芯片制造的基石：半导体设备的技术脉络与国产化图景

半导体设备是支撑芯片产业运转的核心硬件，其技术水平直接决定芯片制程精度与制造成本。作为产业链上游的高壁垒环节，这类设备既承载着半导体行业周期性波动的特征，更蕴含着持续成长的核心动能。从晶圆制造到封装测试，每一道工艺的落地都离不开专属设备的精准配合，全球半导体设备市场已形成涵盖 11 大类、50 多种专业设备的庞大体系。

半导体产业的工艺复杂度催生了设备的高度专业化分工。核心工艺主要包括热处理、光刻、刻蚀、离子注入等十大环节，对应的设备则分为前道晶圆制造设备与后道封测设备两大阵营。前道设备承担芯片制造的核心任务，技术壁垒最高，占据整个设备市场约 90% 的份额；后道设备则聚焦芯片的封装与性能检测，是保障成品质量的关键屏障。

一、设备体系架构：前道核心与后道支撑的协同

前道晶圆制造设备是半导体设备体系的核心，其技术水平直接定义芯片产业的发展高度。这类设备涵盖氧化 / 扩散设备、光刻设备、刻蚀设备等多个品类，其中薄膜沉积设备、光刻设备、刻蚀设备被称为 “三大核心设备”，合计在晶圆制造设备市场中占比超 60%。以先进制程芯片制造为例，仅光刻工艺就需要 60-90 步操作，耗费时间占整个制造流程的 40-50%，成本占比更是高达 30%。

后道封测设备虽技术壁垒低于前道，但同样不可或缺。随着芯片集成度提升，封测工艺对设备的精度要求持续提高，当前已形成包括减薄、划片、打线、Bonder、检查、测试设备等在内的完整体系。在 HBM 存储芯片等新兴产品的推动下，封测设备中的先进封装设备需求呈现快速增长态势，成为后道设备市场的新增长点。

量测与检测设备贯穿半导体制造全流程，是保障工艺稳定性的 “眼睛”。从晶圆原材料检测到成品性能测试，这类设备需在纳米级精度下实现缺陷识别与参数测量。当前国内在量测设备领域仍较为薄弱，进口依存度较高，成为国产化进程中需要突破的关键环节之一。

二、三大核心设备：技术壁垒与国产化进展

光刻设备被誉为 “半导体产业皇冠上的明珠”，是技术难度最大、单台价值最高的半导体设备。其核心功能是将掩模上的电路图案精准转移到硅片上，直接决定芯片的电路精度与集成度。高端光刻机内部零件种类繁多，EUV 光刻机内部零件数量甚至超过 8 万件，光源、光学系统、双工件台构成其三大核心部件，价值量占比分别约为 15%、24%、12%。

全球光刻设备市场呈现高度集中格局，ASML 在高端领域占据绝对主导地位。该公司不仅是全球唯一能设计和制造 EUV 光刻机的企业，在 DUV 设备市场也占据 75.3% 的份额，尼康、佳能则主要占据中低端市场。国内已形成以整机制造企业与零部件厂商协同发展的产业体系，上海微电子、宇量昇等企业在 DUV 设备领域持续攻坚，科益虹源、华卓精科等厂商则在光源、双工作台等核心部件上实现突破。

刻蚀设备是图案化过程的核心设备，其需求随先进制程演进持续提升。当逻辑芯片制程向 14nm/7nm 及以下节点突破时，受光刻机波长限制，必须通过多重曝光与多重刻蚀的组合工艺实现更小线宽加工，这使得刻蚀步骤大幅增加 ——20nm 工艺需约 50 次刻蚀，而 7nm 工艺则超过 100 次。在 AI 芯片、HBM 存储芯片的推动下，刻蚀设备的技术要求与市场需求量均实现显著增长。

刻蚀设备市场长期由海外巨头主导，应用材料、东京电子、泛林集团合计占据 90.5% 的全球份额。国内厂商近年加速突破，中微公司与北方华创成为核心力量。中微公司的刻蚀设备已进入台积电 5nm、7nm 产线验证使用，其 CCP 与 ICP 系列设备可覆盖 90% 的刻蚀应用；北方华创则实现刻蚀工艺全覆盖，在国内主流晶圆厂获得大规模应用，推动国内刻蚀设备市占率提升至 35%。

薄膜沉积设备负责在硅片上形成纳米级薄膜，是芯片三维结构构建的基础。按工艺原理可分为 CVD（化学气相沉积）、PVD（物理气相沉积）、ALD（原子层沉积）三大类，其中 ALD 设备因具备原子级精度控制能力，在先进制程中应用日益广泛。随着 3DNAND 芯片堆叠层数不断增加，薄膜沉积步骤数大幅提升，2024 年 SK 海力士量产的 321 层 NAND 芯片进一步推高了设备需求。

全球薄膜沉积设备市场由应用材料、东京电子等国际巨头主导，应用材料在 CVD 领域市占率达 30%，东京电子则在 PVD 领域占据 25% 份额。国内厂商中，拓荆科技成为领军者，其 PECVD 与 ALD 设备成功打破国际垄断，进入长江存储等主流产线；北方华创、中微公司等平台型企业也在该领域持续发力，不过整体全球份额仍不足 5%，存在较大提升空间。

三、国产化生态：企业矩阵与突破路径

国内半导体设备产业已形成层次分明的企业矩阵，平台型巨头与细分领域冠军协同发展。北方华创作为国内唯一能提供多种前道核心设备的企业，产品线覆盖刻蚀机、薄膜沉积设备、清洗机等关键品类，在 28nm 及以上制程技术成熟，并向 14nm、7nm 节点突破，类似国际巨头应用材料的 “一站式” 服务能力提升了客户粘性。

细分领域涌现出一批具备核心竞争力的龙头企业。盛美上海在清洗设备领域形成技术差异化优势，其 SAPS、TEBO 等先进清洗技术能有效解决先进制程中的清洗难题，产品进入海力士、长江存储等国内外产线，全球份额达 12%。华海清科则成为国内 CMP 设备的唯一供应商，打破了海外垄断，实现 12 英寸设备的批量销售。

设备国产化的推进离不开产业链生态的支撑。国内已聚集中芯国际、华虹等头部晶圆厂，形成较为完整的半导体产业链，为设备国产化提供了广阔的应用场景。国家大基金三期注资 3440 亿元，重点支持离子注入、量检测设备等薄弱环节研发，进一步加速了技术突破进程。从细分品类看，国内在去胶、清洗、刻蚀设备上国产化率较高，CMP、热处理设备近年突破明显。

核心零部件国产化是设备自主可控的关键支撑。光刻机的光学镜片、刻蚀机的射频电源、薄膜沉积设备的气体控制系统等核心零部件长期依赖进口。当前国内已在部分零部件领域取得进展：福晶科技提供 DUV 光刻机光源系统中的非线性光学晶体，茂莱光学为光学系统供应匀光模块器件，汇成真空则在真空镀膜设备领域实现突破，逐步构建起零部件国产化体系。

四、市场格局：全球分布与竞争态势

全球半导体设备市场规模持续扩张，2025 年预计达到 1255-1470 亿美元，同比增长 7.4%-24.4%。区域格局呈现显著分化，中国大陆首次超越北美成为最大设备市场，占比达 34%，本土化率提升至 42%；中国台湾与韩国紧随其后，合计占比 45%，台积电、三星的先进制程扩产主导了高端设备采购需求。欧洲则通过《芯片法案》补贴本土研发，试图构建独立供应链。

国际巨头在核心设备领域仍占据主导地位。除光刻、刻蚀、薄膜沉积设备外，离子注入设备、涂胶显影设备等领域也由海外企业把控。日本东京电子在气体化学蚀刻领域市占率 45%，美国应用材料则在多个设备品类中保持技术领先。这种寡头垄断格局的形成，源于其长期积累的技术壁垒、客户验证优势与供应链整合能力。

国产替代在成熟制程领域已取得显著成效，但高端市场仍任重道远。在 28nm 及以上制程，国内设备已能满足大部分需求，刻蚀、清洗等设备实现大规模应用；但在 7nm 及以下先进制程，核心设备仍高度依赖进口，尤其是 EUV 光刻机、高端量测设备等品类尚未实现突破。不过，新兴领域为国产设备提供了弯道超车的机会，璞璘科技交付的纳米压印光刻系统、苏科斯半导体的 TGV 设备已在特定场景实现应用。

半导体设备的国产化进程不仅是技术突破的过程，更是产业链协同的成果。从设备整机设计到核心零部件制造，从晶圆厂验证到市场化推广，每个环节都需要长期投入与持续积累。国内企业在突破技术壁垒的同时，正逐步构建起适应本土需求的服务体系与供应链网络，这种生态构建的价值或许比单一设备的突破更为深远。不同设备品类的国产化进度虽有差异，但共同指向了产业链自主可控的核心目标，这种多元化的突破路径如何持续深化？各细分领域的技术攻坚又将面临哪些新的挑战？这些问题值得行业持续关注与探索。