前道量检测设备的分类分析

《前道量检测设备的分类分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《前道量检测设备的分类分析（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、前道量检测设备的分类分析一、 前道量检测设备的分类前道量检测设备根据使用目的可分为测量设备和检测设备：其中，测量设备主要是对晶圆的薄膜厚度、关键尺寸、套准精度、刻蚀深度、表面形貌等进行测量，以确保其符合参数的设计要求；而检测设备主要用于识别并定位产品表面存在的杂质颗粒沾污、晶圆图案缺陷、微观缺陷观测、机械划伤等问题。二、 半导体设备行业产业链解析半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体产品按照功能区分可以分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器等四大类。其中集成电路是半导体产业的核心，根据WSTS数据，2020年集成电路市场规模占到了半导体市场的82%。半导体产业链可按照主要

2、生产过程进行划分，整体可分为上游中游下游。以半导体中占比最高的集成电路产业为例，上游包括半导体材料、生产设备、EDA、IP核。EDA，即电子设计自动化（ElectronicsDesignAutomation），主要包括设计工具和设计软件。IP核（IntellectualPropertyCore）提供已经完成逻辑设计或物理设计的芯片功能模块，通过授权允许客户将其集成在IC设计中。中游包括设计、制造、封测三大环节。下游主要为半导体应用，主要包括3C电子、医疗、通信、物联网、汽车、新能源、工业等。三、 半导体设备制造领域发展情况和未来发展趋势半导体产业是现代电子工业的基础，电子信息产业的先导和支撑，

3、也是全球高端制造业的代表产业。半导体产品目前正处于晶体管时代，按照功能区分可分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器四大类，其中以集成电路为主导。根据WSTS（世界半导体贸易统计组织）统计数据，从2014年到2021年，全球半导体市场规模从3，166亿美元上升为5，559亿美元；2021年集成电路全球市场规模为4，63002亿美元，占半导体全球市场规模的比例约为8329%。根据WSTS统计数据，2010-2020年，中国半导体行业销售额持续增长，十年复合增长率达1991%。据中国半导体行业协会统计，2020年中国集成电路产业销售额为8，848亿元，同比增长17%，是全球最大和贸易最活跃的半导

4、体市场。半导体设备行业为半导体产业的核心支撑之一，是半导体产品迭代发展的基石和产能供给先行指标。根据摩尔定律，每隔18-24个月集成电路的技术都要进步一代，相应的设备制造产业必须要超前半导体产品更新开发出新一代设备。由于半导体产品制造工艺复杂程度高、对体积性能等要求严苛等特点，其生产、制造、测试等设备的价值普遍较高，并且随着产品的更新迭代，对上游设备和产品的需求和投入也与日俱增。随着市场需求带动全球产能中心逐步向中国大陆转移，我国半导体整体产业规模和技术水平逐步提高，但我国半导体设备产业处于起步阶段，整机和核心零部件的进口依赖较大，核心零部件的国产化程度较低。根据中国电子专用设备工业协会统计，

5、2020年国产半导体设备销售额为187亿元，设备国产化率不足10%，而技术要求最高的晶圆制造设备自给率更低。加速半导体设备国产化进程至关重要，设备核心零部件实现进口替代的需要日益迫切，一方面为半导体设备及零部件厂商提供了广阔的市场空间和发展机遇，另一方面也对其不断提升技术水平、增强研发能力提出了更高的要求和挑战。四、 半导体设备行业发展前景物联网5G通信汽车电子等新型应用市场的不断发展产生了巨大的半导体产品需求，推动半导体行业进入新一轮的发展周期。全球范围内，晶圆厂产能扩充仍在继续，下游需求的不断发展为半导体设备制造产业的扩张和升级提供了机遇。凭借巨大的市场容量以及多年的发展，中国已成为全球最

6、大的半导体消费国和生产国。广阔的下游市场和不断完善的上下游产业链带动全球产能中心逐步向中国大陆转移。半导体产业规模的不断扩大将为国内设备厂商带来巨大发展机遇，国产设备将加速导入大陆晶圆厂，因此国产半导体设备将迎来快速发展期。集成电路产业作为国民经济中基础性、关键性和战略性的产业。十四五规划强调了发展集成电路产业对强化国家战略科技力量的意义。半导体设备行业作为整个半导体产业的重要支撑，是半导体产业化过程中的核心环节。目前国外龙头企业的产品仍占据全球半导体设备市场的大部分份额，但在部分细分领域本土企业已实现突破，未来国产化空间巨大。我国已成为全球第一大半导体设备市场，约占全球35%的市场份额，但设

7、备依赖进口，自给率低。在未来销售额分化的大背景下，国产设备厂商仍然具有较大的市场空间。我国半导体设备产业发展将在多重限制下稳步发展，市场竞争加剧，供需不平衡依然严重。我国工艺水平落后，制程功率密度不足，需要多种复杂的制程设备供应产业发展。半导体设备下游需求旺盛叠加国产化加速，中国半导体设备行业将进入超级景气周期。从半导体设备行业的核心产品光刻机、刻蚀机、PVD、CVD和氧化/扩散设备来看，各类半导体设备top3的企业中主要为美国、荷兰与日本的企业，且各类半导体设备行业集中度极高，top3企业的合计市占率均在70%以上。根据国家集成电路产业推荐纲要，2030年半导体芯片行业产业将扩大至5倍以上，

8、对人才的需求将成倍增长。如果国家对集成电路项目全部投资到位，中国需要70万人，而目前中国的从业者只有一半左右，约30多万。从集成电路企业发布的人才需求来看，研发和销售是企业人员需求量最大的两个部分，对半导体芯片行业研发岗位的需求高达55%，其后是销售客户支持类岗位，占18%。随着国际产能不断向我国大陆地区转移，英特尔、三星等国际大厂陆续在我国大陆地区投资建厂，同时在集成电路产业投资基金的引导下，我国半导体设备的需求巨大。随着半导体行业的发展，半导体设备行业突破1000亿美元，其中晶圆设备占据主流，市场份额超过85%。作为全球最大的半导体市场，中国的半导体设备市场规模接近2000亿元。半导体设备

9、行业与中国已经在全球范围内获得高额市场份额的行业（包括高铁，太阳能电池板和电信设备）不同，中国大陆在半导体领域的全球市场份额和竞争力，尤其是在总部设在中国的公司方面，在半导体领域仍然不大。半导体产业的全球领导者主要分布在欧洲，日本，韩国，中国台湾和美国。半导体可能是世界上最重要的行业，因为它们是各种产品和服务的基础。此外，它们在新兴技术（例如人工智能（AI），高性能计算（HPC），5G，物联网和自治系统等）中发挥关键的促成作用。半导体设备行业市场规模的扩大离不开对半导体材料的巨大需求。第三代半导体材料应时代而生，以碳化硅、氮化镓为代表的材料可以制备耐高压、高频的功率器件，其中碳化硅是综合性能最

10、好、商品化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料。根据数据显示，2020年全球半导体设备行业市场规模已经达到7106亿美元，同比上升1893%。预计2021年原始设备制造商的半导体制造设备全球销售总额将达到1030亿美元的新高，比2020年的710亿美元的历史记录增长447%。预计2022年全球半导体制造设备市场总额将扩大到1140亿美元，预计2023年半导体设备市场规模1792亿美元。五、 半导体设备行业驱动因素半导体设备行业波动性成长，产业链最下游电子应用终端发生新变化，产生新需求。半导体设备行业呈现波动性上涨的趋势。近二十年间半导体设备的周期性正在减弱，行业成长趋势加强。得益于各类电子终

11、端的芯片需求，智能化，网联化，AIOT的发展，行业规模连续四年出现大幅度的正增长。2022年仍将维持较高增速，这在半导体设备发展历史上极为罕见。先进制程（5nm以下先进制程）的扩产和研发投入变得十分巨大，同时成熟制程的芯片需求量大大提升。根据ASML的财报显示，Arf光刻机单价在6000万欧元左右，EUV光刻机单价在15亿欧元左右，而最新一代预告的3nm/2nm世代光刻机预计的单价将在3亿欧元以上，先进制成的研发和突破成本以指数曲线的形式上升。在先进制程未来2nm，1nm的发展方向愈发接近物理极限的同时，成熟制程经济效益在不断提高，车规MCU，超级结MOS，光伏IGBT等成熟制程芯片大量缺货，

12、交付期延长，使得行业重新审视成熟制程产线的经济效益，台积电也在2022年提出在未来三年将成熟制程扩产50%。我国半导体设备厂商精准卡位12英寸成熟制程所对应设备，覆盖28nm/14nm以上节点成熟制程领域并不断完善。半导体设备处于产业链最上游环节，中游的芯片代工晶圆厂采购芯片加工设备，将制备好的晶圆衬底进行多个步骤数百道上千道工艺的加工，配合相关设备，通过氧化沉积，光刻，刻蚀，沉积，离子注入，退火，电镀，研磨等步骤完成前道加工，再交由封测厂进行封装测试，出产芯片成品。芯片的制造在极其微观的层面，90nm的晶体管大小与流行感冒病毒大小类似。在制程以纳米级别来计量的芯片领域，生产加工流程在自动化高

13、精密的产线上进行，对设备技术的要求极高。无论是设备的制造产线，还是晶圆厂的生产产线，所有芯片的生产加工均在无尘室中完成。任何外部的灰尘都会损坏晶圆，影响良率，因此对于环境和温度的控制也有一定的要求。在代工厂中，晶圆衬底在自动化产线上在各个设备间传送生产，历经全部工艺流程大致所需2-3个月的时间，这其中不包括后道封装所需要的时间。通常来说，晶圆厂中的设备90%的时间都在运行，剩余时间用于调整和维护。前道工艺步骤繁杂，工序繁多，是芯片出产过程中技术难度较大，资金投入最多的环节。在芯片代工厂中的芯片的工艺制备流程：氧化、匀胶、曝光、显影、刻蚀、沉积、研磨、离子注入、退火。离子注入完成之后，继续沉积二

14、氧化硅层，然后重复涂胶，光刻，显影，刻蚀等步骤进入另一个循环，用以挖出连接金属层（导电层）的通孔，从而使互通互联得以是现在晶圆中。实现这一功能的是使用物理气相沉积的方式沉积金属层。上述步骤在晶圆的生产制造中将重复数次，直到一个完成的集成电路被制作完成。最后，将制备好的晶圆进行减薄，切片，封装，检测。完成后到的工艺流程，至此，一颗完整的芯片制作完成。六、 半导体设备行业分类以产业链应用环节来划分，半导体设备可分为前道工艺设备（晶圆制造）和后道工艺设备（封装测试）两个大类。其中后道工艺设备还可以细分为封装设备和测试设备。设备中的前道设备占据了整个市场的80%-85%，其中光刻机，刻蚀机和薄膜设备是

15、价值量最大的三大环节，各自所占的市场规模均达到了前道设备总量的20%以上。因此，全球半导体设备前十名厂商之中，有多家是平台型企业，横跨多个半导体工艺环节。七、 半导体产业运作的两种模式：IDM和垂直分工模式半导体产业运作主要有两种模式，即IDM模式和垂直分工模式。如前文所述，半导体整个制造过程主要包括芯片设计、晶圆制造和封装测试三大环节。所谓IDM（IntegratedDeviceManufacture）模式，即由一个厂商独立完成芯片设计、制造和封装三大环节，英特尔和三星是全球*具代表性的IDM企业。另一种模式为垂直分工模式，即Fabless（无晶圆制造的设计公司）+Foundry（晶圆代工厂

16、）+OSAT（封装测试企业），Fabless是指专注于芯片设计业务，只负责芯片的电路设计与销售，将生产、测试、封装等环节外包的设计企业，代表企业有高通、英伟达、AMD等；Foundry即晶圆代工厂，指只负责制造、封测的一个或多个环节，不负责芯片设计，可以同时为多家设计公司提供服务的企业，代表企业有台积电、中芯国际等。OSAT指专门从事半导体封装和测试的企业。在台积电成立以前，半导体行业只有IDM一种模式。IDM模式的优势在于资源的内部整合优势，以及具有较高的利润率。IDM模式贯穿整个半导体生产流程，不存在工艺流程对接问题，新产品从开发到面市的时间较短，且因为覆盖前端的IC设计和末端的品牌营销环

17、节，具有较高的利润率水平。但其公司规模庞大、管理成本和运营费用较高，同时半导体生产需要庞大的资本支出，使得行业内只有极大的几家IDM企业能够生存。半导体制造业具有明显的规模经济效应，扩大规模可以显著降低单位产品的成本，提高企业竞争力，降低产品价格，垂直分工模式应运而生。一方面，垂直分工模式使得Fabless投资规模较小，运行费用较低，因此涌现出了大量的上等的芯片设计企业。另一方面，Foundry能够*大化的利用产能，提高资本支出的收益率。但垂直分工模式可能会因芯片设计和生产无法顺利协同，导致芯片从设计到面市的时间过长，给芯片设计厂商造成损失。半导体工业中有两种常用方法生产单晶硅，即直拉单晶制造

18、法（CZ法）和悬浮区熔法（FZ法）。CZ法是硅片制造常用的方法，它较FZ法有较多优点，例如只有CZ法能够做出直径大于200mm的晶圆，并且它的价格较为便宜。CZ法的原理是将多晶硅硅料置于坩埚中，使用射频或电阻加专线圈加热熔化，待温度超过硅的熔点温度后，将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩等径等步骤，完成一根单晶硅棒的拉制。单晶生长炉是生产单晶硅的主要半导体设备。目前全球的单晶生长炉主要由美国Kayex、德国PVATePla、日本Ferrotec等企业供应，国内的单晶生长炉企业主要包括晶盛机电、南京晶能、连城数控等。单晶硅棒完成后，还需要经过一系列加工才能得到硅片成品，主要涉及的半导体设备有切片机

19、、研磨机、湿法刻蚀机、清洗机、抛光机和量测机。目前上述硅片加工设备主要由日本、德国和美国厂商提供，国内仅有晶盛机电等少数厂家推出了部分硅片加工设备，市场占有率较低。八、 半导体设备定义及产业链半导体专用设备泛指用于生产各类半导体产品所需的生产设备，属于半导体行业产业链的支撑环节。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，细分又可以划分出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。半导体设备产业链中，上游为零部件和系统软件；中游为半导体设备，光刻机、刻蚀机、离子注入机、涂胶显影设备、氧化炉、CMP/CVD/PVD设备、质检

20、及电学检测设备等；下游为半导体产品，主要包括分立器件、光电子器件、传感器和集成电路。半导体设备是半导体产业发展的基础和技术进步的关键，在半导体产业中占有重要地位。为推动半导体设备行业发展，增强产业创新能力和国际竞争力，我国近年来从战略地位、人才、资金、技术、税收、市场等各方面出台了一系列支持性政策。中国半导体设备的市场规模增速明显，从2017年的55418亿元增长至2019年的90570亿元。2020年，中国半导体设备市场亦保持快速增长趋势，销售额为126062亿元，同比增长达392%，成为全球第一大半导体设备市场；2021年，中国半导体设备市场连续增长，销售额为199335亿元，同比增长达5

21、81%，连续两年成为全球第一大半导体设备市场。2022年中国半导体预计将继续增长，规模达到274515亿元。从细分产品来看，光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为半导体设备主要核心设备，分别占比24%、20%、20%。其次为测试设备和封装设备，分别占比9%、6%。中国半导体设备行业整体国产化率的提升还处于起步阶段，目前国内半导体生产厂商所使用的半导体设备仍主要依赖进口。根据中国电子专用设备工业协会的统计，2021年半导体设备进口46894台，合计进口额114796亿元，同比分别增长843%和564%。中国设备产业未来10年，第一步将迎接中国半导体产业对设备投资需求成倍的增长，同时目标将国产化率从平均5%10%，提升到70%80%以上甚至更高；第二步中国设备技术能力与国际厂商同台竞技之后，实现打开国门走向世界。只有在设备上拥有核心技术升级与迭代能力，才能真正实现半导体制造上实现超越，国产化率是当务之急，也势不可挡。