半导体设备行业全解析

半导体设备基本介绍

半导体设备的定义

半导体设备，是支撑半导体芯片（集成电路）设计、制造、封测全产业链的核心生产工具。它能完成芯片生产中从电路图案转移、材料蚀刻，到薄膜沉积、性能测试等关键工序，其精度、效率直接决定芯片制程、性能与成本。

半导体设备的类型

半导体设备按照其在芯片制造过程中的功能可以分为多个类别，主要包括热处理、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、平坦化/抛光、清洗、前道量测、去胶和退火等十大工艺环节。每个大类下又包含具体的设备类型。

其中，晶圆制造环节包括的半导体设备有：长晶炉、切片机、化学机械抛光机、氧化炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、CVD和PVD等；封装环节包括切割减薄设备、度量缺陷检测设备、键合封装设备等；测试环节包括测试机、分选机、探针台等。

半导体设备产业链

半导体设备产业链上游为基础材料与关键零部件，涵盖硅片、电子特气、光刻胶等材料及光刻机镜头、射频电源等核心部件，其性能直接决定中游设备的可靠性与先进性，当前部分高端零部件仍存在进口依赖。

中游聚焦前道晶圆制造设备（光刻、刻蚀、薄膜沉积等占比超 90%）与后道封测设备（划片、键合、测试机等）的研发制造。国内企业在刻蚀、清洗等设备领域已实现突破。

下游对接芯片制造、封装测试环节，终端应用覆盖消费电子、汽车电子、AI 等领域，其产能扩张与技术迭代需求直接牵动全产业链的市场走向。

半导体设备分类介绍

1）热处理设备（氧化炉、扩散炉）

热处理设备主要为硅片提供高温环境，实现氧化、扩散等前道基础工艺，是芯片结构构建的前提，包括了氧化炉、扩散炉等。国外代表性企业有日本东京电子（TEL）、美国应用材料（AMAT）；国内有北方华创、中电科48所等。

2）光刻设备（光刻机、涂胶显影）

光刻设备是将芯片设计图案转移到硅片光刻胶上的核心设备，决定芯片线宽精度，包含涂胶显影设备与光刻机。

涂胶显影设备先在硅片涂覆光敏光刻胶，曝光后用显影液溶解特定区域形成“电路蓝图”；光刻机通过光源照射掩模，将图案投影到光刻胶上。

它是芯片先进制程的核心设备，直接决定芯片性能上限。国外代表企业有荷兰 ASML（垄断EUV、DUV领先）、日本佳能/尼康（DUV）；国内的上海微电子是国内唯一能量产商用光刻机的企业，此外还有华卓精科（掌握双工件台技术）、茂莱光学（DUV光学透镜）、福晶科技（光原材料）等。

3）刻蚀设备（干法刻蚀、湿法刻蚀）

刻蚀设备按光刻图案去除硅片多余材料，精准塑造电路结构，是先进制程“多重曝光”的关键配套，分为干法刻蚀（等离子体刻蚀，精度高）与湿法刻蚀（化学溶液刻蚀，工艺简单）。

7nm以下制程需其与光刻高精度配合，保障电路图案精准成型。国外代表企业有美国泛林半导体（LAM）、应用材料（AMAT）；国内有中微公司（干法刻蚀全球领先）、北方华创等。

4）离子注入设备

离子注入设备将硼、磷等杂质离子注入硅片，精准控制掺杂区域导电性能，是晶体管源漏极、阈值电压调节的核心，其核心设备为离子注入机。工作时，离子注入机的离子源产生杂质离子，经高压电场加速后，通过扫描系统精准注入硅片；通过控制离子剂量和深度，改变硅片局部载流子浓度与导电类型，赋予晶体管特定电学特性。它是芯片实现开关、放大功能的关键步骤。

国外代表企业有美国应用材料（AMAT）、Axcelis；国内有万业企业（旗下凯世通突破技术）、中电科电子装备集团等。

5）薄膜沉积设备（PVD、CVD、ALD）

薄膜沉积设备在硅片表面沉积超薄均匀薄膜，构建电路导线、栅极等结构。薄膜沉积设备可分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）。PVD通过真空加热靶材，使原子/分子蒸发或溅射沉积；CVD利用气态反应物在高温或等离子体下反应生成固态薄膜；ALD交替通入反应气体，实现原子尺度逐层沉积。

先进制程需ALD等保障薄膜均匀性，直接影响电路性能。国外代表企业有美国应用材料（AMAT）、日本东京电子（TEL）；国内有北方华创（PVD、CVD 领先）、中微公司（ALD等布局）。

6）化学机械抛光设备（CMP）

化学机械抛光设备对硅片表面全局平坦化，保障多层电路堆叠时的表面平整度，为后续光刻提供精准基底。工作原理为硅片在抛光垫上旋转，同时施加含磨料和化学试剂的抛光液，抛光液与硅片表面化学反应生成软质层，再通过机械研磨去除，使表面达纳米级平整度。

CMP是保障良率的关键。国外代表企业有美国应用材料（AMAT）、日本荏原制作所；国内有华海清科（CMP国内龙头）、中电科45所等。

7）清洗设备（槽式、单片式、组合式清洗）

清洗设备用来去除硅片各工序残留的杂质（如光刻胶、颗粒、金属离子），避免电路短路、提升芯片良率，分为槽式清洗、单片式清洗、组合式清洗。它利用化学溶液腐蚀性、有机溶剂溶解性，或超声波物理震荡，分解、剥离污染物；槽式适合批量，单片式精准控制单片刻洗，组合式集成多步骤提升效率。

国外代表企业有日本东京电子（TEL）、美国泛林半导体（LAM）；国内有盛美上海（单片、组合式清洗全球领先）、至纯科技等。

8）前道量测设备

前道量测设备是前道工序的“眼睛”，实时测量薄膜厚度、刻蚀深度、电路线宽等关键参数，保障工序精度与芯片良率。具体可分为光学量测设备、电子束量测设备。国外代表企业有美国科磊（KLA，全球龙头）、日本日立高新；国内有精测电子、中芯聚源等。

9）去胶设备（去胶机）

去除光刻后残留的光刻胶（图案转移完成后需清除），为后续工序提供洁净表面，具体包括等离子体去胶机、湿法去胶设备。

国外代表企业有美国应用材料（AMAT）、日本东京电子（TEL）；国内有北方华创、盛美上海（部分环节覆盖）等。

10）退火设备（退火炉）

退火设备针对离子注入及其他工序后的硅片实施高温处理，核心功能是修复晶体缺陷、激活掺杂离子，从而显著提升半导体器件的电学性能。其主要类型包括快速热退火炉（RTA）、炉管退火炉等。

作为离子注入工序的核心收尾环节，该设备的性能直接决定掺杂离子激活率与晶体结构完整性，是保障半导体器件核心性能的关键设备之一。

11）封装设备

半导体封装设备包括晶圆减薄机、划片机、固晶机、引线键合机、封焊机和塑封机等关键设备。

晶圆减薄机精准地对晶圆表面进行加工；划片机凭借机械或激光技术，将材料精确切割；固晶机高效完成集取晶、点胶和固晶等操作；引线键合机实现晶片间或晶片与电极的稳定连接；封焊机确保半导体封焊的高质量；塑封机则利用特定材料为芯片提供可靠保护。

12）测试设备

封装测试阶段的FT测试（Final Test）将测试半导体产品的质量参数，包括测试芯片的电压、电流、时间、温度、电阻、电容、频率、脉宽、占空比等参数，从而判断芯片在不同工作条件下功能和性能的有效性。

半导体设备市场规模

根据国际半导体产业协会（SEMI）数据显示，2022-2023年全球半导体设备市场增速明显放缓，2024年市场将重新进入增长通道，预计2025年市场规模将超过1300亿美元，2026年和2027年预计达到1450亿美元和1560亿美元。

（数据时间：2025-12）

细分市场来看，SEMI指出，晶圆制造设备（WFE）领域去年创下1040亿美元的销售额纪录后，预计到2025年将增长11.0%，达到1157亿美元。

（数据时间：2025-12）

根据SEMI数据，从销售额来看，2024年中国大陆地区半导体市场规模约为500亿美元，预计2025年市场规模将突破600亿美元。

（数据时间：2025-09）

半导体设备核心公司

国外代表性企业

ASML（荷兰）：全球唯一可提供7nm及以下先进制程EUV光刻机的厂商，垄断高端光刻市场。

应用材料（AMAT，美国）：覆盖薄膜沉积、刻蚀、离子注入、CMP等全流程设备，被誉为“半导体设备超市”。

泛林集团（LAM，美国）：刻蚀设备全球市占率第一，同时提供薄膜沉积、清洗等设备，技术覆盖5nm及以下制程。

东京电子（TEL，日本）：日本最大半导体设备商，产品涵盖涂胶显影、刻蚀、CVD等，刻蚀和薄膜沉积技术全球领先。

科磊（KLA，美国）：半导体量检测设备绝对龙头，提供缺陷检测、膜厚量测等关键设备，支撑先进制程良率控制。

迪恩士（Screen，日本）：全球清洗设备市占率第一，同时提供刻蚀、涂胶显影设备，覆盖半导体和平板显示领域。

爱德万测试（Advantest，日本）：与泰瑞达共同主导全球半导体测试设备市场，SoC 测试领域技术领先，客户覆盖台积电、三星等巨头。

泰瑞达（Teradyne，美国）：集成电路自动测试设备全球市占率约 25%-30%，混合信号测试、高算力芯片测试技术领先，深度服务 AI 芯片、汽车半导体等领域。

Axcelis（美国）：离子注入设备全球双寡头之一，覆盖低能大束流和高能注入，支撑先进制程掺杂工艺。

国内代表性企业

北方华创（北京）：中国半导体设备龙头，覆盖刻蚀、薄膜沉积、清洗等设备，28nm工艺量产，14nm验证中。

中微公司（上海）：5nm 刻蚀设备已量产并进入台积电、三星供应链，自主研发的等离子体刻蚀和薄膜沉积技术打破国际垄断。

盛美上海（上海）：半导体清洗设备国内市占率20%-25%，专利技术实现无损伤清洗，覆盖14nm及以上制程。

华海清科（天津）：CMP 设备国内市占率约50%-60%，12英寸设备覆盖28nm及以上工艺，打破应用材料、荏原的国际垄断。