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一、半导体设备概况

1、步骤

集成电路系采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及它们之间的连接导线前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技制作在一小块半导体晶片如硅片或介质基片上，然后焊接封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的电子器件。

前道晶圆制造工艺复杂，分别为氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化，清洗和检测是贯穿半导体制造的重要环节，简化来看，按照工艺次序可分为：

氧化：在硅片表面形成二氧化硅层，由于二氧化硅硬度高且致密，可以保护晶圆表面不被划伤并且阻挡污染物。

涂胶：通过涂胶机在晶圆表面均匀涂覆光刻胶。

光刻：通过光刻曝光将设前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技计好的电路图从掩膜版转移到晶圆表面。

显影：在显影机中利用显影剂去除被曝光的光刻胶，在光刻胶膜上显示出电路图形。

刻蚀：在刻蚀机中通过离子撞击去除多余的氧化层或其他薄膜层，将电路图形从光刻胶膜永久转移到晶圆表面。

离子注入：将掺杂剂材料射入晶圆表面（也可通过热扩散工艺实现）。该步骤的主要目的是形成PN 结，PN 结是晶体管工作的基本结构。（即利用 PN 结的导通和截止分别代表 1 和 0）

去胶：光刻胶仅作为转移电路图形的中介，最终并不在电路中发挥实际作用，因此需要通过去胶机去除。

薄膜沉积：前述操按照预定的电路图在相应位置形成了核心器件 PN 结，但这些结构是分立的，需要添加导前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技电层实现互连（相当于电路中的导线），薄膜沉积操作可将金属层等结构添加在晶圆表面。薄膜沉积也可以在晶圆表面添加绝缘介质或其他半导体，沉积好的薄膜将作为电路的功能材料层（类比 3D 打印）。

CMP（化学机械抛光）：该过程可去除之前晶圆表面形成的多余材料，并实现晶圆表面平坦化。直观理解即集成电路的制造过程好比建多层的楼房，每搭建一层楼层都需要让楼层足够平坦齐整，才能在其上方继续搭建另一层楼，否则楼面就会高低不平，影响整体性能和可靠性。

2、壁垒

1）半导体设备是由成千上万的零部件组成的复杂系统，将成千上万的零部件有机组合在一起实现精细至 nm 前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技级别的操作是第一个难点。

2）保障设备在 nm 级别的操作基础上的超高良率是半导体设备制造过程中的第二个难点。制造一块芯片通常需要上百台设备紧密配合，历经 400-500 道工序，若单工序良率仅能做到 99%，则历经 500 道工序最终良率不足 1%；提升至小数点后两位的水平才能使良率达到 95%以上。

3）保障设备在实现以上两个要求的基础上长时间稳定的运行是半导体设备制造过程中的第三个难点。与上述前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技同理，一条芯片产线上百台设备，每一台设备稳定运行时间的微小降低将在整个体系内被巨额放大。若发生设备宕机造成该批假设 1000 片晶圆的报废，在 28nm 及以下的制程级别对应的损失超过 300 万美元，近 2000 万人民币。

4）客户验证

半导体设备验证流程复杂，周期长。设备厂商与下游客户在首次合作或某种工艺机台的首次合作前，需要先向客户发送验证机台，该机台验证通过后下游晶圆厂才会给到设备厂批量订单。机台交付并运送至客户厂区后，由公司人员在客户现场完成机台的装机和调试工作，经过工艺测试和产品片验证满足客户要求后，按照客户验证对设备进行小批量前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技测试、马拉松测试，以对机台稳定性进行考察，之后启动机台验收，总耗时需要 8-18 个月。

二、半导体设备格局

1、清洗设备

清洗设备为半导体制造的重要设备之一，清洗步骤约占整体步骤的 1/3。半导体清洗是指针对不同的工艺需求对晶圆表面进行无损伤清洗以去除半导体制造过程中的颗粒、自然氧化层、金属前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技污染、有机物、牺牲层、抛光残留物等杂质的工序。为减少杂质对芯片良率的影响，实际生产中不仅需要提高单次清洗效率，还需在几乎所有制程前后进行频繁清洗。

按照清洗原理来分，清洗工艺可分为干法清洗和湿法清洗，目前 90%以上的清洗步骤以湿法工艺为主。在湿法清洗工艺路线下，主要包括单片清洗设备、槽式清洗设备、组合式清洗设备和批式旋转喷淋清洗设备等，其中以单片清洗设备为主流。

Screen 为全球清洗设备市场龙头，国内盛美上海、芯源微等厂商加速突破。半导体清洗设备约为半导体设备总规模的 5%，2021 年起半导体清洗设备市场增长迅速，市场规模达到 42 亿美前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技元，预计 2022 年将达到 47 亿美元。全球半导体清洗设备市场高度集中，Screen、TEL、LAM 与SEMES 四家公司合计市场占有率达到 90%以上。

2、热处理设备

热处理主要包括氧化、扩散和退火工艺。氧化是将硅片放入高温炉中，加入氧气，在晶圆表面形成二氧化硅。扩散是在硅衬底中掺杂特定的掺杂物，从而改变半导体的导电率。退火是一前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技种加热过程，通过加热使晶圆产生特定的物理和化学变化，并在晶圆表面增加或移除少量物质。

应用材料为全球热处理设备市场龙头，屹唐半导体、北方华创引领国产替代。

半导体热处理设备约为半导体设备总规模 2%，2021 年全球热处理设备市场规模 20 亿美元。

3、光刻机

光刻是决定集成电路集成度的核心工序，光刻即将电路图形信息从掩模版上保真传输、转印到半导体材料衬底上，其基本原理是，利用涂敷在衬底表面的光刻胶的光化学反应作用，记录掩模版上的电路图形，从而实现转印的目的。

根据全球半导体设备市场规模估算，2021 年全球光刻机市场规模为 181 亿美元，预计 2022 年将达到 2前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技01 亿美元。全球光刻机前三大厂商的市场份额占比达 90%以上，根据前三大厂商的销售数据显示，2015-2021 年,全球光刻机销售量总体增长，2021 年达 478 台。

我国的光刻技术落后于先进国家，近年来，在国家政策的扶持下，我国光刻机技术也开始了飞速的发展，上海微电子目前已可量产 90nm 分辨率的 ArF 光刻机，28nm 分辨率的光刻机也有望取得突破。

4、涂胶显影设备

涂胶显影设备是与光刻机配合进行作业的关键处理设备，主要负责涂胶、烘烤及显影。涂胶/显影机作为光刻机的输入（曝光前光刻胶涂覆）和输出（曝光后图形的显影）设备，主要通过机械手使晶圆在各系统之间传输和处理，从而完成晶圆的光刻胶涂覆、固化、显影、坚膜等工艺过程，其直接影响到光刻工序细微曝光图案的形成，从而影响后续蚀刻和离子注入等工艺中图形转移的结果。

东京电子占据近 90%的市前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技场份额，芯源微引领涂胶显影设备国产替代。涂胶显影设备约为半导体设备总规模 4%，2021 年全球涂胶显影设备行业市场规模为 34 亿美元。东京电子在涂胶显影设备市场一家独大，2019 年市场份额 87%。

芯源微为前道涂胶显影设备国内唯一供应商，产品可覆盖 PI、Barc、SOC、SOD、I-line、KrF、ArF 等工艺，ArFi 工艺设备也正在研发验证过程中，有望按照 I-line→KrF→ArF→ArFi 的路径实现对海外涂胶显影设备的替代

5、刻蚀设备

刻蚀是使用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要材料的过程。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀市场占比超 90%。干法刻蚀也称等离子刻蚀，是使用气态的化学刻蚀剂去除部分材料并形成可挥发性的生成物，然后将其抽离反应腔的过程。

等离子体刻蚀机根据等离子体产生和控制技术的不同而大致分为两大类，即电容性等离子体（CCP）刻蚀机和电感性等离子体（ICP）刻蚀机。CCP 刻蚀机主要用于电介质材料的刻蚀工艺，ICP 刻蚀机主要用于硅刻蚀和金属刻蚀。

从机理构造来说，因为产生前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技plasma的方式区别，ICP设备可以做到电场在水平和垂直方向上的独立控制，可以做到真正意义上的De-couple。因为可以独立控制plasma密度以及轰击能量，对Fab process tunning来说，ICP无疑更受到欢迎。而CCP设备不论如何改进，因为其电容耦合的方式，水平和垂直方向上的电场仍旧无法做到完全独立控制。（TEL的先进机型号称可以通过特殊的分频设计做到de-couple，这里不多做评论）但经过建模分析和实际应用后发现，在Oxide深孔刻蚀方面，CCP对ICP仍有无可比拟的优势，尤其是选择比这一方面。各大设备商也不是没有想过用ICP来刻蚀oxide深孔，但最终都放弃了。

刻蚀设备占据半导体设备超 20%的市场，2021 年全球刻蚀设备市场规模为 194 亿美元，预计 2022 年将达到 216亿美元。刻蚀设备市场集中度高，被三家龙头企业垄断，其中泛林半导体技术实力最强，占据 47%的市场份额，东京电子和应用材料分别占据 27%和 前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技17%。从国内市场来看，刻蚀机是我国最具优势的半导体设备领域，北方华创与中微公司分别在硅刻蚀领域和介质刻蚀领域，处于国内领先地位，中微公司的介质刻蚀已经进入台积电 5nm 产线，北方华创在 ICP 刻蚀领域优势显著，已进入中芯国际 14nm 产线验证阶段。

6、离子注入机

离子注入是一种掺杂技术，以离子加速的方式将掺杂元素注入到半导体晶片内部，改变其导电特性并最终形成所需的器件结构。根据离子束电流和束流能量范围，一般可以把离子注入机分为低能大束流离子注入机、高能离子注入机和中低束流离子注入机。

全球离子注入机市场呈现增长态势， 2019 年全球离子注入机市场规模达 11 亿美元，2021 年市场规模超过 22 亿美元。应用材料几乎垄断了全球离子注入机市场，占据了 70％的市场份额，其次为 Axcelis，占 20％。

2021 年 5 月，凯世通自主研发的首台低能大束流离子注入机率先在国内 12 英寸主流集成电路芯片制造厂完成设备验证和验收工作。2021 年第四季度，凯世通的低能大束流重金属离子注前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技入机、低能大束流超低温离子注入机成功通过验证和验收，高能离子注入机顺利在另一家 12 英寸集成电路芯片制造厂完成交付。2022 年一季度，凯世通获得重要客户的批量订单，包含 12 英寸低能大束流离子注入机和低能大束流超低温离子注入机，并与另一家集成电路制造厂签订了一台低能大束流离子注入机订单，截止 22Q1 在手订单金额超人民币 6.8 亿元。

7、去胶设备

去胶即刻蚀或离子注入完成之后去除残余光刻胶的过程。去胶工艺类似于刻蚀，操作对象是光刻胶。去胶工艺可分为湿法去胶和干法去胶，湿法去胶工艺使用溶剂对光刻胶等进行溶解，干法去胶工艺可视为等离子刻蚀技术的延伸，主要通过等离子体和薄膜材料的化学前永赢海基金殷桃色扑克牌，科大瓜技反应完成，目前主流工艺是干法去胶。

屹唐半导体市占率位居全球第一，已全面覆盖全球前十大芯片制造商和国内行业领先芯片制造商，可用于 90nm-5nm 逻辑芯片。

8、薄膜沉积设备

薄膜沉积设备主要分 CVD、PVD、ALD 三大类，其中 CVD 市场占比最高。薄膜沉积是指在硅片衬底上沉积一层待处理的薄膜材料，如二氧化硅、氮化硅、多晶硅等非金属以及铜等金属。薄膜沉积设备主要包括 CVD 设备、PVD 设备/电镀设备和 ALD 设备，三者各有所长

薄膜沉积设备在半导体设备中占比稳定在 20%左右，2021 年全球半导体薄膜沉积设备市场规模达 190 亿美元，预计 2022 年将达到 212 亿美元。细分领域来讲，AMAT 独占鳌头，约占全球 PVD 市场份额的 80%以上；CVD 领域，AMAT、LAM、TEL 三家约占全球市场份额的 70%以上。

9、CMP化学机械抛光设备

CMP 技术即化学机械抛光，通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化。CMP 设备一般由检测系统、控制系统、抛光垫、废物处理系统等组成，是集成电路制造设备中较为复杂和研制难度较大的设备之一。其工作过程是：抛光头将晶圆抵在粗糙的抛光垫上，借助抛光液腐蚀、微粒摩擦、抛光垫摩擦等耦合实现全局平坦化，抛光盘带动抛光垫旋转，通过先进的终点检测系统对不同材质和厚度的磨蹭实现 3-10nm 分辨率的实时厚度测量防止过抛。

CMP 设备市场被应用材料、荏原机械高度垄断。CMP 设备约为半导体设备总规模 3%，2021 年全球 CMP 设备市场估计为 24 亿美元。目前全球 CMP 设备市场处于高度集中状态，主要由美国应用材料和日本荏原两家设备制造商占据，合计拥有超过 90%的市场份额。

华海清科技术实力强，差异化技术布局打破海外垄断。国内市场中，华海清科 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，是目前国内唯一一家能够提供 12 英寸 CMP 商业机型的高端半导体设备制造商。

三、展望与总结

国家大力支持半导体设备产业的发展。大基金一期重点投资集成电路芯片制造业，占比达到 67%，国家大基金二期投资向半导体产业链上游的设备和材料领域倾斜，将对在刻蚀机、薄膜设备、测试设备和清洗设备等领域已布局的企业保持高强度的持续支持

根据 SEMI 数据，仅从 2015 年到 2020 年，中国 IC 行业收入以 20%的复合年增长率快速增长至 1280 亿美元。大陆在半导体制造方面保持强劲增长，预计我国将在十年中增加全球 40%的新半导体制造能力。

芯片是科技的引领者与根基，而半导体设备则拥有这个行业最精尖的技术，漂亮国不给技术倒逼我们进行国产替代，我们拥有世界最大的半导体消费市场，国家大力资助，中美贸易摩擦和设备禁令带来的供应链安全问题给国内制造厂商足够的理由接受国产设备，未来我们有信心看到中国的半导体设备企业在世界中分得一席之地。

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