半导体设备整体格局及分类解析Word文档格式.docx
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2020年全球干法去胶设备市场格局14
图18：
薄膜沉积设备分类示意15
图19：
全球半导体薄膜沉积设备市场规模15
图20：
全球半导体薄膜沉积设备分类别占比15
图21：
全球CVD设备市场格局（2018）16
图22：
全球PVD设备市场格局（2018）16
图23：
全球ALD设备市场格局（2018）16
图24：
半导体清洗设备分类示意17
图25：
全球半导体清洗设备市场规模18
图26：
全球清洗设备市场格局18
图27：
CMP设备因不同材质而有所不同19
图28：
全球CMP设备市场规模19
图29：
全球CMP设备市场格局（2019）19
图30：
离子注入机市场分类份额20
图31：
全球半导体离子注入设备市场规模21
图32：
全球半导体离子注入设备市场格局（2019）21
图33：
炉管设备分类示意图22
图34：
全球半导体热处理设备分类市场规模22
图35：
全球热处理设备市场格局（2018）23
图36：
全球快速热处理RTP设备市场格局（2020）23
图37：
全球半导体量测设备市场格局24
图38：
测试设备分类示意图26
图39：
全球半导体测试设备市场规模26
图40：
全球半导体测试设备市场占比26
图41：
全球测试机市场格局（2019）27
图42：
全球探针台市场格局（2019）27
图43：
全球分选机市场格局（2019）27
图44：
全球分地区半导体设备销售额（亿美元）29
表格目录
表1：
2020年全球前十大半导体设备厂商销售额（含服务和支持等业务，单位：
亿美元）8
表2：
晶圆制造光刻机的主要类别9
表3：
2020年前道光刻机全球出货量9
表4：
不同类别的量测在不同工艺步骤中的应用24
从晶圆制造到封装测试
芯片（集成电路）制造就是在硅片上雕刻复杂电路和电子元器件（利用薄膜沉积、光刻、刻蚀等工艺），同时把需要的部分改造成有源器件（利用离子注入等）。
芯片的制造过程可以分为前道工艺和后道工艺。
前道是指晶圆制造厂的加工过程，在空白的硅片完成电路的加工，出厂产品依然是完整的圆形硅片。
后道是指封装和测试的过程，在封测厂中将圆形的硅片切割成单独的芯片颗粒，完成外壳的封装，最后完成终端测试，出厂为芯片成品。
图1：
芯片的制造分工（前道制造和后道封测）
前道工艺：
包括光刻、刻蚀、薄膜生长、离子注入、清洗、CMP、量测等工艺；
后道工艺：
包括减薄、划片、装片、键合等封装工艺以及终端测试等。
前道工艺技术难度高，相对复杂，具体过程入下图示意。
图2：
晶圆前道加工的工序示意图
先进制程芯片的制造过程有超过1000道的工序，其中每一种工艺步骤都要使用不同的专用设备，半导体设备即专门为芯片制造工艺研发的专用设备。
前道设备价值高，竞争格局寡头垄断
（1）半导体设备市场的总体规模
2020年全球半导体设备销售额约711亿美元，同比增长19.2%；
其中晶圆制造设备612亿美元，占比86.1%，测试设备60.1亿美元，占比8.5%，封装设备38.5亿美元，占比5.4%。
2020年中国大陆半导体设备销售额187亿美元，同比增长39.2%，约占全球份额的26%，位居全球第一位。
国际半导体产业协会SEMI预测2021年和2022年全球半导体设备销售额分别为953和1013亿美元，同比增长
34.1%和6.3%。
图3：
历年全球半导体设备销售额（亿美元）图4：
2020年全球半导体设备市场占比
1,200
全球中国大陆
中国大陆中国台湾韩国日本北美欧洲其他
26.424.8
1,000
800
600
400
9531,013
65.34%3%
9%
75.8
11%
187.2
26%
200
160.8
23%
171.5
24%
图5：
2020年全球半导体设备销售额（亿美元）和占比
晶圆制造设备测试设备封装设备
38.5
60.1
8.5%
5.4%
612
86.1%
图6：
半导体设备总体统计口径示意图
以2020年数据估算各类晶圆制造设备市场规模占比，可以发现光刻、刻蚀、薄膜生长是占比最高的前道设备，合计市场规模占比超过70%，这三类设备也是集成电路制造的主设备；
工艺过程量测设备是质量监测的关键设备，份额占比可达约13%；
其他设备占比相对较小。
（各数据因统计口径和数据来源不同，总和有小幅误差）
图7：
2020年各类晶圆制造设备市场规模（亿美元）图8：
各类晶圆制造设备占前道设备的比例（2020）
光刻涂胶显影
刻蚀去胶薄膜清洗
19.1
5.38
25.4
130
136.9
172
离子注入热处理
2.9%2.5%
CMP3.7%
清洗4.1%
量测
12.8%
光刻20.8%
涂胶显影
3.0%
CMP
离子注入热处理量测
23
18
15.4
80
薄膜27.5%
刻蚀21.9%
050100150200
去胶0.9%
注：
少量数据为2019年
（2）半导体设备市场的总体格局
全球范围内的半导体设备龙头企业以美国、日本和欧洲公司为主，呈现寡头垄断，CR5市占率超过65%。
（下表数据不仅包括设备销售额，还包括服务和支持等相关收入。
）
表1：
2020年全球前十大半导体设备厂商销售额（含服务和支持等业务，单位：
亿美元）
排名
国家
公司
销售额
全球份额
主要领域
1
美国
应用材料
163.65
17.7%
刻蚀、沉积、CMP、离子注入、热处理
2
荷兰
ASML
153.96
16.7%
光刻
3
泛林
119.29
12.9%
刻蚀、沉积、清洗
4
日本
东京电子
113.21
12.3%
涂胶显影、沉积、刻蚀、清洗
5
科磊KLA
54.43
5.9%
过程量测
6
爱德万
25.31
2.7%
测试
7
SCREEN
23.31
2.5%
清洗、涂胶显影
8
泰瑞达
22.59
2.4%
9
日立高新
17.17
1.9%
10
ASM国际
15.16
1.6%
沉积
其他
215.97
23.4%
合计
924.05
以上数据不仅包括设备销售额，还包括服务和支持
每种设备格局各不相同
3.1光刻设备
3.1.1光刻机（三大主设备之一）
（1）光刻设备的分类
光刻机的分类通常以光源种类区分。
当光线经过的缝隙宽度与其波长接近时光会发生衍射，不再“走直线”，因此提高光刻精度就必须使用波长更短的光源，这是光刻机发展的基本路径。
表2：
晶圆制造光刻机的主要类别
发明年代
光源
波长（nm）
设备类型
最小分辨率
可实现制程
1980年代早期
汞灯光源
g-line
436
接触式/接近式
230nm
1990年代初期
i-line
365
220nm
1990年代后期
KrF准分子激光
DUV
248
扫描投影式
80nm
2000年代初期
ArF准分子激光
193
进步扫描投影式
65nm
55nm
2000年代中期
193（等效134）
浸没式进步扫描投影
38nm
10nm
2010年代末期
EUV光源
EUV
13.5
13nm
3nm
（2）光刻机市场空间和格局
2020年全球半导体光刻机销售额估计超过130亿美元，用于晶圆制造的基本均为阿斯麦（ASML）、尼康
（Nikon）和佳能（Canon）三家公司的产品。
以销售额来看，阿斯麦2020年光刻机销售额为99.67亿欧元，以销售额来计算阿斯麦占据超过90%的市场份额，处于绝对垄断地位。
以出货数量来看，阿斯麦2020年以258台占据63.3%的份额，其中EUV光刻机出货量已经达到31台。
尼康虽然有浸没式和干式ArF光刻机出货，但数量较前一年有所减少，只有27台。
佳能则只生产KrF和i线光刻机，出货量122台。
表3：
2020年前道光刻机全球出货量
波长
阿斯麦
尼康
佳能
13.5nm
31
-
ArFi
等效134nm
68
74
ArF
193nm
22
29
KrF
248nm
103
25
132
365nm
34
97
141
258
27
122
407
尼康数据为2020Q2-2021Q1
（3）光刻机行业特点
阿斯麦处于垄断低位，高端光刻机完全垄断，是全球唯一EUV光刻机制造商。
尼康和佳能早年已经放弃更先进光刻机的研究，尼康虽然有浸没式ArF光刻机，但出货量很少，佳能则专注
KrF和i线设备，未来阿斯麦的行业地位将更加稳固。
（4）光刻机技术特点
光刻机三大核心部件是工件台、光源和透镜，其中工件台的难点在于精密的运动控制，光源的难度在于频率稳定和能量均匀，透镜的难度在于精加工。
（5）我国光刻机现状
上海微电子：
90nmDUV光刻机通过验收，45nm、28nm光刻机等在研发过程中，需等待突破。
其核心零部件需和上游厂商共同完成，因此也属于综合各方之力进行研发。
中电科上海微高：
以翻新二手光刻机为主，也承担部分运动系统研发工作。
（6）光刻机领域未来关注
光刻机是目前卡脖子的首要设备，可关注上海微电子的整体研发进展。
45nmDUV光刻机和28nmDUV光刻机在技术层面上没有本质差异，如有突破未来会有较大替代空间。
3.1.2涂胶显影设备（光刻辅助设备）
（1）涂胶显影设备分类
涂胶和显影是光刻前后的重要步骤，设备以不同工艺所用的光刻胶、关键尺寸等方面的差异来分类。
图9：
光刻前的涂胶和光刻后的显影均由涂胶显影设备完成
（2）涂胶显影设备市场空间和格局
2020年全球前道涂胶显影设备销售额为19.05亿美元，预计到2022年有望超过25亿美元。
全球范围内东京电子一家独大，东京电子和SCREEN两家公司几乎垄断所有前道涂胶显影市场。
在我国东京电子的的市占率超过90%，如果计算封装和其他涂胶显影设备，芯源微在国内的市占率约为4%。
图10：
全球前道涂胶显影设备市场规模图11：
2019年全球涂胶显影设备市场格局
销售额（亿美元）同比
30
25.1224.76
2523.24
25%
20%
东京电子SCREEN和其他
2017.8519.05
15
201920202021E2022E2023E
15%
10%
5%
0%
-5%
（3）涂胶显影设备的行业和技术特点
显影的精度即为光刻的精度，因此涂胶显影设备对关键制程的形成也十分重要。
涂胶显影设备涉及机械、化学、热处理等多方面技术。
除了前道的EUV光刻带来的高端增量以外，相对低端后道封测、LED制造等用的涂胶显影设备也存在市场增量。
（4）涂胶显影设备国内现状
芯源微（688037.SH）：
用于前道晶圆制造的涂胶显影设备尚处于新进阶段，产品有发往上海华力、长江存储、中心绍兴、上海积塔等多个客户验证，有部分产品通过验证并获得订单。
芯源微目前的主要产品为用于后道先进封装和LED制造等的涂胶显影设备，产品进入主流大客户。
3.2刻蚀设备
3.2.1刻蚀机（三大主设备之二）
（1）刻蚀设备分类
刻蚀设备按原理分类可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀，湿法刻蚀是指利用溶液的化学反应刻蚀，干法刻蚀则是用气体与等离子体技术对材料进行刻蚀。
干法刻蚀是目前主要的刻蚀技术，按照干法刻蚀的等离子体的产生方式的不同，可以分为容性耦合等离子体
（CCP）和感性耦合等离子体（ICP）刻蚀机。
这两种刻蚀机因技术特点各有侧重，同时大量应用于晶圆产线。
按照刻蚀对象的不同，刻蚀设备还可以分为介质刻蚀、硅刻蚀和金属刻蚀。
图12：
刻蚀设备按技术特征的分类
图13：
刻蚀设备按刻蚀对象的分类
（2）刻蚀设备市场空间及行业格局
2020年全球刻蚀设备市场规模为136.9亿美元，2022年有望达到183.9亿美元。
全球刻蚀设备呈现泛林半导体、东京电子和应用材料三家寡头垄断格局。
其中泛林半导体技术实力最强，产品覆盖最为全面，占据46.7%的市场份额；
东京电子和应用材料分别占据26.6%和16.7%。
我国刻蚀设备厂商中微公司和北方华创分别占1.4%和0.9%。
图14：
全球半导体刻蚀设备市场规模（亿美元）
图15：
全球半导体刻蚀设备市场格局
介质刻蚀硅和金属刻蚀
SEMES
中微1.4%科磊
1.2%
北方华创
0.9%爱发科0.2%
200
180
160
3.5%
屹唐0.1%
140
120
100
60
40
20
65.
43.5
76.
60.5
93.
78.4
00.
83.8
95.3
79.0
93.8
78.2
99.4
82.5
26.6%
泛林46.7%
201920202021E2022E2023E2024E2025E
（3）刻蚀设备行业特点
想制造更小关键制程的器件除了提高光刻机精度以外，还可以通过多重刻蚀的方式实现。
在EUV光刻机商用之前，晶圆制造厂采用多重刻蚀的方式将芯片制程缩小到7nm，远小于浸没式DUV光刻机的最小分辨率，因此过去10年间刻蚀机的市场价值占比逐年提升，一度超过光刻机成为市场规模最大的半导体设备。
虽然采用EUV光刻机可提升先进制程的制造效率，会减少多重刻蚀的使用，刻蚀设备价值占比继续提升的可能性不大，但产线对刻蚀工艺的精度要求依然在提高，因此刻蚀设备将保持重要性。
（4）刻蚀设备技术特点
CCP和ICP的比较：
CCP等离子密度较低，能量较高，可调节性差，更适合硬度较高的介质和金属的刻蚀；
ICP等离子密度高，能量较低，可调节性好，更适合精细度较高的硅刻蚀。
当前随着器件精度的提高以及半导体材料的创新，CCP与ICP的应用范围已经不拘泥于介质或硅刻蚀这个笼统分类，实际使用依照需求决定。
CCP和ICP刻蚀机在晶圆厂中均有广泛应用，两条技术路线还将长期共存。
晶圆厂产线上刻蚀工序有上百道，不同工序可能均需设备的特殊研发，设备在产线上的验证需分工序单独验证，因此刻蚀设备的种类较多。
（5）刻蚀设备我国现状
中微公司（688012.SH）：
刻蚀设备国内领先，以12寸前道设备为主。
公司以CCP技术起步，后扩充到ICP刻蚀，目前CCP和ICP刻蚀机均有产品达到世界先进水平。
2020年公司超过4亿元营收来自台湾地区，设备已经进入台积电的7nm和5nm产线；
在长江存储中标比例超过20%，已有中标以CCP为主。
北方华创（002371.SZ）：
有8英寸和12英寸ICP刻蚀设备，应用领域覆盖IC、功率的前道，以及先进封装等。
部分产品技术达到一流水平，12寸ICP刻蚀机已经在长江存储等客户通过验证，并批量供货。
（6）刻蚀机领域未来关注
国内长江存储、长鑫存储、中芯国际等的扩产有望为中微公司和北方华创来的显著业绩增量。
北方华创目前主要是国内客户，由于拥有较多8英寸设备，可充分受益于国内产线的扩产。
中微公司除大陆客户外，还在努力稳固在台积电和联电的供应商地位，有望伴随台积电的先进制程发展。
刻蚀设备有望成为我国率先打破垄断的主设备。
3.2.2去胶设备
（1）去胶设备分类
去胶即为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，只是去胶的操作对象是光刻胶，而刻蚀的操作对象是晶圆介质材料。
去胶工艺可分为湿法去胶和干法去胶，湿法去胶即为使用溶液对光刻胶进行溶解，干法去胶即通过等离子体与光刻胶的化学反应完成去胶，目前主流工艺是干法去胶。
（2）去胶设备的市场空间和格局
2020年全球去胶设备销售额为5.38亿美元，2022年有望突破7亿美元。
全球干法去胶设备市场中，我国企业屹唐股份占据31.3%，位居第一，其后的比思科占据25.9%，日立高新占据19.2%。
8.00
7.00
6.00
5.00
4.00
3.00
7.05
6.99
科4.0%
TES泰仕5.3%
11.9%
19.2%
1.7%
电气0.8%
屹唐31.3%
2.00
1.00
0.00
-10%
PSK比思科
25.9%
（3）去胶设备技术特点
去胶设备随光刻胶的不同而有区别，需要针对不同光刻胶研发。
去胶工艺不直接影响关键制程，因此技术难度相对低些，但随着制程的精细，去胶设备对于材料表面的保护、颗粒污染控制等的要求也不断提升。
（4）去胶设备我国现状：
屹唐股份（A21193.SH）：
公司的干法去胶设备技术世界一流，全球市占率超过30%，国内市场可占据90%
的份额。
公司的RTP快速退火和干法刻蚀设备也具备相当的技术实力，尤其是RTP设备。
屹唐半导体的技术主体是2016年收购的美国公司MattsonTechnology（MTSN.O），该收购也是中国资本的第一次成功的跨境收购半导体设备公司。
3.3薄膜沉积（三大主设备之三）
（1）薄膜沉积设备分类
薄膜沉积技术可以分为化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD），此外还会少量使用电镀、蒸发等其他工艺。
近年来还出现了较为先进的原子层沉积（ALD），用于精细度要求较高的沉积。
根据工艺特性的个，CVD还可以分为APCVD（常压CVD）、SACVD（亚常压CVD）、LPCVD（低压CVD）、PECVD（等离子体增强CVD）等，ALD也算CVD技术的分支。
图18：
薄膜沉积设备分类示意
（2）薄膜沉积设备市场空间和格局
2020年全球半导薄膜沉积设备市场规模约为172亿美元，2025年有望达到340亿美元。
分类别来看，PECVD设备占比33%为最高，属于PVD的溅射PVD和电镀ECD共占比23%，ALD设备占比11%，常压CVD占比12%，LPCVD占比11%，MOCVD占比4%，其他合计占比6%。
图19：
全球半导体薄膜沉积设备市场规模
图20：
全球半导体薄膜沉积设备分类别占比
350
300
250
150
50
340
260280
220
172190
125145155
PVD23%
电镀ECD
4%
溅射PVD
19%
MOCVD4%
其他6%
ALD
非管式LPCVD11%
PECVD
33%
管式CVD12%
由于不同沉积设备技术差异较大，在子类别中存在明显的市场格局的差异。
其中CVD市场为应用材料、泛林半导体和东京电子三大寡头垄断，PVD市场则应用材料一家独大，ALD市场则东京电子和ASM两家公司占比最高。
应用材料EvatecUlvac其他
东京电子ASM其他
（3）薄膜沉积设备行业特点
由于薄膜沉积面对多种不同的材料和工艺，设备种类较多，技术分支较多，因此市场上呈现多家供应商共存的局面，每家供应商都有其擅长的技术领域。
（4）薄膜沉积设备技术特点
CVD是通过反应腔内的气体混合发生化学反应在硅片表面形成一层薄膜的，由于过程中发生了化学反应，更适合氧化物及化合物薄膜的沉积。
PVD是一种形成金属薄膜的工艺，通过蒸发或溅射等方法将金属原子沉积到硅片表面，整个过程为物理过程，没有化学反应。
早期的金属薄膜多用PVD工艺，现今很多金属沉积也采用金属CVD工艺。
沉积工艺和刻蚀工艺可视为逆过程，并且都会使用等离子体
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