摘要：根据SEMI（国际半导体产业协会）数据：2023年，全球半导体设备市场规模1062.5亿美元。其中，中国大陆市场366亿美元（同比增长29%），占比34.43%；中国台湾市场196.2亿美元（同比下降27%）。

继续“半导体复仇者联盟”系列。

前面说了EDA&coreIP、IC设计，本文说芯片制造设备。

根据SEMI（国际半导体产业协会）数据：2023年，全球半导体设备市场规模1062.5亿美元。其中，中国大陆市场366亿美元（同比增长29%），占比34.43%；中国台湾市场196.2亿美元（同比下降27%）。

同时，SEMI预估：2024年全球半导体设备市场规模1130亿美元。其中，中国大陆市场超400亿美元，占比超35%，连续5年成为全球最大的半导体设备市场。

半导体生产分为前道工艺和后道工艺。其中：

-前道工艺是指晶圆制造厂的加工过程，简单地说，就是把电路加工在空白的硅片上，出厂时还是完整的圆形硅片。

-后道工艺是指封测厂的封装、测试过程，简单地说，就是把前道工序的硅片切割成单独的芯片颗粒，然后完成外壳封装和终端测试，出厂时就成为正式的芯片成品。

因此，半导体设备就分为前道设备和后道设备。其中：

-前道设备主要有热处理设备、光刻设备、涂胶显影设备、去胶设备、刻蚀设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、研磨设备、清洗设备、量测设备等。

-后道设备主要有封装设备（减薄机/划片机/装片机/引线键合机）、测试设备（测试机/探针台/分选机）等。

主要的半导体设备

从价值上看，前道设备的价值约占85%，后道设备的价值约占15%。从技术难度上看，后道设备相较于前道设备的技术难度较低。

一、热处理设备

热处理过程是将晶圆放置在充满特定气体的环境中，对其加热能以实现所需的化学反应和物理变化，主要有快速热处理/氧化/扩散/退火等设备。

在该领域中，主要由应用材料（AMAT，美国）、东京电子（TEL，日本）、日立高新（HHT，日本）三大厂商主导，约占全球市场份额的55%。

我国大陆在热处理设备领域与国际厂商的差距正在缩小，国产化率已经达到30%以上，代表企业有屹唐、北方华创等。

二、光刻设备

光刻设备是在特定波长的光线作用下，将设计好的在掩膜版上的集成电路图形，转印到硅片表面的光刻胶上，说白了就是“画图”。

在该领域中，阿斯麦（ASML，荷兰）、尼康（Nikon，日本）、佳能（Canon，日本）三巨头基本垄断了全球市场，分别占比约81%、9%和7%。其中，在光刻机深紫外（KrFi/ArFdry）领域，ASML市占率为95%/87%；在光刻机极紫外（EUV领）域，ASML一家独占，当前最先进的3nm制程，只有通过EUV光刻机才能生产出来。

我国大陆在光刻机领域与国际厂商差距极大，国产化率不足 1%，只能生产一部分低端光刻机，国内可实现量产制程为90nm/65nm，正在研发制程28nm，代表企业是上海微电子。

三、涂胶显影设备

涂胶显影设备是指在晶圆表面涂盖光刻胶（曝光前光刻胶涂覆），并对光刻胶进行显示影像操作（（曝光后图形的显影），以形成所需的电路图案。

在该领域中，主要由东京电子（TEL，日本）、迪恩士（DNS，日本）、苏斯微（SUSS，德国）主导，其中又以东京电子一家独大，约占全球市场份额的85%。

我国大陆在涂胶显影设备领域与国际厂商差距巨大，国产化率约7%，国内可实现量产制程为90nm/65nm/28nm，代表企业是芯源微。

四、去胶设备

去胶设备是刻蚀或离子注入完成之后，用于去除残余的光刻胶。

去胶设备是我国大陆实现国产化最高的半导体设备，国产化率达到80%以上。全球去胶设备厂商主要为屹唐（中国）、北方华创（中国）、比思科（BiSK，韩国）、日立高新（HHT，日本）、泛林半导体（Lam，美国）、泰仕半导体（TES，韩国）等，占全球市场份额的90%以上。

五、刻蚀设备

刻蚀设备是将光刻胶上的电路图形转移到光刻胶下层的薄膜材料上，并通过化学或物理方法，去除薄膜材料未被光刻胶掩盖的部分。

在该领域中，国外厂商主要有泛林半导体（Lam，美国）、东京电子（TEL，日本）、应用材料（AMAT，美国）、科磊（KLA，美国）、细美事（SEMES，韩国）、日立高新（HHT，日本）等。

我国大陆在刻蚀机领域已经迎头赶上，不过在先进制程方面还有差距，国产化率达到55%以上，国内可实现量产制程65nm/45nm/28nm/14nm/7nm/5nm（硅刻蚀）、65nm/45nm/28nm/14nm（介质刻蚀），代表企业有中微公司、北方华创、屹唐半导体等。

六、离子注入设备

离子注入设备是将离子注入到半导体材料中，改变其电学性能。

在该领域中，主要由应用材料（AMAT，美国）、亚舍利（Axcelis，美国）主导，约占全球市场份额的75%。

我国大陆在离子注入设备领域与国际厂商差距较大，国产化率10%-20%，国内可实现量产制程为65nm/45nm/28nm，代表企业有凯世通、中科信等。

七、薄膜沉积设备

薄膜沉积设备是一般通过物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）技术，在晶圆表面涂上几纳米至几微米不等厚度的金属或其他介质薄膜。

在该领域中，PVD市场由应用材料（AMAT，美国）主导，占市场份额的80%以上；CVD市场由泛林半导体（Lam，美国）、东京电子（TEL，日本）、应用材料（AMAT，美国）三大厂商主导，约占市场份额的65%；ALD市场由东京电子（TEL，日本）和先晶（ASMI，荷兰）主导，约占市场份额的60%。

我国大陆在薄膜沉积设备领域与国际厂商还有较大差距，国产化率约15%，国内客实现量产制程为65nm/45nm/28nm/14nm，代表企业有北方华创、拓荆科技、中微公司等。

八、清洗设备

清洗设备贯穿晶圆制造的全过程，用于清扫晶圆加工和封测工序步骤过程中存在的杂质。

在该领域中，国外厂商主要有迪恩士（DNS，日本）、东京电子（TEL，日本）、斯克林（SCREEN，日本）、泛林半导体（Lam，美国）、西门子（Siemens，德国）等，约占全球市场份额的40-50%。

我国大陆在清洗设备领域中已经具有了竞争力，国产化率超50%，国内可实现量产制程为65nm/45nm/28nm/14nm，代表企业有盛美半导体、北方华创、芯源微、至纯科技等。

九、研磨设备

研磨设备是通过CMP技术（化学腐蚀+机械抛光），对晶圆表面进行纳米级平坦化处理。

在该领域中，主要由应用材料（AMAT，美国）、荏原（Ebara，日本）两家公司主导，约占全球市场份额的60%，在14nm以下制程，几乎是由这两家垄断。

我国大陆在研磨设备领域与国际厂商的差距正在缩小，国产化率30-40%，国内可实现量产制程为28nm/14nm，代表企业是华海清科。

十、量测设备

量测设备是验证芯片的性能、质量和可靠性，对其进行颗粒污染、表面划伤、开短路等检测，以及对薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度等测量。

在该领域中，主要由科磊（KLA，美国）、应用材料（AMAT，美国）、雷泰光电（Raytek，美国）、日立高新（HHT，日本）、阿斯麦（ASML，荷兰）、先进科技（ASMPT，新加坡）六大厂商主导，约占全球市场份额的78%。

我国大陆在量测设备设备领域与国际厂商差距巨大，国产化率约7%，国内可实现量产制程为65nm/28nm/14nm，代表企业有中科飞测、上海精测、东方晶源等。

十一、封测设备

在封装机领域，主要由库利索法（K&S，新加坡，美国控股）、先进科技（ASMPT，新加坡）和佰瑟（BESI，荷兰）三大厂商主导。

在测试机领域，主要由泰瑞达（Teradyne，美国）、爱德万（ADVANTEST，日本）和科休（Cohu,美国）三大厂商主导，约占全球市场份额的90%。国内厂商代表有华峰测控、长川科技等。

在探针台领域，主要由日本东京电子和东京精密两家厂商主导，约占全球市场份额的85%。国内厂商代表是长川科技。

在分选机领域，市场格局相对分散，外部厂商主要有科休、Xcerra、爱德万、台湾鸿劲等，国内厂商代表有长川科技，我国大陆国产化率已达到 70% 以上。

综上，全球半导体制造设备主要由美日荷企业主导，特别是在中高端设备领域。

同时也可以看到，国产设备厂商正在抢占中低端市场，初步形成产业链成套布局，取得了良好的进展。同时，在重点设备环节已能实现 28nm 制程突破，部分刻蚀、清洗环节已推进至先进制程节点。

根据SEMI数据，中国大陆半导体设备国产化率从2014年的14%上升到2023年的23.3%，预计到2027年将达到26.6%。

根据TrendForce数据，中国大陆半导体前道主要设备国产化率和主要代表厂商如下表：

由上可见，我国大陆半导体设备厂商在去胶、清洗、刻蚀设备领域表现良好，国产化率已经超过一半以上；在CMP、热处理设备领域正在追赶，不久之后就会实现一半的国产化率；在薄膜沉积、离子注入、涂胶显影设备领域比较落后，但也实现了很大的突破；在量测、光刻设备领域非常落后，是接下来重点突破的领域。

不管怎么说，从工艺覆盖角度来看，我国大陆厂商已经涉足半导体制造工艺各个阶段，除了高精尖领域外，国产设备在成熟制程上可以满足各方面需求。

在美国对我国半导体高端设备禁运封锁背景下，随着国家在资金政策等要素资源扶持力度加大、企业技术攻关突破、上下游产业链协同效应增强，半导体设备自主可控进程将加速推进。

在以上半导体设备中，光刻设备、刻蚀设备和薄膜沉积设备是最关键的三类设备，分别占设备价值总额的21%、25%和22%。这其中，又以光刻机为关键中的关键，被冠以“工业皇冠上的明珠”。

根据SEMI数据，光刻机在半导体设备中的价值占比约21%，加上配套的涂胶显影设备和光刻工艺需要用到的掩模版、光刻胶等耗材，整体光刻工艺的费用约占芯片生产成本的1/3，耗费时间约占40%~50%。

依照不同光源，光刻机可分为UV（紫外）、DUV（深紫外）、EUV（极紫外）三种类型。

- UV（紫外光刻）：早期芯片，光源波长365nm/436nm，制程节点250nm-800nm之间；

-DUV（深紫外光刻）：成熟制程技术，光源波长193nm/248nm，制程节点7nm-180nm之间，主流用于28nm以上的芯片工艺；

-EUV（极紫外光刻）：光源波长13.5nm，制程节点7nm以下，是当前最先进的光刻工艺。

光刻机零件极多，越高端的光刻机其结构越复杂，如极紫外（EUV）光刻机，其内部零部件超8万个。同时，当制程达到7纳米以下时，所涉及的刻蚀机、离子注入机、研磨机等设备面临极高的技术壁垒和验证壁垒。

EUV光刻机总体结构及主要组成系统（图源网络，侵删）

全球范围内，仅有荷兰的ASML公司具备提供这一高端设备的能力，并且其技术主要依赖美国、日本等国的精密元件，受美国掌控。

荷兰ASML公司（图源网络，侵删）

上世纪90年代末，光刻机工艺被卡在193nm光源波长，遇到难以突破的瓶颈。为此，美国牵头组建了EUV LLC联盟，成员有英特尔、摩托罗拉、IBM等美国最顶尖的科技企业，以及劳伦斯利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室、劳伦斯伯克利实验室3个美国最顶尖的实验室，阵容豪华。

当时，美国没有合适的光刻机制造企业，于是就选择了荷兰的ASML，约束条款是：

-ASML必须把研发中心设在美国，50%以上的核心零部件必须采购自美国企业或美国指定的其他国家企业，无条件接受美国定期或不定期技术和商业有关审查。

此后，ASML依托EUV LLC联盟，成为全球最大的光刻机制造商，并垄断了EUV光刻机。也可以这样理解，荷兰ASML实际上是美国的总代，美国不同意，ASML就不能向我国出售最先进的EUV 光刻机。

那么，目前国产光刻机与ASML差距有多大呢？

2024年9月，我国工信部发布重大技术装备推广目录，国产氟化氩光刻机赫然在列。国产ArF光刻机采用的光源波长为193nm，分辨率≤65nm，套刻≤8nm。该技术参数与ASML在2015年出货的ArF光刻机TWINSCAN XT：1460K（分辨率为≤65nm，套刻≤5nm）较为接近。换句话说，在ArF光刻机领域，我国与ASML的差距是9年。

既然国产ArF光刻机已纳入推广目录，那么制程节点7nm以下的EUV光刻机就在路上了，估计就是一个五年计划的时间。

芯片制造的背后，还有一批关键材料，如高纯硅片、光刻胶、靶材、电子气体、CMP材料、光罩、先进封装材料等。下一篇，说说芯片晶圆制造材料。

来源：物流启示录