光刻机：关于半导体设备，你了解多少？

【苏言道】大家最耳熟能详的半导体设备估计就是光刻机了，其实芯片制造过程需要很多设备，那么半导体设备到底有哪些呢？半导体设备大致可分为前道制造设备以及后道封测设备。其中，前道制造设备主要包括光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备、离子注入设备、清洗设备、机械抛光设备以及扩散设备。而后道封装设备按工艺流程主要分为晶圆减薄机、划片机、贴片机、引线键合机
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大家最耳熟能详的半导体设备估计就是光刻机了，其实芯片制造过程需要很多设备，那么半导体设备到底有哪些呢？

半导体设备大致可分为前道制造设备以及后道封测设备。

其中，前道制造设备主要包括光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备、离子注入设备、清洗设备、机械抛光设备以及扩散设备。而后道封装设备按工艺流程主要分为晶圆减薄机、划片机、贴片机、引线键合机、塑封机及切筋成型机，测试设备主要包括分选机、测试机、探针台。从市场规模来看，前道晶圆制造设备的市场规模占整个设备市场规模的80%以上。

先来看看测试设备：

测试设备贯穿于集成电路生产制造过程（包括IC设计、制造以及封测），如封装前晶圆测试(WAT测试)、封测过程中CP测试，封装后FT测试，涉及测试设备包括测试机、探针台、分选机3种，测试机负责检测性能，后两者主要实现被测晶圆/芯片与测试机功能模块的连接。测试设备中测试机占比最大，达到68%的比例，而分选机、探针台约占比分别为17%、15%。全球半导体测试设备主要呈现美国Teradyne、日本Advantest、TEL等国际企业垄断局面。

半导体设备分类

测试机：

测试机可以分为模拟/混合类测试机、SoC测试机、存储器测试机等。模拟测试机主要针对以模拟信号电路为主、数字信号为辅的半导体而设计的自动测试系统；SoC测试机主要针对SoC芯片即系统级芯片设计的测试系统；存储测试机主要针对存储器进行测试，一般通过写入一些数据之后在进行读回、校验进行测试。

SoC与存储测试机难度最高，同时在结构占比上也是测试机中占比最大的部分，在全球和国内市场均在70%左右占比。

自动测试系统（ATE）是半导体后道测试设备中的核心设备，全球半导体ATE市场主要由科休、爱德万和泰瑞达三大巨头占据，合计占比95%，市场集中程度较高。国内半导体测试机市场中，爱德万、泰瑞达和科休同样占据了近84%的市场，国内厂商华峰测控和长川科技的市占率分别为8%和5%，主要以模拟混合类测试机为主。

2020年华峰测控/长川科技在国内模拟测试机占比为49.88%/24.08%，合计突破70%的市场份额。存储和soc设备还需要努力追赶。

分选机：

分选机（handler）主要用于芯片的测试接触、拣选和传送等。分选机把待测芯片逐个自动传送至测试工位，通过测试机测试后分选机根据测试结果进行标记、分选和编带。

按照形态和适用情形分为重力式、平移式、转塔式、测编一体机。重力式结构简单，投资小；平移式适用范围广、测试时间较长或先进封装情况下优势明显；转塔式适合体积小、重量小、测试时间短的芯片。其中，平移式和转塔式占比最高。

分选机主要企业仍为科休、爱德万、台湾鸿劲以及长川科技，根据VLSI Research及Semi，科休占比最高为21%，Xcerra（已被科休收购）占比16%，国内企业长川科技占比2%。

从中国封测龙头长电科技和华天科技2016-2021年的招标结果来看，中国分选机市场国产化率很高，包揽市场份额3/4的前五家中仅有鸿劲科技来自中国台湾，其余四家皆为大陆厂商，长川科技位居榜首，整体国产化水平达65%。

探针台：

探针台（prober）主要负责晶圆输送及定位，使晶圆依次与探针接触完成测试，提供晶圆自动上下片、找中心、对准、定位及按照设置的步距移动晶圆，以使探针卡上的探针能对准硅片相应位置进行测试，按不同功能可以分为高温探针台、低温探针台、RF 探针台、LCD探针台等。

探针台全球市场主要由两家龙头企业垄断，ACCRETECH东京精密占比46%，TEL东京电子占比27%，其余的企业为台湾旺矽、台湾惠特以及深圳矽电等。

深圳矽电是境内产品覆盖最广的晶圆探针台设备厂商，产品类型从手动探针台到全自动探针台，尺寸从4英寸到12英寸，应用领域包括集成电路及分立器件的晶圆测试。公司晶粒探针台已达到国际同类设备水平，适用于4-6英寸PD、APD、LED等光电芯片的自动测试，具有无损清针、滤光片自动切换等自主研发的技术。

这里只是简单介绍一些主要的半导体设备，具体制造过程中还有一些其他的设备，我们就不一一介绍了。

补充：

竞争格局

从全球半导体设备竞争格局来看，半导体设备种类众多，高端设备价值较高，营收位列全球半导体设备厂商前列，目前半导体产线中最具价值量环节（光刻机、刻蚀机、薄膜沉积）的三大海外龙头分别是：阿斯麦、拉姆研究、应用材料，形成了稳态竞争格局。数据显示，2021年全球前三半导体设备企业分别为应用材料、阿斯麦和东京电子，营收分别为242亿美元、211亿美元和171亿美元，其中东京电子主要产品为半导体光刻涂层/显像，沉积，干蚀刻和清洗相关设备。

光刻机

光刻机被称作“现代工艺之花”，光刻的本质是把临时电路结构复制到硅片上，这些结构首先以图形形式制作在掩膜版上，光源透过掩膜版将图形转移到硅片表面的光敏薄膜上。

光刻机是光刻工艺的核心设备，也是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备，包含上万个零部件，集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域等多项顶尖技术。全球光刻机市场主要由荷兰的阿斯麦(ASML)、日本尼康和佳能三家把持，其中ASML更是全球绝对龙头，几乎垄断了高端光刻机（EUV）市场。2021年阿斯麦42台EUV系统贡献了63亿欧元销售额。

上海微电子是我国唯一能够做光刻机的企业。

刻蚀设备

刻蚀是利用化学或物理的方法将晶圆表面附着的不必要的材质进行去除的过程，主要分为干法刻蚀和湿法刻蚀。该领域主要被泛林半导体、TEL东京电子、应用材料三家海外巨头垄断。

国内刻蚀设备商主要为中微公司、北方华创。

薄膜沉积设备

薄膜的沉积，是一连串涉及原子的吸附、吸附原子在表面扩散及在适当的位置下凝结，以渐渐形成薄膜并成长的过程。该领域主要被应用材料、泛林半导体、TEL三大厂商占据70%的市场份额。

国内主要厂商为北方华创和沈阳拓荆。

清洗设备

清洗设备根据不同的工艺需求，对晶圆表面进行无损伤清洗以去除半导体制造过程中的颗粒等杂质。清洗工艺可分为湿法清洗和干法清洗。

清洗设备主要有Screen(日本基恩士)、TEL东京电子、Lam Research（美国拉姆研究）、SEMES(韩国)等日美韩企业。TOP4企业占据98%的市场份额，马太效应明显，市场高度集中。

国内清洗设备生产商有盛美股份、北方华创、芯源微以及至纯科技。

封装设备

半导体设备中封装设备约占7%，封装设备中主要有贴片机、划片机、引线键合机、塑封/切筋成型设备。主要代表企业有ASM Pacific、K&S、Shinkawa、Besi等国际企业。

国内企业主要有中电科45所、苏州艾科瑞思等。

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大家最耳熟能详的半导体设备估计就是光刻机了，其实芯片制造过程需要很多设备，那么半导体设备到底有哪些呢？半导体设备大致可分为前道制造设备以及后道封测设备。其中，前道制造设备主要包括光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备、离子注入设备、清洗设备、机械抛光设备以及扩散设备。而后道封装设备按工艺流程主要分为晶圆减薄机、划片机、贴片机、引线键合机
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