2020年全球及中國半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)市場規(guī)模、投資規(guī)模及行業(yè)發(fā)展機遇分析[圖]

    一、全球市場：2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場有望回暖

    1、2018-2019年存儲器供過于求投資削減致使設(shè)備市場遇冷

    半導(dǎo)體設(shè)備指半導(dǎo)體產(chǎn)品在制造和封測環(huán)節(jié)所要用到的所有機器設(shè)備，廣義上也包括生產(chǎn)半導(dǎo)體原材料所需的機器設(shè)備。主要有：光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設(shè)備、離子注入機、測試機、分選機、探針臺等。根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)“一代設(shè)備，一代工藝，一代產(chǎn)品”的經(jīng)驗，半導(dǎo)體產(chǎn)品制造要超前電子系統(tǒng)開發(fā)新一代工藝，而半導(dǎo)體設(shè)備要超前半導(dǎo)體產(chǎn)品制造開發(fā)新一代產(chǎn)品。因此半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)是半導(dǎo)體芯片制造的基石，擎起了整個現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)，是半導(dǎo)體行業(yè)的基礎(chǔ)和核心。

    根據(jù)國際貨幣基金組織測算，每1美元半導(dǎo)體芯片的產(chǎn)值可帶動相關(guān)電子信息產(chǎn)業(yè)10美元產(chǎn)值，并帶來100美元的GDP，這種價值鏈的放大效應(yīng)奠定了半導(dǎo)體行業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位。半導(dǎo)體與信息安全的發(fā)展進程息息相關(guān)，世界各國政府都將其視為國家的骨干產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平逐漸成為了國家綜合實力的象征。

半導(dǎo)體設(shè)備支撐10倍大的芯片制造產(chǎn)業(yè)，對信息產(chǎn)業(yè)有成百上千倍的放大作用

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    隨著半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)品的加工面積成倍縮小，復(fù)雜程度與日俱增，生產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)品所需的制造設(shè)備需要綜合運用光學(xué)、物理、化學(xué)等科學(xué)技術(shù)，具有技術(shù)壁壘高、制造難度大及研發(fā)投入高等特點。半導(dǎo)體設(shè)備價值普遍較高，一條制造先進半導(dǎo)體產(chǎn)品的生產(chǎn)線投資中設(shè)備價值約占總投資規(guī)模的75%以上，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展衍生出巨大的設(shè)備需求市場。

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查及投資發(fā)展?jié)摿蟾?/a>》顯示：受資本開支削減影響，2019年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場銷售額同比下降10.8%。2019年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模為576億美元，受資本開支削減的影響，較2018年646億美元下降10.8%。其中，中國臺灣地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模156億美元，占比27.0%，超越韓國成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備市場；中國大陸市場規(guī)模129億美元，占比22.4%，連續(xù)兩年位居第二；韓國市場規(guī)模105億美元，占比18.3%，因縮減資本支出下滑至第三。北美、日本、歐洲則分別以78、60、22億美元的市場規(guī)模位居榜后。

2012-2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模及增長情況（億美元）

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2019年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場中國臺灣居首（億美元）

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    中國臺灣半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模同比大增53.3%，韓國大幅萎縮40.6%，中國基本持平。2019年，中國臺灣半導(dǎo)體設(shè)備市場銷售額同比增長53.3%，北美增長率其次，達33.4%；除中國臺灣與北美外，全球其他地區(qū)市場規(guī)模都有不同程度的萎縮，其中韓國降幅最大，約40.6%，中國大陸微降1.5%。2017年，全球半導(dǎo)體市場受到智能手機及數(shù)據(jù)中心用存儲器需求的拉動，實現(xiàn)了罕見的高增長，存儲器廠商也不斷增加投資以擴大產(chǎn)能；2018年下半年開始，全球存儲器的供給量增加，智能手機和數(shù)據(jù)中心的半導(dǎo)體需求低迷，供過于求逐漸明顯，各廠商開始調(diào)整增產(chǎn)計劃。隨著三星、SK等放緩?fù)顿Y，推遲產(chǎn)能擴充計劃，2019年韓國半導(dǎo)體設(shè)備市場出現(xiàn)了較大幅度的下滑。受存儲器市場放緩、貿(mào)易緊張等多種因素影響，SK、SMIC以及UMC等晶圓廠都放緩了在中國大陸市場的投資支出，導(dǎo)致2019年中國大陸設(shè)備市場小幅下滑。中國臺灣代工廠受先進制造的拉動，在7nm、5nm及3nm等先進制程的資本支出加大，設(shè)備市場規(guī)模出現(xiàn)較大幅度增長，躍居至第一位。

    近5年半導(dǎo)體設(shè)備市場的增長主要由中國大陸、中國臺灣以及韓國驅(qū)動。20142019年，全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模的CAGR為9.0%，其中中國大陸、中國臺灣以及韓國半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模的CAGR依次為24.2%、10.6%以及9.0%，是驅(qū)動全球增長的主要動力。

2014-2019年半導(dǎo)體設(shè)備市場的增長主要由中國大陸、中國臺灣及韓國驅(qū)動

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    在整個半導(dǎo)體制造流程中，晶圓制造所使用的前道設(shè)備占比超過80%。半導(dǎo)體制造流程包括硅片制造、晶圓制造、封裝測試三個主要環(huán)節(jié)， 2018年晶圓制造設(shè)備占比最高約81.5%、檢測設(shè)備占8.3%、封裝設(shè)備占6.0%、硅片制造及其他設(shè)備（如掩膜制造設(shè)備）占4.2%。

前道設(shè)備占半導(dǎo)體制造設(shè)備比例超過80%（2018年）

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    全球半導(dǎo)體設(shè)備市場在2020年將逐漸回暖，并于2021年再創(chuàng)歷史新高。自2019年10月至今，北美半導(dǎo)體設(shè)備出貨額已連續(xù)4個月同比正增長，2020年1月實現(xiàn)增長22.9%，給出了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)回暖的信號。此外，作為全球半導(dǎo)體設(shè)備主要供應(yīng)地之一的日本，其半導(dǎo)體設(shè)備的進出口狀況頗具代表性，2019年12月，日本半導(dǎo)體設(shè)備的出口額激增26%，為全球半導(dǎo)體需求的好轉(zhuǎn)再添佐證。預(yù)計，2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額將同比增加5.5%，達到608億美元；且此成長態(tài)勢可望延續(xù)至2021年，創(chuàng)下668億美元的歷史新高。還預(yù)計，2020年中國臺灣將維持全球第一大設(shè)備市場的位置，銷售金額將達154億美元，中國大陸以149億美元居次，韓國則以103億美元排名第三；展望2021年，中國大陸將以160億美元的銷售額躍升至全球第一大設(shè)備市場。

2020/01北美半導(dǎo)體設(shè)備出貨額同比增長22.9%

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    存儲器廠及代工廠增加資本支出是拉動半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模增長的直接因素，5G、AI、IoT、云計算以及汽車電子等新興領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體產(chǎn)品的需求才是本質(zhì)原因。全球半導(dǎo)體巨頭三星電子、臺積電、英特爾一致調(diào)高2020年的資本支出力度。臺積電表示將2020年資本開支計劃由原訂的110億美元上調(diào)至150-160億美元；三星電子將在未來十年中投入1160億美元推動其在邏輯芯片制造領(lǐng)域的擴張；英特爾將2020年的資本支出設(shè)定為170億美元（+4.9%），不僅要增加現(xiàn)有14/10nm工藝的產(chǎn)能，還要使用一半以上的支出對下一代7/5nm工藝進行投資。三大半導(dǎo)體巨頭增加資本支出固然是拉動半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)增長的直接因素，深層次的原因則是5G、AI、IoT、云計算以及汽車電子等新興領(lǐng)域的崛起對先進工藝半導(dǎo)體產(chǎn)品產(chǎn)生了需求。

2020-2021年半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模預(yù)期增加

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    2、競爭格局高度集中市場由海外廠商主導(dǎo)

    全球半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)高度集中，且“大者愈大”趨勢明顯。2019年，全球半導(dǎo)體制造設(shè)備市場規(guī)模576億美元，其中前五大半導(dǎo)體設(shè)備廠合計實現(xiàn)銷售收入456億美元，市占率高達79.3%，前十大半導(dǎo)體設(shè)備廠合計實現(xiàn)銷售收入544億元，市占率達94.4%。國際半導(dǎo)體企業(yè)歷經(jīng)50年的發(fā)展，由全盛時期的數(shù)百家，通過并購整合等措施縮減至目前的數(shù)十家，細分領(lǐng)域的壟斷程度越來越高，形成“大者愈大”的局面。

    全球主要半導(dǎo)體設(shè)備制造商主要集中在美國、日本、荷蘭等國。從企業(yè)分布來看，全球知名的半導(dǎo)體設(shè)備制造商主要集中在美國、日本、荷蘭等國家;從企業(yè)主要的半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)品看，美國主要控制等離子刻蝕設(shè)備、離子注入機、薄膜沉積設(shè)備、掩膜版制造設(shè)備、檢測設(shè)備、測試設(shè)備、表面處理設(shè)備等，日本則主要控制光刻機、刻蝕設(shè)備、單晶圓沉積設(shè)備、晶圓清洗設(shè)備、涂膠機/顯影機、退火設(shè)備、檢測設(shè)備、測試設(shè)備、氧化設(shè)備等，而荷蘭則是憑借ASML的高端光刻機在全球處于領(lǐng)先地位。從半導(dǎo)體設(shè)備大廠2019年銷售排名來看，應(yīng)用材料（AppliedMaterials）憑借其沉積、刻蝕、離子注入以及CMP等多領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢繼續(xù)保持領(lǐng)先；而阿斯麥(ASML)則依靠其在光刻設(shè)備領(lǐng)域的絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，尤其是EUV設(shè)備，重回第二名；國內(nèi)生產(chǎn)線已成為日本制造商的大客戶，東京電子(TokyoElectron)憑借其在沉積、刻蝕以及勻膠顯影設(shè)備等領(lǐng)域的競爭力，排名第三；泛林半導(dǎo)體(LamResearch)憑借其刻蝕、沉積以及清洗設(shè)備的表現(xiàn)，排名第四；科磊（KLA）依靠其檢測、量測設(shè)備排名第五。

全球半導(dǎo)體設(shè)備市場由海外廠商主導(dǎo)（收入TOP10廠商排名，百萬美元）

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    保持創(chuàng)新能力、持續(xù)研發(fā)投入、擇機外延并購以及全球范圍整合優(yōu)質(zhì)資源，是國際主流半導(dǎo)體設(shè)備廠商保持競爭力的主要手段。縱觀國際半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以看出，國際主流半導(dǎo)體設(shè)備廠商保持其強者地位的主要途徑有以下幾點：1）大比例研發(fā)投入，持續(xù)創(chuàng)新。隨著摩爾定律演進，半導(dǎo)體制造工藝節(jié)點對設(shè)備行業(yè)更新?lián)Q代和技術(shù)進步不斷提出更高的要求。設(shè)備廠商需要持續(xù)大比例的研發(fā)投入，推動創(chuàng)新以保持技術(shù)領(lǐng)先，從而確保其在設(shè)備產(chǎn)業(yè)的競爭力；2）并購整合，加速企業(yè)發(fā)展。并購整合在半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)中的表現(xiàn)日趨突出，也是各大設(shè)備廠商得以實現(xiàn)快速成長、提升競爭力的重要手段；3)非核心業(yè)務(wù)外包，整合全球優(yōu)質(zhì)資源。將非核心業(yè)務(wù)外包給在領(lǐng)域或環(huán)節(jié)中具有更專業(yè)技能的獨立廠商，只保留核心價值創(chuàng)造活動的經(jīng)營模式已成為一種趨勢。

    二、中國市場：市場規(guī)模全球第二本土企業(yè)崛起可期

    1、市場規(guī)模近千億自給能力有限

    中國大陸的半導(dǎo)體設(shè)備需求量大，但自給率低。2010年以來，中國半導(dǎo)體制造的規(guī)模發(fā)展迅猛，對設(shè)備的需求不斷增長，但本土設(shè)備配套能力不足的弊端也日益突出。2018年，中國半導(dǎo)體設(shè)備需求激增，同比增長58.9%，超過全球設(shè)備產(chǎn)業(yè)增長速度的4倍；2019年，在整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)萎縮，全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額下降10.8%的大背景下，中國半導(dǎo)體設(shè)備市場需求仍然基本持平。2018年國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)實現(xiàn)銷售額109億元，自給率僅約13%。

2012-2021年中國半導(dǎo)體設(shè)備需求量增長迅猛（億美元）

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2013-2018年國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備自給率低（億元）

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    2、中國各類設(shè)備市場規(guī)模預(yù)測：硅片、晶圓產(chǎn)能興建將拉動設(shè)備市場增長

    半導(dǎo)體制造流程主要包括硅片制造、晶圓制造、封裝測試三個主要環(huán)節(jié)，在成熟市場中，晶圓制造設(shè)備占比約80%，檢測、封裝、硅片制造及其他（如掩膜制造）設(shè)備占比依次約為8%、6%、3%以及3%。

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IC制造產(chǎn)業(yè)鏈中硅片制造/芯片制造/封裝測試環(huán)節(jié)均用到相關(guān)設(shè)備

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    1）、硅片制造設(shè)備：受益大硅片產(chǎn)能建設(shè)

    預(yù)計硅片缺貨2021年才能緩解，全球?qū)?2英寸硅片的需求強勁。2018年，全球硅片出貨量達127億平方英尺，2019H1實現(xiàn)出貨量60億平方英尺。受益于近年來智能手機、IoT、人工智能等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各類集成電路產(chǎn)品需求不斷增長，上游硅片材料的市場需求也隨之增加。2013-2018年，全球硅片出貨量穩(wěn)定增長，CAGR約為7.0%。2019H1，受半導(dǎo)體行業(yè)整體景氣度不佳的影響，全球硅片出貨量下降3.4%。全球硅片生產(chǎn)廠商集中度高，TOP5廠商(日本信越、日本SUMCO、中國臺灣GlobalWafer、德國Siltronic和韓國LGSiltron)占據(jù)硅片市場94%的份額，在12英寸硅片領(lǐng)域的份額更是高達97.8%。當前8英寸及12英寸是硅片的主流尺寸，按出貨面積，兩者分別占據(jù)總出貨面積的26.34%及63.31%，合計近90%。預(yù)計半導(dǎo)體硅片的缺貨情況要到2021年才能緩解，其中12英寸硅片的需求最為強勁。

2014-2019年全球硅片出貨量穩(wěn)定增長（億平方英尺）

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全球硅片生產(chǎn)廠商集中度高

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    為改變我國大硅片嚴重依賴進口的形勢，多項8英寸/12英寸硅片項目正在啟動中，必將帶動國內(nèi)硅片制造設(shè)備生廠商的快速發(fā)展。我國硅片產(chǎn)能集中在6英寸及以下，4-6英寸硅片基本可以滿足需求，大硅片的生產(chǎn)牢牢掌控在海外廠家手中，目前12英寸硅片幾乎全部依靠進口。隨著國內(nèi)晶圓廠的陸續(xù)建成，大硅片的緊缺情況將更加明顯。為彌補半導(dǎo)體硅片的供應(yīng)缺口，降低進口依賴程度，我國正積極邁向8英寸與12英寸硅片生產(chǎn)，多項重大投資正在啟動中。截至2019H1宣布的12英寸硅片建設(shè)項目多達20個，總投資金額超過1400億，規(guī)劃產(chǎn)能至2023年前后將達650萬片/月，若加上天芯硅片、中芯環(huán)球、濟南項目，規(guī)劃產(chǎn)能將達800萬片/月，約是2018年全球需求的2倍。隨著大硅片項目投資的持續(xù)推進，國產(chǎn)硅片制造設(shè)備廠商必將迎來快速發(fā)展的機遇。

中國大陸興建8/12英寸大硅片項目

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    預(yù)計2019-2020年，國內(nèi)將新增硅片制造設(shè)備市場規(guī)模95（保守）/399（樂觀）/247（中性）億元。截至2018年底，中國12英寸晶圓制造廠裝機產(chǎn)能60萬片/月，8英寸晶圓晶制造廠裝機產(chǎn)能90萬片/月。預(yù)計2020年8英寸、12英寸硅片需求分別可達96.5萬片/月、105萬片/月；供給方面，預(yù)計2020年8英寸、12英寸硅片新增產(chǎn)能分別可達168萬片/月（其中23萬片在2018年建成）、145萬片/月，若國內(nèi)大硅片產(chǎn)能建設(shè)計劃順利推進，2020年國內(nèi)8英寸12英寸硅片產(chǎn)能將覆蓋國內(nèi)需求。以滿足2020年對大硅片的需求量為保守預(yù)測標準，以截至2020年的新建產(chǎn)能作為樂觀預(yù)測標準（若硅片項目進展順利，2020年供給足以覆蓋需求，因此將其作為樂觀預(yù)測標準），以二者的均值作為中性預(yù)測，則2019-2020年國內(nèi)將新增硅片制造設(shè)備市場規(guī)模95（保守）/399（樂觀）/247（中性）億元。硅片制造設(shè)備總市場規(guī)模、各類型設(shè)備的細分市場規(guī)模計算過程如下。

測算2019-2020年國內(nèi)將新增硅片制造設(shè)備市場規(guī)模95（保守）/399（樂觀）/247（中性）億元

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    注：1）因計算區(qū)間為2019-2020年，8寸線23萬片在2018年已建成，從“新建產(chǎn)能”中扣除；2）2020（樂觀）預(yù)計結(jié)果357億元非12英寸與8英寸市場規(guī)模之和，是因后兩者取四舍五入數(shù)值所致

各類型硅片制造設(shè)備新增需求占比測算

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2019-2020年各類型硅片制造設(shè)備新增市場規(guī)模測算

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    2.）、半導(dǎo)體晶圓制造設(shè)備市場規(guī)模及投資規(guī)模分析預(yù)測

    預(yù)計，2017-2020年間全球投產(chǎn)的半導(dǎo)體晶圓廠為62座，其中26座設(shè)于中國，占全球總數(shù)42%。近年來全球各大集成電路企業(yè)，如英特爾、三星、格羅方德、IBM等已陸續(xù)在中國大陸建設(shè)工廠向中國轉(zhuǎn)移產(chǎn)能；中芯國際、長江存儲旗下武漢新芯、臺積電、晉華集成等都已在內(nèi)地多個城市布局12寸晶圓廠。預(yù)計到2018-2021年中國大陸12寸半導(dǎo)體設(shè)備的市場空間約為6000億元（1130+2026+2853，測算過程如圖9-圖10），如考慮大陸12寸晶圓廠開工、投產(chǎn)時間及進度和每年投產(chǎn)的產(chǎn)線所對應(yīng)的投資總額(設(shè)備投資總額分為三部分計入未來三年的實際投資額中，當年20%、第二年40%、第三年40%)，經(jīng)過測算預(yù)測2018年中國大陸晶圓投資空間為1130億元，同比增長60%，2019年為2026億元，同比增長78.8%，2020年為2853億元，同比增40%。依上預(yù)測2020年廠務(wù)端對應(yīng)潔凈系統(tǒng)市場空間約為85億，設(shè)備端對應(yīng)潔凈系統(tǒng)空間為約37億，合計國內(nèi)半導(dǎo)體領(lǐng)域組件設(shè)備市場空間約為122億元。

集成電路晶圓制造投資比例估測

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集成電路晶圓制造設(shè)備投資比例估測

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集成電路晶圓制造廠房投資比例估測

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    2017-2020年中國大陸大舉興建晶圓廠，多條產(chǎn)線將陸續(xù)進入設(shè)備采購高峰期。2017-2020年全球?qū)⒂?2座新晶圓廠投產(chǎn)，其中將有26座新晶圓廠座落中國，占比達到42%。一條新建產(chǎn)線最大的資本支出來自于半導(dǎo)體設(shè)備，資本支出占比高達80%，而廠房建設(shè)占比僅20%。未來兩年，大陸存儲器/晶圓廠產(chǎn)線將陸續(xù)進入設(shè)備采購高峰期，本土晶圓制造設(shè)備廠商迎來加速獲取訂單的重要時期。

中國大陸FAB廠興建多條晶圓生產(chǎn)線

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    預(yù)計2020/2021年晶圓制造設(shè)備市場規(guī)模接近千億元。晶圓制造環(huán)節(jié)是生產(chǎn)鏈條里最重資產(chǎn)的一環(huán)，晶圓制造設(shè)備投入占總設(shè)備投入的80%左右。數(shù)據(jù)顯示：在晶圓加工設(shè)備投資中，光刻機投資占比最高達到30%，其次為CVD約占20%，排名第三的是PVD占比15%，其后分別為刻蝕、氧化擴散爐、RTP、離子注入、剝離、拋光等設(shè)備。另外，檢測、封裝設(shè)備投入占總設(shè)備比例分別約為8%及6%。預(yù)測2020/2021年中國半導(dǎo)體設(shè)備銷售額將達149/164億美元，若按上述比例估算，晶圓制造、檢測、封裝設(shè)備的市場規(guī)模將依次達到119/131億美元（831/916億元）、12/13億美元（84/91億元）以及9/10億美元（63/70億元）。

測算2020/2021年晶圓制造、檢測、封裝設(shè)備將分別新增市場規(guī)模831/916億元、84/91億元、63/70億元

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中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備投資額測算（單位：億元人民幣）

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    三、硅片制造設(shè)備：中性預(yù)測年均124億元市場規(guī)模

    半導(dǎo)體硅片的生產(chǎn)流程包括拉晶—>整型—>切片—>倒角—>研磨—>刻蝕—>拋光—>清洗—>檢測—>包裝等步驟。其中拉晶、研磨和拋光是保證半導(dǎo)體硅片質(zhì)量的關(guān)鍵。涉及到單晶爐、滾磨機、切片機、倒角機、研磨設(shè)備、CMP拋光設(shè)備、清洗設(shè)備、檢測設(shè)備等多種生產(chǎn)設(shè)備。

    1、單晶硅生長：年均31億規(guī)模

    單晶硅錠的生長普遍采用CZ直拉法，通過CZ直拉單晶爐實現(xiàn)。單晶硅生長是指把半導(dǎo)體級多晶硅塊熔煉成單晶硅錠。單晶硅錠的制備主要有兩種工藝，CZ直拉法及區(qū)熔法，當前85%以上的單晶硅是采用CZ法生長出來的。1）CZ直拉法。多塊半導(dǎo)體級硅被放置于石英坩堝中（非晶），并加入少量的摻雜材料以便最終可獲得n型/p型硅；使用電阻/RF加熱熔化坩堝中的材料，獲得熔體；一塊完美的籽晶于熔體表面邊旋轉(zhuǎn)邊緩慢拉起，隨著籽晶的拉出，界面向下朝著熔體方向凝固，與籽晶具有相同晶向的單晶就逐步形成了。2）區(qū)熔法。將摻雜好的多晶硅棒和籽晶固定于生長爐中的兩端，用RF線圈加熱籽晶與硅棒的接觸區(qū)域，并沿著晶棒軸向移動，經(jīng)過局部加熱-熔化-重新凝固的過程實現(xiàn)單晶硅的制備。由于不使用坩堝，區(qū)熔法生長的硅純度更高，但典型區(qū)熔法制備的硅錠直徑相比直拉法小，只適用于150mm及以下的硅片生產(chǎn)，應(yīng)用于功率半導(dǎo)體等領(lǐng)域。

    國內(nèi)8英寸單晶爐逐步國產(chǎn)化，12英寸實現(xiàn)小批量供應(yīng)。進口單晶爐廠商主要包括美國林頓晶體技術(shù)公司、日本菲洛泰克株式會社、德國普發(fā)拓普股份公司；國內(nèi)單晶爐在8英寸領(lǐng)域已逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，12英寸領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)小批量供應(yīng)，代表企業(yè)包括晶盛機電（300316.SZ）、南京晶能、北方華創(chuàng)（002371.SZ）、京運通（601908.SH）、西安理工晶體等。晶盛機電（300316.SZ）承擔(dān)的“02專項——300mm硅單晶直拉生長設(shè)備的開發(fā)”、“8英寸區(qū)熔硅單晶爐國產(chǎn)設(shè)備研制”兩大項目均已通過專家組驗收，8寸直拉和區(qū)熔單晶爐均已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，客戶覆蓋有研半導(dǎo)體、環(huán)歐半導(dǎo)體、金瑞泓等企業(yè)；12英寸半導(dǎo)體級單晶爐已量產(chǎn)。南京晶能則率先實現(xiàn)12英寸直拉單晶爐的國產(chǎn)化，，已進入新昇半導(dǎo)體大硅片產(chǎn)線。

    （2）整型：年均12億規(guī)模

    硅錠生長完成后、切片工作進行前需要進行整型工作，所需設(shè)備主要包括滾磨機、截斷機。硅錠在拉晶爐中生長完成后，要經(jīng)過系列處理以達到切片前的所需狀態(tài)，包括去掉兩端、徑向研磨以及定位邊/定位槽制作。1）去掉兩端。截斷籽晶端及非籽晶端。2）徑向研磨。由于在晶體生長過程中硅錠直徑及圓度的控制難以達到十分精確，因此硅錠都需長得稍大些再通過徑向研磨來產(chǎn)生精確的材料直徑。3）制作定位邊/定位槽。定位邊/定位槽用來標記硅片的晶向以及導(dǎo)電性能，200mm以上的硅片以定位槽為主。

    目前，國內(nèi)滾磨機的制造廠商主要有晶盛機電（300316.SZ）、京儀世紀等；國外廠商主要有日本東京精機工作室。

    （3）切片：年均6億規(guī)模

    200mm以下硅錠多用內(nèi)圓切割機完成切片，300mm采用線切割。切片是指將硅錠切割成一定厚度的硅片，目前主要采用內(nèi)圓切割及線切割兩種方式進行。當前對于200mm及以下尺寸的硅片，主要采用帶有金剛石切割邊緣的內(nèi)圓切割機來切片；對于300mm的硅片，采用線切割機來切片，線切割通過一組鋼絲帶動碳化硅研磨料進行研磨加工切片。內(nèi)圓切割屬于一類傳統(tǒng)的硅片加工方法，它的局限在于材料利用率只有40%~50%，同時由于結(jié)構(gòu)的限制，也無法加工直徑大于200mm的硅片；與內(nèi)圓切割相比，線切割具有切割效率高、刀損小、成本低、切片表面質(zhì)量好、可加工硅碇直徑大、每次加工硅片數(shù)多等諸多優(yōu)點。

    由于切片機對精度控制和穩(wěn)定性有很高的要求，國內(nèi)外技術(shù)差別較大，目前多數(shù)依賴進口。內(nèi)圓切割機方面，國外廠商主要為日本東京精密，多線切割機方面，國外廠商主要有日本小松株式會社（NTC）、瑞士SlicingTech公司；國內(nèi)中電科45所在內(nèi)圓切割機及多線切割機方面均有所布局。

    （4）磨片及倒角：年均12億規(guī)模

    磨片和倒角使切割后的硅片提高平整度、降低邊緣缺陷，相關(guān)設(shè)備包括磨片機及倒角機。切片完成后，要進行雙面的機械磨片以去除切片時留下的損傷，達到硅片兩面高度的平行和平坦，即磨片。在硅片制備過程的許多步驟中，平整度是關(guān)鍵的參數(shù)。通過硅片邊緣拋光修整使硅片邊緣獲得平滑的半徑周線，即倒角。硅片邊緣的裂痕和小縫隙會在后續(xù)的加工中產(chǎn)生應(yīng)力及位錯，平滑的邊緣半徑會將這些影響降到最低。磨片及倒角所使用的設(shè)備分別為研磨機/磨片機及倒角機。
倒角機以國外廠商為主，研磨機/單面磨片機國內(nèi)廠商已有布局。倒角機方面，國外品牌主要為日本東京精密以及日本SPEEDFAM，國內(nèi)暫無大批量生產(chǎn)廠商。研磨機方面，國外廠商主要包括日本SPEEDFAM、日本浜井（HAMAI）、德國萊瑪特•奧爾特斯、美國PRHOFFMAN、英國科密特（kemet）等，國內(nèi)主要廠商有晶盛機電（300316.SZ）、宇晶股份（002943.SZ）及赫瑞特等。雙面磨片機方面，國外主要廠商為日本光洋（Koyo）等，國內(nèi)暫無規(guī)模化生產(chǎn)廠商。單面磨片機方面，國外主要廠商主要包括日本迪斯科（Disco）、日本光洋（Koyo）、日本岡本機械（Okamoto）以及美國Revasum等，國內(nèi)廠商主要為中電科電子裝備有限公司。SEMICONChina2018展會上，晶盛機電（300316.SZ）成功推出了6-12英寸半導(dǎo)體級的單晶硅滾圓機、單晶硅截斷機、雙面研磨機、全自動硅片拋光機等新產(chǎn)品。

    （5）刻蝕：年均12億規(guī)模

    為消除硅片表面的損傷及沾污，需利用硅片刻蝕機選擇性去除硅片表面的物質(zhì)，屬于濕法刻蝕工藝。經(jīng)過一系列處理的硅片表面和邊緣存在著損傷及沾污。為消除硅片表面的損傷和沾污，需采用濕法化學(xué)刻蝕工藝選擇性去除硅片表面的物質(zhì)，通常要腐蝕掉硅片表面約20μm的硅，以保證所有損傷都被去掉。進行硅片刻蝕工藝的設(shè)備稱為硅片刻蝕機。

    硅片刻蝕機制造廠商較多，已實現(xiàn)部分國產(chǎn)替代。國外廠商主要包括日本創(chuàng)新（JAC）、美國MEI及韓國GlobalZeus；國內(nèi)廠商包括中電科45所、江蘇華林科納及蘇州晶淼等。

    （6）拋光：年均19億規(guī)模

    硅片制備的最后一步需要進行CMP拋光以獲得平坦光滑的表面，200mm及以下采取單面拋光，300mm采取雙面拋光，使用設(shè)備為CMP拋光機。硅片制備的最后一步是化學(xué)機械拋光（CMP），目的是得到高平整度的光滑表面。對于200mm及以下的硅片，采用傳統(tǒng)的CMP方式，僅對上表面進行拋光，另一側(cè)仍需保留刻蝕后相對粗糙的表面以便于器件傳送；對于300mm的硅片，需采用CMP進行雙面拋光，拋光后的硅片表面平坦、雙面平行，兩面都會像鏡子一樣。進行化學(xué)機械拋光的設(shè)備稱為CMP拋光機，也廣泛應(yīng)用在后續(xù)的晶圓制造環(huán)節(jié)。

    CMP拋光機仍以國外為主，國內(nèi)廠商正積極布局。國外廠商主要有日本SPEEDFAM、日本不二越機械公司（FUJIKOSHI）、美國PRHOFFMAN以及德國萊瑪特•奧爾特斯，國內(nèi)廠商如中電科45所、晶盛機電（300316.SZ）及赫瑞特等。晶盛機電（300316.SZ）2018年成功研發(fā)出6-8英寸全自動硅片拋光機，有望繼續(xù)拓展12英寸拋光設(shè)備。

    （7）清洗：年均12億規(guī)模

    為達到超潔凈狀態(tài)需要對硅片進行清洗，目前廣泛使用的工藝為濕法清洗，使用濕法清洗設(shè)備進行。在將硅片發(fā)送給晶圓制造廠商之前，需要進行清洗以到達超潔凈狀態(tài)。硅片清洗的目標是去除所有表面沾污：顆粒、有機物、金屬和自然氧化層。目前占統(tǒng)治地位的清洗方法是濕法化學(xué)，采用濕法清洗機進行。

    硅片清洗機國產(chǎn)化正在進行中，國內(nèi)已涌現(xiàn)一批優(yōu)質(zhì)企業(yè)。國外廠商主要包括日本創(chuàng)新（JAC）、美國Akrion、美國MEI以及韓國GlobalZeus，國內(nèi)廠商如北方華創(chuàng)（002371.SZ）、中電科45所等。

    （8）檢測：年均19億規(guī)模

    在包裝硅片之前，需要檢測是否已達到客戶要求的質(zhì)量標準，如物理尺寸、平整度、為粗糙度、氧含量、晶體缺陷、顆粒以及體電阻率等，所涉及的檢測裝備包括厚度儀、顆粒檢測儀、透射電鏡、硅片分選儀等。此處硅片檢測將在下文中與“工藝檢測”、“晶圓中測”及“終測”合并介紹。

    2、晶圓制造設(shè)備：2020年831億元市場規(guī)模

    晶圓制造設(shè)備從類別上講可以分為刻蝕、光刻、薄膜沉積、檢測、涂膠顯影等十多類，其合計投資總額通常占整個晶圓廠投資總額的75%左右，其中刻蝕設(shè)備、光刻設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備是集成電路前道生產(chǎn)工藝中最重要的三類設(shè)備。按全球晶圓制造設(shè)備銷售金額占比類推，目前刻蝕設(shè)備、光刻機和薄膜沉積設(shè)備分別占晶圓制造設(shè)備價值量約24%、23%和18%。

集成電路各類設(shè)備銷售額占比

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集成電路各類設(shè)備銷售額占比

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    隨著集成電路芯片制造工藝的進步，線寬不斷縮小、芯片結(jié)構(gòu)3D化，晶圓制造向7納米、5納米以及更先進的工藝發(fā)展。由于普遍使用的浸沒式光刻機受到波長限制，14納米及以下的邏輯器件微觀結(jié)構(gòu)的加工將通過等離子體刻蝕和薄膜沉積的工藝組合——多重模板效應(yīng)來實現(xiàn)，使得相關(guān)設(shè)備的加工步驟增多。未來，刻蝕設(shè)備和薄膜沉積設(shè)備有望正成為更關(guān)鍵且投資占比最高的設(shè)備。

    晶圓制造過程主要包括擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、化學(xué)機械拋光、金屬化七個相互獨立的工藝流程，這些工藝流程都會有相對應(yīng)的晶圓制造設(shè)備來完成芯片制造流程。典型的集成電路制造需要花費6-8周時間，涵蓋350道或者更多的步驟來完成所有的制造工藝，雖然過程復(fù)雜，但所有步驟只是多次運用了有限的幾種工藝，如薄膜沉積、光刻、刻蝕、注入、拋光等。

    晶圓制造設(shè)備主要包括光刻機、刻蝕機、薄膜設(shè)備、擴散/離子注入設(shè)備、清洗設(shè)備、CMP拋光設(shè)備、過程檢測七大類。通常晶圓制造廠可以分成6個獨立的廠區(qū)：擴散、光刻、刻蝕、薄膜、離子注入以及拋光。擴散區(qū)，一般認為是進行高溫工藝及薄膜沉積的區(qū)域，主要設(shè)備是高溫擴散爐和濕法清洗設(shè)備；光刻區(qū)，主要設(shè)備是光刻機以及涂膠/顯影設(shè)備等用來配合完成光刻流程的一系列工具組合；刻蝕區(qū)，常見設(shè)備包括等離子刻蝕機（部分仍采用濕法刻蝕機）、等離子去膠機和濕法清洗設(shè)備；離子注入?yún)^(qū)，主要設(shè)備是亞μm工藝中最常見的摻雜工具離子注入機；薄膜區(qū)，主要負責(zé)生產(chǎn)各個步驟或在那個介質(zhì)層與金屬層的沉積，所采用的溫度低于擴散區(qū)中設(shè)備的工作溫度，核心設(shè)備包括CVD以及PVD，可能用到的其他設(shè)備還包括SOG系統(tǒng)、RTP以及濕法清洗設(shè)備；拋光區(qū)，主要設(shè)備為CMP拋光機，輔助設(shè)備包括刷片機、清洗裝置以及測量工具。

    以下對于工藝及設(shè)備的介紹并非完全按照芯片制造工藝的先后順序進行，對于制造流程中的重復(fù)工藝不再介紹。

    （1）氧化：臥式爐/立式爐/RTP等熱處理設(shè)備59億元市場規(guī)模

    芯片制造的第一步工藝，是在擴散區(qū)將硅片進行高溫氧化，在表面生長一層二氧化硅薄膜。氧化在芯片制造工藝的發(fā)展過程中扮演了重要角色，實際上，硅片上氧化物的生長主要有兩種方式：1）熱生長，發(fā)生在擴散區(qū)，是在升溫環(huán)境中，通過外部供給高純氧使之與硅襯底反應(yīng)，在硅片表面得到一層熱生長的氧化層；2）沉積，發(fā)生在薄膜區(qū)，是通過外部供給的氧氣及硅源在腔體中反應(yīng)，在硅片表面上沉積一層薄膜。

    200mm及以上的熱處理步驟中，臥室爐已基本被立式爐及快速熱處理系統(tǒng)（RTP）替代。熱處理設(shè)備主要有三種：臥室爐、立式爐以及快速熱處理系統(tǒng)（RTP）。除這里涉及的氧化工藝外，這三種熱處理設(shè)備還可應(yīng)用于摻雜、退火等用途（后兩者將在摻雜工藝中詳細介紹）。臥式爐是產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期廣泛應(yīng)用的熱處理設(shè)備，目前大部分已被立式爐及RTP取代。臥式和立式爐是較為傳統(tǒng)的熱處理設(shè)備，工作中硅片和爐壁被同時加熱，硅片升溫/降溫速率小于20°C/分，單批硅片處理數(shù)量在100~200片。RTP是種小型的快速加熱系統(tǒng)，工作中只對硅片進行加熱，升溫速率可達每秒幾十度甚至上百度，通常一次處理一片硅片。RTP在芯片制造中最常見的用途是離子注入后的退火，目前已擴展到氧化金屬、硅化物的形成以及快速熱CVD和外延生國內(nèi)150mm以下擴散設(shè)備基本自給自足；300mm以上立式爐仍主要依賴進口，僅有北方華創(chuàng)（002371.SZ）可批量供應(yīng)；RTP以進口為主。在尺寸小于150mm的IC制造領(lǐng)域，我國的擴散設(shè)備基本能實現(xiàn)自給自足，國內(nèi)知名的設(shè)備廠商有北方華創(chuàng)（002371.SZ）、中電科48所等。在300mm的IC制造領(lǐng)域，立式爐仍主要依賴進口，國外廠商有東京電子(TEL)、日立國際(HKE)等，國內(nèi)只有北方華創(chuàng)（002371.SZ）能夠批量供應(yīng)。北方華創(chuàng)（002371.SZ）的氧化爐目前已供應(yīng)給中芯國際（0981.HK）、華力微電子、長江存儲等廠商使用。在RTP設(shè)備方面，目前IC生產(chǎn)線上普遍采用美國的應(yīng)用材料、AxcelisTechnology、MattsonTechnology和ASM的設(shè)備（約占90%的市場份額），國內(nèi)發(fā)展相對滯后。

    （2）光刻：光刻機249億元市場規(guī)模

    在集成電路制造工藝中，光刻是決定集成電路集成度的核心工序，在整個硅片加工成本中占到1/3。光刻的本質(zhì)是把掩膜版上臨時的電路結(jié)構(gòu)復(fù)制到以后要進行刻蝕和離子注入的硅片上。光刻工藝的原理：利用光刻機光源發(fā)出的光通過具有圖形的掩膜版，對涂有光刻膠的硅片上未被掩膜版遮蓋的區(qū)域進行曝光，被照射部分的光刻膠性質(zhì)發(fā)生改變，可溶解（或不溶解）于顯影液，通過顯影后去除可溶解部分，則掩膜版的圖形被復(fù)制于硅片上。光刻工藝可劃分為八個基本步驟：氣相成底膜、旋轉(zhuǎn)涂膠、軟烘、對準和曝光、曝光后烘焙（或有）、顯影、堅膜烘焙以及顯影檢查。轉(zhuǎn)移到硅片表面的圖形與光刻目的相關(guān)，可以是半導(dǎo)體器件、隔離槽、接觸孔、連接金屬層的通孔以及金屬互聯(lián)線，這些圖形轉(zhuǎn)移到硅片上，為后續(xù)的刻蝕或離子注入做準備。

    光刻工序需要用到兩種工藝設(shè)備，即勻膠顯影設(shè)備和光刻機。先進的半導(dǎo)體工藝通常將勻膠顯影設(shè)備與光刻機直接對接，協(xié)同工作，通過光刻膠涂覆、光刻、顯影過程中嚴格的工藝時間控制，確保光刻后轉(zhuǎn)印在襯底上的集成電路圖形達到質(zhì)量要求。

    光刻機是集成電路生產(chǎn)線中最昂貴、最復(fù)雜的核心設(shè)備。目前常用的光刻機主要有兩種，分步重復(fù)光刻機及步進掃描光刻機，后者更為多見。光刻機的發(fā)展歷經(jīng)過五代：1）接觸式光刻機：最早的光刻機，即掩膜貼在硅片上進行光刻，容易產(chǎn)生污染、降低掩膜版使用壽命。2）接近式光刻機：對接觸式光刻機進行改良，掩膜與硅片不再直接接觸，但受氣墊影響，成像的精度不高。3）掃描式光刻機：利用基于反射的光學(xué)系統(tǒng)將掩膜版圖形1:1地投影到硅片表面，掩膜版與晶圓同步相對窄光束移動，通過兩者的掃描運動實現(xiàn)逐步曝光，最終將掩膜版上的圖形全部復(fù)制到晶圓上；局限是“1倍”掩膜版需要與芯片有相同的特征尺寸，制造難度很大。4）分步重復(fù)光刻機：基于折射光學(xué)系統(tǒng)（降低掩膜版制造難度），單次只曝光硅片上的一塊區(qū)域，然后步進到硅片上的另一位置重復(fù)曝光。5）步進掃描光刻機：結(jié)合了掃描式光刻機與分步重復(fù)光刻機的技術(shù)，單場曝光采用動態(tài)掃描方式，即掩膜版與晶圓相對窄光束同步完成掃描運動；完成當前曝光后，晶圓由工作臺承載步進至下一步掃描場位置，繼續(xù)進行重復(fù)曝光；重復(fù)步進并掃描曝光多次，直至整個晶圓所有場曝光完畢。目前，接觸式光刻機與接近式光刻機應(yīng)用很少。對于接觸式光刻機，由于其簡單、經(jīng)濟性，且可實現(xiàn)亞微米級特征尺寸圖形的曝光，因為仍應(yīng)用于小批量產(chǎn)品制造和實驗室研究；對于接近式光刻機，仍然可用于特征尺寸在3μm以上的集成電路中。分布重復(fù)光刻機與步進掃描光刻機較為常用，后者為當前主流光刻機。分布重復(fù)光刻機主要應(yīng)用于0.25μm以上工藝（當前IC制造的非關(guān)鍵工藝），以及先進封裝領(lǐng)域及其他新應(yīng)用領(lǐng)域。IC工藝進入0.25μm后，步進掃描光刻機由于其在掃描場尺寸及曝光均勻性上的優(yōu)勢，在0.25μm以下的深紫外光刻中占據(jù)主導(dǎo)地位。通過配置不同波長的光源（如i線、KrF、ArF、EUV），步進掃描光刻機可支撐半導(dǎo)體前道工藝所有的技術(shù)節(jié)點。ArF光源光刻機是目前使用范圍最廣、最具有代表性的一代光刻機。減小紫外光源波長，是提高光刻技術(shù)分辨能力的重要手段，隨著光源波長的降低，光刻機有望獲得更高的成像分辨率。ArF干法曝光最大可支撐65nm的成像分辨率。對于45nm以下及更高的成像分辨率的要求，ArF干法曝光已無法滿足，故引入了浸沒式光刻方法。浸沒式光刻通過將投影物鏡下表面及硅片上表面間充滿液體（通常為1.44折射率的超純水）以提升成像體統(tǒng)的有效數(shù)值孔徑，使光刻機的分辨能力得到延伸。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合多重圖形和計算光刻技術(shù)，ArFi光刻機得以在22nm及以下工藝節(jié)點應(yīng)用，并可支撐7nm節(jié)點工藝，在EUV光刻機量產(chǎn)前得到了廣泛的應(yīng)用。

    EUV光刻機被普遍認為是7nm以下工藝節(jié)點最佳選擇，需求持續(xù)攀升。相對于ArFi光刻機，EUV光刻機的單次曝光分辨率大幅提升，可有效避免因多次光刻、刻蝕方能獲得高分辨率的復(fù)雜工藝，從工藝技術(shù)和制造成本綜合因素考量，EUV設(shè)備被普遍認為是7nm以下工藝節(jié)點的最佳選擇。同時，5nm及以下工藝必須依靠EUV光刻機才能實現(xiàn)。隨著半導(dǎo)體制造工藝向7nm以下持續(xù)延伸，EUV光刻機的需求將進一步增加。

    除上述有掩膜光刻機外，還有一類光刻機在工作中無需使用掩膜版，即無掩膜光刻機，又稱直寫光刻機。無掩膜光刻機可柔性制作集成電路，但生產(chǎn)效率低，一般只適用于器件原型的研制驗證、掩膜版以及小批量特定芯片的制作，在光刻機中所占比例較低。

    勻膠顯影設(shè)備是指光刻工藝過程中與光刻機配套使用的勻膠、顯影及烘烤設(shè)備。在早期的集成電路工藝和較低端的半導(dǎo)體工藝中，勻膠顯影設(shè)備往往單獨使用；隨著自動化程度提高，在200mm及以上的大型生產(chǎn)線上，勻膠顯影設(shè)備一般都與光刻機聯(lián)機作業(yè)完成精細的光刻工藝流程。勻膠顯影設(shè)備主要由勻膠、顯影、烘烤三大系統(tǒng)組成，通過機械手使硅片在各系統(tǒng)之間傳遞和處理，完成光刻膠涂覆、固化、光刻、顯影以及堅膜等工藝流程。

    光刻機廠商集中度高，ASML地位不可撼動；國內(nèi)技術(shù)水平差距巨大，SMEE目前可量產(chǎn)90nm工藝節(jié)點光刻機。全球最大的光刻機廠商為荷蘭的ASML，市占率超過80%，在EUV領(lǐng)域處于完全壟斷的地位。除ASML以外，日本佳能（CANON）、尼康（NIKON）也是國外知名的光刻機生產(chǎn)商。ASML可以覆蓋所有檔次光刻機產(chǎn)品，尼康、佳能的產(chǎn)品分別僅停留在了28nm和90nm的節(jié)點上。國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)起步較晚，在光刻機制造領(lǐng)域與國際差距巨大。近年來上海微電子裝備(集團)股份有限公司（SMEE）通過積極研發(fā)，已實現(xiàn)90nm節(jié)點光刻機的量產(chǎn)，并正在研究適用于65nm節(jié)點的設(shè)備。SMEE主要有兩個系列的產(chǎn)品：1）600系列步進掃描光刻機，可滿足IC前道制造90nm、110nm、280nm關(guān)鍵層和非關(guān)鍵層的光刻工藝需求，用于8寸線或12寸線的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；2）500系列步進光刻機，可滿足IC后道先進封裝的光刻工藝，如晶圓級封裝（Fan-In/Fan-OutWLP）的重新布線（RDL），倒裝（FC）工藝中常用的金凸塊（GoldBump）、焊料凸塊（SolderBump)、銅柱（Copper）等，也可通過選擇背面對準滿足MEMS和2.5D/3D封裝的TSV光刻工藝需求。

光刻機市場由ASML主導(dǎo)（2019年）

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    勻膠顯影設(shè)備方面，日本東京電子占據(jù)高端市場主要份額；國內(nèi)芯源微（688037.SH）逐漸具備了國產(chǎn)替代能力。勻膠顯影設(shè)備的國外廠商主要有日本的東京電子（TEL）、DNS，以及德國的蘇斯等，其中TEL在高端產(chǎn)品領(lǐng)域占據(jù)主要的市場份額。芯源微（688037.SH）在國內(nèi)的高端封裝、LED制造等領(lǐng)域占有主要的市場份額，在前道高端設(shè)備方面也取得了突破性進展，產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)與性能已達國際先進水平，逐步具備了進口替代的能力。

    （3）刻蝕：刻蝕機100億元市場規(guī)模

    刻蝕是用化學(xué)或者物理方法，有選擇地從硅片表面去除不需要材料的過程，通常在顯影檢查后進行，目的是在涂膠的硅片上正確復(fù)制掩膜圖形。光刻膠層在刻蝕工藝中不受顯著侵蝕，被光刻膠覆蓋的部分因受到保護而未被刻蝕，沒有覆蓋的部分將被刻蝕掉?？涛g可以看做在硅片上復(fù)制所需圖形最后的轉(zhuǎn)移工藝步驟。

    在半導(dǎo)體制造中有兩種基本的刻蝕工藝，干法刻蝕和濕法刻蝕，其中干法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器件最主要的方法。干法刻蝕也稱等離子體刻蝕，是指使用氣態(tài)的化學(xué)刻蝕劑與硅片上未被光刻膠覆蓋的材料發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)（或兩者均有），以去除暴露的表面材料的過程。通常，反應(yīng)生成物具有可揮發(fā)性，可被抽離出反應(yīng)腔。濕法刻蝕，是指采用液體化學(xué)試劑（酸、堿和溶劑等）以化學(xué)方式去除硅片表面材料的過程。早期的刻蝕工藝多采用濕法刻蝕，但因其在線寬控制和刻蝕方向性等多方面的局限，3μm之后的工藝大多采用干法刻蝕，濕法刻蝕僅用來腐蝕硅片上的某些層或殘留物的清洗（濕法刻蝕在下文清洗設(shè)備部分闡述）。干法刻蝕系統(tǒng)中，刻蝕作用是通過化學(xué)作用或物理作用，或者共同作用來實現(xiàn)的，其中物理和化學(xué)混合作用能使刻蝕獲得好的線寬控制和較好的選擇比，因而在大多數(shù)干法刻蝕工藝中被采用。

    根據(jù)被刻蝕材料的種類，刻蝕設(shè)備可分為硅刻蝕設(shè)備、金屬刻蝕設(shè)備和介質(zhì)刻蝕設(shè)備三大類。以等離子體產(chǎn)生和控制技術(shù)進行區(qū)分，電容耦合等離子體刻蝕設(shè)備（CCP）和電感耦合等離子體刻蝕設(shè)備（ICP）是各類等離子體刻蝕設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的兩類設(shè)備。硅刻蝕用于去除硅的場合，如刻蝕多晶硅柵及硅槽電容；金屬刻蝕主要是在金屬層上去除合金復(fù)合層，制作出互聯(lián)線；介質(zhì)刻蝕用于介質(zhì)材料的刻蝕，如制作接觸孔或通孔結(jié)構(gòu)時SiO2的刻蝕。傳統(tǒng)的硅刻蝕及金屬刻蝕偏向于使用離子能量較低的設(shè)備，如ICP刻蝕設(shè)備；介質(zhì)刻蝕偏向于使用離子能量較高的設(shè)備，如電容耦合等離子體刻蝕設(shè)備CCP刻蝕設(shè)備?？涛g設(shè)備種類很多，除上述CCP與ICP刻蝕設(shè)備外，還有離子束刻蝕設(shè)備（IBE）、等離子刻蝕設(shè)備（PE）、反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備（RIE）、原子層刻蝕設(shè)備（ALE）、電子回旋共振等離子體刻蝕設(shè)備（ECR）、螺旋波等離子體刻蝕設(shè)備（HWP）以及表面波等離子體刻蝕設(shè)備（SWP）等。

    刻蝕設(shè)備也是集成電路制造工藝中最復(fù)雜、難度最大且使用比例最高的設(shè)備之一。隨著芯片集成度不斷提高，生產(chǎn)工藝越發(fā)復(fù)雜，刻蝕在整個生產(chǎn)流程中所占的比重也呈現(xiàn)上升趨勢。

    （4）沉積：PVD100億元市場規(guī)模，CVD166億元市場規(guī)模

    在本節(jié)第一部分已經(jīng)提過，集成電路制造工藝中氧化膜的生成主要有氧化及沉積兩種方式，其中沉積是各類薄膜形成的最主要的方式，包含絕緣薄膜（如SiO2）、半導(dǎo)體薄膜（如多晶硅）或者導(dǎo)電薄膜（如金屬），這些薄膜有的作為器件結(jié)構(gòu)中一個完整的部分，另一些則充當了工藝過程中的犧牲層在后續(xù)的工藝中被去掉。薄膜沉積設(shè)備是一種集合了多種學(xué)科最先進技術(shù)的設(shè)備，也是各種芯片生產(chǎn)設(shè)備中比較復(fù)雜、難度較大且使用率較高的設(shè)備。

    集成電路薄膜沉積工藝可分為物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）和外延三大類。PVD是指通過熱蒸發(fā)或者靶表面受到粒子轟擊時發(fā)生原子濺射等物理過程，實現(xiàn)上述物質(zhì)原子轉(zhuǎn)移至硅片表面并形成薄膜的技術(shù)，多應(yīng)用于金屬的沉積；CVD是指通過氣體混合的化學(xué)反應(yīng)在硅片表面沉積薄膜的工藝，可應(yīng)用于絕緣薄膜、多晶硅以及金屬膜層的沉積；外延是一種在硅片表面按照襯底晶向生長單晶薄膜的工藝。

薄膜沉積主要分為物理工藝、化學(xué)工藝以及外延工藝三大類

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    磁控濺射是PVD中使用最廣泛的設(shè)備，離子PVD在制作具有高深寬比的通孔、狹窄溝道的工藝中占據(jù)了主導(dǎo)地位。PVD可分為真空蒸鍍和濺射兩種類型。1）真空蒸鍍。普通燈絲蒸鍍工藝簡單、容易操作，但難以滿足蒸發(fā)某些難容金屬和氧化物材料，于是發(fā)展了電子束蒸鍍；電子束加熱蒸鍍可以獲得極高的能量密度，可蒸鍍W、Mo、Ge、SiO2、Al2O3等材料。

    蒸鍍最大的缺點是不能產(chǎn)生均勻的臺階覆蓋，目前主流IC工藝已不再用此類設(shè)備進行薄膜沉積，有時仍然被應(yīng)用于芯片封裝過程。隨著產(chǎn)業(yè)向超大規(guī)模和極大規(guī)模集成電路發(fā)展，濺射技術(shù)迅速取代了蒸鍍技術(shù)。2）濺射。傳統(tǒng)直流物理氣相沉積（DCPVD）的靶材只能是導(dǎo)體；射頻物理氣相沉積（RFPVD）能夠解決絕緣靶材濺射的問題，但沉積效率低；磁控濺射（MagnetronPVD）因可以實現(xiàn)極佳的沉積效率、大尺寸范圍的沉積厚度控制、精確的成分控制以及較低的啟輝電壓等優(yōu)勢，成為了應(yīng)用最廣泛的傳統(tǒng)濺射系統(tǒng)。對于高性能IC，傳統(tǒng)的濺射技術(shù)存在一個普遍問題，當特征尺寸縮小時，濺射進入具有高深寬比的通孔和狹窄溝道的能力受到限制，為克服這個問題，離子化物理氣相沉積（IonizedPVD）被引入。離子PVD是磁控濺射的一種新技術(shù)，在制作具有高深寬比的孔隙、溝槽的集成電路工藝領(lǐng)域中，已占據(jù)了主導(dǎo)地位。

    常用CVD設(shè)備包括APCVD、LPCVD、PECVD、HDPCVD以及FCVD等，適用于不同工藝節(jié)點對膜質(zhì)量、厚度以及孔隙溝槽填充能力等的不同要求。常壓化學(xué)氣相沉積（APCVD）是最早的CVD設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單、沉積速率高，至今仍廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）是在APCAD的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于其工作壓力大大降低，薄膜的均勻性和溝槽覆蓋填充能力有所改善，相比APCVD的應(yīng)用更為廣泛。在IC制造技術(shù)從亞微米發(fā)展到90nm的過程中，等離子體增強化學(xué)氣相沉積設(shè)備（PECVD）扮演了重要的角色，由于等離子體的作用，化學(xué)反應(yīng)溫度明顯降低，薄膜純度得到提高，密度得以加強。到90nm技術(shù)時代，為改善PECVD薄膜的致密性、溝槽填充能力以及生長速率，引入了高密度等離子體增強化學(xué)氣相沉積（HDPCVD）設(shè)備。隨著集成電路技術(shù)發(fā)展到28nm以下，HDPCVD已無法滿足FinFET器件結(jié)構(gòu)對隔離溝槽填充技術(shù)的要求，流體化學(xué)氣相沉積技術(shù)（FCVD）應(yīng)運而生，其可完成對細小溝槽及孔隙的無縫填充，并滿足10nm以及7nm技術(shù)節(jié)點的工藝要求。CVD不僅可以用于絕緣薄膜和半導(dǎo)體材料的沉積，還可用于金屬薄膜的沉積，由于CVD具有優(yōu)良的等角臺階覆蓋以及對高深寬比接觸和通孔無間隙的填充，在金屬薄膜沉積方面的應(yīng)用正在增加。

    ALD設(shè)備沉積的薄膜具有非常精確的膜厚控制和非常優(yōu)越的臺階覆蓋率，隨著器件集成技術(shù)的提升，應(yīng)用愈加廣泛。從45nm技術(shù)開始，為了減小器件的泄漏電流，新的高k材料和金屬柵工藝被應(yīng)用到集成電路工藝中，由于膜層很?。ㄍǔＴ跀?shù)納米量級內(nèi)），所以引入了原子層沉積（ALD）。ALD在每個周期中生長的薄膜厚度是一定的，所以可以有非常精確的膜厚控制和非常優(yōu)越的臺階覆蓋率。隨著IC集成技術(shù)的發(fā)展，不斷縮小的器件尺寸對薄膜生長的熱預(yù)算、致密度及臺階覆蓋率都有了更高的要求，未來ALD技術(shù)在薄膜生長領(lǐng)域會有更多的應(yīng)用。

    在某些情況下，需要在單晶襯底表面外延生長一薄層單晶材料，這層外延層與襯底具有相同晶體結(jié)構(gòu)，可根據(jù)器件要求實現(xiàn)對雜質(zhì)類型和濃度的控制，為設(shè)計者在優(yōu)化器件性能方面提供了很大的靈活性。外延有時也能輔助達到高性能IC的要求。外延可分為分子束外延（MBE）、氣相外延（VPE）、液相外延（LPE）以及固相外延（SPE），其中后三者屬于化學(xué)外延技術(shù)，可歸為廣義的CVD技術(shù)。

    薄膜沉積設(shè)備也已開啟進口替代，北方華創(chuàng)是國內(nèi)PVD/CVD設(shè)備的領(lǐng)軍企業(yè)。美國、歐洲和日本在薄膜沉積設(shè)備領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，主要廠商包括美國的應(yīng)用材料(AppliedMaterials)、泛林(LamResearch)，荷蘭的先進半導(dǎo)體材料(ASM)，日本的東京電子(TEL)等。國內(nèi)在薄膜沉積領(lǐng)域已有長足進步，北方華創(chuàng)（002371.SZ）自主開發(fā)的系列PVD設(shè)備已經(jīng)用于28m生產(chǎn)線中，用于14m工藝的PVD設(shè)備實現(xiàn)重大進展;沈陽拓荊和北方華創(chuàng)（002371.SZ）的PECVD設(shè)備也在芯片及MEMS生產(chǎn)線上得到應(yīng)用。

    （5）離子注入：離子注入機33億元市場規(guī)模

    實現(xiàn)摻雜的方式包括擴散及離子注入，后者現(xiàn)代IC制造中摻雜的主要工藝。離子注入后需要進行退火處理以修復(fù)缺陷并激活雜質(zhì)。本征硅（晶格完整且不含雜質(zhì)的硅單晶）的導(dǎo)電性能很差，只有加入少量雜質(zhì)（主要摻雜ⅢA族和ⅤA族的雜質(zhì)），使其結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電率發(fā)生改變時，才能成為一種有用的半導(dǎo)體，這個過程被稱為摻雜。在IC制造工藝中，有兩種方法可以向硅片引入雜質(zhì)元素，即熱擴散和離子注入。熱擴散利用高溫驅(qū)動雜質(zhì)穿過硅的晶格結(jié)構(gòu)，離子注入是通過高壓離子轟擊將雜質(zhì)引入硅片。相對于擴散，離子注入的主要優(yōu)點在于能在較低的溫度下，準確地控制雜質(zhì)摻入的濃度和深度，重復(fù)性好。早期熱擴散是摻雜的主要手段，隨著特征尺寸及相應(yīng)器件的不斷縮小，現(xiàn)代IC制造中大多摻雜工藝都是利用離子注入實現(xiàn)的。由于離子注入采用高速轟擊的工作方式，會將注入?yún)^(qū)原子撞出晶格而形成局部損傷區(qū)，且被注入離子大多并不占據(jù)硅的晶格點，而是停留在晶格間隙位置，因此需要進行退火處理以部分或全部消除因離子注入產(chǎn)生的損傷以及激活被注入的離子。離子注入廣泛應(yīng)用于IC制造，包括MOS柵閾值調(diào)整、倒摻雜阱、源漏注入、超淺結(jié)、輕摻雜漏區(qū)、多晶硅柵、深埋層、穿通阻擋層、溝槽電容器和SIMOX等。

    熱處理設(shè)備主要包括臥式爐、立式爐以及快速熱處理設(shè)備（RTP），應(yīng)用于不同要求的摻雜和退火工藝。對于200mm以下的摻雜和退火，主要使用臥式爐；對于200mm及以上的摻雜，立式爐有部分應(yīng)用，而市場主要由離子注入設(shè)備所主導(dǎo)；對于200mm及以上的退火，主要使用立式爐及快速熱處理設(shè)備（RTP/RTA）。RTP是一種單片熱處理設(shè)備，能夠快速升/降溫，在快速熱退火（RTA）中應(yīng)用最為普遍，同時也開始應(yīng)用于快速熱氧化（RTO）、快速熱氮化（RTN）、快速熱擴散（RTD）、快速熱化學(xué)氣相沉積（RTCVD）等領(lǐng)域，在先進IC制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

    離子注入機是現(xiàn)代集成電路制造工藝中最主要的摻雜設(shè)備，其中大束流離子注入機市占率最高。離子注入機是集成電路裝備中較為復(fù)雜的設(shè)備之一，是現(xiàn)代IC制造工藝中最主要的摻雜設(shè)備。離子注入機大體可分為低能大束流離子注入機、中束流離子注入機和高束流離子注入機三類。中束流離子注入機可應(yīng)用于半導(dǎo)體制造中溝道摻雜、阱摻雜和漏/源摻雜等多種工藝。相比中束流設(shè)備，大束流離子注入機具有較高的束流和較低的能量，適用于大劑量淺結(jié)注入，如源/漏擴展區(qū)注入、源/漏注入、柵極摻雜等工藝，是目前半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中市占率最高的離子注入機。高能離子注入機用于注入掩埋雜質(zhì)層，如倒摻雜阱和三阱，在某些領(lǐng)域中可以替代中束流離子注入機。

擴散及離子注入均可實現(xiàn)摻雜目的

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    （6）拋光：CMP拋光機25億元市場規(guī)模

    化學(xué)機械拋光（CMP）能獲得金屬和介質(zhì)層的局部或全局平坦化，廣泛應(yīng)用于極大規(guī)模IC制造中。無應(yīng)力拋光（SFP）不會產(chǎn)生任何機械應(yīng)力，尤其適用于低k/超低k介質(zhì)銅互連結(jié)構(gòu)的平坦化過程。CMP結(jié)合了化學(xué)作用與機械作用，使硅片表面材料與研磨液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時，在研磨頭的壓力作用下進行拋光，最終使硅片表面實現(xiàn)平坦化。CMP設(shè)備集成了機械學(xué)、流體力學(xué)、材料化學(xué)、精細化工、控制軟件等多領(lǐng)城最先進的技術(shù)，是IC制造設(shè)備中較為復(fù)雜和研制難度較大的設(shè)備之一。CMP設(shè)備在IC制造中的應(yīng)用包括淺槽隔離平坦化、多晶硅平坦化、層間截至平坦化、金屬間介質(zhì)平坦化以及銅互連平坦化等。SFP基于電化學(xué)原理，在拋光過程中硅片僅與拋光液接觸，是一種不會產(chǎn)生任何機械應(yīng)力的拋光工藝。SFP能夠很好地解決低k/超低k介質(zhì)銅互連結(jié)構(gòu)平坦化過程中因機械應(yīng)力造成的損傷問題，從而避免互連結(jié)構(gòu)斷路或短路。

    CMP設(shè)備領(lǐng)域被國際廠商高度壟斷，華海清科及中電科45所設(shè)備在主流晶圓制造廠中處于試用及驗證階段。目前，美國和日本在CMP設(shè)備制造領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，生產(chǎn)廠商主要包括美國的應(yīng)用材料（AppliedMaterials）和日本的荏原機械（Ebara），兩家企業(yè)占據(jù)全球98%的市場份額，呈現(xiàn)高度壟斷的競爭格局。國內(nèi)CMP設(shè)備的主要研發(fā)生產(chǎn)單位有天津華海清科和中電科45所，其中華海清科的設(shè)備已在中芯國際生產(chǎn)線上試用，中電科45所8英寸設(shè)備已進入中芯國際生產(chǎn)線進行工藝驗證，12英寸設(shè)備也在研發(fā)當中。

    （7）清洗機及濕法刻蝕設(shè)備等剝離設(shè)備：33億元市場規(guī)模

    濕法清洗設(shè)備可以去除IC制造過程中所產(chǎn)生的顆粒、自然氧化層、有機物、金屬污染、犧牲層以及拋光殘留物等雜質(zhì)。目前濕法清洗的主流設(shè)備包括單圓片清洗設(shè)備、單圓片刷洗設(shè)備以及單圓片刻蝕設(shè)備（濕法刻蝕設(shè)備）。濕法清洗在硅片表面清洗方法中占統(tǒng)治地位。濕法清洗是指針對不同的工藝需求，采用特定的化學(xué)試劑和去離子水，對硅片表面進行無損清洗，去除IC制造過程中顆粒、自然氧化層、有機物、金屬污染、犧牲層以及拋光殘留物等物質(zhì)，可配合使用液體快速循環(huán)流動、兆聲波和氮氣輔助噴射等物理方式提升清洗效果。先進的IC制造技術(shù)對硅片表面污染物控制的指標要求越來越高，因此在每項工藝前都需要進行清洗。集成電路誕生以來，主要由槽式清洗機和槽式刻蝕機來完成硅片的清洗及薄膜刻蝕工藝，隨著集成電路線寬的縮小，對清洗要求越來越嚴格，上述兩種清洗設(shè)備已逐漸被單圓片濕法設(shè)備所取代。目前，槽式圓片清洗機、槽式清洗刻蝕機在整個清洗流程中分別僅占20%及2%的步驟。根據(jù)不同的工藝目的，單圓片濕法設(shè)備可以分為三大類：1）單圓片清洗設(shè)備，清洗目標物包括顆粒、有機物、自然氧化層、金屬雜質(zhì)等污染物；2）單圓片刷洗設(shè)備，主要用于去除圓片表面顆粒；3）單圓片刻蝕設(shè)備（濕法刻蝕設(shè)備），主要用于去除薄膜。單圓片清洗設(shè)備廣泛應(yīng)用于IC制造的前道和后道工藝過程，包括成膜前/后的清洗、等離子體刻蝕后清洗、離子注入后清洗、化學(xué)機械拋光后清洗和金屬沉積后清洗等，已基本可以兼容所有的清洗工藝（除高溫磷酸工藝）。單圓片刻蝕設(shè)備一般用于去除硅、氧化硅、氮化硅及金屬膜層等薄膜材料。此外，隨著IC制造工藝的進步，單槽體圓片清洗機、低溫超臨界圓片清洗機等多種清洗機也陸續(xù)獲得一些應(yīng)用。

晶圓制造過程中可產(chǎn)生的六種主要雜質(zhì)類型

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典型硅片濕法清洗包含多道工序

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