半导体设备家当详解：家当转移与国家力量赋能国产化加速推进

2019 年，环球半导体行业实现发卖总收入 4090 亿美元，同比低落 12.8%。
集成 电路的细分项存储器收入大幅下滑是拖累家当进入低谷的紧张成分。
集成电路是半 导体行业的最大组成部分，2019 年收入 3304 亿，占比达到 80.8%，同比低落 16.0%。

集成电路的萎靡直接导致了半导体行业的景气度下滑。
集成电路又可细分为存储器、 逻辑电路、微处理器及仿照电路四个紧张组成部分，2019 年的收入分别为 1059 亿 /1046 亿/657 亿/542 亿，占比依次为 32.1%/31.7%/19.9%/16.4%。
在过去一年，集成 电路各细分市场均涌现了不同程度的下滑，个中首当其冲是存储器板块，整年收入 同比降落 33.0%，成为拖累全体半导体家当进入低谷的紧张成分。
供给侧来看，2018 年，三星、SK 以及 Micron 等环球存储器芯片巨子在创新技能上展开激烈竞争，在 投资、建厂、扩产等方面纷纭布局，导致了产能过剩，2018-2019 年上半年，DRAM 和 NAND Flash 价格大幅下滑；需求侧来看，环球智好手机、做事器等需求动能趋于 疲软。
叠加中美贸易战影响持久，2019 年环球半导体家当涌现了十年以来的最大降 幅。

动态来看，2019 年下半年环球半导体市场开始复苏，多机构估量 2020 年市场将 持续增长。
经由调度，目前半导体行业供应链库存情形已较大幅度改进，DRAM 及 NAND 的价格呈现触底回升趋势。
2019 年下半年起，环球半导体行业呈现复苏态势。
展望 2020 年，我们认为在 5G、AI 以及云打算等新兴技能的运用下，下贱市场需求 有望回暖并实现增长，推动环球半导体家当重回上升周期。
国际上多家市场调研机 构（统计范围内机构包括 SEMI、IC Insights、Objective Analysis、HIS、WSTS、Mike Cowan 以及 Future Horizons）对 2020 年环球半导体市场做出了预测，除 Objective Analysis 认为环球市场有可能涌现下滑外，别的机构普遍看好 2020 年的增长。
在统 计预测结果中，对 2020 年环球半导体市场增速预测的中位数为 5.9%。

1.2、 行业周期特点及驱出发分：三大周期嵌套 新景气周期即将开启

1.2.1、 半导体行业存在三大周期嵌套

半导体行业存在三大周期：产品周期（长周期）、成本开支/产能周期（中周期）、 库存周期（短周期）。
三大周期以产品周期为紧张周期，其决定了成本开支/产能周 期与库存周期，周期与周期之间存在嵌套。
以一个完全的半导体周期为例，每隔 10 年旁边因划时期新技能与新产品的涌现，半导体需求呈现连续数年的爆发性增长， 半导体生产企业亦加大成本开支/产能以知足正在扩展中的产品周期，此时半导体行 业增长特点由产品周期引致的发展性主导；当产品周期进入需求饱和或低落以及企 业进入存量竞争阶段，叠加切换期的产能过剩，供需产生失落衡，半导体行业发卖与价 格均产生大幅下滑。
此时行业增长特点由成本开支/产能周期主导；随后行业产能利 用率低落，在新需求动能尚未铺开的条件下，IC 设计企业或部门的订单预测决定了 库存周期。
例如：晶圆代工企业从拿到订单到产品交付，约须要 1 个季度的生产时 间，以是 IC 设计企业/部门一样平常要提前 1 个季度下单。
IC 设计企业下单时的“预测 订单”与 1 个季度之后的“实际订单”之间的差值颠簸构成库存周期。
此时行业增长 特点将由库存周期主导；此后，当划时期的新技能/新产品动能再度涌现时，新一轮 的产品周期将开启，涌现以上所述循环。

1.2.2、 新技能/新产品驱动半导体行业增长 新景气周期即将开启

每一次技能研发升级、产品更新换代都有可能成为下一轮半导体景气周期的导 火索。
纵不雅观半导体行业发展史，随科技及制造工艺的进步，下贱需求逐步蜕变，半导 体行业增长的动力由家电、PC 向以智好手机为主的消费类电子产品转移。
环球半导 体行业的发展可分为四个阶段：

➢ 第一阶段：20-70 年代，研发储备及小范围运用。
在此期间，半导体 技能历经电子管、晶体管并向集成电路发展；1946 年，第一台电子数字打算机 ENIAC 出身；1951 年，天下第一台商用打算机交付美国人口调查局；1960 年， 第一块硅集成电路问世；1965 年，摩尔定律被提出。
大批巨子洞察商机并入驻 半导体家当，德州仪器、摩托罗拉以及 IBM 等纷纭进入该领域，仙童半导体、 Intel 先后成立，为半导体行业步入大规模商用阶段奠定了根本。

➢ 第二阶段：70-90 年代，家电、打算机 2B 真个快速发展促进半导体 行业进入商用阶段。
在此期间，大规模集成电路、超大规模集成电路、存储器及 微处理器等技能不断问世，并随着工艺的进步及成熟在多领域实现广泛运用，尤 其是家电行业成为该期间推动半导体增长的紧张缘故原由，此外，打算机在 B 真个 运用也逐渐成为推动行业增长的关键成分。

➢ 第三阶段：90 年代-2010 年，PC 在 C 真个遍及推进半导体行业繁荣 发展。
随技能的不断进步及本钱降落，PC 逐渐被 C 端收受接管并遍及，浩瀚 IC 厂 商将资源集中于 PC 业务并取得了长足的发展。

➢ 第四阶段：2010 年以来，以智好手机为主的消费电子产品取代 PC 成 为新的驱动力。
智好手机的风靡及移动互联网的遍及推动了存储芯片及通信芯 片需求的爆发，智好手机行业取代已增长乏力的 PC 行业，成为推动半导体家当 发展的新动力。
但是同样，经由近几年的发展，智好手机为半导体行业带来的红 利也逐渐消逝。

当前是继 PC 与智好手机之后，5G、AI、IoT、云打算以及汽车电子等新兴运用 领域崛起的出发点，市场规模的壮大对半导体的需求进步神速，有望带动半导体进入 新一轮景气周期。

半导体家当所处周期阶段可通过三周期框架判断。
中国市场因力争提高国产化 率，海内半导体企业与家当处于发展性阶段。
通过前述半导体行业存在的三周期框 架，我们可以很好地描述半导体在某区域范围内的周期特点。
从环球范围看，当前半 导体需求端新技能/新产品已经涌现，但新需求动能尚未完备铺开，新产品周期或正 处于大规模开释前夜，老产品存量需求不可忽略，因此，成本开支/产能周期与库存 周期在短期内仍将作为主导环球半导体家当增长的紧张成分；而处于环球半导体产 业第三次转移浪潮中的中国半导体，在政策与资金的大力支持下，则呈现出更强的 发展性特点。

1.3、 中国市场：环球性家当转移赋能行业高速增长

1.3.1、 历次家当转移均造就一批巨子企业

2010s 以来，环球半导体家当向中国转移的趋势增强，当前中国正迎来历史性的 发展机遇，有望出身一批本土的半导体龙头企业。
由于集成电路占半导体家当收入 比例达 80%以上，可较准确反响全体半导体家当，因此本节下文中以集成电路作为 紧张研究工具来反响半导体家当的转移情形。

1.3.2、 环球集成电路家当向中国加速转移

与环球集成电路家当和 GDP 的干系性不同，自 2013 年以来，中国集成电路增 长与 GDP 颠簸发生背离，并在环球集成电路市场萎靡的 2015-2016 年实现逆势增 长，表明得益于环球性的家当转移，中国集成电路家当正处在崛起的风口。
2018 年， 中国集成电路家当实现收入 6532 亿元，同比增长 20.7%；在过去 5 年中，中国集成 电路家当均匀增速超过 20%。

（1）转移的可能性：摩尔定律放缓有利于中国追赶国际一流技能水平

进入 10nm 尺寸，摩尔定律明显放缓。
1965 年，Intel 创始人之一 Gordon Moore 提出了摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔 18-24个月便会增加一倍， 性能也将提升一倍。
摩尔定律揭示了信息技能进步的速率，这 一推测的有效性已持续半个世纪，当前芯片可容纳晶体管从 1971 年的 2000 余个发 展至几十亿个。
但进入 10nm 尺寸后，摩尔定律明显放缓。
以 Intel 为例，过去 10 年， Intel 以 Tick-Tock 的开拓模式守卫摩尔定律——即先升级芯片制造工艺(Tick)，次年 推出相同工艺新一代微架构(Tock)，Tick 和 Tock 产品间隔 12-18 月，常日 Tock 产品 会在性能上大幅提升。
基于 Tick-Tock 开拓模式，Intel 处理器的制造工艺从 65nm 发 展至现在的 14nm。
按 Tick-Tock 周期，Intel 本应在 2015 年推出 10nm 工艺处理器， 但进入 10nm 尺度（20 个硅原子宽度），晶体管更小型化的制造难度不可同日而语。
自 2015 年 1 月发布 14nm Broadwell 至今 5 年，Intel 主流产品的制程工艺仍坚持在 14nm（仅少量 10nm Ice Lake 处理器进入条记本市场），只是将发展模式从 Tick-Tock 变为 Tick-Tock-优化。
发展至今，Tick-Tock 周期难以坚持，表明工艺节点进入 10nm 往后，摩尔定律已明显放缓。
目前来看，摩尔定律依然有效，只是从 22nm 节点开始 步伐放缓，在进入 10nm 节点后表示得十分明显。

在摩尔定律步伐放缓的趋势下，环球范围内芯片技能的发展有所减慢，有利于 中国半导体家当链干系企业趁机追赶国际一流技能水平，为环球半导体家当向中国 转移供应了技能上的可能性。

（2）转移动力：弘大市场需求牵引家当转移，国产化率低亟待供应链崛起

中国是环球第一大消费电子生产国和消费国，也是环球半导体/集成电路最大的 发卖市场。
集成电路已成中国最大入口商品，市场供需错配状况亟待旋转。
中国集 成电路市场规模巨大，占环球集成电路市场半壁江山。
我国集成电路行业起步较晚， 工艺技能及产能均难以知足下贱弘大市场的需求。
根据 IC Insights 数据，2018 年中 国集成电路市场规模 1550 亿美元，自产 238 亿美元，自给率仅为 15.3%，远不能满 足本土市场需求。
2019 年，中国集成电路入口额约 3055 亿美元，是我国第一大进 口商品。

（3）转移根本：家当链较为完善

当前，中国集成电路家当已经形成了集 IC 设计、芯片制造、封装测试三大主 要环节以及设备、原材料等支撑配套环节共同发展的较为完善的家当链布局。
在各 个环节，都呈现出了一批优质的企业，例如华为海思、紫光展锐、复兴微、兆易创新 （603986.SH）等芯片设计公司，以中芯国际（0981.HK）、华虹集团、上海前辈为 代表的芯片制造商，以及以长电科技（600584.SH）、华天科技（002185.SZ）、通富 微电（002156.SZ）等为龙头的芯片封测企业。

（4）转移路径：封测率先发展，制造迎来高速发展

中国大陆在 IC 封测环节已经具有国际竞争力。
IC 封测家当起初属于劳动密集 型家当，中国凭借相对低廉的劳动力本钱率先在该领域发展起来。
2015 年以前，IC 封测是中国在集成电路家傍边产值最大的部分，曾经一度霸占超过 60%的产值份额； 随着海内 IC 封测家当的成熟，收入增幅明显低于制造及设计领域，2016 年，IC 设 计超越封测成为中国在集成电路家傍边占比最大的细分领域。
在封测领域，中国技 术水平天下领先，体量已经进入天下前三位，且发展速率显著高于其他竞争对手。
目 前海内 IC 封测领域已经形成四大领军企业，长电科技（600584.SH）、华天科技（002185.SZ）、通富微电（002156.SZ）及晶方科技（603005.SH）。

“产能为王”，本轮家当转移重点将在 IC 制造环节实现打破。
环球集成电路产 业加速向中国转移以来，大陆迎来建厂潮，IC 制造业迅速发展。
2015 年，IC 制造业 超越 IC 设计业成为中国集成电路家当发展最快的环节。
2015-2018 年，IC 制造业复 合增速约 31%。
根据 SEMI 剖析，估量 2017-2020 年，环球新投产的 62 座晶圆厂中 将有 26 座来自中国大陆，晶圆产能将翻倍提升。
与此同时，中国大陆半导体建厂热 潮，将直接为中国大陆半导体设备和材料行业打开更大的市场空间。

中长期来看，环球半导体家当加速向中国转移将加速催生一批精良的龙头企业。
中国正处于环球半导体家当第三次转移的历史机遇期，与环球成熟市场较为明显的 周期性不同，中国半导体行业的发展性更加突显。
中国是环球最大的半导体/集成电 路发卖市场，但工艺技能及产能均难以知足下贱弘大市场的需求，巨大的市场蛋糕 及严重的供给错配为中国大陆发展半导体家当供应了充足动力。
当前中国大陆封测 龙头企业的收入规模已处于天下前列，拥有较强的国际竞争力，本次家当转移的重 点将在 IC 制造领域实现打破。
中国大陆正迎来投资建厂热潮，这将直接提振对半导 体设备及原材料的需求。

1.3.3、 大基金二期召募完成

集成电路是信息家当的根本与核心，是国民经济和社会发展的计策性家当，国 家很早就出台了多部家当扶持政策，鼓励集成电路家当的发展。
国务院于 2003 年启 动中长期科技发展方案的制订事情，并于 2006 年完成发布《国家中长期科学和技能 发展方案纲要(2006--2020 年)》(以下简称《方案纲要》)。
《方案纲要》确定了核心 电子器件、高端通用芯片及根本软件、极大规模集成电路制造技能及成套工艺、新一 代宽带无线移动通信、大型飞机、载人航天与探月工程等十六个重大专项，完成时限 为十五年旁边，这些重大专项是我国到 2020 年科技发展的重中之重。
个中 “极大 规模集成电路制造技能及成套工艺”（“02 专项”）帮助我国集成电路家当在诸多 方面取得了重大进展。

从 2008 年开始，国家开始组织“02 专项”开展集成电路制造装备、成套工艺和 材料技能攻关，节制核心技能，研发关键产品，中国集成电路家当在六个方面取得 打破：1）高端国产装备从无到有。
“02 专项”履行前，12 英寸国产装备完备是空 白，海内只有“863”重大专项支持的两台 8 英寸设备，到 2015 年时已有 16 种 12 英 寸装备进入大生产线利用，整体技能水平达到 28nm。
个中 10 种关键装备实现发卖 或进入采购流程，29 种封测设备形成整线集成能力。
2）制造工艺取得长足进步。
“02 专项”履行前，我国工艺的量产技能是 110nm，研发技能是 90nm，到 2015 年 65/55nm 成套工艺产品累计发卖 40 亿元，28nm 工艺正式量产，20/14nm 关键技能进入研发。
3）高端封装实现超过。
“02 专项”履行前，我国的封装技能紧张集中于中低端，2015年高密度封装开始量产，进入高中端封装，铜凸块等技能实现自主创新，3D 封装取 得打破。
4）关键材料产品批量进入市场。
“02 专项”履行前，集成电路用关键材料 全部依赖入口，2015 年 8 英寸的硅片 SOI 大量进入市场，抛光液和靶材开始进入市 场，冲破了一批 8~12 英寸集成电路用关键材料的市场垄断。
5）积累了大量知识产 权。
自“02 专项”履行以来，自主知识产权体系培植取得成果，在国际最新技能代 上开始拥有一席之地；6）专项成果辐射运用。
专项成果在光伏、LED 等干系半导体 领域得到广泛运用，集成电路制造家当生态得到大幅改进，家当链基本形成。

2016 年，国家根据“十三五”方案纲要支配体例《“十三五”国家计策性新兴家当 发展方案》，对“十三五”期间包括集成电路在内的计策性新兴家当发展目标、重点 任务、政策方法等作出全面支配安排。
个中集成电路发展工程的详细内容：“启动集 成电路重大生产力布局方案工程，推动家当能力实现快速跃升。
加快前辈制造工艺， 存储器，特色工艺等生产线培植、提升安全可靠 CPU、数模/模数转换芯片，数字信 号处理芯片等关键产品设计开拓能力和运用水平。
推动封装测试、关键设备和材料 等家当快速发展。
支持提高代工企业及第三方 IP 核企业的做事水平，支持设计企业 与制造企业协同创新，推动重点环节提高家当集中度”。
从《方案》可以看出，储存 器等高端芯片是“十三五”期间的发展重点，在芯片制造方面要大规模培植前辈制造 和特色工艺生产线，并通过芯片设计和制造的快速发展带动上游装备材料和下贱封 测厂商的快速发展。

近年来，集成电路家当政策频出。
政府先后出台了一系列规范和促进集成电路 行业发展的法律法规和家当政策，同时通过设立家当投资基金、鼓励家当成本投资 等多种形式为行业发展供应成本助力。
集成电路的资金投入在行业发展初期，仅靠 企业很难承担。
发展集成电路是国家计策方向，鼓励政策不断推出。
2014 年 6 月， 国务院颁布了《国家集成电路家当发展推进纲要》，提出设立国家集成电路家当基金 （简称“大基金”），将半导体家当新技能研发提升至国家计策高度。
“大基金”于 2014 年 9 月 24 日正式设立，其召募和投资分为两期。

“大基金”一期着重关注集成电路制造领域，兼顾芯片设计、封装测试、设备和 材料等。
“大基金”一期总规模 1387 亿元公民币，据上海证券报 2018 年 1 月宣布， “大基金”一期已基本投资完毕（目前仍有个别项目在推进中），投资范围涵盖集成 电路家当上、下贱各个环节，包括设计、制造、封测、设备和材料等。
根据集微网统 计，大基金一期的投资方向以 IC 制造为主，在各环节投资的比例分别为：集成电路 制造 67%，设计 17%，封测 10%，装备材料类 6%。
“大基金”一期投资办法包括公 开股权投资、非公开股权投资、帮忙并购以及投资干系子基金公司等等，累计有效投 资项目达到 70 个旁边。

“大基金”第二期召募完成，注书籍钱超 2000 亿，有望打造自主可控家当链。
国 家集成电路家当投资基金二期株式会社已于 2019 年 10 月 22 日注册成立，注册 成本为 2041.5 亿元，共有 27 位企业法人股东，包括财政部、国开金融、上海国盛 （集团）有限公司、中国烟草总公司、中国电信以及重庆计策性新兴家当股权投资基 金合资企业（有限合资）等多只地方投资基金等，个中国家财政部出资 225 亿元，占 比 11.02%；国开金融 220 亿元，占比 10.78%；中国烟草认缴 150 亿元，占比 7.35%。
“大基金”二期将在 IC 设备与材料领域给予重大支持：

➢ 支持龙头企业做大做强，提升成线能力。
“大基金”二期将对在刻蚀机、薄膜 设备、测试设备和洗濯设备等领域已布局的企业高度支持，推动龙头企业做 大做强，形成系列化、成套化妆备产品；对照《纲要》补充空缺，加快光刻 机、CMP 等核心设备以及关键零部件的投资布局，保障家当链安全。

➢ 家当聚拢，抱团发展，组团出海。
推动建立 IC 装备家当园区，吸引零部件 企业集中投资设立研发中央或家当基地，实现资源人才聚拢，加强高下游联 系互换，提升研发和配套能力，形成家当聚拢的协力；推动国内外资源整合、 重组，壮大骨干企业，造就中国大陆的“运用材料”或“东电电子”。

➢ 连续推进国产装备材料的下贱运用。
发挥基金百口当链布局的上风，推进 装备与制造、封测企业的协同，加强所投企业高下游结合，加速装备从验证 到“批量采购”的过程，为本土装备材料企业争取更多的市场机会。
督匆匆制造 企业提高国产装备验证及采购比例，为更多国产设备材料供应工艺验证条 件，扩大采购规模。

国家大基金有望发挥杠杆属性，万亿投资促进家当实现超过式发展。
大基金一 期注书籍钱为 987.2 亿元，终极召募 1387 亿元，据中国经济时报宣布，在大基金一期的带动下，干系的新增社会融资约 5145 亿元。
大基金二期投资规模将超 2000 亿 元，如果按照 1:5 的撬动比，投资期引入集成电路家当的总金额将超万亿元，我国集 成电路家当有望迎来新的密集投资期，打造更前辈完全的自主可控家当链。

科创板为半导体家当供应更市场化的融资平台，促进成本全方位支持集成电路 家当链。
中国半导体家当仍处于追赶天下一流水平的过程中，又是人才和成本密集 型行业，政策和资金方面的大力支持是家当发展的关键要素。
目前来看，大基金是最 直接的资金支持来源，但“大基金”投向的项目多为国资背景大项目，市场化程度依然 不足，无法知足全体半导体行业的融资需求。
设立科创板是成本市场的一次主要改 革，目的是增强成本市场对科技创新企业的原谅性，着力支持关键核心技能创新，提 高做事实体经济能力。
《上海证券交易所科创板企业上市推举指引》明确指出科创板 企业上市重点推举新一代信息技能、高端装备、新材料等七大领域，个中半导体和集 成电路正是新一代信息技能领域的重点行业。
科创板为半导体和集成电路企业供应 了相对宽松的上市标准和便捷的融资渠道，有利于勾引成本进入半导体家当促进其 发展，也有望更深入地发掘具有真正核心技能的半导体企业的估值水平。

2、 半导体设备行业：硅片、晶圆产能兴建 国产替代遇良机

2.1、 环球市场：2020 年环球半导体设备市场有望回暖

2.1.1、 2018-2019 年存储器供过于求 投资减少致使设备市场遇冷

受成本开支减少影响， 2019 年环球半导体设备市场发卖额同比低落 10.8%。
根 据 SEMI 预测数据，2019 年环球半导体设备市场规模为 576 亿美元，受成本开支削 减的影响，较 2018 年 646 亿美元低落 10.8%。
个中，中国台湾地区半导体设备市场 规模 156 亿美元，占比 27.0%，超越韩国成为环球最大的半导体设备市场；中国大陆 市场规模 129 亿美元，占比 22.4%，连续两年位居第二；韩国市场规模 105 亿美元， 占比 18.3%，因缩减成本支出下滑至第三。
北美、日本、欧洲则分别以 78、60、22 亿美元的市场规模位居榜后。

中国台湾半导体设备市场规模同频年夜增 53.3%，韩国大幅萎缩 40.6%，中国基 本持平。
2019 年，中国台湾半导体设备市场发卖额同比增长 53.3%，北美增长率其 次，达 33.4%；除中国台湾与北美外，环球其他地区市场规模都有不同程度的萎缩， 个中韩国降幅最大，约 40.6%，中国大陆微降 1.5%。
2017 年，环球半导体市场受到 智好手机及数据中央用存储器需求的拉动，实现了罕见的高增长，存储器厂商也不 断增加投资以扩大产能；2018 年下半年开始，环球存储器的供给量增加，智好手机 和数据中央的半导体需求低迷，供过于求逐渐明显，各厂商开始调度增产操持。
随着 三星、SK 等放缓投资，推迟产能扩充操持，2019 年韩国半导体设备市场涌现了较大 幅度的下滑。
受存储器市场放缓、贸易紧张等多种成分影响，SK、SMIC 以及 UMC 等晶圆厂都放缓了在中国大陆市场的投资支出，导致 2019 年中国大陆设备市场小幅 下滑。
中国台湾代工厂受前辈制造的拉动，在 7nm、5nm 及 3nm 等前辈制程的成本 支出加大，设备市场规模涌现较大幅度增长，跃居至第一位。

近 5 年半导体设备市场的增长紧张由中国大陆、中国台湾以及韩国驱动。
20142019 年，环球半导体设备市场规模的 CAGR 为 9.0%，个中中国大陆、中国台湾以及 韩国半导体设备市场规模的 CAGR 依次为 24.2%、10.6%以及 9.0%，是驱动环球增 长的紧张动力。

在全体半导系统编制造流程中，晶圆制造所利用的前道设备占比超过 80%。
半导体 制造流程包括硅片制造、晶圆制造、封装测试三个紧张环节，根据 SEMI2018 年数 据，晶圆制造设备占比最高约 81.5%、检测设备占 8.3%、封装设备占 6.0%、硅片制 造及其他设备（如掩膜制造设备）占 4.2%。

环球半导体设备市场在 2020 年将逐渐回暖，并于 2021 年再创历史新高。
自 2019 年 10 月至今，北美半导体设备出货额已连续 4 个月同比正增长，2020 年 1 月实现增 长 22.9%，给出了半导体家当回暖的旗子暗记。
此外，作为环球半导体设备紧张供应地之一的日本，其半导体设备的进出口状况颇具代表性，2019 年 12 月，日本半导体设备 的出口额激增 26%，为环球半导体需求的好转再添佐证。
据 SEMI 估量，2020 年全 球半导体设备发卖额将同比增加 5.5%，达到 608 亿美元；且此发展态势可望延续至 2021 年，创下 668 亿美元的历史新高。
SEMI 还估量，2020 年中国台湾将坚持环球 第一大设备市场的位置，发卖金额将达 154 亿美元，中国大陆以 149 亿美元居次， 韩国则以 103 亿美元排名第三；展望 2021 年，中国大陆将以 160 亿美元的发卖额跃 升至环球第一大设备市场。

存储器厂及代工厂增加成本支出是拉动半导体设备市场规模增长的直接成分， 5G、AI、IoT、云打算以及汽车电子等新兴领域对半导体产品的需求才是实质缘故原由。
环球半导体巨子三星电子、台积电、英特尔同等调高 2020 年的成本支着力度。
台积 电表示将 2020 年成本开支操持由原订的 110 亿美元上调至 150 -160 亿美元；三星电 子将在未来十年中投入 1160 亿美元推动其在逻辑芯片制造领域的扩展；英特尔将 2020 年的成本支出设定为 170 亿美元（+4.9%），不仅要增加现有 14/10nm 工艺的 产能，还要利用一半以上的支出对下一代 7/5nm 工艺进行投资。
三大半导体巨子增 加成本支出固然是拉动半导体设备家当增长的直接成分，深层次的缘故原由则是 5G、AI、 IoT、云打算以及汽车电子等新兴领域的崛起对前辈工艺半导体产品产生了需求。

2.1.2、 竞争格局高度集中 市场由外洋厂商主导

环球半导体设备家当高度集中，且“大者愈大”趋势明显。
根据芯思想研究院的 统计数据，2019 年，环球半导系统编制造设备市场规模 576 亿美元，个中前五大半导体 设备厂合计实现发卖收入 456 亿美元，市占率高达 79.3%，前十大半导体设备厂合计 实现发卖收入 544 亿元，市占率达 94.4%。
国际半导体企业历经 50 年的发展，由全 盛期间的数百家，通过并购整合等方法缩减至目前的数十家，细分领域的垄断程度 越来越高，形成“大者愈大”的局势。

环球紧张半导体设备制造商紧张集中在美国、日本、荷兰等国。
从企业分布来 看，环球有名的半导体设备制造商紧张集中在美国、日本、荷兰等国家;从企业紧张 的半导体设备产品看，美国紧张掌握等离子刻蚀设备、离子注入机、薄膜沉积设备、 掩膜版制造设备、检测设备、测试设备、表面处理设备等，日本则紧张掌握光刻机、 刻蚀设备、单晶圆沉积设备、晶圆洗濯设备、涂胶机/显影机、退火设备、检测设备、 测试设备、氧扮装备等，而荷兰则是凭借 ASML 的高端光刻机在环球处于领先地位。
从半导体设备大厂 2019 年发卖排名来看，运用材料（Applied Materials）凭借其沉积、 刻蚀、离子注入以及 CMP 等多领域的技能上风连续保持领先；而阿斯麦(ASML) 则 依赖其在光刻设备领域的绝对领先上风，尤其是 EUV 设备，重回第二名；海内生产 线已成为日本制造商的大客户，东京电子(Tokyo Electron)凭借其在沉积、刻蚀以及匀 胶显影设备等领域的竞争力，排名第三；泛林半导体( Lam Research)凭借其刻蚀、沉 积以及洗濯设备的表现，排名第四；科磊（KLA）依赖其检测、量测设备排名第五。

保持创新能力、持续研发投入、择机外延并购以及环球范围整合优质资源，是 国际主流半导体设备厂商保持竞争力的紧张手段。
纵不雅观国际半导体设备家当的发展 可以看出，国际主流半导体设备厂商保持其强者地位的紧张路子有以下几点：1）大 比例研发投入，持续创新。
随着摩尔定律演进，半导系统编制造工艺节点对设备行业更新 换代和技能进步不断提出更高的哀求。
设备厂商须要持续大比例的研发投入，推动 创新以保持技能领先，从而确保其在设备家当的竞争力；2）并购整合，加速企业发 展。
并购整合在半导体设备家傍边的表现日趋突出，也是各大设备厂商得以实现快 速发展、提升竞争力的主要手段；3) 非核心业务外包，整合环球优质资源。
将非核心业务外包给在领域或环节中具有更专业技能的独立厂商，只保留核心代价创造活 动的经营模式已成为一种趋势。

2.2、 中国市场：市场规模环球第二 本土企业崛起可期

2.2.1、 市场规模近千亿 自给能力有限

中国大陆的半导体设备需求量大，但自给率低。
2010 年以来，中国半导系统编制造 的规模发展迅猛，对设备的需求不断增长，但本土设备配套能力不敷的弊端也日益 突出。
2018 年，中国半导体设备需求激增，同比增长 58.9%，超过环球设备家当增 长速率的 4 倍；2019 年，在全体半导体家当萎缩，环球半导体设备发卖额低落 10.8% 的大背景下，中国半导体设备市场需求仍旧基本持平。
根据中国电子专用设备工业 协会 2018 年数据，国产半导体设备企业实现发卖额 109 亿元，自给率仅约 13%。

2.2.2、 国产设备厂商迅速崛起 多种关键设备可海内配套

“02 专项”启动以来，我国半导体设备实现了从无到有、由弱到强的巨大转变， 在刻蚀机、磁控溅射、离子注入机、CVD 以及洗濯机等领域实现重大打破，总体技 术水平达到 28nm， 多种 14nm-10nm 关键设备进入客户生产线。
中国半导体家当的 大规模发展起始于 2000 年 6 月国家颁布的《鼓励软件家当和集成电路家当发展的若 干政策》，而半导体设备家当的快速发展则是起始于“02 专项”；2014 年 6 月，国 家发布《国家集成电路家当发展推进纲要》，首次明确半导体设备家当的发展任务和 目标，中国半导体设备家当进入快速发展期。
“02 专项”履行前，我国 IC 高端装备 险些完备依赖入口，经由十年的快速发展，目前国产刻蚀机、PECVD、LPCVD、磁 控溅射、离子注入机等 30 多种关键设备研制成功并通过主流生产线考察，总体技能 水平达到 28m，多种 14nm-10nm 关键设备开始进入客户生产线。
根据国家科技重大 专项 2017 年的宣布，据不完备统计，“02 专项”研制的 IC 高端装备实现发卖超过 300 台，国产零部件发卖超过 350 台(套) ，在泛半导体领域累计发卖超过 6500 台， 发卖额从 2010 年以前的不敷 20 亿元，上升至 2018 年的 100 亿元以上，近五年复合 增长率靠近 30%。

随着中国半导体设备家当的快速发展，呈现出了一些精良的国产设备制造商。
在干法刻蚀机方面，中微公司（688012.SH）的介质刻蚀机在海内外一流客户的生产 线上不断取代美国垄断公司的设备，目前已有超过 240 台刻蚀机在亚洲 20 多条生产 线上稳定、可靠地运转；北方华创（002371.SZ）是海内可供应 IC 设备品类最多的公 司，包括刻蚀机、PVD、氧化炉、LPCVD、洗濯机、ALD、外延设备以及气体质量 流量计等，已在国内外主流生产线上广泛利用。
由于国产等离子刻蚀机技能水平的 大幅提升，2015 年美国国土安全局宣告取消对刻蚀机产品的出口审查。
其他设备方 面，中科信的离子注人机、沈阳拓荆的 PECVD、盛美半导体的洗濯机、芯源微 （688037.SH）的匀胶机、华海清科的 CMP、上海睿励的光学尺寸丈量设备等一批 300mm 的高端设备均已在过内外客户中批量利用。
在 IC 领域的紧张关键设备方面， 中国已基本具备自主研发能力，本地化配套能力显著增强。

随着全体半导体家当向中国的转移以及中国半导体设备市场需求的增加，未来 2~3 年将是中国半导体设备家当发展的黄金期。

2.3、 中国各种设备市场规模预测：硅片、晶圆产能兴建将拉动设备市场 增长

半导系统编制造流程紧张包括硅片制造、晶圆制造、封装测试三个紧张环节，在成熟 市场中，晶圆制造设备占比约 80%，检测、封装、硅片制造及其他（如掩膜制造）设 备占比依次约为 8%、6%、3%以及 3%。

➢ 硅片制造设备，是指将半导体级硅制造成一定直径和长度的单晶硅棒材，再 经由一系列的机器加工、化学处理等工艺流程，制造成具有一定几何精度要 求和表面质量哀求的硅片/外延硅片，为晶圆制造供应所需衬底的设备，主 要包括单晶炉、切割机、磨片机、刻蚀机、抛光机、洗濯机以及检测设备等。

➢ 晶圆制造设备，是指在硅片上加工制作各种电路元件构造，使之终极形成具 有特定电性功能所用到的设备，紧张包括光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、 离子注入设备、热处理设备、洗濯机、抛光机以及检测设备等。

➢ 封装设备，是指将晶圆裸片装置为芯片过程中所利用到的设备，包括晶圆减 薄机、切割机、黏片机、引线键合机等设备。

➢ 测试设备，是指在全体生产过程中或几道关键工序后，对硅片或晶圆的质 量、性能进行量检测的设备，紧张包括厚度仪、颗粒检测仪、硅片分选仪以 及 ATE 等。

2.3.1、 硅片制造设备：受益大硅片产能培植

估量硅片缺货 2021 年才能缓解，环球对 12 英寸硅片的需求强劲。
2018 年，全 球硅片出货量达 127 亿平方英尺，2019H1 实现出货量 60 亿平方英尺。
受益于近年 来智好手机、IoT、人工智能等家当的快速发展，各种集成电路产品需求不断增长， 上游硅片材料的市场需求也随之增加。
2013-2018 年，环球硅片出货量稳定增长， CAGR 约为 7.0%。
2019H1，受半导体行业整体景气度不佳的影响，环球硅片出货量 低落 3.4%。
环球硅片生产厂商集中度高，TOP5 厂商(日本信越、日本 SUMCO、中 国台湾 Global Wafer、德国 Siltronic 和韩国 LG Siltron) 霸占硅片市场 94%的份额， 在 12 英寸硅片领域的份额更是高达 97.8%。
当前 8 英寸及 12 英寸是硅片的主流尺 寸，按出货面积，两者分别霸占总出货面积的 26.34%及 63.31%，合计近 90%。
据 SUMCO 估量，半导体硅片的缺货情形要到 2021 年才能缓解，个中 12 英寸硅片的需 求最为强劲。

为改变我国大硅片严重依赖入口的形势，多项 8 英寸/12 英寸硅片项目正在启动中，必将带动海内硅片制造设备生厂商的快速发展。
我国硅片产能集中在 6 英寸及 以下，4-6 英寸硅片基本可以知足需求，大硅片的生产牢牢掌控在外洋厂家手中，目 前 12 英寸硅片险些全部依赖入口。
随着海内晶圆厂的陆续建成，大硅片的紧缺情形 将更加明显。
为填补半导体硅片的供应缺口，降落入口依赖程度，我国正积极迈向 8 英寸与 12 英寸硅片生产，多项重大投资正在启动中。
根据芯思想研究院统计，截至 2019H1 宣告的 12 英寸硅片培植项目多达 20 个，总投资金额超过 1400 亿，方案产 能至 2023 年前后将达 650 万片/月，若加上天芯硅片、中芯环球、济南项目，方案产 能将达 800 万片/月，约是 2018 年环球需求的 2 倍。
随着大硅片项目投资的持续推 进，国产硅片制造设备厂商必将迎来快速发展的机遇。

估量 2019-2020 年，海内将新增硅片制造设备市场规模 95（守旧）/399（乐不雅观） /247（中性）亿元。
根据芯思想研究院数据，截至 2018 年底，中国 12 英寸晶圆制造 厂装机产能 60 万片/月，8 英寸晶圆晶制造厂装机产能 90 万片/月。
根据 2018 年 9 月，中国集成电路家当发展研讨会上杨德仁院士的演讲数据，需求方面，估量 2020 年 8 英寸、12 英寸硅片需求分别可达 96.5 万片/月、105 万片/月；供给方面，估量 2020 年 8 英寸、12 英寸硅片新增产能分别可达 168 万片/月（个中 23 万片在 2018 年 建成）、145 万片/月，若海内大硅片产能培植操持顺利推进，2020 年海内 8 英寸及12 英寸硅片产能将覆盖海内需求。
以知足 2020 年对大硅片的需求量为守旧预测标 准，以截至 2020 年的新建产能作为乐不雅观预测标准（若硅片项目进展顺利，2020 年供 给足以覆盖需求，因此将其作为乐不雅观预测标准），以二者的均值作为中性预测，则 2019-2020 年海内将新增硅片制造设备市场规模 95（守旧）/399（乐不雅观）/247（中性） 亿元。
硅片制造设备总市场规模、各种型设备的细分市场规模打算过程如下。

2.3.2、 晶圆制造设备：大陆产线将陆续进入设备采购高峰期

2017-2020 年中国大陆大举兴建晶圆厂，多条产线将陆续进入设备采购高峰期。
根据 SEMI 统计，2017-2020 年环球将有 62 座新晶圆厂投产，个中将有 26 座新晶圆 厂座落中国，占比达到 42%。
中国度当信息网数据显示，一条新建产线最大的成本 支出来自于半导体设备，成本支出占比高达 80%，而厂房培植占比仅 20%。
未来两 年，大陆存储器/晶圆厂产线将陆续进入设备采购高峰期，本土晶圆制造设备厂商迎 来加速获取订单的主要期间。

估量 2020/2021 年晶圆制造设备市场规模靠近千亿元。
晶圆制造环节是生产链 条里最重资产的一环，晶圆制造设备投入占总设备投入的 80%旁边。
根据 SEMI 估 测数据，在晶圆加工设备投资中，光刻机投资占比最高达到 30%，其次为 CVD 约占 20%，排名第三的是 PVD 占比 15%，其后分别为刻蚀、氧化扩散炉、RTP、离子注 入、剥离、抛光等设备。
其余，检测、封装设备投入占总设备比例分别约为 8%及 6%。
根据 SEMI 预测，2020/2021 年中国半导体设备发卖额将达 149/164 亿美元，若按上 述比例估算，晶圆制造、检测、封装设备的市场规模将依次达到 119/131 亿美元 （831/916 亿元）、12/13 亿美元（84/91 亿元）以及 9/10 亿美元（63/70 亿元）。

3、 半导体设备全面先容：多种关键设备本土配套能力较强

以下表格先行对半导系统编制造的紧张设备进行了梳理。

3.1、 硅片制造设备：中性预测年均 124 亿元市场规模

半导体硅片的生产流程包括拉晶—>整型—>切片—>倒角—>研磨—>刻蚀—> 抛光—>洗濯—>检测—>包装等步骤。
个中拉晶、研磨和抛光是担保半导体硅片质量 的关键。
涉及到单晶炉、滚磨机、切片机、倒角机、研磨设备、CMP 抛光设备、清 洗设备、检测设备等多种生产设备。

（1）单晶硅成长：年均 31 亿规模

单晶硅锭的成长普遍采取 CZ 直拉法，通过 CZ 直拉单晶炉实现。
单晶硅成长 是指把半导体级多晶硅块熔炼成单晶硅锭。
单晶硅锭的制备紧张有两种工艺，CZ 直 拉法及区熔法，当前 85%以上的单晶硅是采取 CZ 法成长出来的。
1）CZ 直拉法。
多块半导体级硅被放置于石英坩埚中（非晶），并加入少量的掺杂材料以便终极可获 得 n 型/p 型硅；利用电阻/RF 加热熔化坩埚中的材料，得到熔体；一块完美的籽晶于 熔体表面边旋转边缓慢拉起，随着籽晶的拉出，界面向下朝着熔体方向凝固，与籽晶 具有相同晶向的单晶就逐步形成了。
2）区熔法。
将掺杂好的多晶硅棒和籽晶固定于 成长炉中的两端，用 RF 线圈加热籽晶与硅棒的打仗区域，并沿着晶棒轴向移动，经 过局部加热-熔化-重新凝固的过程实现单晶硅的制备。
由于不该用坩埚，区熔法成长 的硅纯度更高，但范例区熔法制备的硅锭直径比较直拉法小，只适用于 150mm 及以 下的硅片生产，运用于功率半导体等领域。

海内 8 英寸单晶炉逐步国产化，12 英寸实现小批量供应。
入口单晶炉厂商紧张 包括美国林顿晶体技能公司、日本菲洛泰克株式会社、德国普发拓普股份公司；海内 单晶炉在 8 英寸领域已逐步实现国产化， 12 英寸领域实现小批量供应，代表企业包 括晶盛机电（300316.SZ）、南京晶能、北方华创（002371.SZ）、京运通（601908.SH）、 西安理工晶体等。
晶盛机电（300316.SZ）承担的“02 专项——300mm 硅单晶直拉 成长设备的开拓”、“8 英寸区熔硅单晶炉国产设备研制”两大项目均已通过专家组 验收，8 寸直拉和区熔单晶炉均已实现家当化，客户覆盖有研半导体、环欧半导体、 金瑞泓等企业；12 英寸半导体级单晶炉已量产。
南京晶能则率先实现 12 英寸直拉单 晶炉的国产化，，已进入新昇半导体大硅片产线。

（2）整型：年均 12 亿规模

硅锭成长完成后、切片事情进行前须要进行整型事情，所需设备紧张包括滚磨 机、截断机。
硅锭在拉晶炉中成长完成后，要经由系列处理以达到切片前的所需状 态，包括去掉两端、径向研磨以及定位边/定位槽制作。
1）去掉两端。
截断籽晶端及 非籽晶端。
2）径向研磨。
由于在晶体成长过程中硅锭直径及圆度的掌握难以达到十 分精确，因此硅锭都需长得稍大些再通过径向研磨来产生精确的材料直径。
3）制作 定位边/定位槽。
定位边/定位槽用来标记硅片的晶向以及导电性能，200mm 以上的硅 片以定位槽为主。

目前，海内滚磨机的制造厂商紧张有晶盛机电（300316.SZ）、京仪世纪等；国 外厂商紧张有日本东京精机事情室。

（3）切片：年均 6 亿规模

200mm 以下硅锭多用内圆切割机完成切片，300mm 采取线切割。
切片是指将 硅锭切割成一定厚度的硅片，目前紧张采取内圆切割及线切割两种办法进行。
当前 对付200mm及以下尺寸的硅片，紧张采取带有金刚石切割边缘的内圆切割机来切片； 对付 300mm 的硅片，采取线切割机来切片，线切割通过一组钢丝带动碳化硅研磨料 进行研磨加工切片。
内圆切割属于一类传统的硅片加工方法，它的局限在于材料利 用率只有 40%~50%，同时由于构造的限定，也无法加工直径大于 200 mm 的硅片； 与内圆切割比较，线切割具有切割效率高、刀损小、本钱低、切片表面质量好、可加 工硅碇直径大、每次加工硅片数多等诸多优点。

由于切片机对精度掌握和稳定性有很高的哀求，国内外技能差别较大，目前多 数依赖入口。
内圆切割机方面，国外厂商紧张为日本东京精密，多线切割机方面，国 外厂商紧张有日本小松株式会社（NTC）、瑞士 SlicingTech 公司；海内里电科 45 所 在内圆切割机及多线切割机方面均有所布局。

（4）磨片及倒角：年均 12 亿规模

磨片和倒角使切割后的硅片提高平整度、降落边缘毛病，干系设备包括磨片机 及倒角机。
切片完成后，要进行双面的机器磨片以去除切片时留下的损伤，达到硅片两面高度的平行和平坦，即磨片。
在硅片制备过程的许多步骤中，平整度是关键的参 数。
通过硅片边缘抛光修整使硅片边缘得到平滑的半径周线，即倒角。
硅片边缘的裂 痕和小缝隙会在后续的加工中产生应力及位错，平滑的边缘半径会将这些影响降到 最低。
磨片及倒角所利用的设备分别为研磨机/磨片机及倒角机。

倒角机以国外厂商为主，研磨机/单面磨片机海内厂商已有布局。
倒角机方面， 国外品牌紧张为日本东京精密以及日本 SPEEDFAM，海内暂无大批量生产厂商。
研 磨机方面，国外厂商紧张包括日本 SPEEDFAM、日本浜井（HAMAI）、德国莱玛特奥 尔特斯、美国 PR HOFFMAN、英国科密特（kemet）等，海内紧张厂商有晶盛机电 （300316.SZ）、宇晶股份（002943.SZ）及赫瑞特等。
双面磨片机方面，国外紧张厂 商为日本光洋（Koyo）等，海内暂无规模化生产厂商。
单面磨片机方面，国外紧张 厂商紧张包括日本迪斯科（Disco）、日本光洋（Koyo）、日本冈本机器（Okamoto） 以及美国 Revasum 等，海内厂商紧张为中电科电子装备有限公司。
SEMICON China 2018 展会上，晶盛机电（300316.SZ）成功推出了 6-12 英寸半导体级的单晶硅滚圆 机、单晶硅截断机、双面研磨机、全自动硅片抛光机等新产品。

（5）刻蚀：年均 12 亿规模

为肃清硅片表面的损伤及沾污，需利用硅少焉蚀机选择性去除硅片表面的物质， 属于湿法刻蚀工艺。
经由一系列处理的硅片表面和边缘存在着损伤及沾污。
为肃清 硅片表面的损伤和沾污，需采取湿法化学刻蚀工艺选择性去除硅片表面的物质，通 常要堕落掉硅片表面约 20m 的硅，以担保所有损伤都被去掉。
进行硅少焉蚀工艺的 设备称为硅少焉蚀机。

硅少焉蚀机制造厂商较多，已实现部分国产替代。
国外厂商紧张包括日本创新 （JAC）、美国 MEI 及韩国 Global Zeus；海内厂商包括中电科 45 所、江苏华林科纳 及苏州晶淼等。

（6）抛光：年均 19 亿规模

硅片制备的末了一步须要进行 CMP 抛光以得到平坦光滑的表面，200mm 及以 下采纳单面抛光，300mm 采纳双面抛光，利用设备为 CMP 抛光机。
硅片制备的最 后一步是化学机器抛光（CMP），目的是得到高平整度的光滑表面。
对付 200mm 及 以下的硅片，采取传统的 CMP 办法，仅对上表面进行抛光，另一侧仍需保留刻蚀后 相对粗糙的表面以便于器件传送；对付 300mm 的硅片，需采取 CMP 进行双面抛光，抛光后的硅片表面平坦、双面平行，两面都会像镜子一样。
进行化学机器抛光的设备 称为 CMP 抛光机，也广泛运用在后续的晶圆制造环节。

CMP 抛光机仍以国外为主，海内厂商正积极布局。
国外厂商紧张有日本 SPEEDFAM、日本不二越机器公司（FUJIKOSHI）、美国 PR HOFFMAN 以及德国 莱玛特奥尔特斯，海内厂商如中电科 45 所、晶盛机电（300316.SZ）及赫瑞特等。
晶盛机电（300316.SZ）2018 年成功研发出 6-8 英寸全自动硅片抛光机，有望连续拓 展 12 英寸抛光设备。

（7）洗濯：年均 12 亿规模

为达到超清洁状态须要对硅片进行洗濯，目前广泛利用的工艺为湿法洗濯，使 用湿法洗濯设备进行。
在将硅片发送给晶圆制造厂商之前，须要进行洗濯以到达超 清洁状态。
硅片洗濯的目标是去除所有表面沾污：颗粒、有机物、金属和自然氧化层。
目前占统治地位的洗濯方法是湿法化学，采取湿法洗濯机进行。

硅片洗濯机国产化正在进行中，海内已呈现一批优质企业。
国外厂商紧张包括 日本创新（JAC）、美国 Akrion、美国 MEI 以及韩国 Global Zeus，海内厂商如北方 华创（002371.SZ）、中电科 45 所等。

（8）检测：年均 19 亿规模

在包装硅片之前，须要检测是否已达到客户哀求的质量标准，如物理尺寸、平整 度、为粗糙度、氧含量、晶体毛病、颗粒以及体电阻率等，所涉及的检测装备包括厚 度仪、颗粒检测仪、透射电镜、硅片分选仪等。
此处硅片检测将不才文中与“工艺检 测”、“晶圆中测”及“终测”合并先容。

3.2、 晶圆制造设备：2020 年 831 亿元市场规模

晶圆制造过程紧张包括扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜成长、化学机器抛 光、金属化七个相互独立的工艺流程，这些工艺流程都会有相对应的晶圆制造设备 来完成芯片制造流程。
范例的集成电路制造须要花费 6-8 周韶光，涵盖 350 道或者 更多的步骤来完成所有的制造工艺，虽然过程繁芜，但所有步骤只是多次利用了有 限的几种工艺，如薄膜沉积、光刻、刻蚀、注入、抛光等。

晶圆制造设备紧张包括光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散/离子注入设备、洗濯设备、CMP 抛光设备、过程检测七大类。
常日晶圆制造厂可以分成 6 个独立的厂区： 扩散、光刻、刻蚀、薄膜、离子注入以及抛光。
扩散区，一样平常认为是进行高温工艺及 薄膜沉积的区域，紧张设备是高温扩散炉和湿法洗濯设备；光刻区，紧张设备是光刻 机以及涂胶/显影设备等用来合营完成光刻流程的一系列工具组合；刻蚀区，常见设 备包括等离子刻蚀机（部分仍采取湿法刻蚀机）、等离子去胶机和湿法洗濯设备；离 子注入区，紧张设备是亚 m 工艺中最常见的掺杂工具离子注入机；薄膜区，紧张负 责生产各个步骤或在那个介质层与金属层的沉积，所采取的温度低于扩散区中设备 的事情温度，核心设备包括 CVD 以及 PVD，可能用到的其他设备还包括 SOG 系统、 RTP 以及湿法洗濯设备；抛光区，紧张设备为 CMP 抛光机，赞助设备包括刷片机、 洗濯装置以及丈量工具。

以下对付工艺及设备的先容并非完备按照芯片制造工艺的先后顺序进行，对付 制造流程中的重复工艺不再先容。

（1）氧化：卧式炉/立式炉/RTP 等热处理设备 59 亿元市场规模

芯片制造的第一步工艺，是在扩散区将硅片进行高温氧化，在表面成长一层二 氧化硅薄膜。
氧化在芯片制造工艺的发展过程中扮演了主要角色，实际上，硅片上氧 化物的成长紧张有两种办法：1）热成长，发生在扩散区，是在升温环境中，通过外 部供给高纯氧使之与硅衬底反应，在硅片表面得到一层热成长的氧化层；2）沉积， 发生在薄膜区，是通过外部供给的氧气及硅源在腔体中反应，在硅片表面上沉积一 层薄膜。

200mm 及以上的热处理步骤中，寝室炉已基本被立式炉及快速热处理系统 （RTP）替代。
热处理设备紧张有三种：寝室炉、立式炉以及快速热处理系统（RTP）。
除这里涉及的氧化工艺外，这三种热处理设备还可运用于掺杂、退火等用场（后两者 将在掺杂工艺中详细先容）。
卧式炉是家当发展早期广泛运用的热处理设备，目前大 部分已被立式炉及 RTP 取代。
卧式和立式炉是较为传统的热处理设备，事情中硅片 和炉壁被同时加热，硅片升温/降温速率小于 20C/分，单批硅片处理数量在 100~200 片。
RTP 是种小型的快速加热系统，事情中只对硅片进行加热，升温速率可达每秒 几十度乃至上百度，常日一次处理一片硅片。
RTP 在芯片制造中最常见的用场是离 子注入后的退火，目前已扩展到氧化金属、硅化物的形成以及快速热 CVD 和外延成长等更宽泛的领域，与传统的扩散炉比较，RTP 通过缩短加热韶光减少永劫光高温 工艺带来的负面影响。

海内150mm以下扩散设备基本自给自足；300mm以上立式炉仍紧张依赖入口， 仅有北方华创（002371.SZ）可批量供应；RTP 以入口为主。
在尺寸小于 150mm 的 IC 制造领域，我国的扩散设备基本能实现自给自足，海内有名的设备厂商有北方华 创（002371.SZ）、中电科 48 所等。
在 300mm 的 IC 制造领域，立式炉仍紧张依赖 入口，国外厂商有东京电子(TEL)、日立国际(HKE)等，海内只有北方华创（002371.SZ） 能够批量供应。
北方华创（002371.SZ）的氧化炉目前已供应给中芯国际（0981.HK）、 华力微电子、长江存储等厂商利用。
在 RTP 设备方面，目前 IC 生产线上普遍采取美 国的运用材料、 Axcelis Technology、 Mattson Technology 和 ASM 的设备（约占 90% 的市场份额），海内发展相对滞后。

（2）光刻：光刻机 249 亿元市场规模

在集成电路制造工艺中，光刻是决定集成电路集成度的核心工序，在全体硅片 加工本钱中占到 1/3。
光刻的实质是把掩膜版上临时的电路构造复制到往后要进行刻 蚀和离子注入的硅片上。
光刻工艺的事理：利用光刻机光源发出的光通过具有图形 的掩膜版，对涂有光刻胶的硅片上未被掩膜版遮盖的区域进行曝光，被照射部分的 光刻胶性子发生改变，可溶解（或不用融）于显影液，通过显影后去除可溶解部分， 则掩膜版的图形被复制于硅片上。
光刻工艺可划分为八个基本步骤：气相成底膜、旋 转涂胶、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙（或有）、显影、坚膜烘焙以及显影检讨。
转移到硅片表面的图形与光刻目的干系，可以是半导体器件、隔离槽、打仗孔、连接 金属层的通孔以及金属互联线，这些图形转移到硅片上，为后续的刻蚀或离子注入 做准备。

光刻工序须要用到两种工艺设备，即匀胶显影设备和光刻机。
前辈的半导体工 艺常日将匀胶显影设备与光刻机直接对接，协同事情，通过光刻胶涂覆、光刻、显影 过程中严格的工艺韶光掌握，确保光刻后转印在衬底上的集成电路图形达到质量要 求。

光刻机是集成电路生产线中最昂贵、最繁芜的核心设备。
目前常用的光刻机主 要有两种，分步重复光刻机及步进扫描光刻机，后者更为多见。
光刻机的发展历经 过五代：1）打仗式光刻机：最早的光刻机，即掩膜贴在硅片上进行光刻，随意马虎产生 污染、降落掩膜版利用寿命。
2）靠近式光刻机：对打仗式光刻机进行改良，掩膜与 硅片不再直接打仗，但受气垫影响，成像的精度不高。
3）扫描式光刻机：利用基于 反射的光学系统将掩膜版图形 1:1 地投影到硅片表面，掩膜版与晶圆同步相对窄光 束移动，通过两者的扫描运动实现逐步曝光，终极将掩膜版上的图形全部复制到晶 圆上；局限是“1 倍”掩膜版须要与芯片有相同的特色尺寸，制造难度很大。
4）分步 重复光刻机：基于折射光学系统（降落掩膜版制造难度），单次只曝光硅片上的一块 区域，然后步进到硅片上的另一位置重复曝光。
5）步进扫描光刻机：结合了扫描式 光刻机与分步重复光刻机的技能，单场曝光采取动态扫描办法，即掩膜版与晶圆相 对窄光束同步完成扫描运动；完成当前曝光后，晶圆由事情台承载步进至下一步扫 描园地位，连续进行重复曝光；重复步进并扫描曝光多次，直至全体晶圆所有场曝光 完毕。
目前，打仗式光刻机与靠近式光刻机运用很少。
对付打仗式光刻机，由于其简 单、经济性，且可实现亚微米级特色尺寸图形的曝光，由于仍运用于小批量产品制造 和实验室研究；对付靠近式光刻机，仍旧可用于特色尺寸在 3m 以上的集成电路中。
分布重复光刻机与步进扫描光刻机较为常用，后者为当前主流光刻机。
分布重复光 刻机紧张运用于 0.25m 以上工艺（当前 IC 制造的非关键工艺），以及前辈封装领 域及其他新运用领域。
IC 工艺进入 0.25m 后，步进扫描光刻机由于其在扫描场尺寸 及曝光均匀性上的上风，在 0.25m 以下的深紫外光刻中霸占主导地位。

通过配置不同波长的光源（如 i 线、KrF、ArF、EUV），步进扫描光刻机可支 撑半导体前道工艺所有的技能节点。
ArF 光源光刻机是目前利用范围最广、最具有 代表性的一代光刻机。
减小紫外光源波长，是提高光刻技能分辨能力的主要手段，随 着光源波长的降落，光刻机有望得到更高的成像分辨率。
ArF 干法曝光最大可支撑 65nm 的成像分辨率。
对付 45nm 以下及更高的成像分辨率的哀求，ArF 干法曝光已 无法知足，故引入了浸没式光刻方法。
浸没式光刻通过将投影物镜下表面及硅片上 表面间充满液体（常日为 1.44 折射率的超纯水）以提升成像体统的有效数值孔径， 使光刻机的分辨能力得到延伸。
在此根本上，结合多重图形和打算光刻技能，ArFi 光 刻机得以在 22nm 及以下工艺节点运用，并可支撑 7nm 节点工艺，在 EUV 光刻机量 产前得到了广泛的运用。

EUV 光刻机被普遍认为是 7nm 以下工艺节点最佳选择，需求持续攀升。
相对付 ArFi 光刻机，EUV 光刻机的单次曝光分辨率大幅提升，可有效避免因多次光刻、刻 蚀方能得到高分辨率的繁芜工艺，从工艺技能和制造本钱综称身分考量，EUV 设备 被普遍认为是 7nm 以下工艺节点的最佳选择。
同时，5nm 及以下工艺必须依赖 EUV 光刻性能力实现。
随着半导系统编制造工艺向 7nm 以下持续延伸，EUV 光刻机的需求将 进一步增加。

除上述有掩膜光刻机外，还有一类光刻机在事情中无需利用掩膜版，即无掩膜光 刻机，又称直写光刻机。
无掩膜光刻机可柔性制作集成电路，但生产效率低，一样平常只 适用于器件原型的研制验证、掩膜版以及小批量特定芯片的制作，在光刻机中所占 比例较低。

匀胶显影设备是指光刻工艺过程中与光刻机配套利用的匀胶、显影及烘烤设备。
在早期的集成电路工艺和较低真个半导体工艺中，匀胶显影设备每每单独利用；随 着自动化程度提高，在 200mm 及以上的大型生产线上，匀胶显影设备一样平常都与光刻 机联机作业完成风雅的光刻工艺流程。
匀胶显影设备紧张由匀胶、显影、烘烤三大系 统组成，通过机器手使硅片在各系统之间通报和处理，完成光刻胶涂覆、固化、光刻、 显影以及坚膜等工艺流程。

光刻机厂商集中度高，ASML 地位不可撼动；海内技能水平差距巨大，SMEE 目前可量产 90nm 工艺节点光刻机。
环球最大的光刻机厂商为荷兰的 ASML，市占 率超过 80%，在 EUV 领域处于完备垄断的地位。
除 ASML 以外，日本佳能（CANON）、 尼康（NIKON）也是国外有名的光刻机生产商。
ASML 可以覆盖所有档次光刻机产 品，尼康、佳能的产品分别仅勾留在了 28nm 和 90nm 的节点上。
海内集成电路家当 起步较晚，在光刻机制造领域与国际差距巨大。
根据电子工程天下资料，近年来上海 微电子装备(集团)株式会社（SMEE）通过积极研发，已实现 90nm 节点光刻机 的量产，并正在研究适用于 65nm 节点的设备。
SMEE 紧张有两个系列的产品：1） 600 系列步进扫描光刻机，可知足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 关键层和非关 键层的光刻工艺需求，用于 8 寸线或 12 寸线的大规模工业生产；2）500 系列步进光 刻机，可知足 IC 后道前辈封装的光刻工艺，如晶圆级封装（Fan-In/Fan-Out WLP） 的重新布线（RDL），倒装（FC）工艺中常用的金凸块（Gold Bump）、焊料凸块（Solder Bump)、铜柱（Copper）等，也可通过选择背面对准知足 MEMS 和 2.5D/3D 封装的 TSV 光刻工艺需求。

匀胶显影设备方面，日本东京电子霸占高端市场紧张份额；海内芯源微 （688037.SH）逐渐具备了国产替代能力。
匀胶显影设备的国外厂商紧张有日本的东 京电子（TEL）、DNS，以及德国的苏斯等，个中 TEL 在高端产品领域霸占紧张的 市场份额。
芯源微（688037.SH）在海内的高端封装、LED 制造等领域霸占紧张的市 场份额，在前道高端设备方面也取得了打破性进展，产品技能参数与性能已达国际 前辈水平，逐步具备了入口替代的能力。

（3）刻蚀：刻蚀机 100 亿元市场规模

刻蚀是用化学或者物理方法，有选择地从硅片表面去除不须要材料的过程，通 常在显影检讨后进行，目的是在涂胶的硅片上精确复制掩膜图形。
光刻胶层在刻蚀 工艺中不受显著侵蚀，被光刻胶覆盖的部分因受到保护而未被刻蚀，没有覆盖的部 分将被刻蚀掉。
刻蚀可以看做在硅片上复制所需图形末了的转移工艺步骤。

在半导系统编制造中有两种基本的刻蚀工艺，干法刻蚀和湿法刻蚀，个中干法刻蚀 是亚微米尺寸下刻蚀器件最紧张的方法。
干法刻蚀也称等离子体刻蚀，是指利用气 态的化学刻蚀剂与硅片上未被光刻胶覆盖的材料发生物理或化学反应（或两者均有）， 以去除暴露的表面材料的过程。
常日，反应天生物具有可挥发性，可被抽离出反应 腔。
湿法刻蚀，是指采取液体化学试剂（酸、碱和溶剂等）以化学办法去除硅片表面 材料的过程。
早期的刻蚀工艺多采取湿法刻蚀，但因其在线宽掌握和刻蚀方向性等 多方面的局限，3m 之后的工艺大多采取干法刻蚀，湿法刻蚀仅用来堕落硅片上的 某些层或残留物的洗濯（湿法刻蚀不才文洗濯设备部分阐述）。
干法刻蚀系统中，刻 蚀浸染是通过化学浸染或物理浸染，或者共同浸染来实现的，个中物理和化学稠浊 浸染能使刻蚀得到好的线宽掌握和较好的选择比，因而在大多数干法刻蚀工艺中被 采取。

根据被刻蚀材料的种类，刻蚀设备可分为硅刻蚀设备、金属刻蚀设备和介质刻 蚀设备三大类。
以等离子体产生和掌握技能进行区分，电容耦合等离子体刻蚀设备 （CCP）和电感耦合等离子体刻蚀设备（ICP）是各种等离子体刻蚀设备中运用最广 泛的两类设备。
硅刻蚀用于去除硅的场合，如刻蚀多晶硅栅及硅槽电容；金属刻蚀主 假如在金属层上去除合金复合层，制作出互联线；介质刻蚀用于介质材料的刻蚀，如 制作打仗孔或通孔构造时 SiO2 的刻蚀。
传统的硅刻蚀及金属刻蚀倾向于利用离子能 量较低的设备，如 ICP 刻蚀设备；介质刻蚀倾向于利用离子能量较高的设备，如电 容耦合等离子体刻蚀设备 CCP 刻蚀设备。
刻蚀设备种类很多，除上述 CCP 与 ICP 刻 蚀设备外，还有离子束刻蚀设备（IBE）、等离子刻蚀设备（PE）、反应离子刻蚀设 备（RIE）、原子层刻蚀设备（ALE）、电子回旋共振等离子体刻蚀设备（ECR）、 螺旋波等离子体刻蚀设备（HWP）以及表面波等离子体刻蚀设备（SWP）等。

刻蚀设备也是集成电路制造工艺中最繁芜、难度最大且利用比例最高的设备之 一。
随着芯片集成度不断提高，生产工艺加倍繁芜，刻蚀在全体生产流程中所占的比 重也呈现上升趋势。

等离子体刻蚀机已开始入口替代，海内里微公司（688012.SH）、北方华创（002371.SZ）分别在介质刻蚀、硅刻蚀/金属刻蚀领域脱颖而出。
美国和日本在刻蚀 设备制造领域处于领先地位，代表厂商包括美国的泛林（Lam Research）和运用材料 （Applied Materials），日本的东京电子（TEL）和日立（Hitachi）。
近十年，中国刻 蚀机制造的进步显著，已具备初步国产替代能力。
根据电子工程网讯息，中微公司 （688012.SH）自主开拓的介质刻蚀设备已被国内外芯片制造大厂引进前辈生产线中 进行大规模量产，5nm 等离子体刻蚀机经已获台积电认可，将用于环球首条 5nm 制 程生产线。
北方华创（002371.SZ）的硅刻蚀机已进入中芯国际等多条生产线的前辈 工艺中进行大规模生产，并在 14nm 核心工艺技能上取得了重大进展，金属刻蚀机 已批量运用于 8 英寸集成电路生产线。

（4）沉积：PVD100 亿元市场规模，CVD166 亿元市场规模

在本节第一部分已经提过，集成电路制造工艺中氧化膜的天生紧张有氧化及沉 积两种办法，个中沉积是各种薄膜形成的最紧张的办法，包含绝缘薄膜（如 SiO2）、 半导体薄膜（如多晶硅）或者导电薄膜（如金属），这些薄膜有的作为器件构造中一 个完全的部分，另一些则充当了工艺过程中的捐躯层在后续的工艺中被去掉。
薄膜 沉积设备是一种凑集了多种学科最前辈技能的设备，也是各种芯片生产设备中比较 繁芜、难度较大且利用率较高的设备。

集成电路薄膜沉积工艺可分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD） 和外延三大类。
PVD 是指通过热蒸发或者靶表面受到粒子轰击时发生原子溅射等物 理过程，实现上述物质原子转移至硅片表面并形成薄膜的技能，多运用于金属的沉 积；CVD 是指通过气体稠浊的化学反应在硅片表面沉积薄膜的工艺，可运用于绝缘 薄膜、多晶硅以及金属膜层的沉积；外延是一种在硅片表面按照衬底晶向成长单晶 薄膜的工艺。

磁控溅射是PVD中利用最广泛的设备，离子PVD在制作具有博识宽比的通孔、 狭窄沟道的工艺中霸占了主导地位。
PVD 可分为真空蒸镀和溅射两种类型。
1）真空 蒸镀。
普通灯丝蒸镀工艺大略、随意马虎操作，但难以知足蒸发某些难容金属和氧化物材 料，于是发展了电子束蒸镀；电子束加热蒸镀可以得到极高的能量密度，可蒸镀 W、 Mo、Ge、SiO2、Al2O3 等材料。

磁控溅射是PVD中利用最广泛的设备，离子PVD在制作具有博识宽比的通孔、 狭窄沟道的工艺中霸占了主导地位。
PVD 可分为真空蒸镀和溅射两种类型。
1）真空 蒸镀。
普通灯丝蒸镀工艺大略、随意马虎操作，但难以知足蒸发某些难容金属和氧化物材 料，于是发展了电子束蒸镀；电子束加热蒸镀可以得到极高的能量密度，可蒸镀 W、 Mo、Ge、SiO2、Al2O3 等材料。

常用 CVD 设备包括 APCVD、LPCVD、PECVD、HDPCVD 以及 FCVD 等， 适用于不同工艺节点对膜质量、厚度以及孔隙沟槽添补能力等的不同哀求。
常压化 学气相沉积（APCVD）是最早的 CVD 设备，构造大略、沉积速率高，至今仍广泛应 用于工业生产中。
低压化学气相沉积（LPCVD）是在 APCAD 的根本上发展起来的， 由于其事情压力大大降落，薄膜的均匀性和沟槽覆盖添补能力有所改进，比较 APCVD 的运用更为广泛。
在 IC 制造技能从亚微米发展到 90nm 的过程中，等离子 体增强化学气相沉积设备（PECVD）扮演了主要的角色，由于等离子体的浸染，化 学反应温度明显降落，薄膜纯度得到提高，密度得以加强。
到 90nm 技能时期，为改 善 PECVD 薄膜的致密性、沟槽添补能力以及成长速率，引入了高密度等离子体增强 化学气相沉积（HDPCVD）设备。
随着集成电路技能发展到 28nm 以下，HDPCVD 已 无法知足 FinFET 器件构造对隔离沟槽添补技能的哀求，流体化学气相沉积技能 （FCVD）应运而生，其可完成对眇小沟槽及孔隙的无缝添补，并知足 10nm 以及 7nm 技能节点的工艺哀求。
CVD 不仅可以用于绝缘薄膜和半导体材料的沉积，还可用于 金属薄膜的沉积，由于 CVD 具有优秀的等角台阶覆盖以及对博识宽比打仗和通孔无 间隙的添补，在金属薄膜沉积方面的运用正在增加。

ALD 设备沉积的薄膜具有非常精确的膜厚掌握和非常优胜的台阶覆盖率，随着 器件集成技能的提升，运用愈加广泛。
从 45nm 技能开始，为了减鄙吝件的泄露电 流，新的高 k 材料和金属栅工艺被运用到集成电路工艺中，由于膜层很薄（常日在 数纳米量级内），以是引入了原子层沉积（ALD）。
ALD 在每个周期中成长的薄膜 厚度是一定的，以是可以有非常精确的膜厚掌握和非常优胜的台阶覆盖率。
随着 IC 集成技能的发展，不断缩小的器件尺寸对薄膜成长的热预算、致密度及台阶覆盖率 都有了更高的哀求，未来 ALD 技能在薄膜成长领域会有更多的运用。

在某些情形下，须要在单晶衬底表面外延成长一薄层单晶材料，这层外延层与衬 底具有相同晶体构造，可根据器件哀求实现对杂质类型和浓度的掌握，为设计者在 优化器件性能方面供应了很大的灵巧性。
外延有时也能赞助达到高性能 IC 的哀求。
外延可分为分子束外延（MBE）、气相外延（VPE）、液相外延（LPE）以及固相外 延（SPE），个中后三者属于化学外延技能，可归为广义的 CVD 技能。

薄膜沉积设备也已开启入口替代，北方华创是海内 PVD/CVD 设备的领军企业。
美国、欧洲和日本在薄膜沉积设备领域处于领先地位，紧张厂商包括美国的运用材 料( Applied Materials)、泛林( Lam Research)，荷兰的前辈半导体材料(ASM)，日本的 东京电子(TEL)等。
海内涵薄膜沉积领域已有长足进步，北方华创（002371.SZ）自主 开拓的系列 PVD 设备已经用于 28m 生产线中，用于 14m 工艺的 PVD 设备实现重大 进展;沈阳拓荆和北方华创（002371.SZ）的 PECVD 设备也在芯片及 MEMS 生产线 上得到运用。

（5）离子注入：离子注入机 33 亿元市场规模

实现掺杂的办法包括扩散及离子注入，后者当代 IC 制造中掺杂的紧张工艺。
离 子注入后须要进行退火处理以修复毛病并激活杂质。
本征硅（晶格完全且不含杂质 的硅单晶）的导电性能很差，只有加入少量杂质（紧张掺杂ⅢA 族和ⅤA 族的杂质）， 使其构造和导电率发生改变时，才能成为一种有用的半导体，这个过程被称为掺杂。
在 IC 制造工艺中，有两种方法可以向硅片引入杂质元素，即热扩散和离子注入。
热 扩散利用高温驱动杂质穿过硅的晶格构造，离子注入是通过高压离子轰击将杂质引 入硅片。
相对付扩散，离子注入的紧张优点在于能在较低的温度下，准确地掌握杂质 掺入的浓度和深度，重复性好。
早期热扩散是掺杂的紧张手段，随着特色尺寸及相应 器件的不断缩小，当代 IC 制造中大多掺杂工艺都是利用离子注入实现的。
由于离子 注入采取高速轰击的事情办法，会将注入区原子撞出晶格而形成局部损伤区，且被 注入离子大多并不霸占硅的晶格点，而是勾留在晶格间隙位置，因此须要进行退火 处理以部分或全部肃清因离子注入产生的损伤以及激活被注入的离子。
离子注入广泛运用于 IC 制造，包括 MOS 栅阈值调度、倒掺杂阱、源漏注入、超浅结、轻掺杂 漏区、多晶硅栅、深埋层、穿通阻挡层、沟槽电容器和 SIMOX 等。

热处理设备紧张包括卧式炉、立式炉以及快速热处理设备（RTP），运用于不同 哀求的掺杂和退火工艺。
对付 200mm 以下的掺杂和退火，紧张利用卧式炉；对付 200mm 及以上的掺杂，立式炉有部分运用，而市场紧张由离子注入设备所主导；对 于 200mm 及以上的退火，紧张利用立式炉及快速热处理设备（RTP/RTA）。
RTP 是 一种单片热处理设备，能够快速升/降温，在快速热退火（RTA）中运用最为普遍，同 时也开始运用于快速热氧化（RTO）、快速热氮化（RTN）、快速热扩散（RTD）、 快速热化学气相沉积（RTCVD）等领域，在前辈 IC 制造领域的运用越来越广泛。

离子注入机是当代集成电路制造工艺中最紧张的掺杂设备，个中大束流落子注 入机市占率最高。
离子注入机是集成电路装备中较为繁芜的设备之一，是当代 IC 制 造工艺中最紧张的掺杂设备。
离子注入机大体可分为低能大束流落子注入机、中束 流落子注入机和高束流落子注入机三类。
中束流落子注入机可运用于半导系统编制造中 沟道掺杂、阱掺杂和漏/源掺杂等多种工艺。
比较中束流设备，大束流落子注入机具 有较高的束流和较低的能量，适用于大剂量浅结注入，如源/漏扩展区注入、源/漏注 入、栅极掺杂等工艺，是目前半导系统编制造领域中市占率最高的离子注入机。
高能离子 注入机用于注入掩埋杂质层，如倒掺杂阱和三阱，在某些领域中可以替代中束流落 子注入机。

离子注入机多数依赖入口，电科装备崭露锋芒。
海内生产线上利用的离子注入 机多数依赖入口。
国外紧张厂商有美国SPIRE和ISM Tech.，英国AEA Industrial Tech.、 Tec Vac 和 Tech-Ni-Plant，法国 Nitruvid 和 IBS，西班牙的 INASMET 和 AIN，德国 MAT，丹麦 DTI Tribology Centre 等；海内厂商方面，中电科电子装备有限公司、中 电科 48 所、上海凯世通也能供应少量产品。
电科装备在海内厂商中拥有绝对上风， 形成中束流、低能大束流和高能离子注入机等系列产品，根据《经济日报》2018 年 8 月宣布，公司多台 12 英寸离子注入机已进入中芯国际生产线，工艺覆盖至 28nm， 累计产量约 300 万片。

热处理设备紧张厂商已在前文“氧化”工艺中先容，这里不再赘述。

（6）抛光：CMP 抛光机 25 亿元市场规模

化学机器抛光（CMP）能得到金属和介质层的局部或全局平坦化，广泛运用于 极大规模 IC 制造中。
无应力抛光（SFP）不会产生任何机器应力，尤实在用于低 k/ 超低 k 介质铜互贯串衔接构的平坦化过程。
CMP 结合了化学浸染与机器浸染，使硅片表 面材料与研磨液发生化学反应的同时，在研磨头的压力浸染下进行抛光，终极使硅 片表面实现平坦化。
CMP 设备集成了机器学、流体力学、材料化学、风雅化工、控 制软件等多领城最前辈的技能，是 IC 制造设备中较为繁芜和研制难度较大的设备之 一。
CMP 设备在 IC 制造中的运用包括浅槽隔离平坦化、多晶硅平坦化、层间截至平 坦化、金属间介质平坦化以及铜互连平坦化等。
SFP 基于电化学事理，在抛光过程中 硅片仅与抛光液打仗，是一种不会产生任何机器应力的抛光工艺。
SFP 能够很好地解 决低 k/超低 k 介质铜互贯串衔接构平坦化过程中因机器应力造成的损伤问题，从而避免 互贯串衔接构断路或短路。

CMP 设备领域被国际厂商高度垄断，华海清科及中电科 45 所设备在主流晶圆 制造厂中处于试用及验证阶段。
目前，美国和日本在 CMP 设备制造领域处于领先地 位，生产厂商紧张包括美国的运用材料（Applied Materials）和日本的荏原机器（Ebara）， 两家企业霸占环球 98%的市场份额，呈现高度垄断的竞争格局。
根据赛迪顾问资料， 海内 CMP 设备的紧张研发生产单位有天津华海清科和中电科 45 所，个中华海清科 的设备已在中芯国际生产线上试用，中电科 45 所 8 英寸设备已进入中芯国际生产线 进行工艺验证，12 英寸设备也在研发当中。

（7）洗濯机及湿法刻蚀设备等剥离设备：33 亿元市场规模

湿法洗濯设备可以去除 IC 制造过程中所产生的颗粒、自然氧化层、有机物、金 属污染、捐躯层以及抛光残留物等杂质。
目前湿法洗濯的主流设备包括单圆片洗濯 设备、单圆片洗擦设备以及单圆少焉蚀设备（湿法刻蚀设备）。
湿法洗濯在硅片表面 洗濯方法中占统治地位。
湿法洗濯是指针对不同的工艺需求，采取特定的化学试剂 和去离子水，对硅片表面进行无损洗濯，去除 IC 制造过程中颗粒、自然氧化层、有 机物、金属污染、捐躯层以及抛光残留物等物质，可合营利用液体快速循环流动、兆 声波和氮气赞助喷射等物理办法提升洗濯效果。
前辈的 IC 制造技能对硅片表面污染 物掌握的指标哀求越来越高，因此在每项工艺前都须要进行洗濯。
集成电路出身以来，紧张由槽式洗濯机和槽式刻蚀机来完成硅片的洗濯及薄膜刻蚀工艺，随着集成 电路线宽的缩小，对洗濯哀求越来越严格，上述两种洗濯设备已逐渐被单圆片湿法 设备所取代。
目前，槽式圆片洗濯机、槽式洗濯刻蚀机在全体洗濯流程等分别仅占 20%及 2%的步骤。
根据不同的工艺目的，单圆片湿法设备可以分为三大类：1）单圆 片洗濯设备，洗濯目标物包括颗粒、有机物、自然氧化层、金属杂质等污染物；2） 单圆片洗擦设备，紧张用于去除圆片表面颗粒； 3）单圆少焉蚀设备（湿法刻蚀设备）， 紧张用于去除薄膜。
单圆片洗濯设备广泛运用于 IC 制造的前道和后道工艺过程，包 括成膜前/后的洗濯、等离子体刻蚀后洗濯、离子注入后洗濯、化学机器抛光后洗濯 和金属沉积后洗濯等，已基本可以兼容所有的洗濯工艺（除高温磷酸工艺）。
单圆片 刻蚀设备一样平常用于去除硅、氧化硅、氮化硅及金属膜层等薄膜材料。
此外，随着 IC 制造工艺的进步，单槽体圆片洗濯机、低温超临界圆片洗濯机等多种洗濯机也陆续 得到一些运用。

海内洗濯设备“三剑客”承担国产化重任，并已批量替代入口。
高端洗濯机市场 仍以国外为主，日本的迪恩士（DNS）、东京电子和美国的泛林（Lam Research）三 家企业霸占了单圆片湿法设备 70%以上的市场份额。
海内洗濯设备“三剑客”分别为 北方华创（002371.SZ）、盛美半导体以及至纯科技（603690.SH），其生产的洗濯机 已经大批量替代入口，个中盛美半导体是海内唯一进入 14nm 产线验证的洗濯设备 厂商，技能上已具备国际竞争力。

（8）检测：58 亿元市场规模

此处晶圆中测将不才文中与“工艺检测”、“硅片检测”及“终测”合并先容。

3.3、 封装设备：2020 年 63 亿元市场规模

广义封装可分为四级，个中 0 级和 1 级为电子封装，是狭义封装的工艺范畴。
狭义的封装是指安装芯片外壳的过程；广义的封装应包括将制备合格的芯片、元件 等装置到载体上，采取适当的连接技能形成电气连接，安装外壳，构成有效组件的整 个过程。
封装的功能常日包括五个方面，电源分配、旗子暗记分配、散热通道、机器支撑 以及环境保护。
按广义封装的定义，芯片的封装一样平常可以分为四级：1）0 级封装， 即芯片级封装。
常日芯片级封装的连接办法有引线键合（WB）、载带自动键合（TAB） 和倒装焊（FCB）三种。
2）1 级封装，即元件级封装。
1 级封装便是针对 IC 的封装， 是将一个或多个 IC 芯片用适当的材料封装起来，这些材料可以是塑料、金属和陶瓷 等，或者是他们的组合。
3）2 级封装，即卡板级封装。
2 级封装便是将 IC、电阻、 电容、插件及其他元件安装在 PCB 上的过程。
4）3 级封装，即整机及封装。
3 级封 装便是将以上各种 PCB（板或卡）总装成整机的过程。
常日将 0 级和 1 级称为电子 封装，将 2 级和 3 级称为电子组装。
下文中的所指的封装技能及工艺为电子封装。

按技能发展，芯片封装可分为传统封装和前辈封装，个中传统封装仍是中国市 场的主体。
传统封装与前辈封装的区分界线有多种说法，本文中按是否先将晶圆切 割成单个芯片再进行封装为依据进行划分，则 传统封装常日包含单列直插封装（SIP）、 双列直插封装（DIP）、小形状封装（SOP）、晶体管形状封装（TO）、四面无引线 扁平封装（QFN）、DFN 以及球栅阵列封装（BGA）等；前辈封装包括倒装（FC） 芯片的封装、圆片级封装（WLP）、2.5D 封装以及 3D 封装等。
当前中国封装领域 的家当规模已经形成了环球竞争力，但在高密度集成等前辈封装方面与国际前辈水 平仍有一定差距，在我国 IC 封装市场中，DIP、QFP、QFN/DFN 等传统封装仍是主 体，霸占约 70%的市场份额。

不同封装形式又有不同的封装工艺。

……

封装设备市场整体呈现寡头垄断格局，海内市场在传统封装装备领域自给率低， 在前辈封装用光刻机、刻蚀机等设备领域国产化率较高。
各种封装设备市场呈寡头垄断格局，如日本 Disco 垄断了环球 80%以上的封装关键设备减薄机和划片机的市 场。
根据电科装备资料，我国传统封装设备国产化率整体上却不超过 10%，但前辈 封装设备的国产化率逐步提高，封装用光刻机、刻蚀机、植球机等整体超过 50%。

3.4、 测试设备：2020 年工艺/CP/FT 合计 158 亿元市场规模

半导体检测贯穿全体制造过程，检测设备紧张分为工艺检测（在线参数测试） 设备、晶圆检测（CP 测试）设备和终测（FT 测试）设备三类。
半导体检测贯穿整 个制造过程，从最初的设计到终极的产品都须要有严格的检测哀求。
因此，半导体检 测设备是芯片质量的主要担保，也是提高芯片制造水平和进行成品率管理的关键。
半导体检测设备紧张用于检测半导体产品在生产过程中和产成后的各种性能是否达 到设计哀求。
广义上来讲，半导体检测设备包括工艺检测设备、晶圆检测设备和终测 设备三类。

工艺检测设备用于工艺过程中的丈量及毛病检讨，在前段晶圆制造工艺及后段 封装工艺中均有运用，在前辈的前段生产线中浸染越来越主要。
工艺检测设备是应 用于工艺过程中丈量类设备和毛病检讨类设备的统称。
在芯片制造过程中，险些每 个工艺环节如氧化、光刻、刻蚀、离子注入等都会由于技能偏差或外在环境的污染而 产生毛病，导致芯片的终极失落效。
工艺检测设备可对每道工艺后的晶圆进行无损的 检讨和丈量，以担保关键工艺参数知足工艺指标的哀求，从而担保芯片的成品率以 及芯片终极出货的稳定性和可预期性。
IC 制造工艺流程中，在线利用的工艺检测设 备种类繁多，运用于前段芯片制造工艺的紧张检测设备可分为四类：1）对晶圆表面 毛病、颗粒和残留异物的检讨及分类； 2）对 薄膜材料的厚度和物理常数（如折射率、 消光系数、应力）等参数的丈量；3）对光刻、刻蚀、CMP 等工艺流程后的关键尺寸 以及描述构造等参数的丈量；4）对套刻对准的偏差的丈量。
在后段封装工艺中，芯 片倒装（FC）、圆片级封装（WLP）和硅通孔（TSV）等前辈工艺阶段哀求对凸点、 通孔、铜柱等的缺损/异物残留（包括形状、间距、高度的同等性）以及再布线层进 行无打仗的检讨和丈量。

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晶圆检测设备包括硅片测试设备和晶圆中测设备。
硅片测试设备紧张包括厚度 仪、颗粒检测仪、硅片分选仪等；晶圆中测设备紧张包括探针卡、探针台和测试机 等。
晶圆检测设备可以分为硅片测试设备和晶圆中测设备两部分。
在硅片制备完成 后，供应商必须通过一些检测手段来掌握硅片质量，以达到质量参数哀求，如果将有 毛病的硅片交给芯片制造厂将会导致“灾害性”的结果。
这些检测内容紧张包括硅片 的物理尺寸、平整度、微粗糙度、氧含量、晶体毛病、颗粒杂质、电阻率等，紧张的 检测设备包括厚度仪、颗粒检测仪、硅片分选仪等。
晶圆中测紧张是指在晶圆制造完 成后进行封装前，对晶圆上的芯片进行功能和电参数性能测试，紧张设备包括探针卡、探针台和测试机。

终测是对封装后芯片功能和电性能的测试，紧张设备为分选机和测试机。
终测 是为了担保出厂每颗芯片的功能、性能指标均能达到设计规范哀求。
终测紧张用到 的设备为分选机和测试机。
分选机将芯片传送至测试点，连接测试机的功能模块，测 试机通过对芯片施加输入旗子暗记、采集输出旗子暗记判断芯片在不同事情条件下功能和性 能的有效性，并将测试结果通过通信接口运送给分选机，分选机据此对被测芯片进 行标记、分选等。

工艺检测设备以国外为主，测试机领域华峰测控（688200.SH）及长川科技 （300604.SZ）已初具规模。
在工艺检测、晶圆检测及终测中，海内企业紧张涉足在 后两者。
在工艺检测领域，国外厂商 KLA-TENCOR、运用材料、日立霸占 70%以上 的市场份额。
在测试机（ATE）领域，海内市场也紧张被国外企业瓜分，泰瑞达、爱 德万测试、Cohu 霸占 90%以上的份额，海内厂商华峰测控（688200.SH）、长川科 技（300604.SZ）经由近几年的迅速发展已初具规模，实现了部分入口替代。

4、 家当链细分龙头将受益于国产化趋势（拜会报告原文）

4.1、 北方华创（002371.SZ）：泛半导体设备龙头企业

4.2、 中微公司（688012.SH）：半导体设备领域的后起之秀

4.3、 晶盛机电（300316.SZ）：高端晶体设备行业龙头 受益光伏稳健增长

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（报告来源：开源证券）

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