根據(jù)專業(yè)研究機(jī)構(gòu)的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場的總體規(guī)模約為 712 億美元，年均復(fù)合增長率為 19.0% 左右，中國大陸以 26.3% 的比例份額占據(jù) 2020 年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場的第一位。近兩年來，基于供應(yīng)鏈安全、國家競爭、新冠疫情沖擊等考量因素，全球整體產(chǎn)業(yè)格局正發(fā)生著重大的變化，中國制造業(yè)越發(fā)顯露出向高端價(jià)值產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型升級的必要性，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的自主化已成為國家的重要發(fā)展戰(zhàn)略之一。盡管在目前的半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其是大規(guī)模集成電路制造行業(yè)中，直驅(qū)技術(shù)產(chǎn)品的批量應(yīng)用市場還未真正到來，但一批國內(nèi)本土直驅(qū)企業(yè)正瞄準(zhǔn)設(shè)備國產(chǎn)化率加速提升這一良機(jī)，加大研發(fā)力度，積極配合設(shè)備廠商展開直驅(qū)產(chǎn)品的適配以及可靠性測試等工作。

       æ ¹æ“š(jù)臺(tái)灣工研院的數(shù)æ“š(jù)分析，2020年全球半導(dÇŽo)體市場的總體規(guÄ«)模約為4,404億美元，其中，中國大陸為半導(dÇŽo)體最大的應(yÄ«ng)用市場(約占34%);而從產(chÇŽn)能劃分來看，2020年中國大陸半導(dÇŽo)體產(chÇŽn)能約占全球產(chÇŽn)業(yè)çš„15%，產(chÇŽn)能最大的地區(qÅ«)為臺(tái)灣(ç´„22%)，預(yù)計(jì)到2030å¹´，中國大陸將有望達(dá)到全球產(chÇŽn)能第一的位置(圖1)。而據(jù)預(yù)測，2021年全球半導(dÇŽo)體市場的總體規(guÄ«)模將達(dá)到4,694億美元，較2020年成長6.6%左右。

　　在半導(dǎo)體設(shè)備方面，相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)指出，2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場的總體規(guī)模約為712億美元，年均復(fù)合增長率為19.0%左右，中國大陸以26.3%的比例份額占據(jù)2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場的第一位(圖2)。根據(jù)有關(guān)調(diào)研機(jī)構(gòu)在今年初所做的統(tǒng)計(jì)預(yù)測顯示，2021年、2022年全球FAB設(shè)備投資預(yù)期分別成長16%、12%。

　　按照摩爾定律，集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個(gè)月便會(huì)增加一倍;換言之，處理器的性能每隔兩年翻一倍。從2012年起，F(xiàn)inFet技術(shù)已經(jīng)開始向20mm節(jié)點(diǎn)和14nm節(jié)點(diǎn)推進(jìn)，并且依托FinEFT技術(shù)，芯片工藝節(jié)點(diǎn)制程已經(jīng)發(fā)展到7nm、5nm甚至是3nm，隨后則遇到了瓶頸。2020年，臺(tái)積電宣布2nm采用的GAA(Gate-all-around，環(huán)繞閘極)或稱為GAAFET的技術(shù)研發(fā)生產(chǎn)將在新竹寶山規(guī)劃P1到P4 四個(gè)超大型晶圓廠，占地90多公頃。據(jù)悉，三星電子也表示將采用GAA結(jié)構(gòu)技術(shù)。GAA技術(shù)更大的閘極接觸面積提升對晶體管導(dǎo)電通道的控制能力，從而降低操作電壓、減少漏電流， 降低功耗與操作溫度;但與此同時(shí)，GAA結(jié)構(gòu)與制程需求也帶動(dòng)更多沉積與蝕刻設(shè)備的商機(jī)，選擇性與原子級制程使得材料工程的重要性提升。

　　

圖 1 全球半導(dǎo)體產(chǎn)能分布及未來預(yù)測(資料來源：臺(tái)灣工研院)

　　

圖 2 全球半導(dǎo)體設(shè)備市場統(tǒng)計(jì)(資料來源：臺(tái)灣工研院)

　　前段制造設(shè)備是半導(dǎo)體制造市場的主體，在半導(dǎo)體廠商的設(shè)備支出中，前段制造設(shè)備部分約占69%，其中，曝光機(jī)是占比最高且成長最快的設(shè)備，約占總體設(shè)備投入的30%左右(圖4)。根據(jù)臺(tái)灣工研院的統(tǒng)計(jì)，從2021-2025年，半導(dǎo)體制造各關(guān)鍵設(shè)備的年成長率將為：曝光機(jī)8.5%、薄膜沉積7.9%、蝕刻3.9%、量檢測4.3%;曝光機(jī)中以EUV的成長最為迅速， 預(yù)計(jì)復(fù)合年均增長率CAGR為21%，在曝光機(jī)市場中的份額將從42%上升到70%。AMAT、ASML、Lam、TEL、KLA這前五大廠商占到全球七成以上的前段設(shè)備市場。

　　綜上所述，隨著前段組件結(jié)構(gòu)的改變，帶動(dòng)EUV、ALD、ALE等新需求，且目前仍以前五大領(lǐng)導(dǎo)廠商為主要競爭者。ALD、ALE帶動(dòng)更多材料工程技術(shù)需求;而EUV同時(shí)帶出光罩、光阻、檢測新商機(jī)，全球半導(dǎo)體設(shè)備廠商除了在先進(jìn)技術(shù)持續(xù)精進(jìn)之外，也將智慧化設(shè)備、綠色經(jīng)濟(jì)列為發(fā)展重點(diǎn)。

　

　　

圖 3 半導(dǎo)體芯片制造工藝流程圖(資料來源：互聯(lián)網(wǎng))

　　圖 4 晶圓制造設(shè)備市場構(gòu)成占比(資料來源：臺(tái)灣工研院)

　　　　國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備突飛猛進(jìn)

　　中國大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展與最近幾年國內(nèi)外政治經(jīng)濟(jì)局勢的發(fā)展變化息息相關(guān)。在過去的幾十年里，中國制造業(yè)積極參與全球制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，并且取得了舉世矚目的成就;而從2017年底到2018年初開始，全球產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的重塑趨勢漸現(xiàn)，基于供應(yīng)鏈安全、國家競爭、新冠疫情沖擊等因素， 全球整體產(chǎn)業(yè)格局正發(fā)生著重大的變化，在以多強(qiáng)并存、多區(qū)域發(fā)展、多元共治為特點(diǎn)的全球供應(yīng)鏈中，中國制造業(yè)越發(fā)顯露出向高端價(jià)值產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型升級的必要性，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的自主化已成為國家的重要發(fā)展戰(zhàn)略之一。

　　在2020年8月國務(wù)院頒發(fā)的《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》中，提出了一系列針對集成電路產(chǎn)業(yè)企業(yè)的財(cái)稅免稅、投融資、人才、國際產(chǎn)權(quán)等優(yōu)惠政策。今年8月24日，工信部答復(fù)政協(xié)十三屆全國委員會(huì)第四次會(huì)議第1095號提案稱，下一步，將以重大關(guān)鍵技術(shù)突破和創(chuàng)新應(yīng)用需求為主攻方向，將碳基材料納入“十四五”原材料工業(yè)相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，并將碳化硅復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料等納入“十四五”產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，以全面突破關(guān)鍵核心技術(shù)，攻克“卡脖子”品種，提高碳基新材料等產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化。

　　要發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，設(shè)備和材料是關(guān)鍵。盡管現(xiàn)階段中國本土半導(dǎo)體設(shè)備廠商在全球市場的影響力還較小，很難對國際大廠形成壓力，不過，隨著貿(mào)易壁壘加劇，以及本土設(shè)備廠商的頑強(qiáng)成長，加上政府的大力支持，使得本土設(shè)備廠商有了更大的試錯(cuò)和成長空間，近兩年的訂單量明顯提升。

　　例如，在較具優(yōu)勢、國產(chǎn)化率最高的刻蝕設(shè)備領(lǐng)域，中微公司是已經(jīng)進(jìn)入全球供應(yīng)鏈的國產(chǎn)刻蝕設(shè)備龍頭;北方華創(chuàng)為多業(yè)務(wù)布局的晶圓設(shè)備龍頭;至純科技為國內(nèi)清洗設(shè)備龍頭， 正處于產(chǎn)能擴(kuò)張階段;晶盛機(jī)電為大硅片設(shè)備龍頭;華峰測控為已進(jìn)入臺(tái)積電供應(yīng)鏈的測試設(shè)備龍頭;涂膠顯影機(jī)制造商芯源微和檢測設(shè)備制造商精測電子均計(jì)劃在上海臨港投入新的研發(fā)基地還有生產(chǎn)基地;萬業(yè)企業(yè)旗下的凱世通的離子注入機(jī)已陸續(xù)在主流存儲(chǔ)器芯片廠和國內(nèi)12英寸晶圓廠進(jìn)行產(chǎn)線驗(yàn)證并拿下多個(gè)訂單，產(chǎn)品在束流強(qiáng)度指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異。

　　國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備最幾年取得的傲人成績，以及未來巨大的成長潛力，也有力地帶動(dòng)了各個(gè)本土功能零部件行業(yè)的快速發(fā)展。

　　直驅(qū)技術(shù)在半導(dǎo)體設(shè)備市場大展拳腳

　　從目前的實(shí)際應(yīng)用來看，高速固晶機(jī)、貼片機(jī)等半導(dǎo)體封測設(shè)備，是很多直驅(qū)企業(yè)正在著手開發(fā)的重點(diǎn)應(yīng)用市場?；诜庋b技術(shù)微型化和集成化的快速發(fā)展，使得這類設(shè)備也必然朝著高精度、高速度、模塊化的方向邁進(jìn)。

　　例如，芯片拾取與貼裝(Pick & Place)是高密度超薄芯片封裝技術(shù)的兩項(xiàng)關(guān)鍵工藝。芯片拾取與貼裝的效率和可靠性直接影響著電子封裝的進(jìn)程、生產(chǎn)率和成本。芯片拾取是將芯片從晶圓盤上拾起，并轉(zhuǎn)移至基板的過程。在拾取過程中，頂針剝離、拾取位移、拾取速度和接觸保壓等參數(shù)都至關(guān)重要。如何以更精確的力度拾取芯片，并安全、準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到基板上，是提升超薄芯片封裝效率的一大關(guān)鍵。目前，國外先進(jìn)貼裝設(shè)備可達(dá)到拾取機(jī)構(gòu)亞微米級的位置反饋及毫克級的壓力控制。超薄芯片貼裝，是貼裝頭在加熱加壓條件下，完成將芯片貼裝到基板上的過程，貼裝效果直接決定著IC器件的電氣性能和粘接機(jī)械可靠性。在芯片貼裝的加壓和加熱互相耦合作用的瞬態(tài)過程中，貼裝頭需要下壓芯片以壓縮ACA流體導(dǎo)電粒子變形，并在芯片加熱過程中保持一定下壓力，等待ACA膠體固化。同等條件下，超薄芯片引腳間距越小(密度越大)，貼裝所需的時(shí)間就越長，對貼裝頭運(yùn)動(dòng)控制的要求就越苛刻。貼裝過程中貼裝頭壓力需時(shí)刻保持在15g左右并且保壓過程中壓力波動(dòng)需控制在±1g以內(nèi)。廠商需要根據(jù)芯片的尺寸、引腳密度和大小、捕捉導(dǎo)電粒子個(gè)數(shù)等來進(jìn)行加熱、加壓條件的設(shè)置， 才能有效地降低貼裝誤差。

　　此外，半導(dǎo)體芯片晶圓檢測在芯片制造的多道工序中發(fā)揮著重要作用。在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、制造、封裝中的各個(gè)環(huán)節(jié)都要進(jìn)行反復(fù)多次的檢測、測試以確保產(chǎn)品質(zhì)量，從而研發(fā)出符合系統(tǒng)要求的器件，缺陷相關(guān)的故障成本高昂，從 IC 級別的數(shù)十美元，到模塊級別的數(shù)百美元，乃至應(yīng)用端級別的數(shù)千美元。因此，檢測設(shè)備從設(shè)計(jì)、驗(yàn)證到整個(gè)半導(dǎo)體制造過程都具有無法替代的重要地位。以克洛諾斯納米級高端精密定位平臺(tái)為例，其最大行程達(dá)到350mm，最大速度達(dá)1200mm/ s，最大加速度達(dá)20m/s2，定位精度為0.2um，重復(fù)定位精度±15nm，為復(fù)雜的半導(dǎo)體晶圓實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的檢測提供專業(yè)解決方案。

　　微泓自動(dòng)化一直致力于多維精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研發(fā)與制造， 公司正加大研發(fā)力度，配合半導(dǎo)體設(shè)備廠商做好直驅(qū)產(chǎn)品的適配以及可靠性測試等工作，協(xié)助提升設(shè)備制造品質(zhì)。目前微泓自動(dòng)化能夠根據(jù)客戶的應(yīng)用需求，為客戶量身定制多維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)解決方案，其中包括：(1)12吋晶圓的光學(xué)關(guān)鍵尺寸、薄膜厚度、光刻疊對測量中的四維精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái);(2)12吋晶圓缺陷在線檢測的四維精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái);(3)球面和非球面表面測量中的四維精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。微泓自動(dòng)化開發(fā)的mPT-SR- UP系列超精密型產(chǎn)品通過采用高剛度超精密機(jī)械軸承作為回轉(zhuǎn)支承，獲得了優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)誤差性能和承載能力;搭配高精度的絕對式編碼器作為位置反饋，可獲得0.02arc-sec運(yùn)動(dòng)位置分辨率;該精密轉(zhuǎn)臺(tái)具有極高的定位精度、卓越的速度穩(wěn)定性和快速的定位能力，目前有150，200和260三種規(guī)格產(chǎn)品可供選擇。

　　半導(dǎo)體設(shè)備交期創(chuàng)下新高

　　根據(jù)CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊的報(bào)道，今年7月半導(dǎo)體制造設(shè)備的交期(從訂貨到交貨所需的時(shí)間)平均增長到了14個(gè)月，這是歷史上的最長紀(jì)錄，也是應(yīng)對半導(dǎo)體“超級周期”(景氣)，設(shè)備投資增加導(dǎo)致需求大爆發(fā)的結(jié)果。隨著半導(dǎo)體供應(yīng)不足的長期化，部分企業(yè)因找不到用于制造設(shè)備的半導(dǎo)體而推遲生產(chǎn)。

　　根據(jù)韓媒Thelec報(bào)道，往年平均為3至6個(gè)月的半導(dǎo)體設(shè)備交期在今年第一季度增加到10個(gè)月左右，7月份又平均增加到14個(gè)月。據(jù)了解，部分設(shè)備企業(yè)交期甚至長達(dá)兩年以上。交期較短的前制程設(shè)備的交期也超過了1年。一位業(yè)內(nèi)人士表示:“設(shè)備交期比幾個(gè)月前進(jìn)一步增加，目前已達(dá)到最高點(diǎn)?！?/p>

　　有媒體對各企業(yè)設(shè)備平均交期進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，以今年7月為準(zhǔn)，荷蘭曝光設(shè)備企業(yè)ASML的氟化氬(ArF)設(shè)備為24個(gè)月，i- line設(shè)備為18個(gè)月，7納米以下制程核心EUV設(shè)備為18個(gè)月。調(diào)查結(jié)果顯示，日本后制程設(shè)備企業(yè)DISCO的交期為12至15個(gè)月。尤其8英寸(200毫米)設(shè)備的供求處于最艱難的狀態(tài)。因去年開始出現(xiàn)8英寸Foundry短缺，設(shè)備訂單蜂擁而至。從各大廠商8英寸設(shè)備的平均交期來看，KLA overlay為14 個(gè)月、Ebara為14個(gè)月、AMAT 為13個(gè)月。

　　此外，TEL、日立高科、國際電氣、Advant est、Screen、KNS等公司的平均交期為12個(gè)月左右。據(jù)調(diào)查， VARIAN和Edwards的交期是10個(gè)月。中國企業(yè)的機(jī)臺(tái)設(shè)備的交期也增加到了5個(gè)月以上。交期的急速增長是由于半導(dǎo)體設(shè)備的需求劇增所致。而隨著半導(dǎo)體供應(yīng)不足，影響到設(shè)備芯片的采購，部分半導(dǎo)體設(shè)備的生產(chǎn)也出現(xiàn)了問題。業(yè)界有關(guān)負(fù)責(zé)人表示：“最近，半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)因無法拿到FPGA等零部件而無法生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備。半導(dǎo)體短缺現(xiàn)象對整個(gè)產(chǎn)業(yè)都是非常嚴(yán)重的影響?！币?yàn)榘雽?dǎo)體缺貨，需要增加設(shè)備，但是由于沒有用于制造設(shè)備的半導(dǎo)體，因而導(dǎo)致無法生產(chǎn)設(shè)備。

　　由于這種半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)不足，出現(xiàn)了交貨期較短的二手設(shè)備需求增加的現(xiàn)象。二手半導(dǎo)體設(shè)備將從以前的設(shè)備中引進(jìn)所謂的“核心(Core)”，通過改造成可以使用的系統(tǒng)的方式來制造。特別是8英寸二手設(shè)備的需求急劇增加。市調(diào)公司VLSI表示，今年上半年二手設(shè)備價(jià)格平均上漲了20%以上。半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)的“翻新”設(shè)備銷售量也在劇增?！胺隆笔侵富厥詹⒏麻e置設(shè)備的項(xiàng)目。據(jù)預(yù)測，半導(dǎo)體設(shè)備的需求增加和供應(yīng)不足將會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。半導(dǎo)體設(shè)備材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)3月時(shí)表示，今年全球半導(dǎo)體設(shè)備投資額有望比前一年增長15.5%，超過700億美元，明年可能會(huì)比今年上升12%，達(dá)到800億美元以上。