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當今世界是物質世界和數字世界的組合，這兩個世界的連接、互動、協同演化，都是基于芯片。你可能不是芯片行業的專業人士，但在今天你必須得對它有所了解，因為未來的所有想象都是在芯片基礎上實現的。
做一顆芯片的過程非常復雜，看看下圖就能體會到。可以簡單理解成“3+2”，3是指生產過程的“設計—加工—封測”，2是指生產需要的半導體材料和半導體設備。
芯片的制造過程可以分為前道工藝和后道工藝。前道是指晶圓制造廠的加工過程，在空白的硅片上完成電路的加工，出廠產品是完整的圓形硅片。后道是指封裝和測試的過程，在封測廠中將圓形的硅片切割成單獨的芯片顆粒，完成外殼的封裝，最后完成終端測試，出廠為芯片成品。
具體來說，前道工藝包括光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、熱處理、清洗、CMP、量測等，后道工藝包括減薄、劃片、裝片、引線鍵合等封裝工藝以及終端成品測試等。目前芯片制造最先進的工藝節點需要將近4000道工序。
芯片制造肯定少不了半導體設備，半導體設備主要包括前道工藝設備（即晶圓制造設備）、后道工藝設備（封裝設備和測試設備）和其他類型設備（硅片生長設備等）。
行業空間
2020年全球半導體設備銷售額約711.9億美元，同比增長19.2%；其中晶圓制造設備612億美元，占比86.1%，測試設備60.1 億美元，占比8.5%，封裝設備 38.5 億美元，占比5.4%。
2020 年中國大陸半導體設備銷售額187億美元，同比增長39.2%，約占全球份額的26%，位居全球第一位。
前道工藝設備中，光刻設備、刻蝕機和薄膜沉積設備占比最大；后道工藝設備中，封裝設備占比約5%，測試設備占比約8%；單晶爐等其他設備占比約 4%。總體而言，晶圓制造設備最為重要，其中又以光刻設備、刻蝕設備、薄膜沉積設備最為核心。
全球 Top15 廠商中，美國、日本和荷蘭廠商合計占比 80.4%，在半導體設備行業地位舉足輕重。雖然2020年中國大陸已經成為最大的半導體設備市場，但Top15沒有一個中國企業，國產化率相對較低，供給和需求嚴重不匹配。
目前，國內也涌現出了一批優秀本土企業， 隨著未來企業研發不斷投入、 經驗不斷迭代升級、同時 Foundry 廠加速認證和導入本土設備商，行業景氣度不斷攀升，國內半導體設備商將迎來快速發展期。
半導體設備簡介
光刻機是整個半導體制造工藝中最核心的設備，也是我國芯片被“卡脖子”的關鍵設備。它的作用類似于“刻刀”，只不過這把刀是用激光做的，借助光刻膠將掩膜版上的圖形印制到硅片上。
光刻機前后共經歷了5代產品，每一代產品都在不斷降低光源波長，同時縮小制程線寬。第四代浸入式光刻機，最高制程可達7nm，在7nm之后必須使用第五代EUV光刻機（目前最先進的光刻機）。
2020 年光刻機市場規模約151億美元，在整個半導體設備中占比約21%。全球光刻機市場主要由 ASML、尼康、佳能三家占據，ASML在高端光刻機領域具有絕對領先優勢，尤其在EUV光刻機領域，更是全球獨家供應商。
涂膠顯影設備是光刻機的輔助設備。2020年全球涂膠顯影設備市場規模為19.87億美元，東京電子占據龍頭地位，占比 88%。中國涂膠顯影設備市場，仍然以國外廠商為主，其中東京電子占比91%，迪恩士占比5%，國內廠商芯源微占比4%，國產化率很低。
刻蝕是用化學或物理方法有選擇地在硅片表面去除不需要的材料的過程。想制造更先進制程的芯片除了提高光刻機精度以外，還可以通過多重刻蝕的方式實現。因此，過去10年間刻蝕機的市場價值占比逐年提升，一度超過光刻機成為市場規模最大的半導體設備。
2020年，全球刻蝕設備市場規模為136.9億美元，被泛林半導體、東京電子和應用材料三家寡頭壟斷。
去膠就是在刻蝕或離子注入完成之后去除殘余光刻膠的過程。工藝類似于刻蝕，只是去膠的操作對象是光刻膠，而刻蝕的操作對象是晶圓介質材料。
薄膜沉積類似于刻蝕的逆過程，可以在晶圓上生長出各種導電薄膜層和絕緣薄膜層，為后續工藝打下基礎。根據工作原理不同，薄膜沉積工藝可分為物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）和原子層沉積（ALD）三大類。
2020年全球半導薄膜沉積設備市場規模約為172億美元。由于不同沉積設備技術差異較大，在子類別中存在明顯的市場格局的差異。其中CVD市場為應用材料、泛林半導體和東京電子三大寡頭壟斷，PVD市場則應用材料一家獨大，ALD市場則東京電子和先域兩家公司占比最高。
為改變半導體載流子濃度和導電類型需要對半導體表面附近區域進行摻雜，離子注入是摻雜工藝的主要手段（另一種方法是熱擴散）。其注入的精細度需要隨著芯片制程的精細而不斷提高，重要性不亞于光刻、刻蝕和沉積，是先進制程芯片制造的關鍵技術之一。2020年中國離子注入設備市場規模為44.5億美元。
在晶圓制造過程中，清洗可以減少雜質，提升良率，實際生產中一方面需要提高單次的清洗效率，同時在每一步光刻、刻蝕、薄膜沉積等重復性工序后，都需要一步清洗工序，清洗步驟約占整體工藝步驟的 33％。
半導體清洗技術分為濕法清洗和干法清洗。目前濕法清洗是主要技術，占比超90%，干法清洗主要用在28nm及以下產線應用。2020 年，全球半導體清洗設備市場規模為 25.39 億元。清洗設備屬于半導體設備相對容易突破的領域，我國企業已經開始進入主流產線，預計未來會有較快業績增長。
CMP 技術，即化學機械拋光，是通過化學腐蝕和機械研磨相結合的方式實現晶圓表面的平坦化。因 CMP 技術路線較為單一，市場呈現單巨頭壟斷的格局。2019年，全球CMP設備市場規模約23億美元，這其中70%的銷售額來自應用材料，25%來自日本的荏原機械，其他廠商占5%。
在半導體工藝中，熱處理是不可或缺的重要工藝之一，具體包括氧化、擴散、退火。爐管設備是與熱處理相關的一類設備的統稱，包括氧化爐、擴散爐、退火爐、快速退火爐（RTP）等。
熱處理設備屬于相對技術難度較低的領域，市場參與企業較多，我國企業也具備一定實力，可實現一定程度的國產替代。2020 年全球熱處理設備市場規模 15.37 億美元，應用材料占比最高，超過60%。
半導體檢測，分為前道量測和后道測試。前道量測設備是指在晶圓制造過程檢測某一工藝完成質量的設備，涉及電學、光學、光聲技術等多個技術領域，難度較高。后道測試用于封測環節。
由于量測設備種類眾多，技術特點各有不同，市場上參與廠商較多。2020年，全球半導體前道量測設備市場規模34.1億美元。目前國內三家公司均有產品實現突破，都有產品進入一線產線驗證，但出貨量都不多，未來一旦產品驗證效果好，有較高國產替代空間。
封裝設備主要包括減薄機、劃片機、裝片機、引線鍵合機等。目前的先進封裝工藝也會用到如光刻、硅通孔刻蝕等晶圓前道加工使用的設備，但這些用于封裝的設備其精度和制造難度遠低于晶圓產線上使用的設備。隨著先進封裝應用的增加，用于封裝的前道設備也將擁有一定市場增量。2020 年全球半導體封裝設備市場規模為 38.8 億美元，同比增長 34%。
測試設備不同于晶圓制造過程中的量測設備，它是封測廠將芯片完成封裝之后對單個芯片成品性能的完整測試。
2020 年全球半導體測試設備市場規模是60.1億美元，占設備銷售額的8.5%。測試設備需要根據客戶需求而設計，因此需要不斷研發新產品。隨著我國芯片設計企業越來越多，產品需求越來越豐富，國內測試設備廠商在客戶響應以及服務方面具備一定優勢，未來擁有很大的國產替代空間。
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