2018年我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)行業(yè)產(chǎn)值規(guī)模約是 1.4 : 1 : 1.2，其中設(shè)計(jì)業(yè)產(chǎn)值在2016年反超封測(cè)業(yè)。設(shè)計(jì)業(yè) 1999-2016 年年均增長(zhǎng)率 45%，2016年發(fā)生了巨大變化，在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)中，芯片設(shè)計(jì)業(yè)總規(guī)模超過(guò)制造和封測(cè)位列第一（設(shè)計(jì)占比約 38%），成為第一大產(chǎn)業(yè)，長(zhǎng)期以來(lái)設(shè)計(jì)業(yè)疲弱的情況得到扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)生了質(zhì)的變化，設(shè)計(jì)業(yè)在長(zhǎng)三角、珠三角、環(huán)渤海和中西部地區(qū)分布集中，國(guó)內(nèi)前十大芯片設(shè)計(jì)企業(yè)都是本土企業(yè)，幾年來(lái)產(chǎn)品自給率增長(zhǎng)不少，2012 年僅為 13.3%，而 2016年達(dá)到 26.6%，發(fā)展強(qiáng)勁，由此也催促IC制造和封測(cè)行業(yè)提升自給率，而制造和封測(cè)行業(yè)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)依賴設(shè)備，因此半導(dǎo)體設(shè)備逐步進(jìn)口替代是重中之重。

圖1：集成電路產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模（ 億元）

圖2：中國(guó) IC 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化 

為了便于研究 IC 制造和封測(cè)行業(yè)對(duì)設(shè)備的需求，可以將封測(cè)也并入 IC 制造工序，也就是當(dāng)芯片封裝測(cè)試后才算制造完成，由此可以將廣義的 IC 制造分為三大階段：硅片制備—晶圓制造—晶圓封測(cè)。

首先第一階段硅片制備，開(kāi)采半導(dǎo)體材料并根據(jù)半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提純。硅片以沙子為原料，通過(guò)轉(zhuǎn)化可以成為具有多晶硅結(jié)構(gòu)的純凈硅，形成帶有特殊電子和結(jié)構(gòu)參數(shù)的晶體，之后在晶體生長(zhǎng)和晶體準(zhǔn)備工藝中，晶體被切割成稱為晶圓的薄片，并進(jìn)行表面處理。

第二階段晶圓制造，就是在表面形成器件或集成電路。 在每個(gè)晶圓上通常可形成200-300 個(gè)同樣的器件，也可多至幾千個(gè)，晶圓制造有幾千個(gè)步驟，可以分為兩大主要部分：前段工藝線（ FEOL）是晶體管和其他器件在晶圓表面形成的，后端工藝線（ BEOL）是以金屬線把器件連在一起并加一層最終保護(hù)層。

第三階段晶圓封測(cè)，在第二階段晶圓制造后，晶圓上的芯片已經(jīng)完成，但是仍舊保持晶圓形式并未經(jīng)測(cè)試，因此每個(gè)芯片都需要晶圓電測(cè)來(lái)檢測(cè)是否符合客戶要求。 隨后進(jìn)行封裝，是指通過(guò)一系列過(guò)程把晶圓上的芯片分隔開(kāi)，然后將它們封裝起來(lái)，保護(hù)芯片免受污染和外來(lái)傷害的作用，并提供堅(jiān)固耐用的電氣引腳以和電路板或電子產(chǎn)品相連，這個(gè)階段最后還有芯片最終測(cè)試，因此稱為晶圓封測(cè)。

圖3：成熟市場(chǎng) IC 制造設(shè)備投資占比情況 

1、硅片制備

硅片質(zhì)量要求越來(lái)越高，加工流程也水漲船高，越來(lái)越精細(xì)。目前集成電路技術(shù)早已經(jīng)邁進(jìn)線寬工藝小于 0.1 微米的納米電子時(shí)代，對(duì)硅單晶拋光片的表面加工質(zhì)量要求愈來(lái)愈高，為保證硅拋光片的翹曲度、表面局部平整度、表面粗糙度等具有更高的加工精度，尤其是對(duì)大直徑硅拋光片進(jìn)行更加細(xì)致的加工，目前硅片制備主要步驟可以概括為：拉晶-切片-磨片-倒角-刻蝕-拋光-清洗-晶圓測(cè)試。

圖4：直徑 300mm 硅拋光片典型的加工工藝流程 

1.1、拉晶—單晶爐 41 億市場(chǎng)

晶體生長(zhǎng)：半導(dǎo)體晶圓是從大塊硅錠切割后的結(jié)果，而硅錠是從大塊具有多晶結(jié)構(gòu)和未摻雜本征材料生長(zhǎng)得來(lái)。把多晶塊轉(zhuǎn)變成一個(gè)大單晶，給予正確的定向和適量的 N 型或 P 型摻雜，這就是晶體生長(zhǎng)，而晶體生長(zhǎng)主要通過(guò)三種方法：直拉法、液體掩蓋直拉法和區(qū)熔法。采用直拉法（包括液體掩蓋直拉法）的硅單晶約占 85%，其他則采用區(qū)熔法，直拉法生長(zhǎng)的硅單晶主要用于生產(chǎn)低功率的集成電路和分立元件（如 DRAM、SRAM、ASIC 電路和各種晶體管），更容易獲得高含氧量和大直徑的硅錠，而區(qū)熔法生產(chǎn)的硅單晶，成本較高，具有電阻率均勻、氧含量低、金屬污染低等特性，故主要生產(chǎn)高反壓、大功率的電子元件（如電力整流器、晶閘管、功率集成電路等）。

無(wú)論是直拉法還是區(qū)熔法，使用的設(shè)備均為單晶爐，單晶爐由爐體、熱場(chǎng)、磁場(chǎng)、控制裝置等部件組成，其中控制爐內(nèi)溫度的熱場(chǎng)和控制晶體生長(zhǎng)形狀的磁場(chǎng)是決定單晶爐生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。 單晶爐主要是以進(jìn)口設(shè)備為主，如德國(guó) CGS 公司和美國(guó) KAYEX 的直拉單晶爐都是口碑較好的老牌產(chǎn)品，此外還有德國(guó) PVA、日本 FERROTEC 等，但目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分單晶爐國(guó)產(chǎn)化，8 英寸單晶爐逐步開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化，12 寸單晶爐尚無(wú)批量供貨，國(guó)內(nèi)的晶盛機(jī)電、南京京能、西安理工晶科等是單晶爐先行者。其中晶盛機(jī)電承擔(dān)的 02 專項(xiàng)“300mm 硅單晶直拉生長(zhǎng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)”、“8 英寸區(qū)熔硅單晶爐國(guó)產(chǎn)設(shè)備研制”兩大項(xiàng)目，均已通過(guò)專家組驗(yàn)收。 晶盛的 8 寸直拉單晶爐和區(qū)熔單晶爐均已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，為中環(huán)半導(dǎo)體、 有研半導(dǎo)體、環(huán)歐半導(dǎo)體、金瑞泓等國(guó)內(nèi)知名半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)商累計(jì)供應(yīng)了幾十臺(tái)設(shè)備。單晶爐投資占硅片制備設(shè)備的投資 25%左右，預(yù)計(jì)到2020 年新增需求為 40.5 億元，是逐漸加快進(jìn)口替代的設(shè)備行業(yè)。

圖5：拉晶工序圖 

1.2、切片： 8 億市場(chǎng)

晶體生長(zhǎng)之后變進(jìn)入晶圓準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，第一步是硅切片加工。 硅切片加工的目的在于將硅錠切成一定厚度的薄晶片，切后的參數(shù)如晶向偏離度、 TTV 等精度對(duì)后道工序的加工（如研磨、刻蝕和拋光等）起直接作用，主要包括切去兩端、硅片定位、精準(zhǔn)切割等步驟，切割通常有外圓、內(nèi)圓和線切割三種方式，小直徑硅錠多采用內(nèi)圓切片機(jī)加工，而線切割工藝則具有更高的加工精度和更小的切口材料損耗，目前大于 200mm 的硅錠均采用線切割系統(tǒng)。以加工直徑 200mm 硅單晶為例，切片厚度為 800 微米，每千克單晶出片約為 13.4 片，切割成本每片約 1.51 美元，線切割機(jī)的產(chǎn)量是內(nèi)圓切割機(jī)的 5 倍以上、線切割機(jī)的切割運(yùn)行成本可低于內(nèi)圓切割機(jī)運(yùn)行成本 20%以上。

切片工序主要應(yīng)用的設(shè)備包括切割機(jī)、 滾圓機(jī)、截?cái)鄼C(jī)等。 由于精度要求高，國(guó)內(nèi)和國(guó)外技術(shù)差別較大，因而目前以進(jìn)口設(shè)備為主，主要有日本的東京精密、齊藤精機(jī)、瑞士HCT、 M&B 等，國(guó)內(nèi)的晶盛機(jī)電在 2018 年展成功推出 6-12 英寸半導(dǎo)體級(jí)的單晶硅滾圓機(jī)、單晶硅截?cái)鄼C(jī)，中電科 45 所能提供部分切片機(jī)產(chǎn)品。切片設(shè)備占硅片制備設(shè)備的投資 5%左右，預(yù)計(jì)到 2020 年我國(guó)新增需求為 8.1 億，也是繼續(xù)進(jìn)口替代的行業(yè)。

圖6：切片工序圖 

1.3、磨片： 幾乎完全進(jìn)口

半導(dǎo)體晶圓的表面要光滑規(guī)則，并且沒(méi)有切割損傷，完全平整，因此需要磨片處理。 要求來(lái)自于很小尺寸制造器件的表面和次表層面，平整度是小尺寸圖案絕對(duì)必要條件，先進(jìn)的光刻工藝把所需的圖案投影到晶圓表面，如果表面不平，投影將會(huì)扭曲。而平整則需要磨片，是一個(gè)傳統(tǒng)的磨料研磨工藝，精調(diào)到半導(dǎo)體使用的要求。主要包括雙面磨削（直徑小于 300mm）和表面磨削（直徑大于 300mm），雙面磨削加工損耗較大，而表面磨削損耗較小。磨片步驟使用的設(shè)備為研磨系統(tǒng)，和切片設(shè)備一樣，幾乎完全是進(jìn)口。 國(guó)外品牌包括日本 KoYo、 NTC、 Okamoto 和德國(guó) Peter Wolters 等，國(guó)內(nèi)無(wú)相應(yīng)產(chǎn)品，占硅片設(shè)備投資 5%左右，到 2020 年新增需求 8.1 億。

圖7：磨片工序圖

1.4、倒角設(shè)備

倒角是要消除硅片邊緣表面由于經(jīng)切割加工后產(chǎn)生的棱角、毛刺、崩邊、裂縫或其他缺陷和各種邊緣表面污染，從而降低硅片邊緣表面的粗糙度，增加硅片邊緣表面的機(jī)械強(qiáng)度，減少顆粒的表面玷污。主要使用的設(shè)備是倒角機(jī)，一般分為 T 形磨輪和 R 形磨輪，R 形磨輪比 T 形磨輪加工效率高 30%作用，倒角機(jī)系統(tǒng)仍然是國(guó)外壟斷，日本 TSK、日立，德國(guó)博世等技術(shù)領(lǐng)先，占硅片制備設(shè)備投資 5%左右，預(yù)計(jì)到 2020 年我國(guó)新增市場(chǎng)空間為 8.1 億。

圖8：倒角工序圖

1.5、刻蝕機(jī)（硅片制備環(huán)境） 16 億市場(chǎng)

硅刻蝕是一種化學(xué)腐蝕工藝，包括酸腐蝕和堿腐蝕。 硅晶片在經(jīng)過(guò)切片、研磨等機(jī)械加工后，表面因機(jī)械加工應(yīng)力而形成有一定深度的機(jī)械應(yīng)力損傷層，而且硅片表面有金屬離子等雜質(zhì)污染，通常采用化學(xué)腐蝕工藝（酸腐蝕或堿腐蝕）來(lái)消除這些影響，化學(xué)腐蝕的厚度去除總量一般是 30-50 微米，酸腐蝕后硅晶片各個(gè)結(jié)晶方向會(huì)受到均勻的化學(xué)腐蝕，速度較快，硅片表面比較光亮，不易吸附雜質(zhì)，但平坦度差、較難控制，而堿腐蝕雖然速度慢，但硅片表面比較平坦，但又比較粗糙易吸附雜質(zhì)。刻蝕流程所采用的設(shè)備為刻蝕設(shè)備。國(guó)外產(chǎn)品包括美國(guó) SEMITOOL、德國(guó) RENA 等，國(guó)內(nèi)逐漸開(kāi)始進(jìn)口替代，主要以北方華創(chuàng)（等離子硅刻蝕機(jī)）和中微半導(dǎo)體（等離子介質(zhì)刻蝕機(jī)）為主，刻蝕設(shè)備占硅片設(shè)備投資 10%左右，未來(lái)兩年共 16.3 億市場(chǎng)。

圖9：刻蝕工序圖 

1.6、拋光： CMP 設(shè)備 40 億市場(chǎng)

拋光目的在于去除前序切片、研磨等殘留的微缺陷及表面應(yīng)力損傷層和去除表面的各種金屬離子等雜志污染，以求獲得硅片表面局部平整、表面粗糙度極低的潔凈、光亮“鏡面”，滿足制備各種微電子器件對(duì)硅片的技術(shù)要求。流程包括粗拋、細(xì)拋、精拋和最終拋光，值得注意的是，硅片表面的化學(xué)機(jī)械拋光 CMP 技術(shù)和 IC 制備工藝中的晶片表面平坦化 CMP 是兩種不同的拋光工藝，兩者在拋光對(duì)象、拋光布、拋光液、拋光壓力、轉(zhuǎn)速等方面均有較大差別。

目前國(guó)內(nèi)仍以國(guó)外為主，但已經(jīng)開(kāi)始了國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。 國(guó)內(nèi)晶盛機(jī)電率先取得突破， 2018年成功研發(fā)出 6-8 英寸的全自動(dòng)硅片拋光機(jī)，未來(lái)有望將產(chǎn)品拓展至 12 英寸拋光設(shè)備。國(guó)外以美國(guó) Revasum、日本 Speed Bfam、 KOVAX，荷蘭 ASML 等為主，占硅片制備設(shè)備投資約 25%，預(yù)計(jì)到 2020 年共 40.5 億市場(chǎng)。

圖10：拋光工序圖 

1.7、清洗設(shè)備-約占硅片設(shè)備 10%

硅片經(jīng)過(guò)不同工序加工后，表面已經(jīng)收到嚴(yán)重污染，硅片清潔的目的在于清除表面的微粒、金屬離子及有機(jī)物沾污等。一般先通過(guò)強(qiáng)氧化劑使“電鍍”附著到硅表面的金屬離子氧化成金屬，溶解在清洗液或者附在硅片上，然后用小直徑正離子替代吸附在硅片表面的金屬離子，使之溶解在清洗液中，最后用大量去離子水進(jìn)行超聲波清洗，以排除溶液中的金屬離子。

清洗設(shè)備目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)口替代，但高端市場(chǎng)仍被國(guó)外壟斷。北方華創(chuàng)、盛美半導(dǎo)體、至純科技為國(guó)內(nèi)清洗設(shè)備“三劍客”，其中盛美半導(dǎo)體是國(guó)內(nèi)唯一跨入 14nm 產(chǎn)線驗(yàn)證的清洗設(shè)備廠商，技術(shù)上已經(jīng)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。但高端市場(chǎng)仍被全球半導(dǎo)體晶圓清洗設(shè)備市場(chǎng)的前三名廠商 LamResearch、東京電子和 DNS 壟斷，在 2015 年占據(jù)市場(chǎng)87.7%的份額。清洗設(shè)備占硅片制備設(shè)備投資約 10%，預(yù)計(jì)到 2020 年共 16.2 億市場(chǎng)。

圖11：清洗工序圖

1.8、晶圓檢測(cè)：檢測(cè)設(shè)備 24 億市場(chǎng)

晶圓檢測(cè)主要是對(duì)表面缺陷檢測(cè)。硅單晶、拋光片的電學(xué)、物理和化學(xué)等性質(zhì)以及加工精度將直接影響集成電路制備的特性和成品率，為了滿足對(duì)硅單晶、拋光片的高要求，必須采用先進(jìn)的測(cè)試方法，對(duì)硅單晶的晶向、缺陷、氧含量、碳含量、電阻率、導(dǎo)電型號(hào)、少數(shù)載流子濃度、等技術(shù)參數(shù)有效測(cè)試，對(duì)拋光片表面缺陷（點(diǎn)缺陷、錯(cuò)位、層錯(cuò)等），顆粒污染和沾污進(jìn)行檢測(cè)。

檢測(cè)設(shè)備包括厚度儀、顆粒檢測(cè)儀、硅片分選儀等。目前國(guó)產(chǎn)設(shè)備涉足較少，主要以進(jìn)口設(shè)備為主，包括日本 Advantest、美國(guó) MTI 等公司，檢測(cè)設(shè)備占硅片制備設(shè)備投資約15%，預(yù)期未來(lái)兩年共 24.3 億市場(chǎng)。

1.9、硅片供不應(yīng)求，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化正當(dāng)時(shí)

供給端—全球硅片出貨量維持高位。硅片是半導(dǎo)體芯片制備的基礎(chǔ)原材料，目前 90%以上的芯片和傳感器是基于半導(dǎo)體單晶硅片制造而成，2018 年我國(guó)硅片占晶圓廠制造材料的總比重高達(dá) 30%，是不可或缺的制備材料，2018 年全球硅片出貨接近 130 億平方英寸，增速 7.81%。需求端—硅片需求繼續(xù)攀升。在經(jīng)歷了 2018 年硅片需求的高速增長(zhǎng)后，盡管 2019 年下游景氣度不佳，但 IHS Markit 估計(jì) 2019 年硅片需求仍將繼續(xù)增長(zhǎng) 3.6%，供應(yīng)缺口會(huì)一直延續(xù)到 2022 年。

供需缺口將成常態(tài)，國(guó)產(chǎn)硅片勢(shì)在必行。 供不應(yīng)求和寡頭壟斷的格局下（ 五大半導(dǎo)體硅片供應(yīng)商市場(chǎng)規(guī)模合計(jì)占 94%），硅片價(jià)格水漲船高， 2016-2018 年間硅片價(jià)格暴漲40%。面對(duì)這一情況，我國(guó)只能大幅興建晶圓制造廠，根據(jù) SEMI 統(tǒng)計(jì)，過(guò)去兩年間，全球新建 17 座 12 寸晶圓制造廠，其中有 10 座位于中國(guó)大陸；從 2017 年到 2020 年，預(yù)計(jì)全球新增半導(dǎo)體產(chǎn)線 62 條，其中 26 條位于中國(guó)大陸。 晶圓制造廠的大量興建，必然催生硅片制備設(shè)備的需求，由此為設(shè)備國(guó)產(chǎn)化帶來(lái)突破契機(jī)。

產(chǎn)能供不應(yīng)求，硅片設(shè)備剛需 162 億，硅片制造工序?yàn)槔А衅テ菇恰涛g—拋光—清洗—檢測(cè)，其中拉晶、拋光和檢測(cè)為硅片制造核心環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)設(shè)備分別為單晶爐（占整體設(shè)備價(jià)值量 25%）、 CMP拋光機(jī)（ 25%）、檢測(cè)設(shè)備（ 15%）。 目前，硅片制造設(shè)備主要被日韓、歐美企業(yè)壟斷，代表廠商有德國(guó) CGS、日本齊藤精機(jī)、 KoYo 等。國(guó)產(chǎn)設(shè)備由于起步較晚，在硅片制造環(huán)仍處于發(fā)展階段，進(jìn)口替代市場(chǎng)極大，代表廠商有晶盛機(jī)電、北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體等，其中晶盛機(jī)電的 8 英寸單晶爐逐步開(kāi)始實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代， 12 寸單晶爐開(kāi)始小批量生產(chǎn)，現(xiàn)已交付上海新昇使用，并在 SEMICON China 2018 展會(huì)上推出了滾圓機(jī)、截?cái)鄼C(jī)、雙面研磨機(jī)、全自動(dòng)硅片拋光機(jī)等新品設(shè)備，進(jìn)一步向硅片制造全制程延伸。

圖12：硅片制備設(shè)備全景圖

國(guó)內(nèi)需求缺口大，硅片制備迎來(lái)“野蠻生長(zhǎng)期”，設(shè)備投資迎來(lái)高峰。 根據(jù)芯思想研究院的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 2018-2020 年，我國(guó)對(duì) 8 英寸硅片的需求量將從 90 萬(wàn)片/月上升至 180萬(wàn)片/月，新增需求 80 萬(wàn)片/月。12 英寸硅片的需求量從 60 萬(wàn)片/月上升到 105 萬(wàn)片/月，新增需求量 45 萬(wàn)片/月。假設(shè) 8 英寸和 12 英寸每 10 萬(wàn)片投資額分別為 6 億元和24 億元，潛在新增設(shè)備需求為 54 億元和 108 億元， 目前我國(guó) 4-6 英寸硅片已經(jīng)完全資產(chǎn)，因此主要設(shè)備需求都在 8 英寸和 12 英寸，因此預(yù)計(jì) 2018-2020 年硅片設(shè)備國(guó)內(nèi)新增設(shè)備投資額為 162 億元。

2、晶圓制造

晶圓制造是最復(fù)雜且資金投入最多的環(huán)節(jié)，是千億大市場(chǎng)，核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化刻不容緩。自硅片開(kāi)始的晶圓制造是第二階段，硅片經(jīng)過(guò)氧化、沉積、蝕刻及離子注入等步驟反復(fù)處理，成為一整套集成電路。 晶圓制造就是裸露的硅片到達(dá)工廠，然后經(jīng)過(guò)各種清洗、成膜、光刻、刻蝕和摻雜處理，成為永久刻蝕在硅片上的一整套集成電路。具體來(lái)說(shuō)，就是在硅晶圓上制作電路與電子元件（如電晶體、電容體、邏輯閘等），這個(gè)步驟為上述各制程中所需技術(shù)最復(fù)雜且資金投入最多的過(guò)程，以微處理器為例，其所需處理步驟可達(dá)數(shù)百道，而其所需加工機(jī)臺(tái)先進(jìn)且昂貴，動(dòng)輒數(shù)千萬(wàn)美元一臺(tái)，其所需制造環(huán)境為溫度、濕度與含塵量均需控制的無(wú)塵室，雖然詳細(xì)的處理程序是隨著產(chǎn)品種類與所使用的技術(shù)有關(guān)，不過(guò)其基本處理步驟通常是晶圓先經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)那逑粗螅又M(jìn)行氧化及沉積，最后進(jìn)行顯影、蝕刻及離子植入等反覆步驟，以完成晶圓上電路的加工與制作。

圖13：晶圓制造工序

2.1、氧化： 氧化爐 20 億美元市場(chǎng)

氧化目的在于生成二氧化硅薄膜。用硅作為原材料的一個(gè)重要原因就是硅容易生長(zhǎng)出二氧化硅膜層，這樣在半導(dǎo)體上結(jié)合一層絕緣材料，再加上二氧化硅的其他特性，使得二氧化硅成為硅器件制造中得到最廣泛應(yīng)用的薄膜。可以用來(lái)處理硅表面，做摻雜阻擋層、表面絕緣層，以及器件中的絕緣部分。半導(dǎo)體二氧化硅是高濃度的，經(jīng)過(guò)特定方法制成，即是在氧化劑及逐漸升溫的條件下，光潔的硅表面生成的，這種工藝稱為熱氧化。二氧化硅層在常壓或高壓條件下才能生長(zhǎng)，常壓氧化發(fā)生在不必有意控制內(nèi)部壓力的系統(tǒng)中（也就是大氣壓），目前有兩種常壓技術(shù)：管式反應(yīng)爐和快速氧化系統(tǒng)，也因此有兩種氧化爐：傳統(tǒng)管式反應(yīng)爐和快速熱處理設(shè)備（ RTP）。 RTP 相對(duì)于傳統(tǒng)管式反應(yīng)爐的區(qū)別在于， RTP 甚至可以以每秒 50-100 攝氏度的速率達(dá)到 800-1050 攝氏度的工藝溫度，而傳統(tǒng)反應(yīng)爐需要幾分鐘才可以，相應(yīng)的也可以迅速冷卻。此外隨著晶圓直徑越來(lái)越大，對(duì)均勻度的要求也更傾向于采用單片工藝的 RTP。

圖14：氧化工序圖

傳統(tǒng)管式反應(yīng)爐約占晶圓制造設(shè)備投資 5%， RTP 設(shè)備約占 2%。預(yù)計(jì) 2019/2020年氧化爐的市場(chǎng)空間為 8.8 億美元、 11.93 億美元， RTP 設(shè)備市場(chǎng)空間 2.51 億美元、3.41 億美元，并且已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)口替代。國(guó)外主要廠家有英國(guó) Themco 公司、Centrotherm thermal Solutions 公司等，國(guó)內(nèi)北方華創(chuàng)的氧化爐目前已經(jīng)批量應(yīng)用于中芯國(guó)際、華力微電子、長(zhǎng)江存儲(chǔ)等廠商，此外中電科 48 所、青島旭光等也取得重大進(jìn)展。

2.2、光刻：光刻機(jī) 90 億美元市場(chǎng)

         從光刻開(kāi)始就進(jìn)入圖形化工藝階段，圖形化工藝是在晶圓內(nèi)和表面層建立圖形的一系列加工，這些圖形根據(jù)集成電路中物理器件的要求來(lái)確定其尺寸和位置，是半導(dǎo)體工藝過(guò)程中最重要的工序之一。 光刻工藝主要有兩個(gè)目標(biāo)，一是在晶圓中和表面產(chǎn)生圖形，這些圖形的尺寸在集成電路或者器件設(shè)計(jì)階段建立，二是將電路圖形相對(duì)于晶圓的晶向及以所有層的部分對(duì)準(zhǔn)的方式，正確地定位于晶圓上。一種集成電路工藝要求 40 個(gè)以上獨(dú)立的光刻（或掩模）步驟，圖形定位的要求就好像是一棟建筑物每一層之間所要求的而正確對(duì)準(zhǔn)，如果每層無(wú)法和上一層精確對(duì)準(zhǔn)將導(dǎo)致整個(gè)電路的失效，因此光刻對(duì)精度要求非常高，是技術(shù)壁壘最高的工藝之一。

光刻工藝和照相、蠟紙印刷比較接近的一種多步驟的圖形轉(zhuǎn)移過(guò)程。開(kāi)始將一個(gè)電路的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為器件和電路的各個(gè)部分的 3 個(gè)維度，接下來(lái)繪出 X-Y（表面）尺寸、形狀和表面對(duì)準(zhǔn)的復(fù)合圖。然后將復(fù)合圖分割成單獨(dú)掩模層（一套掩模）。這個(gè)電子信息被夾在到圖形發(fā)生器中，來(lái)自圖形發(fā)生器的信息又被用來(lái)制造放大掩膜版和光刻掩模版，或者信息可以驅(qū)動(dòng)曝光和對(duì)準(zhǔn)設(shè)備來(lái)直接將圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上。

概括而言，圖形轉(zhuǎn)移是通過(guò)兩步完成的。 第一次圖形被轉(zhuǎn)移到光刻膠層，光刻膠類似膠卷上所涂的感光物質(zhì)，曝光后會(huì)導(dǎo)致自身性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化，比如負(fù)膠會(huì)產(chǎn)生聚合現(xiàn)象，即光刻膠被曝光的部分由可溶性物質(zhì)變成了非溶性物質(zhì)，反之則成為正膠。第二次圖形轉(zhuǎn)移是從光刻膠層到晶圓層，當(dāng)刻蝕劑把晶圓表面沒(méi)有被光刻膠蓋住的部分去掉時(shí)，圖形轉(zhuǎn)移就發(fā)生了。

具體的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱為光刻十步法，第 1 步到第 7 步之間發(fā)生了第一次圖形轉(zhuǎn)移，第 8-第 10 步中圖形被轉(zhuǎn)移到了晶圓表面層（第二次圖形轉(zhuǎn)移）。

圖15：光刻“十步”工序圖 

光刻工藝需要的設(shè)備就是光刻機(jī)，光刻機(jī)根據(jù)原理不同可分為三代： 第一代（接觸式光刻機(jī)、接近式光刻機(jī)）、第二代（掃描投影光刻機(jī)）、第三代（步進(jìn)式光刻機(jī)、步進(jìn)掃描式光刻機(jī)）。第一代接觸式光刻機(jī)屬于 20 世紀(jì) 70 年代應(yīng)用最廣的光刻機(jī)，主要用于分立器件產(chǎn)品、小規(guī)模（ SSI）和中規(guī)模（ MSI）集成電路，以及大約在 5 微米或者大的特征圖形尺寸，還可以用于平板顯示、紅外傳感器、器件封裝和多芯片封裝（ MCM），但是之所以被取代，主要是由于掩模版與晶圓的接觸帶來(lái)的良品率損失。接近式光刻機(jī)屬于接觸式光刻機(jī)的加強(qiáng)版，而掃描投影光刻機(jī)則屬于第二代，它采用了帶有夾縫的反射鏡系統(tǒng)，夾縫擋住了部分來(lái)自光源的光，也就是用掃描技術(shù)避免全局掩模曝光投影產(chǎn)生的問(wèn)題。第三代步進(jìn)式光刻機(jī)原理則是把圖像從掩模版分步曝光到晶圓表面上，帶有一個(gè)或幾個(gè)芯片圖形的放大掩模版被對(duì)準(zhǔn)、曝光、然后步進(jìn)到下一個(gè)曝光場(chǎng)，重復(fù)這樣的過(guò)程，這樣放大掩模版比全局掩模版的質(zhì)量高，因此產(chǎn)生缺陷的數(shù)量就更小，而且每次曝光區(qū)域變小，分辨率也得以提高。步進(jìn)光刻機(jī)的難度在于自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。

目前世界上最大的光刻機(jī)制造商是荷蘭 ASML。 1984 年 ASML 從飛利浦獨(dú)立出來(lái)，專門致力于研發(fā)光刻技術(shù)，得益于近乎完美的德國(guó)機(jī)械工藝以及世界頂級(jí)光學(xué)廠商德國(guó)蔡司鏡頭， 再加上美國(guó)提供的光源， ASML 迅速發(fā)展，到如今占到了全球光刻機(jī)總銷售收入的 80%，其他如尼康則在中低端光刻機(jī)領(lǐng)域耕耘，在極紫外光(EUV)領(lǐng)域，目前 ASML處于完全壟斷地位。曾經(jīng)一臺(tái)高端設(shè)備賣到了 1 億歐元。荷蘭是全球?yàn)閿?shù)不多擁有完整半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的國(guó)家，其半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)年收益高達(dá)百億歐元以上，全球超過(guò)四分之一的半導(dǎo)體設(shè)備來(lái)自荷蘭。

光刻機(jī)這種高精度光機(jī)一體化設(shè)備，研發(fā)過(guò)程沒(méi)有什么捷徑可走，精度只能一步步提升。沒(méi)有一微米的基礎(chǔ)，就不可能造 90 納米的設(shè)備，沒(méi)有 90 納米的基礎(chǔ)，就不可能造 45納米的設(shè)備。現(xiàn)在 ASML 可以造 10 納米以內(nèi)精度的設(shè)備，也是一步步積累出來(lái)的。除了荷蘭 ASML 外，德國(guó) SUSS、日本尼康、美國(guó) Ultratech 等也具有較強(qiáng)實(shí)力。 這些年來(lái)，國(guó)內(nèi)早就有設(shè)備廠商，以及研究機(jī)構(gòu)在對(duì)光刻機(jī)進(jìn)行研發(fā)。如上海微電子、中電科四十五所、中電科四十八所等。上海微電子，則研發(fā)出了中端的投影式光刻機(jī)。 2016年初，光刻機(jī)核心子系統(tǒng)雙工件臺(tái)系統(tǒng)樣機(jī)研發(fā)項(xiàng)目通過(guò)內(nèi)部驗(yàn)收，為我國(guó)自主研發(fā)65nm 至 28nm 雙工件干臺(tái)式及浸沒(méi)式光刻機(jī)奠定了基礎(chǔ)。光刻機(jī)約占晶圓制造設(shè)備投資 30%，預(yù)計(jì) 2019/2020 年我國(guó)光刻機(jī)市場(chǎng)空間為 37.68 億美元、 51.12 億美元。

2.3、刻蝕：刻蝕機(jī) 35 億美元市場(chǎng)

         晶圓完成對(duì)準(zhǔn)和曝光后，器件或電路的圖案將以曝光和未曝光區(qū)域的形式記錄在光刻膠上通過(guò)對(duì)為聚合光刻膠的化學(xué)分解來(lái)使圖案顯影。完成顯影后，掩模板就被固定在光刻膠膜上并準(zhǔn)備刻蝕，在刻蝕后圖形就會(huì)被永久的轉(zhuǎn)移到晶圓的表層，刻蝕就是通過(guò)光刻膠暴露區(qū)域來(lái)去掉晶圓最表層的工藝，主要分為兩大類：濕法刻蝕和干法刻蝕。

濕法刻蝕是使用液體刻蝕沉浸的技術(shù)，晶圓沉浸于裝有刻蝕劑的槽中，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，傳遞到?jīng)_洗設(shè)備去除殘留的酸，再送到最終清洗臺(tái)以沖洗和甩干。相對(duì)于干法刻蝕，濕法刻蝕有眾多缺陷，比如局限于 2 微米以上的圖形尺寸、容易導(dǎo)致邊側(cè)形成斜坡、要求沖洗和干燥步驟等，因此干法刻蝕被用于先進(jìn)電路的小特征尺寸精細(xì)刻蝕中，并且在刻蝕率、輻射損傷、微粒產(chǎn)生等方面擁有較大優(yōu)勢(shì)，包括等離子體刻蝕、離子銑刻蝕及反應(yīng)離子刻蝕。刻蝕后再通過(guò)剝離技術(shù)去除光阻層。

圖16：刻蝕工藝簡(jiǎn)介 

刻蝕機(jī)約占晶圓制造設(shè)備投資 12%，預(yù)計(jì) 2019/2020 年我國(guó)刻蝕機(jī)空間為 15.07 億美元、 20.45億美元，行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)口替代，海外主要是美國(guó)應(yīng)用材料公司、美國(guó)泛林等。國(guó)內(nèi)主要是北方華創(chuàng)在硅刻蝕機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了14nm的突破，同時(shí)也在去年實(shí)現(xiàn)了適用于 8 英寸晶圓的金屬刻蝕機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)，即將登錄科創(chuàng)板的中微半導(dǎo)體的介質(zhì)刻蝕機(jī)自主研發(fā)的 5nm 等離子體刻蝕機(jī)經(jīng)臺(tái)積電驗(yàn)證，性能優(yōu)良，將用于全球首條 5nm制程生產(chǎn)線。

2.4、拋光： CMP 拋光機(jī) 9 億美元市場(chǎng)

化學(xué)機(jī)械拋光（ CMP）兼具有研磨性物質(zhì)的機(jī)械式研磨與酸堿溶液的化學(xué)式研磨兩種作用，可以使晶圓表面達(dá)到全面性的平坦化，以利后續(xù)薄膜沉積之進(jìn)行。在 CMP 制程的硬設(shè)備中，研磨頭被用來(lái)將晶圓壓在研磨墊上并帶動(dòng)晶圓旋轉(zhuǎn)，至于研磨墊則以相反的方向旋轉(zhuǎn)。在進(jìn)行研磨時(shí)，由研磨顆粒所構(gòu)成的研漿會(huì)被置于晶圓與研磨墊間。影響CMP 制程的變量包括有：研磨頭所施的壓力與晶圓的平坦度、晶圓與研磨墊的旋轉(zhuǎn)速度、研漿與研磨顆粒的化學(xué)成份、溫度、以及研磨墊的材質(zhì)與磨損性等，因此對(duì) CMP拋光機(jī)質(zhì)量要求很高。

預(yù)計(jì) 2019/2020 年拋光機(jī)空間 3.77 億美元、 5.11 億美元。參與企業(yè)有美國(guó)應(yīng)用材料公司、Rtec 公司等，國(guó)內(nèi)有中電科裝備、盛美半導(dǎo)體等。中電科裝備的8寸 CMP 設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入中芯國(guó)際生產(chǎn)線進(jìn)行工藝驗(yàn)證，12 英寸的設(shè)備也在研發(fā)當(dāng)中。

圖17：硅單晶表面和 IC 設(shè)備表面 CMP 拋光不同 

2.5、摻雜和 CVD 沉積：CVD設(shè)備 60 億美元市場(chǎng)

摻雜目的在于形成 PN 結(jié)。 半導(dǎo)體材料的特性之一就是導(dǎo)電性和導(dǎo)電類型（ N 型和 P 型）能夠通過(guò)在材料中摻入專門的雜質(zhì)而被產(chǎn)生和控制，通過(guò)引入專門的摻雜物，形成使晶體管和二極管工作的 PN 結(jié)。主要有兩種方式：采用離子注入或熱擴(kuò)散工藝，在晶圓表面形成結(jié)。熱擴(kuò)散是指通過(guò)加熱，將摻雜材料散布到晶圓體內(nèi)，而現(xiàn)在離子注入已經(jīng)逐漸取代了較老的熱擴(kuò)散工藝，并且在當(dāng)今的小型和多種結(jié)構(gòu)器件方面起作用，與熱擴(kuò)散不同，離子注入是物理過(guò)程，也就是說(shuō)注入動(dòng)作不依賴于雜質(zhì)與晶圓材料的化學(xué)反應(yīng)，意味著工藝在接近室溫下可以進(jìn)行，寬范圍濃度的摻雜成為可能，并可以對(duì)晶圓內(nèi)摻雜的位置和數(shù)量進(jìn)行更好的控制，因此廣泛應(yīng)用于先進(jìn)電路的摻雜步驟。

雖然摻雜的區(qū)域和 PN 結(jié)的形成電路中的電子有源原件的核心，但是需要各種其他半導(dǎo)體、絕緣介質(zhì)和導(dǎo)電層完成器件，并促使這些器件集成為電路，化學(xué)氣象淀積（ CVD）就是將這些層加到晶圓表面。 CVD 沉積之后產(chǎn)生的薄層具有各種作用，包括外延層、絕緣介質(zhì)層、金屬導(dǎo)體層、最終的鈍化層等。并且播磨需要具有均勻的厚度以同時(shí)滿足電性能和機(jī)械性能的要求，也必須具有平整光滑的表面，以及必須無(wú)應(yīng)力且不含有不需要的化學(xué)元素，是較為復(fù)雜的工藝

CVD 沉淀的工序中，氧化是以循環(huán)的方式進(jìn)行的，首先將晶圓裝載到反應(yīng)室內(nèi)，裝載過(guò)程通常是在惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行的，然后晶圓被加熱到預(yù)定溫度，將反應(yīng)氣體引入淀積薄膜的反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，最后將參與反應(yīng)的化學(xué)氣體排出反應(yīng)室，移出晶圓。

圖18：離子注入機(jī)工序 

圖19：CVD 膜生長(zhǎng)過(guò)程 

預(yù)計(jì) 2019/2020 年離子注入機(jī)的市場(chǎng)空間為 5.02 億美元、6.82 億美元。 國(guó)外廠商有美國(guó) AMAT 公司等，目前國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)離子注入機(jī)的企業(yè)只有中電科電子裝備公司，其 12英寸中束流離子注入機(jī)以優(yōu)秀等級(jí)通過(guò)國(guó)家 02 專項(xiàng)實(shí)施管理辦公室組織的驗(yàn)收， 2015年在中芯國(guó)際完成了 55nm、 45nm 和 40nm 的小批量產(chǎn)品工藝驗(yàn)證，到 2017 年中束流離子注入機(jī)已經(jīng)在中芯國(guó)際實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定流片 200 萬(wàn)片。目前中電科的大束流離子注入機(jī)已經(jīng)進(jìn)駐中芯國(guó)際。

2.6、PVD 沉積： PVD 沉積設(shè)備 35 億美元市場(chǎng)

PVD 沉積主要是一種物理制程而非化學(xué)制程。 此技術(shù)一般使用氬等惰性氣體，藉由在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材后，可將靶材原子一個(gè)個(gè)濺擊出來(lái)，并使被濺擊出來(lái)的材質(zhì)（通常為鋁、鈦或其合金）沉積在晶圓表面。 PVD 以真空、測(cè)射、離子化或離子束等方法使純金屬揮發(fā)，與碳化氫、氮?dú)獾葰怏w作用，加熱至 400～ 600℃（約1～ 3 小時(shí)）后，蒸鍍碳化物、氮化物、氧化物及硼化物等 1-10 微米厚之微細(xì)粒狀薄膜。

對(duì)比 CVD 和 PVD 薄膜的沉積方法，兩者根據(jù)其用途的不同而不同，形成薄膜的厚度通常小于 1um，有絕緣膜、半導(dǎo)體薄膜、金屬薄膜等各種各樣的薄膜。 CVD 法有外延生長(zhǎng)法、 HCVD， PECVD 等。 PVD 有濺射法和真空蒸發(fā)法。一般而言， PVD 溫度低，沒(méi)有毒氣問(wèn)題； CVD 溫度高，需達(dá)到 1000 攝氏度以上將氣體解離，來(lái)產(chǎn)生化學(xué)作用。PVD 沉積到材料表面的附著力較 CVD 差一些， PVD 適用于在光電產(chǎn)業(yè)，而半導(dǎo)體制程中的金屬導(dǎo)電膜大多使用 PVD 來(lái)沉積，而其他絕緣膜則大多數(shù)采用要求較嚴(yán)謹(jǐn) CVD技術(shù)。 PVD 形成的硬質(zhì)薄膜具有高強(qiáng)度，耐腐蝕等特點(diǎn)。

預(yù)測(cè) 2019/2020 年 PVD 設(shè)備空間為 15.07 億美元、 20.45 億美元， CVD 設(shè)備空間為25.12 億美元、 34.08 億美元。 薄膜沉積設(shè)備主要的生產(chǎn)企業(yè)包括美國(guó)應(yīng)用材料公司、美國(guó) PVD 公司、美國(guó) Vaportech 公司、泛林半導(dǎo)體、荷蘭 ASM 公司、日本 Tokki 公司等，而國(guó)內(nèi)企業(yè)包括北方華創(chuàng)、沈陽(yáng)拓荊等，北方華創(chuàng)是國(guó)內(nèi)薄膜沉積領(lǐng)域的領(lǐng)先者，目前技術(shù)達(dá)到 14nm，未來(lái)會(huì)向 12nm 等更小節(jié)點(diǎn)推進(jìn)工藝。

圖20：PVD 工序

圖21：PVD 和 CVD 方法的比較 

2.7、晶圓中測(cè)：國(guó)內(nèi)尚處起步階段

在晶圓完成制造之前，會(huì)有一步晶圓中測(cè)，相當(dāng)于晶圓生產(chǎn)過(guò)程中的報(bào)告卡，屬于后道工序環(huán)節(jié)（ ATE）。 在測(cè)試過(guò)程中，會(huì)檢測(cè)每一個(gè)芯片的電性能和電路功能，因此又稱為芯片分選或電分選。在測(cè)試時(shí)，晶圓被固定在真空吸力的卡盤上，并將很細(xì)的探針對(duì)準(zhǔn)芯片的每一個(gè)壓點(diǎn)使其接觸，從而檢測(cè)是否合格，重復(fù)對(duì)每一個(gè)電路進(jìn)行電測(cè)試。目的是在送往封裝工廠前，鑒別出合格的芯片。

晶圓中測(cè)檢測(cè)設(shè)備包括 CDSEM（掃描電鏡）、 AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)機(jī)）等，美國(guó)的KLA-Tencor、美國(guó)應(yīng)用材料、日本 Hitachi、美國(guó) Rudolph 公司、以色列 Camtek 公司等，國(guó)內(nèi)主要有上市公司長(zhǎng)川科技，上海睿勵(lì)科學(xué)儀器等，但目前與國(guó)際巨頭還有一定差距。

2.8、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備在整個(gè)晶圓制造中占比最大

晶圓制造環(huán)節(jié)是生產(chǎn)鏈條里最重資產(chǎn)的一環(huán)，成熟市場(chǎng)的設(shè)備投入占總設(shè)備比在70%-80%之間。 晶圓制造工序分別是氧化—光刻—刻蝕—拋光—摻雜和 CVD 沉積/PVD沉積—晶圓中測(cè)，主要涉及到的生產(chǎn)設(shè)備分別是氧化爐、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、 CMP 拋光機(jī)、離子注入機(jī)、薄膜沉積設(shè)備、清洗機(jī)和檢測(cè)機(jī)，其中光刻機(jī)、刻蝕機(jī)和薄膜沉積設(shè)備的價(jià)值量最大，生產(chǎn)難度也最高。

美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家在晶圓制造設(shè)備上遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先其他國(guó)家，我國(guó)盡管開(kāi)始突破，但仍處于起步階段。 北方華創(chuàng)在氧化爐、 PVD 沉積設(shè)備、刻蝕機(jī)等領(lǐng)域取得重大突破，甚至部分產(chǎn)品已經(jīng)批量供貨，中電科也取得一定突破。根據(jù) SEMI 預(yù)計(jì)， 2019/2020 年我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)空間為 126 億美元、 170 億美元。

圖22：晶圓制造設(shè)備投資占比情況及國(guó)內(nèi)、國(guó)外參與公司

3、晶圓封測(cè)

經(jīng)過(guò)晶圓中測(cè)后，進(jìn)入裝配和封裝步驟，以便把單個(gè)芯片包裝在一個(gè)保護(hù)管殼內(nèi)。硅片背面進(jìn)行研磨以減少襯底的厚度。 一片厚的塑料膜被貼在每個(gè)硅片的背面，然后在正面沿著劃片線用帶劃片刀將每個(gè)硅片上的芯片分開(kāi)。在裝配廠，芯片被壓焊或抽空形成裝配包，利用塑料或陶瓷包裝晶粒與引線以成集成電路（目的是為了制造出所生產(chǎn)的電路的保護(hù)層，避免電路受到機(jī)械性刮傷或是高溫破壞）。經(jīng)過(guò)晶片切割——焊線——封膠——剪切/成形，完成封裝，先進(jìn)封裝技術(shù)包括 3D、 TSV（穿硅通孔）、 FOWLP（扇出晶圓級(jí)封裝）和倒裝芯片。最后進(jìn)行芯片終測(cè)，為確保芯片的功能，要對(duì)每一個(gè)被封裝的集成電路進(jìn)行測(cè)試，包括結(jié)構(gòu)檢測(cè)、光罩檢測(cè)等，以滿足制造商的電學(xué)和環(huán)境特性參數(shù)要求。

圖23：晶圓封測(cè)工序 

測(cè)試往往在封裝工廠進(jìn)行，因而封裝和測(cè)試常常被當(dāng)做整體的封測(cè)行業(yè)。封測(cè)環(huán)節(jié)的市場(chǎng)集中度較高，截止 2019Q1 全球前十大的封測(cè)企業(yè)市場(chǎng)份額約為 83%。主要包括各大 IDM 公司和專業(yè)代工封測(cè)廠商，份額各占 50%。比較大型的封測(cè)廠商有日月光、安靠、力成等，內(nèi)地為長(zhǎng)電科技、華天科技和通富微電等。

封測(cè)環(huán)節(jié)是我國(guó)最早進(jìn)入半導(dǎo)體的切入口，因而也是我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)展最成熟的環(huán)節(jié)，增長(zhǎng)穩(wěn)定，屬于率先突破的行業(yè)。 自 2012 年以來(lái)，我國(guó)集成電路封裝測(cè)試業(yè)一直持續(xù)保持兩位數(shù)增長(zhǎng)。 2018 年我國(guó)集成電路封裝測(cè)試業(yè)的銷售規(guī)模為 2194 億元，同比增長(zhǎng) 16%。我國(guó)大陸在全球半導(dǎo)體封裝測(cè)試產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的銷售規(guī)模僅次于中國(guó)臺(tái)灣，封測(cè)產(chǎn)值占全球比例超過(guò) 16%，是第三大封測(cè)市場(chǎng)。而通過(guò)收購(gòu)星科金朋，長(zhǎng)電科技擁有了 WLSCP（晶圓級(jí)封裝）、 SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）、 PoP（堆疊封裝）的高端先進(jìn)封裝技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展了高通、博通、閃迪、 Marvell 等國(guó)際高端客戶。

半導(dǎo)體檢測(cè)設(shè)備分為過(guò)程工藝控制檢測(cè)和后道測(cè)試環(huán)節(jié)（ATE），前者主要包括結(jié)構(gòu)檢測(cè)、光罩檢測(cè)、缺陷檢測(cè)、電阻檢測(cè)、離子濃度檢測(cè)等前道檢測(cè)，后者主要包括封裝前的中測(cè)以及封裝后的測(cè)試（ FT）。 過(guò)程工藝控制檢測(cè)的企業(yè)主要有 KLA-TENCOR、應(yīng)用材料和日立三家公司， CR3 不低于 70%。后道工序檢測(cè)主要有泰瑞達(dá)、愛(ài)德萬(wàn)和Xcerra 壟斷， CR3 接近 90%，國(guó)產(chǎn)廠商包括長(zhǎng)川科技，精測(cè)電子以及華興源創(chuàng)等。

半導(dǎo)體的封測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)備投入占設(shè)備總投入比例約為 15%， 預(yù)計(jì) 2019 年我國(guó)封測(cè)設(shè)備的市場(chǎng)空間為 176 億元，其中封裝和測(cè)試的比例各占一半左右。

圖24：封裝設(shè)備概況

圖25：測(cè)試設(shè)備概況

4、檢查設(shè)備

 缺陷貫穿生產(chǎn)過(guò)程，未及時(shí)修正則導(dǎo)致最終失效。 集成電路的設(shè)計(jì)、加工、制造以及生產(chǎn)過(guò)程中，各種各樣人為、非人為因素導(dǎo)致錯(cuò)誤難以避免，造成的資源浪費(fèi)、危險(xiǎn)事故等代價(jià)更是難以估量。設(shè)計(jì)的漏洞、布局布線的失誤、工作條件的差異、原料的純度不足和存在缺陷以及機(jī)器設(shè)備的誤操作等造成的錯(cuò)誤，都是導(dǎo)致電路產(chǎn)生缺陷最終失效的原因。測(cè)試成為貫穿于集成電路設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)中的、保證芯片質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

圖26：集成電路缺陷示例 

測(cè)試環(huán)節(jié)覆蓋生產(chǎn)全過(guò)程，保證芯片符合規(guī)格。 以 IC 測(cè)試為例， IC 從設(shè)計(jì)到失效整個(gè)壽命中所經(jīng)歷的測(cè)試主要有設(shè)計(jì)驗(yàn)證、工藝監(jiān)控測(cè)試、晶圓測(cè)試、最終測(cè)試、可靠性測(cè)試、用戶測(cè)試。其中前四個(gè)發(fā)生在制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)驗(yàn)證在批量生產(chǎn)前進(jìn)行，最終測(cè)試在芯片封裝后進(jìn)行，所有測(cè)試目的是保證芯片符合規(guī)格，盡量避免損失升級(jí)。

圖27：集成電路壽命全過(guò)程中各類測(cè)試框圖

圖28：生產(chǎn)過(guò)程中主流測(cè)試環(huán)節(jié)

4.1、設(shè)計(jì)驗(yàn)證

設(shè)計(jì)驗(yàn)證主要檢測(cè)芯片樣品功能設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)前進(jìn)行。 設(shè)計(jì)驗(yàn)證針對(duì)的是芯片樣品，主要工作是檢測(cè)芯片設(shè)計(jì)的功能是否能夠達(dá)到客戶要求，在檢測(cè)過(guò)程中會(huì)對(duì)芯片樣品逐一檢查，只有通過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的產(chǎn)品型號(hào)才會(huì)開(kāi)始進(jìn)入量產(chǎn)，由于其發(fā)生在芯片制造最早環(huán)節(jié)，性價(jià)比相對(duì)最高，可為芯片批量制造指明接下來(lái)的方向。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證過(guò)程中需要使用全部半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備。 由于設(shè)計(jì)驗(yàn)證的特殊功能定位，其過(guò)程包括了整個(gè)芯片的制造流程，所需測(cè)試設(shè)備也包含了過(guò)程工藝檢測(cè)過(guò)程中的光學(xué)設(shè)備等、晶圓檢測(cè)中的探針臺(tái)等以及最終檢測(cè)過(guò)程中的分選機(jī)、測(cè)試機(jī)等。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的產(chǎn)品型號(hào)才會(huì)開(kāi)始進(jìn)入量產(chǎn)。

圖29：芯片測(cè)試及設(shè)備流程圖 

4.2、過(guò)程工藝檢測(cè)

      顧名思義， 過(guò)程工藝控制應(yīng)用于晶圓制造的全過(guò)程。 在晶圓的制造過(guò)程中，包括離子注入、拋光、刻蝕等幾乎任意一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)由于技術(shù)不精確或外在環(huán)境污染等而形成缺陷，從而導(dǎo)致芯片最終失效。 主要檢測(cè)的指標(biāo)包括膜厚、表面缺陷、關(guān)鍵尺寸等。 例如整個(gè)晶圓的制造工藝便是不斷的成膜工藝，在硅片表面形成不同的膜，膜厚便是膜的關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)，針對(duì)不同種類薄膜測(cè)試參數(shù)也不盡相同，例如對(duì)于不透明膜的測(cè)量便使用四探針來(lái)測(cè)量方塊電阻來(lái)計(jì)算膜厚，針對(duì)透明膜便主要依據(jù)光學(xué)測(cè)試進(jìn)行測(cè)量。

圖30：生產(chǎn)過(guò)程中主流測(cè)試項(xiàng) 

4.2.1、量測(cè)——判斷厚度、應(yīng)力等指標(biāo)

硅片工藝是成膜工藝。 集成電路的主體結(jié)構(gòu)和器件都是由各種形狀和尺寸的膜構(gòu)成的，它們或是透明的膜或是不透明的膜，類型有金屬、絕緣體、光刻膠和多晶硅，薄膜厚度的任何微小變化，對(duì)集成電路的性能都會(huì)產(chǎn)生直接的影響。除此之外，薄膜材料的力學(xué)性能，透光性能，磁性能，熱導(dǎo)率，表面結(jié)構(gòu)等都與厚度有著密切的聯(lián)系，因此薄膜厚度的精準(zhǔn)是是高成品率制造工藝的基礎(chǔ)。

橢偏儀—測(cè)量透明橢偏儀—半透明薄膜厚度最精確的方法之一。由于具有非接觸性、非破壞性、測(cè)量精度高和適于測(cè)量較薄膜層的特點(diǎn)，成為了半導(dǎo)體工業(yè)常用的薄膜測(cè)量工具。 當(dāng)一束光射到薄膜面上時(shí)，在上界面和下界面形成多次反射和折射，形成橢圓偏振光。通過(guò)測(cè)量得到的橢圓偏振光的偏振態(tài)（幅度和相位），并根據(jù)已知的輸入值（例如反射角、入射光的偏振態(tài)），則可精確地確定薄膜的厚度。橢偏儀測(cè)試具有小的測(cè)試點(diǎn)、圖形識(shí)別軟件和高精度硅片定位的優(yōu)勢(shì)，但由于其是一種光學(xué)測(cè)量方法，無(wú)法測(cè)量不透明薄膜的厚度。橢偏儀可測(cè)量的材料包括金屬、涂覆聚合物和金屬。 其中只有薄的金屬才可以被看做半透膜，如銅互連工藝中用到的銅種子層，厚度大于 1000A 的金屬層通常被認(rèn)為是不透明的，不能用橢偏儀測(cè)量。橢偏儀可以直接集成到工藝設(shè)備中，應(yīng)用于注入刻蝕和平坦化一些領(lǐng)域的原位（實(shí)時(shí)）測(cè)試。

橢偏儀 2013 年全球市場(chǎng)規(guī)模為 4086 萬(wàn)美元，銷售量 1018 臺(tái)，據(jù)預(yù)測(cè) 2023 年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 8582 萬(wàn)美元，銷售量 2844 臺(tái)。行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成熟且高度集中， .A.Woollam，Horiba， Semilab， Sentech， Angstrom Sun Technologies 占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額，并在全球市場(chǎng)中發(fā)揮重要作用。國(guó)內(nèi)橢偏儀的龍頭企業(yè)是北京量拓科技，公司在太陽(yáng)能電池檢測(cè)橢偏儀取得一定成績(jī)，但在芯片檢測(cè)方面還與國(guó)際水平存在一定差距。

不透明導(dǎo)電薄膜可用四探針?lè)▉?lái)測(cè)量。 其原理是用四個(gè)等距的金屬探針接觸硅表面，外邊的兩令探針通直流電流 I，中間兩個(gè)探針之間的電壓降 V 由電位差計(jì)測(cè)量。由所測(cè)得的電流 I 和電壓 V，利用關(guān)于樣品和探針幾何結(jié)構(gòu)的適當(dāng)校正因子，可以直接換算成薄層電阻，最后根據(jù)材料的電阻率換算出薄膜厚度。

檢查膜應(yīng)力可使用原子力顯微鏡（AFM）或掃描電子顯微鏡（SEM），其中 SEM 是目前最廣泛使用的表面形貌儀。 SEM 利用二次電子信號(hào)成像來(lái)觀察樣品的表面形態(tài)：當(dāng)高能電子束轟擊樣品表面時(shí)，入射電子束與樣品間的相互作用， 99%以上的入射電子能量將轉(zhuǎn)變成熱能，其余約 1%的入射電子能量將從樣品中激發(fā)出各種有用的信息，檢測(cè)儀器將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉糯蟮碾娦盘?hào)，并在記錄儀上顯示出來(lái)。

SEM 市場(chǎng)主要被美國(guó)、日本、德國(guó)所瓜分，進(jìn)口依賴嚴(yán)重。 日本日立、日本電子公司、美國(guó) FEI 以及德國(guó)蔡司構(gòu)成 SEM 全球市場(chǎng)的幾大巨頭，我國(guó) SEM 嚴(yán)重依賴進(jìn)口，