半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)高、進(jìn)步快，一代產(chǎn)品需要一代工藝，而一代工藝需要一代設(shè)備。SEMI 預(yù)計(jì) 2020 年半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)將增長(zhǎng) 20.7%，達(dá)到 719 億美元，創(chuàng)歷史新高。2017 年中國(guó)大陸市場(chǎng)需求規(guī)模約占全球的 15%左右， 2020 年預(yù)計(jì)占比將達(dá)到 20%，約 170 億美元。全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)集中度高，主要有美日荷廠商壟斷，國(guó)內(nèi)自給率僅有 5%左右，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大。

隨著摩爾定律趨近極限，半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)進(jìn)步放緩，國(guó)內(nèi)廠商與全球龍頭技術(shù)差距正在逐漸縮短，我們認(rèn)為未來(lái) 3-5 年將是半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)替代黃金戰(zhàn)略機(jī)遇期。

全球壟斷，02 專(zhuān)項(xiàng)頂層設(shè)計(jì)求突破

半導(dǎo)體行業(yè)技術(shù)高、進(jìn)步快，一代產(chǎn)品需要一代工藝，而一代工藝需要一代設(shè)備。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步主要有兩大方向：一是制程越小→晶體管越小→ 相同面積上的元件數(shù)越多→性能越高→產(chǎn)品越好；二是硅片直徑越大→硅片面積越大→單個(gè)晶圓上芯片數(shù)量越多→效率越高→成本越低。

資料來(lái)源：《中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)投融資研究》周子學(xué)

半導(dǎo)體工藝流程主要包括單晶硅片制造、IC 設(shè)計(jì)、IC 制造和 IC 封測(cè)。單晶硅片制造需要單晶爐等設(shè)備，IC 制造需要光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜設(shè)備、擴(kuò)散\離子注入設(shè)備、濕法設(shè)備、過(guò)程檢測(cè)等六大類(lèi)設(shè)備。半導(dǎo)體設(shè)備中，晶圓代工廠設(shè)備采購(gòu)額約占 80%，檢測(cè)設(shè)備約占 8%，封裝設(shè)備約占 7%，硅片廠設(shè)備等其他約占 5%。

半導(dǎo)體工藝流程

資料來(lái)源：清科研究中心

一般情況下，不同的晶圓尺寸和制程的 IC 制造產(chǎn)線所需的設(shè)備數(shù)量不同。以每 1 萬(wàn)片/月產(chǎn)能計(jì)算，12 寸產(chǎn)線所需的設(shè)備數(shù)量要比 8 寸產(chǎn)線多，12 寸先進(jìn)制程產(chǎn)線所需的設(shè)備數(shù)量要比 12 寸成熟制程產(chǎn)線設(shè)備多。

半導(dǎo)體設(shè)備屬于高端制造裝備，其價(jià)值量較高。比如高端 EUV 光刻機(jī)單價(jià)甚至超過(guò) 1 億美金。總體上看，IC 制造設(shè)備市場(chǎng)中刻蝕機(jī)、光刻機(jī)、薄膜設(shè)備的價(jià)值量占比較高。

半導(dǎo)體制造前道設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模（百萬(wàn)美元）

資料來(lái)源：《臺(tái)積電南京專(zhuān)項(xiàng)環(huán)評(píng)報(bào)告》，中芯國(guó)際

2020 全球預(yù)計(jì)超 700 億美元，中國(guó)大陸占比超 20%

2020 年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)超 700 億美元。根據(jù) 2018 年 12 月 12 日 SEMI 在SEMICON Japan 2018 展覽會(huì)上發(fā)布年終預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，2018 年新的半導(dǎo)體制造設(shè)備的全球銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)將增加 9.7%達(dá)到 621 億美元，超過(guò)2017 年創(chuàng)下的566 億美元的歷史新高。預(yù)計(jì)2019 年設(shè)備市場(chǎng)將收縮4.0%，至 596 億美元，但 2020 年將增長(zhǎng) 20.7%，達(dá)到 719 億美元，創(chuàng)歷史新高。

2020 年中國(guó)大陸市場(chǎng)規(guī)模占比超 20%，約 170 億美元。根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，2017 年中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售額 82.3 億美元，同比增長(zhǎng) 27%，約占全球的 15%，預(yù)計(jì) 2020 年占比將超過(guò) 20%，約 170 億美元。

全球半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售額及增速預(yù)測(cè)（2018.12）

資料來(lái)源：SEMI 2018.12

半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)集中度高，CR10 超 60%。全球半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)主要集中于歐美、日本、韓國(guó)和我國(guó)***地區(qū)等，以美國(guó)應(yīng)用材料、荷蘭阿斯麥、美國(guó)泛林集團(tuán)、日本東京電子、美國(guó)科天等為代表的國(guó)際知名企業(yè)起步較早， 經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，憑借資金、技術(shù)、客戶(hù)資源、品牌等方面的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了全球集成電路裝備市場(chǎng)的主要份額。

2017年半導(dǎo)體制造設(shè)備前10強(qiáng)

資料來(lái)源：Gartner

2017年半導(dǎo)體設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)格局

資料來(lái)源：Gartner 2017

國(guó)產(chǎn)設(shè)備自給率低，技術(shù)加速追趕

國(guó)產(chǎn)設(shè)備自給率低，進(jìn)口替代空間大。供給端看，根據(jù)中國(guó)電子專(zhuān)用設(shè)備工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi) 42 家主要半導(dǎo)體設(shè)備制造商的統(tǒng)計(jì)，2017 年國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備銷(xiāo)售額為 89 億元，自給率約為 14.3%。中國(guó)電子專(zhuān)用設(shè)備工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)包括 LED、顯示、光伏等設(shè)備，我們認(rèn)為實(shí)際上國(guó)內(nèi)集成電路 IC 設(shè)備國(guó)內(nèi)市場(chǎng)自給率僅有 5%左右，在全球市場(chǎng)僅占 1-2%。

專(zhuān)項(xiàng)頂層設(shè)計(jì)，技術(shù)加速追趕。2002年之前，我國(guó)集成電路設(shè)備基本全進(jìn)口，中國(guó)只有 3家集成電路設(shè)備廠商，由北方微電子、北京中科信和上海微電子分別承接國(guó)家“863”計(jì)劃中的刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)和光刻機(jī)項(xiàng)目。2006年，《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》設(shè)立國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)——極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝科技項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱(chēng) 02專(zhuān)項(xiàng)）研發(fā)國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，并于 2008年開(kāi)始實(shí)施。2008年之前我國(guó) 12英寸國(guó)產(chǎn)設(shè)備為空白，只有 2 種 8 英寸設(shè)備。

國(guó)家支持集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的部分重點(diǎn)政策

資料來(lái)源：賽迪智庫(kù)在02 專(zhuān)項(xiàng)的統(tǒng)籌

規(guī)劃下，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商分工合作研發(fā)不同設(shè)備，涵蓋了主要設(shè)備種類(lèi)。目前已有 20 種芯片制造關(guān)鍵裝備、17 種先進(jìn)封裝設(shè)備，通過(guò)大生產(chǎn)線驗(yàn)證進(jìn)入海內(nèi)外銷(xiāo)售。

02專(zhuān)項(xiàng)支持下國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商產(chǎn)品布局

資料來(lái)源：《中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院

國(guó)內(nèi) IC 制造設(shè)備工藝覆蓋率仍比較低，國(guó)產(chǎn)廠商技術(shù)加速追趕。國(guó)產(chǎn)全部IC 設(shè)備在邏輯 IC 產(chǎn)線上 65/55nm 工藝覆蓋率才 31%，40nm 工藝覆蓋率僅17%，28nm 工藝覆蓋率僅 16%；在存儲(chǔ)芯片產(chǎn)線上的工藝覆蓋率大概約為15-25%。

隨著摩爾定律放緩，國(guó)產(chǎn)廠商技術(shù)加速追趕。以北方華創(chuàng)刻蝕機(jī)為例，2007 年研發(fā)出 8 寸 100nm 設(shè)備，比國(guó)際大廠晚 8 年；2011 年研發(fā)出12寸65nm設(shè)備，比國(guó)際大廠晚6年；2013年研發(fā)出12寸28nm設(shè)備，比國(guó)際大廠晚 3~4 年；2016 年研發(fā) 12 寸 14nm 設(shè)備，比國(guó)際大廠晚 2~3 年。

北方華創(chuàng)刻蝕機(jī)研發(fā)進(jìn)展

資料來(lái)源：北方華創(chuàng)官網(wǎng)

硅片是半導(dǎo)體、光伏電池生產(chǎn)的主要原材料，90%以上的集成電路都是制作在高純、優(yōu)質(zhì)的硅片上的。

1、半導(dǎo)體硅片的制造難度大于光伏硅片。半導(dǎo)體硅片純度要求達(dá)到 99.99999999999%，即 11個(gè) 9以上，而普通太陽(yáng)能硅片制造難度大，設(shè)備種類(lèi)多級(jí)多晶硅材料純度通常在5-8個(gè) 9左右。

2、硅片直徑越大制造難度越大。硅片制備工藝流程包括：?jiǎn)尉L(zhǎng)→截?cái)唷鈴綕L磨(定位槽或參考面處理)→切片→倒角→表面磨削→(刻蝕)→邊緣拋光→雙面拋光→單面拋光→最終清洗→(外延/退火)→包裝等。

硅片制造流程

資料來(lái)源：《半導(dǎo)體制造技術(shù)》韓鄭生

硅片直徑的增大可降低單個(gè)芯片的制造成本，目前 300mm 硅片已成為業(yè)內(nèi)主流，2017 年全球 12 寸出貨面積約占硅片總體的 66.1%。

現(xiàn)在：政策需求雙輪驅(qū)動(dòng)，大硅片國(guó)產(chǎn)化指日可待。根據(jù) IC Insights 2017數(shù)據(jù)，2017 年全球硅片需求 1160 萬(wàn)片（等效 8 寸），國(guó)內(nèi)需求 110 萬(wàn)片。預(yù)計(jì) 2020年國(guó)內(nèi)對(duì) 12寸大硅片需求從 42萬(wàn)片增加到 105萬(wàn)片；2020年對(duì) 8寸硅片需求從 70 萬(wàn)片增加到 96.5萬(wàn)片。受政策鼓勵(lì)與市場(chǎng)需求的雙重驅(qū)動(dòng)，多家企業(yè)正在中國(guó)積極布局半導(dǎo)體大硅片項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)規(guī)劃中的 12 寸大硅片合計(jì)：145 萬(wàn)片，覆蓋國(guó)內(nèi)需求。國(guó)內(nèi)規(guī)劃中的 8 寸大硅片合計(jì)：168 萬(wàn)片，總投資規(guī)模超過(guò) 500 億元，覆蓋國(guó)內(nèi)需求。

過(guò)去：受市場(chǎng)需求不足的影響，產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)較為緩慢。我國(guó)的硅片制備設(shè)備經(jīng)過(guò)了 30 多年的發(fā)展，已可提供直徑 200mm 以下的硅片制備設(shè)備，但受市場(chǎng)需求量較少和國(guó)外二手設(shè)備的沖擊，國(guó)產(chǎn)設(shè)備發(fā)展的門(mén)類(lèi)并不齊全。在300mm 硅片制備設(shè)備的發(fā)展上，國(guó)內(nèi)研發(fā)了單晶爐、多線切割機(jī)等幾種關(guān)鍵設(shè)備，也通過(guò)了 300mm 硅片生產(chǎn)試驗(yàn)線的驗(yàn)證。但與國(guó)外設(shè)備相比，受市場(chǎng)需求不足的影響，產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)較為緩慢，同時(shí)也影響了設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步。

硅片設(shè)備產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)加快，國(guó)產(chǎn)廠商迎來(lái)發(fā)展良機(jī)。單晶爐方面，晶盛機(jī)電承擔(dān)的 02 專(zhuān)項(xiàng)“300mm 硅單晶直拉生長(zhǎng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)”、“8 英寸區(qū)熔硅單晶爐國(guó)產(chǎn)設(shè)備研制”兩大項(xiàng)目均已通過(guò)專(zhuān)家組驗(yàn)收，8寸直拉單晶爐和區(qū)熔單晶爐均已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，客戶(hù)包括有研半導(dǎo)體、環(huán)歐半導(dǎo)體、金瑞泓等；12 寸直拉單晶爐產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)中，未來(lái)有望為國(guó)內(nèi)大硅片項(xiàng)目供貨。南京晶能 12 寸直拉單晶爐已進(jìn)入新昇半導(dǎo)體大硅片產(chǎn)線。

光刻機(jī)發(fā)展歷史

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，該工序的 作用是將電路圖形信息從掩模版上保真?zhèn)鬏?、轉(zhuǎn)印到半導(dǎo)體材料襯底上。光 刻工藝的基本原理是，利用涂敷在襯底表面的光刻膠的光化學(xué)反應(yīng)作用，記 錄掩模版上的電路圖形，從而實(shí)現(xiàn)將集成電路圖形從設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)印到襯底的目的。

光刻工藝的基本原理

資料來(lái)源：SMEE

光刻機(jī)分為無(wú)掩模光刻機(jī)和有掩模光刻機(jī)兩大類(lèi)。

無(wú)掩模光刻機(jī)又稱(chēng)直寫(xiě)光刻機(jī)，按照所采用的輻射源的不同可分為電子束直寫(xiě)光刻機(jī)、離子束直寫(xiě)光刻機(jī)、激光直寫(xiě)光刻機(jī)，分別用于不同的特定應(yīng)用領(lǐng)域。例如，電子束直寫(xiě)光刻機(jī)主要用于高分辨率掩模版、集成電路原型驗(yàn)證芯片的制造，以及特種器件的小批量制造;激光直寫(xiě)光刻機(jī)主要用于特定的小批量芯片的制造。

光刻機(jī)分類(lèi)

資料來(lái)源：SMEE

有掩模光刻機(jī)又分為接觸/接近式光刻機(jī)和投影式光刻機(jī)。接觸式光刻出現(xiàn)于20 世紀(jì) 60 年代，是小規(guī)模集成電路（SSI）時(shí)代的主要光刻手段，主要用于生產(chǎn)制程在 5μm 以上的集成電路。接近式光刻機(jī)于 20 世紀(jì) 70 年代在小規(guī)模集成電路與中規(guī)模集成電路（MSI）時(shí)代早期被廣泛應(yīng)用，主要用于生產(chǎn)制程在 3μm 以上的集成電路。目前接觸\接近式光刻機(jī)的國(guó)外生產(chǎn)商主要有德國(guó)的蘇斯公司、奧地利 EVG 公司，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商主要有中電科 45 所、中科院光電技術(shù)研究所等。

接觸/接近式光刻機(jī)和投影式光刻機(jī)

資料來(lái)源：SMEE

投影光刻機(jī)自 20世紀(jì) 70年代中后期開(kāi)始替代接觸\接近式光刻機(jī)，是先進(jìn)集成電路大批量制造中的唯一光刻形式。早期的投影光刻機(jī)的掩模版與襯底 圖形尺寸比例為 1:1，通過(guò)掃描方式完成整個(gè)襯底的曝光過(guò)程。

隨著集成電路特征尺寸的不斷縮小和襯底尺寸的增大，縮小倍率的步進(jìn)重復(fù)光刻機(jī)問(wèn)世， 替代了圖形比例為 1:1的掃描光刻方式。當(dāng)集成電路圖形特征尺寸小于0.25μm時(shí)，由于集成電路集成度的進(jìn)一步提高，芯片面積更大，要求一次曝光的面積增大，促使更為先進(jìn)的步進(jìn)掃描光刻機(jī)問(wèn)世。

通過(guò)配置不同的曝 光光源，步進(jìn)掃描技術(shù)可支撐不同的工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)，從 KrF248mm、ArF193mm、ArF193mm浸沒(méi)式，直至 EUV 光刻。在 0.18μm工藝節(jié)點(diǎn)后， 高端光刻機(jī)廠商基本采用步進(jìn)掃描技術(shù)，并一直沿用至今。

投影光刻機(jī)的基本分辨率R=K1*λ/NA，其中 K1 為工藝因子，根據(jù)衍射成像原理，其理論極限值是 0.25；NA 為光刻機(jī)成像物鏡的數(shù)值孔徑；λ 為所使用的光源的波長(zhǎng)。提高投影光刻機(jī)分辨率的理論和工程途徑是增大數(shù)值孔徑NA，縮減波長(zhǎng) λ，減小 K1。

為了提高光刻分辨率，在采用準(zhǔn)分子光源后進(jìn)一步縮短曝光波長(zhǎng)，引入波長(zhǎng)10~14mm 的極紫外光 EUV 作為曝光光源。EUV 光刻機(jī)研發(fā)難度及費(fèi)用極大，英特爾、三星和臺(tái)積電都曾對(duì)光刻機(jī)龍頭 ASML 投資，以支持 EUV 光刻設(shè)備研發(fā)，并希望取得EUV 設(shè)備的優(yōu)先權(quán)。ASML 從事 EUV 光刻機(jī)的研制已是第 12 個(gè)年頭了，甚于“十年磨一劍”。2017 年，姍姍來(lái)遲的 EUV 光刻機(jī)終于進(jìn)入了量產(chǎn)階段。

ASML光刻機(jī)發(fā)展歷程

資料來(lái)源：ASML

光刻機(jī)競(jìng)爭(zhēng)格局

步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)的主要生產(chǎn)廠商包括ASML(荷蘭)、尼康(日本)、佳能(日本)和SMEE(中國(guó))。ASML 于 2001 年推出了 TWINSCAN 系列步進(jìn)掃描光刻機(jī)，采用雙工件臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)，可以有效提高設(shè)備產(chǎn)出率，已成為應(yīng)用最為廣泛的高端光刻機(jī)。ASML 在光刻機(jī)領(lǐng)域一騎絕塵，一家獨(dú)占全球 70%以上的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)廠商上海微電子 (SMEE)研制的 90nm 高端步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)已完成整機(jī)集成測(cè)試，并在客戶(hù)生產(chǎn)線上進(jìn)行了工藝試驗(yàn)。

步進(jìn)式掃描光刻機(jī)主要廠商機(jī)型信息

資料來(lái)源：SMEE

晶圓制造設(shè)備——刻蝕機(jī)

刻蝕原理及分類(lèi)

刻蝕是使用化學(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(guò)程。通常的晶圓加工流程中，刻蝕工藝位于光刻工藝之后，有圖形的光刻膠層在刻蝕中不會(huì)受到腐蝕源的顯著侵蝕，從而完成圖形轉(zhuǎn)移的工藝步驟。

刻蝕原理示意圖

資料來(lái)源：《半導(dǎo)體制造技術(shù)》MichaelQuirk

刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩種。早期普遍采用的是濕法刻蝕，但由于其在線寬控制及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，濕法刻蝕僅用于某些特殊材料層的去除和殘留物的清洗。

干法刻蝕也稱(chēng)等離子刻蝕。干法刻蝕是指使用氣態(tài)的化學(xué)刻蝕劑（Etchant） 與圓片上的材料發(fā)生反應(yīng)，以刻蝕掉需去除的部分材料并形成可揮發(fā)性的反應(yīng)生成物，然后將其抽離反應(yīng)腔的過(guò)程?？涛g劑通常直接或間接地產(chǎn)生于刻蝕氣體的等離子體，所以干法刻蝕也稱(chēng)等離子體刻蝕。

等離子體刻蝕機(jī)可以根據(jù)等離子體產(chǎn)生和控制技術(shù)的不同而大致分為兩大類(lèi)，即電容耦合等離子體（capacitivelycoupledplasma，CCP）刻蝕機(jī)和電感耦合等離子體（Inductivelycoupledplasma，ICP）刻蝕機(jī)。在集成電路生產(chǎn)線上，等離子體刻蝕設(shè)備通常按照被刻蝕材料的種類(lèi)分為硅刻蝕設(shè)備、金屬刻蝕設(shè)備和電介質(zhì)刻蝕設(shè)備三大類(lèi)。

CCP 刻蝕機(jī)主要用于電介質(zhì)材料的刻蝕工藝，如邏輯芯片工藝前段的柵側(cè)墻和硬掩?？涛g，中段的接觸孔刻蝕，后段的鑲嵌式和鋁墊刻蝕等，以及在 3D 閃存芯片工藝(以氮化硅/氧化硅結(jié)構(gòu)為例)中的深槽、深孔和連線接觸孔的刻蝕等。

ICP 刻蝕機(jī)主要用于硅刻蝕和金屬刻蝕，包括對(duì)硅淺溝槽(STI)、鍺(Ge)、多晶硅柵結(jié)構(gòu)、金屬柵結(jié)構(gòu)、應(yīng)變硅(Strained-Si)、金屬導(dǎo)線、金屬焊墊(Pad)、鑲嵌式刻蝕金屬硬掩模和多重成像(Multiple Patteming)技術(shù)中的多道工序的刻蝕等。另外，隨著三維集成電路(3D IC)、CMOS 圖像傳感器(CIS)和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)的興起，以及硅通孔(TSV)、大尺寸斜孔槽和不同形貌的深硅刻蝕應(yīng)用的快速增加，多個(gè)廠商推出了專(zhuān)為這些應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的刻蝕設(shè)備。

隨著工藝要求的專(zhuān)門(mén)化、精細(xì)化，刻蝕設(shè)備的多樣化，以及新型材料的應(yīng)用， 上述分類(lèi)方法已變得越來(lái)越模糊。除了集成電路制造領(lǐng)域，等離子體刻蝕還被廣泛用于 LED、MEMS 及光通信等領(lǐng)域。

刻蝕機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及競(jìng)爭(zhēng)格局

隨著芯片集成度的不斷提高，生產(chǎn)工藝越來(lái)越復(fù)雜，刻蝕在整個(gè)生產(chǎn)流程中的比重也呈上升趨勢(shì)。因此，刻蝕機(jī)支出在生產(chǎn)線設(shè)備總支出中的比重也在增加。而刻蝕機(jī)按刻蝕材料細(xì)分后的增長(zhǎng)速度，則根據(jù)工藝技術(shù)的發(fā)展階段不同呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的狀況。例如，當(dāng) 0.13μm 工藝的銅互連技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，金屬刻蝕設(shè)備的占比大幅下降，而介質(zhì)刻蝕設(shè)備的占比大幅上升；30nm 之后的工藝中出現(xiàn)的多重圖像技術(shù)及越來(lái)越多的軟刻蝕應(yīng)用，則使得硅刻蝕設(shè)備的占比快速增加。

國(guó)際巨頭泛林集團(tuán)、東京電子、應(yīng)用材料均實(shí)現(xiàn)了硅刻蝕、介質(zhì)刻蝕、金屬刻蝕的全覆蓋，占據(jù)了全球干法刻蝕機(jī)市場(chǎng)的 80%以上份額。國(guó)內(nèi)廠商中微半導(dǎo)體在介質(zhì)刻蝕領(lǐng)域較強(qiáng)，其產(chǎn)品已在包括臺(tái)積電、海力士、中芯國(guó)際等。

芯片生產(chǎn)商的 20多條生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)；5nm等離子體蝕刻機(jī)已成功通過(guò)臺(tái)積電驗(yàn)證，將用于全球首條 5nm工藝生產(chǎn)線；同時(shí)已切入 TSV硅通孔刻蝕和金屬硬掩膜刻蝕領(lǐng)域。北方華創(chuàng)在硅刻蝕和金屬刻蝕領(lǐng)域較強(qiáng)，其55/65nm 硅刻蝕機(jī)已成為中芯國(guó)際Baseline機(jī)臺(tái)，28nm硅刻蝕機(jī)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，14nm硅刻蝕機(jī)正在產(chǎn)線驗(yàn)證中，金屬硬掩膜刻蝕機(jī)攻破 28-14nm 制程。

晶圓制造設(shè)備——薄膜生長(zhǎng)設(shè)備

采用物理或化學(xué)方法是物質(zhì)（原材料）附著于襯底材料表面的過(guò)程即為薄膜生長(zhǎng)。薄膜生長(zhǎng)廣泛用于集成電路、先進(jìn)封裝、發(fā)光二極管、MEMS、功率器件、平板顯示等領(lǐng)域。

薄膜生長(zhǎng)工藝類(lèi)型

資料來(lái)源：北方華創(chuàng)《集成電路專(zhuān)用設(shè)備-薄膜設(shè)備》

根據(jù)工作原理的不同，集成電路薄膜沉積可分為物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)和外延三大類(lèi)。

PVD 是指利用熱蒸發(fā)或受到粒子轟擊時(shí)物質(zhì)表面原子的濺射等物理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到襯底材料表面的物質(zhì)轉(zhuǎn)移，從而在襯底表面沉積形成薄膜的技術(shù)。PVD 可以分為真空蒸鍍和濺射兩種類(lèi)型。目前蒸鍍主要應(yīng)用于LED 電極制造，而主流 IC 制造領(lǐng)域已經(jīng)不再采用此類(lèi)設(shè)備進(jìn)行薄膜制備。濺射 PVD 廣泛應(yīng)用于集成電路后道互連工藝中金屬薄膜制備。

磁控直流DCPVD 可用于平面薄膜制備，如鋁互連和 28nm 氮化鈦硬掩膜，但在銅互連中應(yīng)用減少。離子化 PVD 是磁控 DCPVD 中的一種新技術(shù)，可用于鋁互連的隔離層、鎢栓塞的粘附層，以及銅互連中的隔離層和籽晶層。同時(shí)，離子化PVD 和金屬CVD 腔室可以結(jié)合在一個(gè)系統(tǒng)中，比如鎢栓塞的粘附層（鈦離子PVD）和隔離層（氮化鈦 CVD）。

薄膜生長(zhǎng)設(shè)備

資料來(lái)源：北方華創(chuàng)《集成電路專(zhuān)用設(shè)備-薄膜設(shè)備》

CVD 是通過(guò)混合化學(xué)氣體并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在襯底表面沉積薄膜的一種工藝，用于沉積的材料包括金屬材料(W， TIN， Co)、介電材料(Si02、Si， N4、摻磷二氧化硅、摻硼磷二氧化硅)和半導(dǎo)體材料(多晶硅、無(wú)晶硅)等。

在微米技術(shù)代，化學(xué)氣相沉積均采取多片式的常壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備(APCVD)，其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，圓片的傳輸和工藝是連續(xù)的。

1、在亞微米技術(shù)代，低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備(LPCVD)成為主流設(shè)備， 其工作壓力大大降低，從而改善了沉積薄膜的均勻性和溝槽覆蓋填充能力。

2、從 90nm技術(shù)代開(kāi)始，等離子體增強(qiáng)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，薄膜密度得以加強(qiáng)。

3、從 180nm技術(shù)代開(kāi)始，Cu取代 Al作為金屬互連材料。金屬栓塞工藝模塊中的 TIN阻擋層和W栓塞均是采用金屬化學(xué)氣相沉積（金屬 Metal-CVD）完成的。

4、從 45nm技術(shù)代開(kāi)始，為了減小器件的漏電流，新的高介電材料(Highk)材料及金屬柵(MetalGate)工藝被應(yīng)用到集成電路工藝中， 由于膜層非常薄，通常在數(shù)納米量級(jí)內(nèi)，所以不得不引入原子層沉積(ALD)的工藝設(shè)備，以滿(mǎn)足對(duì)薄膜沉積的控制和薄膜均勻性的需求。

5、MOCVD主要用于制備半導(dǎo)體光電子、微電子器件領(lǐng)域的各種砷化鎵、氮化鎵等三五族化合物，在 LED、激光器、高頻電子器件和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域具有規(guī)?；a(chǎn)的能力。

外延是一種在晶片等單晶襯底上按照襯底晶向生長(zhǎng)單晶薄膜的工藝過(guò)程。根據(jù)外延生長(zhǎng)材料的不同，外延可以分為同質(zhì)外延和異質(zhì)外延。同質(zhì)外延是指生長(zhǎng)的外延層和襯底是同一種材料，異質(zhì)外延是指外延生長(zhǎng)的薄膜材料與襯底材料不同，如 SPS 技術(shù)(在藍(lán)寶石或尖晶石上生長(zhǎng)硅)。根據(jù)外延技術(shù)可分為分子束外延、氣相外延、液相外延等。MOCVD 也可作為氣相外延的一種。

PVD 領(lǐng)域，AMAT 一家獨(dú)大，約占全球市場(chǎng)份額的 80%以上；CVD 領(lǐng)域， AMAT、LAM、TEL 三家約占全球市場(chǎng)份額的 70%以上。國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商中北方華創(chuàng)薄膜設(shè)備產(chǎn)品種類(lèi)最多，目前其 28nm硬掩膜 PVD 已實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售，銅互連PVD、14nm 硬掩膜PVD、Al PVD、LPCVD、ALD 設(shè)備已進(jìn)入產(chǎn)線驗(yàn)證。中微半導(dǎo)體的 MOCVD 在國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。沈陽(yáng)拓荊的 65nm PECVD 已實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售。

晶圓制造設(shè)備——擴(kuò)散及離子注入設(shè)備

在集成電路制造過(guò)程中，摻雜主要有擴(kuò)散和離子注入兩種工藝，擴(kuò)散屬于高溫工藝，而離子注入工藝屬于低溫工藝。

擴(kuò)散工藝是向硅材料中引人雜質(zhì)的一種傳統(tǒng)方法，控制圓片襯底中主要載流子的類(lèi)型、濃度和分布區(qū)域，進(jìn)而控制襯底的導(dǎo)電性和導(dǎo)電類(lèi)型。擴(kuò)散工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，擴(kuò)散速率快，摻雜濃度高，但擴(kuò)散溫度高，擴(kuò)散濃度分布控制困難，難以實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散。

離子注入工藝是指使具有一定能量的帶電粒子(離子)高速轟擊硅襯底并將其注入硅襯底的過(guò)程。離子注入能夠在較低的溫度下，可選擇的雜質(zhì)種類(lèi)多， 摻雜劑量控制準(zhǔn)確，可以向淺表層引人雜質(zhì)，但設(shè)備昂貴，大劑量摻雜耗時(shí)較長(zhǎng)，存在隧道效應(yīng)和注人損傷。

資料來(lái)源：光大證券研究所整理

擴(kuò)散爐分類(lèi)及競(jìng)爭(zhēng)格局

擴(kuò)散爐廣泛用于分立器件、電力電子、光電器件和光導(dǎo)纖維等行業(yè)的擴(kuò)散、氧化、退火、合金等工藝中，因此按照功能不同，有時(shí)也稱(chēng)擴(kuò)散爐為退火爐、氧化爐。擴(kuò)散爐主要分為臥式擴(kuò)散爐和立式擴(kuò)散爐。

臥室擴(kuò)散爐（一般用于8英寸以下）

資料來(lái)源：北方華創(chuàng)《集成電路專(zhuān)用設(shè)備-擴(kuò)散爐設(shè)備》

臥式擴(kuò)散爐是一種在圓片直徑小于 200mm的集成電路擴(kuò)散工藝中大量使用的熱處理設(shè)備，其特點(diǎn)是加熱爐體、反應(yīng)管及承載圓片的石英舟(QuartzBoat) 均呈水平放置，因而具有片間均勻性好的工藝特點(diǎn)。

立式擴(kuò)散爐（一般用于8和12英寸）

資料來(lái)源：北方華創(chuàng)《集成電路專(zhuān)用設(shè)備-擴(kuò)散爐設(shè)備》

立式擴(kuò)散爐泛指應(yīng)用于直徑為 200mm 和 300mm 圓片的集成電路工藝中的- 種批量式熱處理設(shè)備，俗稱(chēng)立式爐。立式擴(kuò)散爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，加熱爐體、反應(yīng)管及承載圓片的石英舟均垂直放置(圓片呈水平放置狀態(tài))，具有片內(nèi)均勻性好、自動(dòng)化程度高、系統(tǒng)性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，符合SEMI 標(biāo)準(zhǔn)要求，可以滿(mǎn)足大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線的需求。立式擴(kuò)散爐是半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)線的重要設(shè)備之一，也常應(yīng)用于電力電子器件(如 ICBT)等領(lǐng)域的相關(guān)工藝。立式擴(kuò)散適用的工藝包括干氧氧化、氫氧合成氧化、DCE(二氯乙烯)氧化、氨氧化硅氧化等氧化工藝，以及二氧化硅、多晶硅(Poly-si)、氮化硅(SiN)、原子層沉積(ALD)等薄膜生長(zhǎng)工藝，也常用于高溫退火、銅退火(Cu Anneal) 及合金(Alloy)等工藝。

擴(kuò)散設(shè)備方面，臥室擴(kuò)散爐較為簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)基本能實(shí)現(xiàn)自給自足，設(shè)備廠商主要有北方華創(chuàng)、中電科第 48 所等。立式擴(kuò)散/氧化爐設(shè)備門(mén)檻較高，全球主要廠商有東京電子(TEL)、日立國(guó)際(HKE)等，單臺(tái)平均售價(jià)約為 80 萬(wàn)美元，國(guó)內(nèi)仍主要依賴(lài)進(jìn)口，只有北方華創(chuàng)公司能夠小批量提供 300mm 立式爐產(chǎn)品。

傳統(tǒng)的退火爐使用類(lèi)似臥式擴(kuò)散爐的爐管系統(tǒng)，一般用于直徑小于 200mm 的晶圓制造。而 200mm 或者 300mm 的大尺寸晶圓一般采用立式爐及單片快速熱處理（RTP）設(shè)備。相對(duì)于爐管加熱退火，RTP 具有熱預(yù)算少，摻雜區(qū)域中雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍小，沾污小和加工時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。RTP 設(shè)備門(mén)檻高，主要由應(yīng)用材料公司、Axcelis Technology、Mattson Technology 和 ASM 等 4 家公司壟斷，約占全球 90%的市場(chǎng)份額。

離子注入機(jī)是集成電路裝備中較為復(fù)雜的設(shè)備之，根據(jù)注入離子的能量和劑量的不同，離子注入機(jī)大體分為低能大束流離子注入機(jī)、中束流離子注入機(jī)和高能離子注入機(jī) 3 種類(lèi)型。其中，低能大束流離子注入機(jī)是目前占有率最高的注入機(jī)，適用于大劑量及淺結(jié)注入，如源漏極擴(kuò)展區(qū)注入、源漏極注入、柵極摻雜以及預(yù)非晶化注入等多種工藝。中束流離子注入機(jī)可應(yīng)用于半導(dǎo)體制造中的溝道、阱和源漏極等多種工藝。高能離子注入機(jī)在邏輯、存儲(chǔ)、成像器件、功率器件等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

離子注入設(shè)備廠商主要有美國(guó)的 AMAT、Axcelis 等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線上使用的離子注入機(jī)多數(shù)依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)北京中科信、中電科 48 所、上海凱世通等也能提供少量產(chǎn)品。其中，中科信公司已具備不同種類(lèi)（低能大束流、中束流和高能）離子注入機(jī)上線機(jī)型的量產(chǎn)能力。

晶圓制造設(shè)備——濕法設(shè)備

濕法工藝是指在集成電路制造過(guò)程中需要使用化學(xué)藥液的工藝，主要有濕法清洗、化學(xué)機(jī)械拋光和電鍍?nèi)箢?lèi)。

濕法清洗是指針對(duì)不同的工藝需求，采用特定的化學(xué)藥液和去離子水，對(duì)圓片表面進(jìn)行無(wú)損傷清洗，以去除集成電路制造過(guò)程中的顆粒、自然氧化層、有機(jī)物、金屬污染、犧牲層、拋光殘留物等物質(zhì)。

清洗機(jī)主要分為槽式清洗機(jī)和單圓片清洗機(jī)。槽式清洗技術(shù)是由美國(guó)無(wú)線電公司(RCA)于 1970 年提出的，它是通過(guò)多個(gè)化學(xué)槽體、去離子水槽體和干燥槽體的配合使用，完成圓片清洗工藝。

隨著 28nm 及更先進(jìn)工藝的濕法清洗對(duì)圓片表面小顆粒的數(shù)量及刻蝕均勻性的要求越來(lái)越高，同時(shí)必須達(dá)到圖形無(wú)損干燥。而槽式圓片清洗機(jī)的槽體內(nèi)部化學(xué)藥液的差異性、干燥方式，以及與圓片接觸點(diǎn)過(guò)多，導(dǎo)致無(wú)法滿(mǎn)足這些工藝需求，現(xiàn)已逐漸被單圓片清洗機(jī)取代，目前槽式圓片清洗機(jī)在整個(gè)清洗流程中約占 20%的步驟。

槽式圓片清洗機(jī)主要廠商有日本的迪恩士(SCREEN)、東京電子(Tokyo Electron)和 JET，三家約占全球 75%以上的市場(chǎng)份額。韓國(guó)的 SEMES 和KCTECH 主要供給韓國(guó)市場(chǎng)。

單圓片清洗設(shè)機(jī)主要廠商有日本的迪恩士、東京電子和美國(guó)泛林集團(tuán)提供， 三家約占全球 70%以上的市場(chǎng)份額。在國(guó)內(nèi)的單圓片濕法設(shè)備廠商中，盛美半導(dǎo)體獨(dú)家開(kāi)發(fā)的空間交變相位移(SAPS)兆聲波清洗設(shè)備和時(shí)序氣穴振蕩控制(TEBO)兆聲波清洗設(shè)備已經(jīng)成功進(jìn)入韓國(guó)及中國(guó)的集成電路生產(chǎn)線并 用于大規(guī)模生產(chǎn)。北方華創(chuàng)的清洗機(jī)也成功進(jìn)入中芯國(guó)際生產(chǎn)線。

(SAPS)兆聲波清洗設(shè)備技術(shù)原理

資料來(lái)源：盛美半導(dǎo)體《集成電路專(zhuān)用設(shè)備-濕法設(shè)備》

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是指圓片表面材料與研磨液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在研磨頭下壓力的作用下進(jìn)行拋光，使圓片表面平坦化的過(guò)程。

圓片表面材料包括多晶硅、二氧化硅、金屬鎢、金屬銅等，與之相對(duì)應(yīng)的是不同種類(lèi)的研磨液。

化學(xué)機(jī)械拋光能夠?qū)⒄麄€(gè)圓片高低起伏的表面研磨成一致的厚度，是一種圓片全局性的平坦化工藝。

CMP 工藝在芯片制造中的應(yīng)用包括淺溝槽隔離平坦化(STI CMP)、多晶硅平坦化(Poly CMP)、層間介質(zhì)平坦化(ILD CMP)、金屬間介質(zhì)平坦化(IMDCMP)、銅互連平坦化(Cu CMP)。

CMP 設(shè)備主要分為兩部分，即拋光部分和清洗部分。拋光部分由 4 部分組成，即 3 個(gè)拋光轉(zhuǎn)盤(pán)和一個(gè)圓片裝卸載模塊。清洗部分負(fù)責(zé)圓片的清洗和甩干，實(shí)現(xiàn)圓片的“干進(jìn)干出”。

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）原理

資料來(lái)源：盛美半導(dǎo)體《集成電路專(zhuān)用設(shè)備-濕法設(shè)備》

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）配套設(shè)備

資料來(lái)源：盛美半導(dǎo)體《集成電路專(zhuān)用設(shè)備-濕法設(shè)備》

CMP 設(shè)備主要生產(chǎn)商有美國(guó) AMAT 和日本 Ebara，其中 AMAT 約占 CMP 設(shè)備市場(chǎng) 60%的份額，Ebara 約占 20%的份額。國(guó)內(nèi) CMP 設(shè)備的主要研發(fā)單位有天津華海清科和中電科 45 所，其中華海清科的拋光機(jī)已在中芯國(guó)際生產(chǎn)線上試用。

電鍍是指在集成電路制造過(guò)程中，用于加工芯片之間互連金屬線所采用的電化學(xué)金屬沉積。隨著集成電路制造工藝的不斷發(fā)展，目前電鍍已經(jīng)不限于銅線的沉積，還涉及錫、錫銀合金、鎳等金屬的沉+積，但金屬銅的沉積仍是其中最主要的部分。

電鍍?cè)?/strong>