摘要：受人工智能、物联网、5G、自动驾驶等领域推动，全球半导体设备需求持续增长，尤其是在高端芯片制造、先进封装技术等领域。今年来，多个国家开始加大对半导体设备产业的布局，以确保在全球半导体产业链中的竞争力。市场来看，上游半导体设备竞争日趋热烈，中国、俄罗斯近期均传来
受人工智能、物联网、5G、自动驾驶等领域推动，全球半导体设备需求持续增长，尤其是在高端芯片制造、先进封装技术等领域。今年来，多个国家开始加大对半导体设备产业的布局，以确保在全球半导体产业链中的竞争力。市场来看，上游半导体设备竞争日趋热烈，中国、俄罗斯近期均传来声音。
中国半导体设备，风起云涌
全球半导体设备产业的头部企业集中在美国、荷兰、日本和韩国等国，尤其在光刻、刻蚀、沉积等关键领域占据主导地位。近些年，在晶圆厂扩产与国产化的双轮驱动下，中国半导体设备企业正在通过加大研发投入和国产化替代，并逐步取得进展。目前中国在高端光刻设备（特别是EUV光刻机）等领域仍存在一定差距，但在刻蚀、CVD、PVD、封装测试设备等领域，中国企业已经取得了一定的市场份额，并逐步实现国产化替代。
市场上冒尖的中国半导体设备企业涉及北方华创、中微公司、华海清科、盛美上海、精测电子等等。从各家的产品布局来看，北方华创在半导体设备方面实现了平台化布局，具体产品包括刻蚀机、PVD、CVD、ALD、清洗机等多款高端半导体工艺装备。截至2024年上半年末，北方华创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的投资进度分别为59.65%、86.63%和72.7%。
中微公司以刻蚀等前道设备为主，刻蚀设备产品涵盖了等离子体刻蚀机、干法刻蚀机等，同时目前该公司的TSV设备可以使用在先进封装领域，并已布局其他应用于先进封装的设备产品，将根据客户需求情况逐步导入市场。
华海清科以CMP产品为主，该公司新的抛光系统架构CMP机台已实现小批量出货，并获得多家头部客户的批量销售订单；12英寸超精密晶圆减薄机已实现首台验证，其性能获得客户认可，满足客户批量化生产的需求；应用于4/6/8英寸化合物半导体的刷片清洗装和12英寸单片终端清洗机已实现首台验收。
盛美上海的半导体清洗设备和电镀设备可以与全球第一梯队半导体设备供应商竞争，其清洗设备能够覆盖的清洗步骤已达90%-95%左右；立式炉管系列设备已批量进入多家客户生产线；涂胶显影Track设备已进入客户端正在验证中；等离子体增强化学气相沉积PECVD设备正在研发中，预计2024年该设备的工艺覆盖率大概达到50%左右。
值得注意的是，除了上述企业，近期国内半导体设备市场势如破竹，传来多条新消息：研微半导体首台ALD设备交付大客户；中导光电获得8英寸碳化硅晶圆缺陷检测设备订单；功率半导体核心封装设备制造商科瑞尔完成新一轮融资；广州粤升半导体碳化硅外延设备大批量出货...
具体来看，11月22日，研微半导体自主研发的首台国内先进纳米制程原子层沉积设备发车出厂，交付国内头部客户。研微半导体创始人、CEO林兴表示，“这台300mm半导体设备针对芯片中高深宽比结构的台阶覆盖不良等问题，可以提供优异的沉积均匀性和一致性，在精度、效率及稳定性等方面实现质的飞跃。”据悉，目前，研微半导体已有多款原子层沉积设备产品完成样片检测，正逐步进入客户工厂进行验证生产。
近日，中导光电宣布成功获得国内功率半导体头部客户的8英寸碳化硅（SiC）晶圆缺陷检测设备订单。中导光电NanoPro-1XX设备可以为碳化硅芯片制备产线提供全工艺过程缺陷检测。相较于6英寸碳化硅晶圆，8英寸碳化硅晶圆的尺寸增大，对制造和检测过程中的精度与工艺要求更高。中导光电表示，公司投入大量资源研发，力求在晶圆表面纳米级缺陷检测方面达到更高的精确度和更复杂的工艺水平。
11月中旬，由中车资本主发起的中车转型升级基金，已在本月完成对功率半导体核心封装设备制造商常州科瑞尔科技有限公司（以下简称“科瑞尔”）的投资。资料显示，科瑞尔是业内同时具备IGBT模块自动化产线设计和单站核心设备研发能力的企业，主营产品已经获得国内外排名前十的大多数头部功率半导体模块厂商认可，构建了IGBT模块智能自动化封装产线，核心主设备车规级IGBT功率模块分体微米插针机已经服务数家国内知名模块厂商。
11月18日，广州粤升半导体设备有限公司宣布，公司已在今年9月实现碳化硅（SiC）外延设备的大批量出货。此批设备在第一代外延炉基础上做了进一步优化设计，具备生产高质量、高稳定性的外延片生产能力。广州粤升表示，公司自主研发的SiC外延设备，已在客户端连续稳定运行近两年，能够满足厚膜以及3C晶型的外延要求。
此外，11月26日，位于新埭镇高端装备智造产业园的晶驰机电半导体材料装备研发生产项目投产，达产后，预计可形成年产120台半导体长晶和外延专用设备的生产能力，实现年产值1.4亿元。晶驰机电（嘉兴）有限公司总经理郭森表示，项目正式投产后，公司将加强技术创新，进一步提升产品质量和服务水平，推进8英寸大尺寸碳化硅外延设备与碳化硅长晶设备、4-6英寸大尺寸金刚石长晶设备、氮化铝长晶设备等三大类产品生产。
中国半导体设备发出预警信号
随着2024年末将至，中国半导体设备市场发出预警信号。据国际半导体产业协会（SEMI）数据显示，“2024年中国半导体设备采购额预计将再创新高，首次突破400亿美元。不过随着2025年需求恢复正常，中国半导体设备市场需求将出现衰退。”
对此，业界认为，随着全球半导体供应链的紧张，中国更加重视自主研发与生产设备的建设，这使得中国加大了对国产半导体设备的采购力度，进一步提升了采购额。国产化替代加速、先进制程的需求增长、新厂建设及全球供应链安全等这些因素叠加在一起，使得2024年成为中国半导体设备采购的一个高峰期。不过在这些生产线投入使用后，设备采购需求进入了平稳期，不再出现集中采购的高峰。如果新的生产线和设备过剩，厂商可能需要时间来消化现有的产能，从而导致2025年对设备的需求减少。
尽管短期内可能出现衰退，但从中长期来看，随着中国半导体产业的持续发展、技术进步以及设备国产化的推进，中国半导体设备市场的需求仍将保持较为稳定的增长，尤其是在5G、AI、汽车电子等新兴应用领域的推动下。
整体而言，2024年的设备采购高峰并非市场增长的终点，而是一个周期性波动中的高峰。随着技术的进步和政策的支持，中国半导体设备市场依然具有较大的成长潜力，衰退只是短期的调整，长期趋势依然看好。
俄罗斯加速追赶：开发自主半导体制造设备
据外媒CNews报道，俄罗斯工业和贸易部已下达开发200毫米直径晶圆制造设备的任务，用于生产拓扑结构从180纳米到90纳米的芯片。这项工作获得了超过17亿卢布(约1773万美元)的资助。此举是俄罗斯本土光刻生产线构建的一部分。
根据报道，俄罗斯工业和贸易部委托开发的这种半导体设备，用于对二氧化硅、钨和铜介电层进行化学机械抛光（CMP）。设备的国外功能原型是由美国应用材料公司（Applied Materials）生产的MIRRA Mesa Integrated System200，设备的主要使用方包括Mikron和“HM-TEX”工厂，以及其他使用化学机械抛光（CMP）工艺的企业。
另据CNews 10月报道，俄罗斯政府已拨款超过2400亿卢布（25.4亿美元）支持国产半导体制造所需设备、CAD工具及原材料研发，目标是到2030年实现对于国外约70%的半导体设备和材料的国产替代。
从目标细节上看，俄罗斯计划在2026年底实现利用国产设备来生长单晶、切割硅晶圆、研磨和抛光、洗涤和干燥、应用元素并控制输出产品（X射线衍射仪、缺陷控制），并完成用于350nm和130nm工艺技术的光刻设备和用于150nm生产节点的电子束光刻设备的开发，能够掌握外延法（即在单个衬底上生长多层半导体材料的过程）工艺；到2030年，俄罗斯能够自主生产65nm或90nm制程的国产光刻系统，这将显著提高俄罗斯生产微电子产品的能力，但仍将落后于目前全球行业领先水平25至28年。
该计划由俄罗斯工业部、贸易部、俄罗斯国际科学技术中心（ISTC）MIET电子工程部制定，涉及半导体制造的多个环节，包括技术设备、材料和化学品、计算机辅助设计（CAD）系统。目前已经有50多个组织参与了该计划的实施，并已启动了41个研发项目，2024年将启动26个，2025-2026年将启动另外43个，共计110个项目。
从俄罗斯市场来看，俄罗斯芯片制造商Angstrem、Mikron等所能够生产的最先进的制程工艺依然停留在65nm或90nm等成熟节点，大量依赖于国外的半导体制造设备，尤其是光刻设备。另据ISTC MIET负责人雅科夫·别特连科（Yakov Petrenko）披露，俄罗斯目前至少使用了400种不同型号的半导体制造设备，其中只有12%可以在当地生产。
晶圆制造设备主导市场，光刻机成半导体制造核心支柱
资料显示，半导体设备是指用于制造、处理或测试半导体材料和器件的设备，分为前道工艺设备（晶圆制造）和后道工艺设备（封装测试）：在前道晶圆制造中，分为7大工艺，包括氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、清洗和金属化，所对应的专用设备主要包括氧化/扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、机械抛光设备等；后道设备包括减薄、划片、打线、Bonder、FCB、BGA 植球、检查、测试设备等。
在过去几年中，全球半导体设备市场持续增长，尤其是在先进工艺制程、AI、5G、汽车电子等新兴应用的推动下，光刻机、刻蚀机、沉积设备等需求大幅增加。根据业界信息，就整个半导体设备市场而言，晶圆制造设备为主体占比81%，封装设备占比6%，测试设备占比8%，其他设备占比5%。其中，晶圆制造设备里涉及到光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备皆为核心设备，大约分别占晶圆制造环节设备成本的24%、24%、18%。
从具体分类上看，光刻机是半导体芯片制造中最精密复杂、难度最高、价格最昂贵的设备，是整个制造流程工艺先进程度的重要指标。目前市场最为广泛应用的是浸入式光刻机和EUV光刻机。刻蚀技术按工艺分类可分为湿法刻蚀与干法刻蚀。目前主流的刻蚀技术是干法刻蚀，其中以等离子体干法刻蚀为主导。薄膜制备包括沉积法与生长法，常见的是沉积法，涵盖物理沉积（PVD）与化学沉积（CVD）。
总体而言，随着全球半导体技术的不断进步，尤其是向更先进的制程节点推进，半导体设备厂商面临着更大的技术挑战和市场机遇。上述各方加速部署实施方案，未来几年，随着全球半导体市场需求的持续增长，半导体设备厂商将继续推动技术创新，尤其是在高端制造设备和后道封装领域。
来源：全球半导体观察
