半导体六大核心设备全梳理

旺材芯片
2025-07-30 15:59:48

关注公众号，点击公众号主页右上角“ · · · ”，设置星标，实时关注旺材芯片最新资讯

半导体设备行业概览

一、行业背景：政策驱动与市场趋势

近期，美国白宫发布《美国AI行动计划》，三大关键词为“加速AI创新、建设美国AI基础设施、引领国际AI外交与安全”。该计划强化了人工智能计算芯片和半导体制造设备出口管制，新增对半导体零部件和组件的管制措施。在此背景下，国内半导体设备及零部件国产化进程有望进一步提速。

市场层面，成熟制程需求持续旺盛，先进工艺增长为国内设备厂带来全面机遇。大摩（Morgan Stanley）已将2025年全球晶圆厂设备（WFE）市场规模预测从1040亿美元上调至1090亿美元，同比增速由2%提升至6%。2026年预测也略微上调至1100亿美元，主要归因于中国市场的贡献——特别是在Foundry/Logic设备支出方面新增约50亿美元。截至2024年，中国半导体设备占全球市场份额接近一半，但国产化率仅为13.6%，部分设备虽已实现国产替代，多个环节仍有待提升。

二、半导体设备行业整体概览

半导体设备是半导体产业链的上游基石，具有“一代设备、一代工艺、一代产品”的发展特征。

资本开支结构：在集成电路制造产线设备投资中，芯片制造及硅片制造设备占比约80%，是主要投资部分。

资讯配图资料来源：行行查

制造工艺流程：

主要包括设计、制造和封装。制造从硅片入手，经多次重复的氧化、扩散、光刻、刻蚀等工序；封装测试则涉及减薄、切割、引线键合等操作。前道晶圆制造（约占90%）是资金投入和技术难度最高的环节，分为硅片制造（拉单晶、切片等）和晶圆加工（氧化、光刻等步骤）。

半导体制造工艺流程：

资讯配图资料来源：安集科技、行行查

设备分类与市场覆盖：

半导体设备涵盖11大类、50多种专业设备，分前道（用于芯片制造）和后道（用于封装测试）。

前道设备包括氧化/扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、清洗设备和机械抛光设备；

后道设备包括减薄、划片、测试设备等。HBM（高带宽存储器）扩产将进一步带动刻蚀、沉积、键合和CMP设备需求。

从全球市场格局方面来看，每个细分市场都由少数几家主要供应商主导。

资讯配图资料来源：行行查

三、关键设备详细分析

01 光刻设备

光刻工艺是半导体制造中价值量、技术壁垒和时间占比最高的环节之一（约占芯片生产成本1/3，耗费时间40%-50%）。光刻设备在前道设备中占比约20%。

设备组成

包括光源系统、光学系统（照明和投影物镜）、掩模台、工件台等核心部件。光源系统价值量占比15%，光学系统24%，工件台12%。13.5nm EUV光刻是未来关键技术。

光源：光源方面，国内科益虹源提供DUV光源，福晶科技供应非线性光学晶体；投影物镜由上海微电子、长春国科精密等研发。

竞争格局：全球市场由ASML、Nikon和Canon主导，形成“一超双强”格局。国内已建立研发体系，如HW、上海微电子等，零部件厂商包括汇成真空（真空镀膜）、芯源微（涂胶显影）、南大光电（光刻胶）等。

国内对标的部分产品如下：

光刻机设计和总体集成-上海微电子；光源系统-科益虹源；物镜系统-国望光学；曝光光学系统-国科精密；双工作台-华卓精科；浸没系统-启尔机电。

国内光刻机零部件环节众多：

真空镀膜设备-汇成真空；前道涂胶显影-芯源微；光刻胶-南大光电、容大感光、徐州博康；特种气体-华特气体、雅克科技；光掩膜版-清溢光电、菲利华、华润微、冠石科技、路维光电；直写光刻设备用于掩膜版制造-芯碁微装；检测设备-精测电子、中科飞测、东方晶源、华辰装备、苏大维格等。

02 刻蚀设备

刻蚀设备是半导体制造三大核心设备之一，用于在晶圆上精确刻出电路结构。

工艺类型：干法刻蚀（如等离子体刻蚀和反应离子刻蚀）为主流，湿法刻蚀为低成本补充。干法刻蚀占比高，适用于先进制程。

刻蚀工艺图示：

市场格局：

全球市场高度集中，拉姆研究（46.7%）、东京电子（26.6%）和应用材料（16.7%）占约90%份额。国内中微公司（CCP/ICP刻蚀设备）和北方华创（全系列覆盖）是头部厂商。3D NAND闪存对刻蚀技术要求更高深宽比，芯片制程升级推动工艺步骤增多。

03 薄膜沉积设备

用于在晶圆表面沉积导体、绝缘体等材料膜层，构建集成电路基础结构。

工艺类型：分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）。PECVD（等离子增强CVD）占比最高（33%），溅射PVD占19%。

市场格局：全球由应用材料（PVD主导，占85%份额）、泛林半导体和东京电子垄断CVD市场（合计80%）。国内拓荆科技（CVD龙头）、北方华创（PVD领先）和中微公司（MOCVD设备全球龙头）是主要布局者。

04 CMP设备

化学机械抛光（CMP）是纳米级全局平坦化技术，先进封装（如TSV、FanOut）依赖此设备。

应用与格局

全球市场由应用材料主导（约70%份额）。国内华海清科是唯一提供12英寸CMP设备的制造商，2014年推出了国内首台拥有核心自主知识产权的12英寸CMP设备，打破了国际巨头在此领域数十年的垄断；新抛光系统架构CMP机台UniversalH300已经实现小批量出货；客户包括中芯国际、长江存储、华虹集团等。

05 清洗设备

从2D NAND到3D NAND的结构变化提升了清洗要求（确保多层堆叠纯净度）。

市场格局

半导体清洗设备行业属于技术密集型行业，市场竞争激烈，技术壁垒较高，主要集中在少数几家拥有核心技术和强大研发能力的龙头企业。

海外厂商头部厂商日本 DNS、TEL，以及美国 Lam、韩国 SEMES 公司凭借可选配腔体数、每小时晶圆产能、制程节点上领先优势，垄断全球清洗设备市场。

国内厂商起步相对较晚，近年来主要采取差异化路线，积极研发兆声波、二流体等技术致力于追赶国际先进水平。

清洗设备企业主要包括盛美上海、芯源微、至纯科技、北方华创等。盛美主要产品为集成电路领域的单片清洗设备，产品线较为丰富，自主研发并具有全球知识产权保护的 SAPS 和 TEBO 兆声波清洗技术可实现对晶圆表面图形结构的无损伤清洗；北方华创在槽式清洗设备领域布局较深，并逐步向单片清洗技术延伸；芯源微与至纯科技专注湿法清洗设备。

06 键合设备

键合方式是决定芯片封装性能的关键工艺。

从引线键合到倒装的转变，代表了从传统封装向先进封装的迭代。

键合设备是半导体制造和先进封装的核心设备，核心作用是通过高精度、高可靠性的键合技术，实现多层结构、异质集成或三维堆叠，满足高性能计算领域对芯片小型化和高密度集成的需求。

类型与趋势

主要类型包括热压键合设备、超声波键合设备、共晶键合设备、临时键合/解键合设备和混合键合设备。

其中，混合键合是半导体先进封装的核心技术趋势，也是向更高性能发展的关键路径之一。

四、市场动态与国产化现状

全球市场格局方面，ASMPT、Hanmi半导体、韩国韩华精密机械、荷兰Besi、K&S及Shibaura是主要的混合键合设备供应商。

国产键合设备供应商主要包括拓荆科技、华卓精科、芯源微等。拓荆科技是国产W2W/C2W混合键合设备龙头，首台 W2W 键合产品 Dione 300早在23年即通过核心大客户验证，是国内首台应用于量产的键合设备，设备的性能和产能指标达到国际领先水平。华卓精科在混合键合领域研发出多款混合键合设备，并获得了相关专利；华卓精科自主研发的混合键合设备HBS系列全自动晶圆混合键合系统集成了键合工艺的多个功能模块，真正实现了室温的直接键合工艺，已交付了6/8寸异质键合设备给客户；芯源微涉及涂胶显影/临时键合/解键合/湿法设备，其中临时键合/解键合设备已实现国产替代。

此外，青禾晶元推出了全球首台C2W&W2W双模式混合键合设备。百傲化学拟收购的芯慧联新是国内第二家商用混合键合设备公司。

整体来看，当前国内先进逻辑芯片开启规模化扩产，以高数值孔径光刻机、刻蚀、高深宽比ALD等为代表的各类半导体设备需求加速爆发，有望进一步带动国内半导体自主可控进程加速。此外，国家大基金三期和地方政府专项基金为半导体产业提供长期资金支持，重点投向设备、材料等“卡脖子”环节，将加速半导体设备产业链迎来新一轮国产化机遇。

来源：乐晴智库

专心专业专注