半導體專用設備泛指用來生產(chǎn)各類半導體產(chǎn)品所需的生產(chǎn)設備,，屬于半導體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵支撐環(huán)節(jié),。

  半導體專用設備是半導體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)先導者,，芯片設計、晶圓制造和封裝測試等需在設備技術(shù)允許的范圍內(nèi)設計和制造,，設備的技術(shù)進步又反過來推動半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,。

  以半導體產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)難度最高、附加值最大,、工藝最為復雜的集成電路為例,，應用于集成電路領域的設備通?？煞譃榍暗拦に囋O備（晶圓制造）和后道工藝設備（封裝測試）兩大類,。其中的前道晶圓制造中有七大步驟，如下圖所示：

  半導體設備主要使用在在半導體產(chǎn)業(yè)鏈中的晶圓制造和封裝測試環(huán)節(jié),。硅片制造是半導體制造的第一大環(huán)節(jié),，硅片制造主要是通過硅料提純、拉晶,、整型,、切片、研磨,、刻蝕,、拋光,、清洗等工藝將硅料制造成硅片，然后提供給晶圓加工廠,。

  半導體工業(yè)中有兩種常用方法生產(chǎn)單晶硅,，即直拉單晶制造法（CZ 法）和懸浮區(qū)熔法（FZ 法）。CZ 法是硅片制造常用的方法,，它較 FZ 法有較多優(yōu)點,，例如只有 CZ 法能夠做出直徑大于 200mm 的晶圓，并且它的價格較為便宜,。

  CZ 法的原理是將多晶硅硅料置于坩堝中,，使用射頻或電阻加熱線圈加熱熔化，待溫度超過硅的熔點溫度后,，將籽晶浸入,、熔接、引晶,、放肩,、轉(zhuǎn)肩等徑等步驟，完成一根單晶硅棒的拉制,。

  單晶硅棒完成后,，還需要經(jīng)過一系列加工才能得到硅片成品，主要涉及的半導體設備有切片機,、研磨機,、濕法刻蝕機、清洗機,、拋光機和量測機,。

  晶圓制造是半導體制作的完整過程中最重要也是最復雜的環(huán)節(jié)，整個晶圓制作的完整過程包括數(shù)百道工藝流程,，涉及數(shù)十種半導體設備,。晶圓制造主要的工藝流程包括熱處理、光刻,、刻蝕,、離子注入、薄膜沉積,、化學機械研磨和清洗,。

  熱處理最重要的包含氧化、擴散和退火工藝,。氧化是一種添加工藝,，是將硅片放入高溫爐中，加入氧氣與之反應,，在晶圓表明產(chǎn)生二氧化硅,。擴散是通過分子熱運動使物質(zhì)由高濃度區(qū)移向低濃度區(qū),，利用擴散工藝可以在硅襯底中摻雜特定的摻雜物，從而改變半導體的導電率,，但與離子注入相比擴散摻雜不能獨立控制摻雜物濃度和結(jié)深,，因此現(xiàn)在應用越來越少。

  退火是一種加熱過程,，通過加熱使晶圓產(chǎn)生特定的物理和化學變化,，并在晶圓表面增加或移除少量物質(zhì)。

  熱處理工藝使用的半導體設備為氧化擴散設備,，其實質(zhì)為高溫爐,。高溫爐分為直立式和水平式高溫爐，高溫爐最重要的包含五個基本組件：控制管理系統(tǒng),、工藝爐管,、氣體輸送系統(tǒng)、氣體排放系統(tǒng)和裝載系統(tǒng),。高溫爐一定要有穩(wěn)定性,、均勻性、精確的溫度控制,、低微粒污染,、高生產(chǎn)率和可靠性。

  光刻工藝流程中最核心的半導體設備是光刻機,，光刻機是半導體設備中技術(shù)壁壘最高的設備,，其研發(fā)難度大，價值量占晶圓制造設備中的 30%,。

  光刻工序所使用的半導體設備除了核心設備光刻機外,，還需要涂膠顯影設備。涂膠顯影設備是光刻工序中與光刻機配套使用的涂膠,、烘烤及顯影設備,，包括涂膠機、噴膠機和顯影機,，在 8 英寸及以上晶圓的大型生產(chǎn)線上,，此類設備一般都與光刻設備聯(lián)機作業(yè)，組成配套的圓片處理與光刻生產(chǎn)線,，與光刻機配合完成精細的光刻工藝流程,。

  離子注入所使用的半導體設備為離子注入機，離子注入機是非常龐大的設備,，包括了氣體系統(tǒng)、電機系統(tǒng),、真空系統(tǒng),、控制管理系統(tǒng)和最重要的射線系統(tǒng),。根據(jù)離子束電流和束流能量范圍，通常能把離子注入機分為低能大束流離子注入機,、高能離子注入機和中低束離子注入機,。

  CVD 工藝使用的半導體設備是化學氣相沉積設備，全球的化學氣相沉積設備市場主要由應用材料,、泛林半導體和東京電子所壟斷,，CR3 為 70%。

  從 CVD 設備種類來看,，PECVD,、APCVD 和 LPCVD 三類 CVD 設備合計市場占有率約占總市場占有率的 70%，仍舊是 CVD 設備市場的主流,。

  目前 ALD 設備尚未在集成電路行業(yè)中大規(guī)模使用,，應用材料、泛林半導體和東京電子都已經(jīng)推出了 ALD 設備,，國內(nèi)設備生產(chǎn)商在 ALD 設備方面也有布局,。

  PVD 工藝使用的半導體設備為 PVD 設備，全球 PVD 設備市場基本上為應用材料所壟斷,，其市場占有率高達 85%,，其次為 Evatec 和 Ulvac，市場占有率分別為 6%和 5%,。

  CMP 工藝使用的半導體設備是化學機械研磨機,。常見的 CMP 系統(tǒng)包括研磨襯墊、可以握住晶圓并使其表面向下接觸研磨襯墊的自旋晶圓載具,，以及一個研磨漿輸配器裝置,。

  在全球清理洗滌設施市場，市場集中度較高,。國內(nèi)的清理洗滌設施領域主要有盛美半導體,、北方華創(chuàng)、芯源微,、至純科技,。

  測試設備通過探針臺和分選機將設備與芯片鏈接，通過施加激勵信號并收集反饋,，測試芯片的電流,、電壓等主要參數(shù)，判斷芯片在不同工作環(huán)境下的性能有效性是不是達到設計的基本要求,。1）設計檢測是對晶圓樣品和集成電路封裝樣品進行有效性驗證,；2）CP 檢測是在晶圓制造環(huán)節(jié)提早發(fā)現(xiàn)失效產(chǎn)品；3）FT 檢測是芯片產(chǎn)品投入市場之前最后的把關(guān)環(huán)節(jié)。

  ATE 設備應用最多的是后道封測環(huán)節(jié),，我國半導體封測產(chǎn)能和技術(shù)方面均處于全球領頭羊,。半導體探針臺設備行業(yè)集中度較高。

  分選機按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可大致分為三大類別,，即重力式分選機,、轉(zhuǎn)塔式分選機、平移拾取和放置式分選機,。全球分選機市場由愛德萬,、科休、愛普生三家企業(yè)所壟斷,，國內(nèi)的分選機生產(chǎn)商主要有長川科技,。

  根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，預計 2021 年全球半導體專用設備市場規(guī)模突破 700 億美元,，中國半導體設備市場規(guī)模達 164 億美元,，同比增速保持 10%以上。Gartner 數(shù)據(jù)統(tǒng)計,，測試類設備占半導體設備總市場的 8-9%,，推算 2020 年全球測試設備市場規(guī)模約 55 億美元。

  半導體測試設備主要可分為測試機,、探針臺和分選機三大類,，其中測試機占比約65%。根據(jù)賽迪咨詢數(shù)據(jù),，2018 年我國半導體測試機按應用領域劃分,，存儲類占比43.8%，SoC 類占比 23.5%,，其余還包括數(shù)字,、模擬和分類器件等。

  測試類設備占半導體設備總市場的 8-9%,，推算 2020 年中國大陸測試設備市場規(guī)模約 80 億人民幣,，其中測試機市場約 50 億元。

  全球半導體后道測試市場被海外龍頭高度壟斷,，前三企業(yè)合計市場占比達 98%,。國際龍頭廠商在技術(shù)和市場占有率均處于絕對領頭羊，產(chǎn)品布局集中在 SoC 和存儲器測試領域,。

  封裝是將芯片在基板上布局,、固定及連接，并用可塑性絕緣介質(zhì)灌封形成電子科技類產(chǎn)品的過程,，目的是保護芯片免受損傷,，保證芯片的散熱性能,，以及實現(xiàn)電能和電信號的傳輸，確保系統(tǒng)正常工作,。封裝設備主要有切割減薄設備,、引線機,、鍵合機,、分選測試機等。

  半導體設備位于產(chǎn)業(yè)鏈的上游,，其市場規(guī)模隨著下游半導體的技術(shù)發(fā)展和市場需求而波動,。2013-2018 年，在智能手機和消費電子加快速度進行發(fā)展的推動下,，半導體設備進入了一個持續(xù)上升的行業(yè)周期,，市場規(guī)模從 317.9億美元增長到了 645.3 億美元，5 年 GACR 為 15%,。而 2019 年全球半導體設備支出為 597.5 億美元,，同比下降7.4%，增長勢頭稍有回落,。

  根據(jù) SEMI 預測,，2020 年全球半導體設備市場規(guī)模達創(chuàng)紀錄的 689 億美元，同比增長 16%,，2021 年將達 719 億美元,，同比增長 4.4%，2022 年仍舊保持增長態(tài)勢,，市場將達 761 億美元,，同比增長 5.8%。

  隨著 PC 和消費電子在國內(nèi)的市場逐步擴大,，對于集成電路的旺盛需求帶來了國內(nèi)對于集成電路產(chǎn)業(yè)的持續(xù)投資,。自 2013 年以來國內(nèi)的半導體設備市場規(guī)模一直增長，2013 年國內(nèi)半導體設備市場規(guī)模 33.7 億美元,，根據(jù) SEMI 預測,，2020 年市場規(guī)模預計達 181 億美元，七年 CAGR 達 27%,。在 2019 年全球半導體資本支出低迷的情況下,，國內(nèi)半導體設備支出仍舊保持了增長態(tài)勢，市場規(guī)模達 134.5億美元,。同比增長 2.5%,。

  在國家政策和資金支持下，2021 和 2022 年中國大陸的半導體設備支出將持續(xù)保持高位,，市場規(guī)模將保持在 180 億美元,。2019 年國產(chǎn)半導體設備銷售額為 161.82 億元，同比增長 30%。其中集成電路設備銷售額為 71.29 億元,，同比增長 55.5%,。而中國大陸 2019 年半導體設備市場規(guī)模 134.5 億美元，國產(chǎn)化率約 17%,，具備較大國產(chǎn)替代空間,。

  當前我國半導體設備依舊高度依賴于海外企業(yè)，并且在核心技術(shù)和零部件上受到一定的限制,。半導體設備涉及數(shù)學,、物理、化學,、光學,、力學等多個基礎學科，技術(shù)壁壘高,，研發(fā)難度大周期長,，是整個產(chǎn)業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

  半導體設備必然的聯(lián)系芯片設計能否落成實物,，產(chǎn)品可靠性和良率能否達到設計標準,，國內(nèi)行業(yè)能否參與全球競爭。因此要實現(xiàn)我國半導體產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控,，半導體設備至關(guān)重要,。