半导体设备整体格局及分类解析Word文档格式.docx

1、 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

2、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

3、 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

4、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

5、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

6、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26.4 24.81,000800600400953 1,01365.3 4% 3%9%75.811%187.226%200160.823%171.524%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38.560.18.5%5.4%61286.1%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

7、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19.15.3825.4130136.9172离子注入热处理2.9% 2.5%CMP 3.7%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231815.480薄膜27.5%刻蚀21.9%0 50 100 150 200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

8、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163.6517.7%刻蚀、沉积、CMP、离子注入、热处理2荷兰ASML153.9616.7%光刻3泛林119.2912.9%刻蚀、沉积、清洗4日本东京电子113.2112.3%涂胶显影、沉积、刻蚀、清洗5科磊 KLA54.435.9%过程量测6爱德万25.312.7%测试7SCREEN23.312.5%清洗、涂胶显影8泰瑞

9、达22.592.4%9日立高新17.171.9%10ASM 国际15.161.6%沉积其他215.9723.4%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-line436接触式/接近式230nm1990 年代初期i-

10、line365220nm1990 年代后期KrF 准分子激光DUV248扫描投影式80nm2000 年代初期ArF 准分子激光193进步扫描投影式65nm55nm2000 年代中期193（等效 134）浸没式进步扫描投影38nm10nm2010 年代末期EUV 光源EUV13.513nm3nm（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

11、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13.5nm31-ArFi等效 134nm6874ArF193nm2229KrF248nm10325132365nm349714125827122407 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 EU

12、V 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：90nm DUV 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

13、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。45nm DUV 光刻机和 28nm DUV 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

14、。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 25.12 24.7625 23.2425%20%东京电子 SCREEN和其他20 17.85 19.05152019 2020 2021E 2022E 2023E15%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，

15、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

16、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

17、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 1801603.5%屹唐 0.1%14012010060402065.43.576.60.593.78.400.83.895.379.093.878.299.482.526.6%泛林 46.7%2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E（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

18、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

19、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

20、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

21、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%。8.007.

22、006.005.004.003.00 7.056.99科 4.0%TES泰仕5.3%11.9%19.2%1.7%电气 0.8%屹唐 31.3%2.001.000.00-10%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

23、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 Mattson Technology（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

24、 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35030025015050 340260 280220172 190125 145 155PVD 23%

25、电镀ECD4%溅射PVD19%MOCVD 4%其他 6%ALD非管式LPCVD 11%PECVD33%管式CVD 12%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 Evatec Ulvac 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