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當今世界是物質(zhì)世界和數(shù)字世界的組合，這兩個世界的連接、互動、協(xié)同演化，都是基于芯片。你可能不是芯片行業(yè)的專業(yè)人士，但在今天你必須得對它有所了解，因為未來的所有想象都是在芯片基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。
做一顆芯片的過程非常復(fù)雜，看看下圖就能體會到。可以簡單理解成“3+2”，3是指生產(chǎn)過程的“設(shè)計—加工—封測”，2是指生產(chǎn)需要的半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體設(shè)備。
芯片的制造過程可以分為前道工藝和后道工藝。前道是指晶圓制造廠的加工過程，在空白的硅片上完成電路的加工，出廠產(chǎn)品是完整的圓形硅片。后道是指封裝和測試的過程，在封測廠中將圓形的硅片切割成單獨的芯片顆粒，完成外殼的封裝，最后完成終端測試，出廠為芯片成品。
具體來說，前道工藝包括光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、熱處理、清洗、CMP、量測等，后道工藝包括減薄、劃片、裝片、引線鍵合等封裝工藝以及終端成品測試等。目前芯片制造最先進的工藝節(jié)點需要將近4000道工序。
芯片制造肯定少不了半導(dǎo)體設(shè)備，半導(dǎo)體設(shè)備主要包括前道工藝設(shè)備（即晶圓制造設(shè)備）、后道工藝設(shè)備（封裝設(shè)備和測試設(shè)備）和其他類型設(shè)備（硅片生長設(shè)備等）。
行業(yè)空間
2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額約711.9億美元，同比增長19.2%；其中晶圓制造設(shè)備612億美元，占比86.1%，測試設(shè)備60.1 億美元，占比8.5%，封裝設(shè)備 38.5 億美元，占比5.4%。
2020 年中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額187億美元，同比增長39.2%，約占全球份額的26%，位居全球第一位。
前道工藝設(shè)備中，光刻設(shè)備、刻蝕機和薄膜沉積設(shè)備占比最大；后道工藝設(shè)備中，封裝設(shè)備占比約5%，測試設(shè)備占比約8%；單晶爐等其他設(shè)備占比約 4%。總體而言，晶圓制造設(shè)備最為重要，其中又以光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備最為核心。
全球 Top15 廠商中，美國、日本和荷蘭廠商合計占比 80.4%，在半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)地位舉足輕重。雖然2020年中國大陸已經(jīng)成為最大的半導(dǎo)體設(shè)備市場，但Top15沒有一個中國企業(yè)，國產(chǎn)化率相對較低，供給和需求嚴重不匹配。
目前，國內(nèi)也涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀本土企業(yè)， 隨著未來企業(yè)研發(fā)不斷投入、 經(jīng)驗不斷迭代升級、同時 Foundry 廠加速認證和導(dǎo)入本土設(shè)備商，行業(yè)景氣度不斷攀升，國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備商將迎來快速發(fā)展期。
半導(dǎo)體設(shè)備簡介
光刻機是整個半導(dǎo)體制造工藝中最核心的設(shè)備，也是我國芯片被“卡脖子”的關(guān)鍵設(shè)備。它的作用類似于“刻刀”，只不過這把刀是用激光做的，借助光刻膠將掩膜版上的圖形印制到硅片上。
光刻機前后共經(jīng)歷了5代產(chǎn)品，每一代產(chǎn)品都在不斷降低光源波長，同時縮小制程線寬。第四代浸入式光刻機，最高制程可達7nm，在7nm之后必須使用第五代EUV光刻機（目前最先進的光刻機）。
2020 年光刻機市場規(guī)模約151億美元，在整個半導(dǎo)體設(shè)備中占比約21%。全球光刻機市場主要由 ASML、尼康、佳能三家占據(jù)，ASML在高端光刻機領(lǐng)域具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，尤其在EUV光刻機領(lǐng)域，更是全球獨家供應(yīng)商。
涂膠顯影設(shè)備是光刻機的輔助設(shè)備。2020年全球涂膠顯影設(shè)備市場規(guī)模為19.87億美元，東京電子占據(jù)龍頭地位，占比 88%。中國涂膠顯影設(shè)備市場，仍然以國外廠商為主，其中東京電子占比91%，迪恩士占比5%，國內(nèi)廠商芯源微占比4%，國產(chǎn)化率很低。
刻蝕是用化學或物理方法有選擇地在硅片表面去除不需要的材料的過程。想制造更先進制程的芯片除了提高光刻機精度以外，還可以通過多重刻蝕的方式實現(xiàn)。因此，過去10年間刻蝕機的市場價值占比逐年提升，一度超過光刻機成為市場規(guī)模最大的半導(dǎo)體設(shè)備。
2020年，全球刻蝕設(shè)備市場規(guī)模為136.9億美元，被泛林半導(dǎo)體、東京電子和應(yīng)用材料三家寡頭壟斷。
去膠就是在刻蝕或離子注入完成之后去除殘余光刻膠的過程。工藝類似于刻蝕，只是去膠的操作對象是光刻膠，而刻蝕的操作對象是晶圓介質(zhì)材料。
薄膜沉積類似于刻蝕的逆過程，可以在晶圓上生長出各種導(dǎo)電薄膜層和絕緣薄膜層，為后續(xù)工藝打下基礎(chǔ)。根據(jù)工作原理不同，薄膜沉積工藝可分為物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）和原子層沉積（ALD）三大類。
2020年全球半導(dǎo)薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模約為172億美元。由于不同沉積設(shè)備技術(shù)差異較大，在子類別中存在明顯的市場格局的差異。其中CVD市場為應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體和東京電子三大寡頭壟斷，PVD市場則應(yīng)用材料一家獨大，ALD市場則東京電子和先域兩家公司占比最高。
為改變半導(dǎo)體載流子濃度和導(dǎo)電類型需要對半導(dǎo)體表面附近區(qū)域進行摻雜，離子注入是摻雜工藝的主要手段（另一種方法是熱擴散）。其注入的精細度需要隨著芯片制程的精細而不斷提高，重要性不亞于光刻、刻蝕和沉積，是先進制程芯片制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。2020年中國離子注入設(shè)備市場規(guī)模為44.5億美元。
在晶圓制造過程中，清洗可以減少雜質(zhì)，提升良率，實際生產(chǎn)中一方面需要提高單次的清洗效率，同時在每一步光刻、刻蝕、薄膜沉積等重復(fù)性工序后，都需要一步清洗工序，清洗步驟約占整體工藝步驟的 33％。
半導(dǎo)體清洗技術(shù)分為濕法清洗和干法清洗。目前濕法清洗是主要技術(shù)，占比超90%，干法清洗主要用在28nm及以下產(chǎn)線應(yīng)用。2020 年，全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備市場規(guī)模為 25.39 億元。清洗設(shè)備屬于半導(dǎo)體設(shè)備相對容易突破的領(lǐng)域，我國企業(yè)已經(jīng)開始進入主流產(chǎn)線，預(yù)計未來會有較快業(yè)績增長。
CMP 技術(shù)，即化學機械拋光，是通過化學腐蝕和機械研磨相結(jié)合的方式實現(xiàn)晶圓表面的平坦化。因 CMP 技術(shù)路線較為單一，市場呈現(xiàn)單巨頭壟斷的格局。2019年，全球CMP設(shè)備市場規(guī)模約23億美元，這其中70%的銷售額來自應(yīng)用材料，25%來自日本的荏原機械，其他廠商占5%。
在半導(dǎo)體工藝中，熱處理是不可或缺的重要工藝之一，具體包括氧化、擴散、退火。爐管設(shè)備是與熱處理相關(guān)的一類設(shè)備的統(tǒng)稱，包括氧化爐、擴散爐、退火爐、快速退火爐（RTP）等。
熱處理設(shè)備屬于相對技術(shù)難度較低的領(lǐng)域，市場參與企業(yè)較多，我國企業(yè)也具備一定實力，可實現(xiàn)一定程度的國產(chǎn)替代。2020 年全球熱處理設(shè)備市場規(guī)模 15.37 億美元，應(yīng)用材料占比最高，超過60%。
半導(dǎo)體檢測，分為前道量測和后道測試。前道量測設(shè)備是指在晶圓制造過程檢測某一工藝完成質(zhì)量的設(shè)備，涉及電學、光學、光聲技術(shù)等多個技術(shù)領(lǐng)域，難度較高。后道測試用于封測環(huán)節(jié)。
由于量測設(shè)備種類眾多，技術(shù)特點各有不同，市場上參與廠商較多。2020年，全球半導(dǎo)體前道量測設(shè)備市場規(guī)模34.1億美元。目前國內(nèi)三家公司均有產(chǎn)品實現(xiàn)突破，都有產(chǎn)品進入一線產(chǎn)線驗證，但出貨量都不多，未來一旦產(chǎn)品驗證效果好，有較高國產(chǎn)替代空間。
封裝設(shè)備主要包括減薄機、劃片機、裝片機、引線鍵合機等。目前的先進封裝工藝也會用到如光刻、硅通孔刻蝕等晶圓前道加工使用的設(shè)備，但這些用于封裝的設(shè)備其精度和制造難度遠低于晶圓產(chǎn)線上使用的設(shè)備。隨著先進封裝應(yīng)用的增加，用于封裝的前道設(shè)備也將擁有一定市場增量。2020 年全球半導(dǎo)體封裝設(shè)備市場規(guī)模為 38.8 億美元，同比增長 34%。
測試設(shè)備不同于晶圓制造過程中的量測設(shè)備，它是封測廠將芯片完成封裝之后對單個芯片成品性能的完整測試。
2020 年全球半導(dǎo)體測試設(shè)備市場規(guī)模是60.1億美元，占設(shè)備銷售額的8.5%。測試設(shè)備需要根據(jù)客戶需求而設(shè)計，因此需要不斷研發(fā)新產(chǎn)品。隨著我國芯片設(shè)計企業(yè)越來越多，產(chǎn)品需求越來越豐富，國內(nèi)測試設(shè)備廠商在客戶響應(yīng)以及服務(wù)方面具備一定優(yōu)勢，未來擁有很大的國產(chǎn)替代空間。
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