近期美国白宫发布全新的《美国AI行动计划》，三大关键词：加速AI创新、建设美国AI基础设施、引领国际AI外交与安全，旨在加强人工智能计算芯片和半导体制造设备出口管制。

此次文件明确新增半导体零部件和组件的管制，在此背景下国内半导体设备及零部件国产化进程有望进一步提速。

随着成熟制程需求持续旺盛，先进工艺增长也将给国内设备厂带来全面机遇。

早前，大摩将2025年全球WFE（晶圆厂设备）市场规模预测从1040亿美元上调至1090亿美元，同比由增长2%调升至6%，2026年预测略微上调至1100亿美元。此次上调主要归因于中国市场，特别是在Foundry/Logic设备支出方面新增约50亿美元。

我国半导体设备占全球市场接近一半的份额，部分设备已实现国产替代，但在多个环节国产化率仍有待提升。

在之前的文章中，我们梳理了半导体设备零部件全景图、半导体先进封装等。

本文重点解析半导体六大核心设备。

半导体设备行业概览

半导体设备是半导体产业链的上游基石，有“一代设备、一代工艺、一代产品”的发展特征。

典型的集成电路制造产线设备投资中，芯片制造及硅片制造设备投资占比约80%，是集成电路制造设备投资中的最主要部分。

集成电路制造领域典型资本开支结构：

资料来源：行行查

半导体制造工艺流程主要包括设计、制造和封装。

制造从硅片入手，需经多次重复的氧化、扩散、光刻、刻蚀等工序；

封测主要对芯片进行减薄、切割、引线键合、测试等操作。

芯片的在重复若干次的工艺中，需要大量的设备支撑代工厂的产能。

半导体设备市场涵盖了11大类、50多种专业设备，贯穿于前道和后道设备中。

前道设备主要用于芯片的制造，而后道设备则用于芯片的封装和测试。

在芯片出产过程中，前道晶圆制造占据了约90%的份额，设备技术难度较高，生产工序多，是资金投入最多的环节。

前道晶圆制造：晶圆制造包括硅片制造和晶圆加工。硅片制造包括拉单晶、 晶体加工、切片、研磨、倒角、抛光等环节；晶圆加工包括氧化、涂胶、光刻等一系列步骤。

主要分为7大工艺：氧化/扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、清洗和金属化。

相对应的专用半导体设备：主要包括氧化/扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、机械抛光设备等。

后道设备：包括减薄、划片、打线、Bonder、FCB、BGA 植球、检查、测试设备等。

截至2024年，中国半导体设备国产化率提升至13.6%，在刻蚀、清洗、去胶和CMP设备市场，国产化率已突破双位数。PVD/CVD/ALD、CMP、涂胶显影、离子注入、量检测和光刻等环节的国产化率仍低于20%，国产替代空间广阔。

从全球市场格局方面来看，每个细分市场都由少数几家主要供应商主导。

资料来源：行行查

硅片制造是半导体加工的第一大环节。

硅片在经过研磨，抛光，切片后形成硅晶圆片，也就是晶圆。

晶圆制造的工艺流程主要用到的核心设备有薄膜沉积设备、光刻设备和刻蚀设备。

三大设备的价值量占比远超其他设备，各自所占市场规模均接近20%。

此外，HBM（高带宽存储器）方向的扩产将带动刻蚀、沉积、键合设备与CMP设备用量显著增加。

半导体制造工艺流程：

资料来源：安集科技、行行查

01

光刻设备

光刻工艺是半导体制造中价值量、技术壁垒和时间占比最高的部分之一。

光刻设备在半导体前道制造设备中的占比约为20%。

加上配套的涂胶显影设备和光刻工艺需要用到的掩模版、光刻胶等耗材，整体光刻工艺的费用约占芯片生产成本的1/3左右，耗费时间约占40%~00%。

光刻机内部零件种类众多，且越高端的光刻机组成越复杂，如EUV内部零件多达8万件以上。

主要组成系统：包括光源系统、光学系统（包括照明系统和投影物镜）、掩模台、掩模传输系统、工件台、晶圆传输系统、对准系统、调平调焦系统、环境控制系统、整机框架和减振系统、整机控制系统和整机软件等。

其中光源、光学系统、双工件台为光刻机的三大核心部件，价值量占比约为15%、24%、12%。

光源：光刻机光源包括UV、DUV和EUV，其中EUV技术难度极高。国内科益虹源可提供DUV准分子激光光源（KrF、ArF），福晶科技主要提供DUV光刻机光源系统中的非线性光学晶体（如LBO、BBO）和激光器件，波长光电开发的光刻机平行光源系统已实现国产替代，应用于i线（365nm）、KrF（248nm）光刻机，奥普光电参与光刻机光源系统研发。

投影物镜：光刻机中实现精准成像的关键部件，主要作用是将掩模图形按照一定缩放比例成像到硅片上。投影物镜技术难度极高，国外光刻投影物镜的光学、结构设计专利主要集中于ASML、蔡司、Nikon和Canon，其中蔡司（Zeiss）是ASML EUV光K机的独家投影物镜供应商，其EUV物镜采用多层膜反射镜技术。国内相关研究集中在上海微电子、长春国科精密、北京国望光学、中国科学院长光所等。此外，茂莱光学等厂商为光学系统提供用于匀光、中继照明模块的光学器件、投影物镜等。福光股份给长光所供投影物镜的部分镜片以及结构件以及照明系统的中继镜。

竞争格局：全球IC光刻机市场呈现“一超双强”的竞争格局。目前全球从事光刻机制造的公司主要包括ASML、Nikon、Canon、上海微电子、Veeco、Suss等公司，其中ASML、Nikon和Canon三家占据了绝大部分光刻机市场。

国内目前已建立研发体系：主要包括HW、研究所（长光、上光机）、整机制造企业宇量昇、新凯来、上海微等。

国内部分对标的部分产品产业链各子系统拆分如下：上海微电子负责光刻机设计和总体集成，科益虹源提供光源系统，国望光学提供物镜系统，国科精密提供曝光光学系统，华卓精科提供双工作台，启尔机电提供浸没系统。

国内光刻机零部件环节众多，各细分领域都涌现出一批代表厂商，如汇成真空（真空镀膜设备）、芯源微（前道涂胶显影）；南大光电、容大感光、徐州博康（光刻胶）；华特气体、雅克科技（特种气体）；清溢光电、菲利华、华润微、冠石科技、路维光电（光掩膜版）；芯碁微装（直写光刻设备用于掩膜版制造）；精测电子、中科飞测、东方晶源（检测设备）、华辰装备、苏大维格等。

02

刻蚀设备

刻蚀设备是半导体制造三大核心设备之一，其核心功能是将电路图案精确地刻在硅片上，形成所需的电路结构。

当前干法刻蚀是主导，湿法刻蚀为补充。

常见的干法刻蚀技术包括等离子体刻蚀（如CCP和ICP刻蚀）和反应离子刻蚀（RIE）；

湿法刻蚀是低成本、大尺寸的补充方案，其成本低、设备简单且易于控制。

刻蚀工艺图示：

全球刻蚀设备市场格局高度集中，海外三大厂商占据总市场份额的约90%。

根据SEMI，全球刻蚀机市场份额中，拉姆研究占比46.7%，东京电子占比26.6%，应用材料占比16.7%。

国内两家刻蚀机头部厂商为中微公司和北方华创。中微公司开发CCP单台机和双台机，ICP单台机和双台机可覆盖90%刻蚀应用；北方华创自2001 年起研发 ICP 刻蚀设备，2005年实现首台设备量产，当前已形成对刻蚀工艺的全覆盖。此外，屹唐半导体刻蚀设备逐步导入国内产线。

03

薄膜沉积设备

薄膜沉积设备负责在晶圆表面沉积导体、绝缘体或半导体等材料膜层，构建集成电路的基础结构。

这些薄膜为芯片提供基础的电学性能，起到保护芯片免受环境影响的作用。

三大主流工艺：根据沉积原理不同，薄膜沉积设备分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）三大类。

其中，PECVD和溅射PVD等技术在薄膜沉积领域的主导地位。PECVD（等离子体增强化学气相沉积）设备以33%的占比领先，其次是溅射PVD（物理气相沉积）设备，占19%。

全球薄膜沉积设备头部厂商为应用材料公司AMAT、东京电子TEL、泛林半导体LAM等。

PVD设备：AMAT占据了85%的市场份额，在该领域占据主导地位，其他厂商仅占15%的市场份额。

CVD设备：AMAT、LAM和TEL三家公司的合计市场份额达到80%，剩余20%的市场份额由其他厂商瓜分。

国内主要布局厂商包括拓荆科技、北方华创、中微公司、微导纳米、盛美上海、屹唐股份等。

拓荆科技是国内CVD（化学气相沉积）设备头部企业，PECVD设备市场占有率领先，此外ALD、SACVD及HDPCVD等薄膜设备可支持逻辑/存储芯片所需全部介质薄膜材料约100多种工艺应用。北方华创PVD（物理气相沉积）设备引领市场；中微公司是MOCVD设备细分领域全球龙头企业；盛美上海在管式LPCVD设备和ALD设备都有所布局。

04

CMP设备

化学机械研磨/化学机械抛光（CMP）是目前公认的纳米级全局平坦化精密加工技术。

在先进封装领域，硅通孔（TSV）技术、扇出（FanOut）技术、2.5D转接板（interposer）、3DIC等都需要使用CMP设备。

全球CMP设备厂商中，美国厂商应用材料占据约70%的市场份额。

国内CMP设备的主要供应商为华海清科、北京烁科精微电子装备有限公司和中电45所。

华海清科是国内唯一一家能够提供12英寸CMP设备商业机型的制造商。2014年推出了国内首台拥有核心自主知识产权的12英寸CMP设备，打破了国际巨头在此领域数十年的垄断；新抛光系统架构CMP机台UniversalH300已经实现小批量出货；客户包括中芯国际、长江存储、华虹集团等。

05

清洗设备

从2D NAND到3D NAND的结构变化对清洗设备提出了更高的要求。

3D NAND采用了多层堆叠的方式，极大地增加了存储密度和容量，在制造过程中需要更加精密和复杂的清洗技术，以确保每一层之间的纯净度和连接性。

半导体清洗设备行业属于技术密集型行业，市场竞争激烈，技术壁垒较高，主要集中在少数几家拥有核心技术和强大研发能力的龙头企业。

海外厂商头部厂商日本 DNS、TEL，以及美国 Lam、韩国 SEMES 公司凭借可选配腔体数、每小时晶圆产能、制程节点上领先优势，垄断全球清洗设备市场。

国内厂商起步相对较晚，近年来主要采取差异化路线，积极研发兆声波、二流体等技术致力于追赶国际先进水平。

清洗设备企业主要包括盛美上海、芯源微、至纯科技、北方华创等。盛美主要产品为集成电路领域的单片清洗设备，产品线较为丰富，自主研发并具有全球知 识产权保护的 SAPS 和 TEBO 兆声波清洗技术可实现对晶圆表面图形结构的无损伤 清洗；北方华创在槽式清洗设备领域布局较深，并逐步向单片清洗技术延伸；芯源微与至纯科技专注湿法清洗设备。

06

键合设备

键合方式是决定芯片封装性能的关键工艺。

从引线键合到倒装的转变，代表了从传统封装向先进封装的迭代。

键合设备是半导体制造和先进封装的核心设备，核心作用是通过高精度、高可靠性的键合技术，实现多层结构、异质集成或三维堆叠，满足高性能计算领域对芯片小型化和高密度集成的需求。

主要类型包括热压键合设备、超声波键合设备、共晶键合设备、临时键合/解键合设备和混合键合设备。

其中，混合键合是半导体先进封装的核心技术趋势，也是向更高性能发展的关键路径之一。

全球市场格局方面，ASMPT、Hanmi半导体、韩国韩华精密机械、荷兰Besi、K&S及Shibaura是主要的混合键合设备供应商。

国产键合设备供应商主要包括拓荆科技、华卓精科、芯源微等。拓荆科技是国产W2W/C2W混合键合设备龙头，首台 W2W 键合产品 Dione 300早在23年即通过核心大客户验证，是国内首台应用于量产的键合设备，设备的性能和产能指标达到国际领先水平。华卓精科在混合键合领域研发出多款混合键合设备，并获得了相关专利；华卓精科自主研发的混合键合设备HBS系列全自动晶圆混合键合系统集成了键合工艺的多个功能模块，真正实现了室温的直接键合工艺，已交付了6/8寸异质键合设备给客户；芯源微涉及涂胶显影/临时键合/解键合/湿法设备，其中临时键合/解键合设备已实现国产替代。

此外，青禾晶元推出了全球首台C2W&W2W双模式混合键合设备。百傲化学拟收购的芯慧联新是国内第二家商用混合键合设备公司。

整体来看，当前国内先进逻辑芯片开启规模化扩产，以高数值孔径光刻机、刻蚀、高深宽比ALD等为代表的各类半导体设备需求加速爆发，有望进一步带动国内半导体自主可控进程加速。此外，国家大基金三期和地方政府专项基金为半导体产业提供长期资金支持，重点投向设备、材料等“卡脖子”环节，将加速半导体设备产业链迎来新一轮国产化机遇。

*免责声明：本文内容仅作为行业分析参考，不构成任何投资建议！

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来源：乐晴智库精选