearch）和日本东京电子公司（TEL）。

蚀刻、薄膜、测试、清洁等领域打破了国内空白，技术突破迅速。近年来，中国企业持续加大投资，在技术上取得关键突破，打破了许多领域的空白。市场已经开始实现中国的替代。例如，微蚀刻机的研发已经达到了5纳米的技术节点；北方华创和拓晶的薄膜沉积设备已达到14/28nm的技术节点；智纯科技的清洁设备已进入中芯国际、华虹等企业的供应链；华峰测控的测试机已进入ASE、STMicroelectronics等国际封装测试领导者的供应链。

2.3.2.全球半导体产业链的竞争格局

在全球范围内，美国和日本公司在整个半导体产业链的大多数领域都具有明显的优势。其他国家和地区，如中国台湾、韩国和欧洲，在一些领域发展良好。

明确地：

芯片设计：芯片设计行业的大多数领先公司都是美国公司。主要有高通、博通、联发科、英伟达等。

晶圆制造：晶圆制造业高度集中，台积电领先地位稳定，2021Q1市场份额超过50%。韩国的三星、美国的GlobalFoundries和台湾的UMC等其他公司的市场份额相对较高。

包装和测试：2020年包装和测试行业的CR10为83.98%，行业高度集中。主要有台湾的ASE、美国的Amkor、台湾的PTI和新加坡的联合技术公司。

半导体前端设备：美国和日本公司有很大的优势。该领域的领先公司包括荷兰ASML、美国AMAT、日本TEL、日本SCREEN、美国科天和韩国SEMES。

包装测试设备：包装测试设备市场也高度集中在头部。在测试设备方面，2019年，日本的Advantech和美国的Teradyne的市场份额合计为90%。在包装设备方面，主要公司有新川、川崎等。

材料：在众多细分的半导体材料市场中，美国和日本公司仍然占据主导地位。在硅片方面，日本信越化学、日本SUMCO、德国Siltronic和韩国LG是主要公司；在靶材方面，日本JX Nippon Mining Metals和美国霍尼韦尔是领先的公司；在CMP抛光材料方面，陶氏化学、日本富士美和日本HinotoKenmazai是领先的公司；在光刻胶方面，日本的JSR，日本的信越化学。和美国的陶氏化学公司是领先的公司；在电子特殊气体方面，美国空气化学公司和美国普莱克斯公司。日本的大阳制酸和其他公司都是领先的公司；在光掩模方面，美国的光电子、日本的DNP和日本的Toppan占据了80%以上的市场