在半導體設備方面，相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計指出，2020年全球半導體設備市場的總體規(guī)模約為712億美元，年均復合增長率為19.0%左右，中國大陸以26.3%的比例份額占據(jù)2020年全球半導體設備市場的第一位(圖2)。根據(jù)有關調研機構在今年初所做的統(tǒng)計預測顯示，2021年、2022年全球FAB設備投資預期分別成長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個月便會增加一倍;換言之，處理器的性能每隔兩年翻一倍。從2012年起，F(xiàn)inFet技術已經(jīng)開始向20mm節(jié)點和14nm節(jié)點推進，并且依托FinEFT技術，芯片工藝節(jié)點制程已經(jīng)發(fā)展到7nm、5nm甚至是3nm，隨后則遇到了瓶頸。2020年，臺積電宣布2nm采用的GAA(Gate-all-around，環(huán)繞閘極)或稱為GAAFET的技術研發(fā)生產(chǎn)將在新竹寶山規(guī)劃P1到P4 四個超大型晶圓廠，占地90多公頃。據(jù)悉，三星電子也表示將采用GAA結構技術。GAA技術更大的閘極接觸面積提升對晶體管導電通道的控制能力，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，GAA結構與制程需求也帶動更多沉積與蝕刻設備的商機，選擇性與原子級制程使得材料工程的重要性提升。

圖 1 全球半導體產(chǎn)能分布及未來預測(資料來源：臺灣工研院)

圖 2 全球半導體設備市場統(tǒng)計(資料來源：臺灣工研院)

　　前段制造設備是半導體制造市場的主體，在半導體廠商的設備支出中，前段制造設備部分約占69%，其中，曝光機是占比最高且成長最快的設備，約占總體設備投入的30%左右(圖4)。根據(jù)臺灣工研院的統(tǒng)計，從2021-2025年，半導體制造各關鍵設備的年成長率將為：曝光機8.5%、薄膜沉積7.9%、蝕刻3.9%、量檢測4.3%;曝光機中以EUV的成長最為迅速， 預計復合年均增長率CAGR為21%，在曝光機市場中的份額將從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備市場。

　　綜上所述，隨著前段組件結構的改變，帶動EUV、ALD、ALE等新需求，且目前仍以前五大領導廠商為主要競爭者。ALD、ALE帶動更多材料工程技術需求;而EUV同時帶出光罩、光阻、檢測新商機，全球半導體設備廠商除了在先進技術持續(xù)精進之外，也將智慧化設備、綠色經(jīng)濟列為發(fā)展重點。

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

　　圖 4 晶圓制造設備市場構成占比(資料來源：臺灣工研院)

　　　　國產(chǎn)半導體設備突飛猛進

　　中國大陸半導體產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展與最近幾年國內外政治經(jīng)濟局勢的發(fā)展變化息息相關。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、供應鏈的重塑趨勢漸現(xiàn)，基于供應鏈安全、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，在以多強并存、多區(qū)域發(fā)展、多元共治為特點的全球供應鏈中，中國制造業(yè)越發(fā)顯露出向高端價值產(chǎn)業(yè)鏈轉型升級的必要性，半導體供應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月國務院頒發(fā)的《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質量發(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)的財稅免稅、投融資、人才、國際產(chǎn)權等優(yōu)惠政策。今年8月24日，工信部答復政協(xié)十三屆全國委員會第四次會議第1095號提案稱，下一步，將以重大關鍵技術突破和創(chuàng)新應用需求為主攻方向，將碳基材料納入“十四五”原材料工業(yè)相關發(fā)展規(guī)劃，并將碳化硅復合材料、碳基復合材料等納入“十四五”產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新相關發(fā)展規(guī)劃，以全面突破關鍵核心技術，攻克“卡脖子”品種，提高碳基新材料等產(chǎn)品質量，推進產(chǎn)業(yè)基礎高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化。

　　要發(fā)展半導體產(chǎn)業(yè)，設備和材料是關鍵。盡管現(xiàn)階段中國本土半導體設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，隨著貿易壁壘加劇，以及本土設備廠商的頑強成長，加上政府的大力支持，使得本土設備廠商有了更大的試錯和成長空間，近兩年的訂單量明顯提升。

　　例如，在較具優(yōu)勢、國產(chǎn)化率最高的刻蝕設備領域，中微公司是已經(jīng)進入全球供應鏈的國產(chǎn)刻蝕設備龍頭;北方華創(chuàng)為多業(yè)務布局的晶圓設備龍頭;至純科技為國內清洗設備龍頭， 正處于產(chǎn)能擴張階段;晶盛機電為大硅片設備龍頭;華峰測控為已進入臺積電供應鏈的測試設備龍頭;涂膠顯影機制造商芯源微和檢測設備制造商精測電子均計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已陸續(xù)在主流存儲器芯片廠和國內12英寸晶圓廠進行產(chǎn)線驗證并拿下多個訂單，產(chǎn)品在束流強度指標上表現(xiàn)優(yōu)異。

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

　　直驅技術在半導體設備市場大展拳腳

　　從目前的實際應用來看，高速固晶機、貼片機等半導體封測設備，是很多直驅企業(yè)正在著手開發(fā)的重點應用市場?；诜庋b技術微型化和集成化的快速發(fā)展，使得這類設備也必然朝著高精度、高速度、模塊化的方向邁進。

　　例如，芯片拾取與貼裝(Pick & Place)是高密度超薄芯片封裝技術的兩項關鍵工藝。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)都至關重要。如何以更精確的力度拾取芯片，并安全、準確地轉移到基板上，是提升超薄芯片封裝效率的一大關鍵。目前，國外先進貼裝設備可達到拾取機構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)，貼裝所需的時間就越長，對貼裝頭運動控制的要求就越苛刻。貼裝過程中貼裝頭壓力需時刻保持在15g左右并且保壓過程中壓力波動需控制在±1g以內。廠商需要根據(jù)芯片的尺寸、引腳密度和大小、捕捉導電粒子個數(shù)等來進行加熱、加壓條件的設置， 才能有效地降低貼裝誤差。

　　此外，半導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。在半導體設計、制造、封裝中的各個環(huán)節(jié)都要進行反復多次的檢測、測試以確保產(chǎn)品質量，從而研發(fā)出符合系統(tǒng)要求的器件，缺陷相關的故障成本高昂，從 IC 級別的數(shù)十美元，到模塊級別的數(shù)百美元，乃至應用端級別的數(shù)千美元。因此，檢測設備從設計、驗證到整個半導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為例，其最大行程達到350mm，最大速度達1200mm/ s，最大加速度達20m/s2，定位精度為0.2um，重復定位精度±15nm，為復雜的半導體晶圓實現(xiàn)高精度、高效率的檢測提供專業(yè)解決方案。

　　微泓自動化一直致力于多維精密運動平臺的研發(fā)與制造， 公司正加大研發(fā)力度，配合半導體設備廠商做好直驅產(chǎn)品的適配以及可靠性測試等工作，協(xié)助提升設備制造品質。目前微泓自動化能夠根據(jù)客戶的應用需求，為客戶量身定制多維運動系統(tǒng)解決方案，其中包括：(1)12吋晶圓的光學關鍵尺寸、薄膜厚度、光刻疊對測量中的四維精密運動平臺;(2)12吋晶圓缺陷在線檢測的四維精密運動平臺;(3)球面和非球面表面測量中的四維精密運動平臺。微泓自動化開發(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械軸承作為回轉支承，獲得了優(yōu)秀的運動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運動位置分辨率;該精密轉臺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。

　　半導體設備交期創(chuàng)下新高

　　根據(jù)CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊的報道，今年7月半導體制造設備的交期(從訂貨到交貨所需的時間)平均增長到了14個月，這是歷史上的最長紀錄，也是應對半導體“超級周期”(景氣)，設備投資增加導致需求大爆發(fā)的結果。隨著半導體供應不足的長期化，部分企業(yè)因找不到用于制造設備的半導體而推遲生產(chǎn)。

　　根據(jù)韓媒Thelec報道，往年平均為3至6個月的半導體設備交期在今年第一季度增加到10個月左右，7月份又平均增加到14個月。據(jù)了解，部分設備企業(yè)交期甚至長達兩年以上。交期較短的前制程設備的交期也超過了1年。一位業(yè)內人士表示:“設備交期比幾個月前進一步增加，目前已達到最高點?！?/p>

　　有媒體對各企業(yè)設備平均交期進行了統(tǒng)計，結果顯示，以今年7月為準，荷蘭曝光設備企業(yè)ASML的氟化氬(ArF)設備為24個月，i- line設備為18個月，7納米以下制程核心EUV設備為18個月。調查結果顯示，日本后制程設備企業(yè)DISCO的交期為12至15個月。尤其8英寸(200毫米)設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，設備訂單蜂擁而至。從各大廠商8英寸設備的平均交期來看，KLA overlay為14 個月、Ebara為14個月、AMAT 為13個月。

　　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個月左右。據(jù)調查， VARIAN和Edwards的交期是10個月。中國企業(yè)的機臺設備的交期也增加到了5個月以上。交期的急速增長是由于半導體設備的需求劇增所致。而隨著半導體供應不足，影響到設備芯片的采購，部分半導體設備的生產(chǎn)也出現(xiàn)了問題。業(yè)界有關負責人表示：“最近，半導體設備企業(yè)因無法拿到FPGA等零部件而無法生產(chǎn)半導體設備。半導體短缺現(xiàn)象對整個產(chǎn)業(yè)都是非常嚴重的影響。”因為半導體缺貨，需要增加設備，但是由于沒有用于制造設備的半導體，因而導致無法生產(chǎn)設備。

　　由于這種半導體設備供應不足，出現(xiàn)了交貨期較短的二手設備需求增加的現(xiàn)象。二手半導體設備將從以前的設備中引進所謂的“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英寸二手設備的需求急劇增加。市調公司VLSI表示，今年上半年二手設備價格平均上漲了20%以上。半導體設備企業(yè)的“翻新”設備銷售量也在劇增?！胺隆笔侵富厥詹⒏麻e置設備的項目。據(jù)預測，半導體設備的需求增加和供應不足將會持續(xù)一段時間。半導體設備材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會3月時表示，今年全球半導體設備投資額有望比前一年增長15.5%，超過700億美元，明年可能會比今年上升12%，達到800億美元以上。