半导体检测设备是半导体设备的一个重要分支,占半导体设备比重在15%左右。半导体检测从设计验证到最终测试都不可或缺,贯穿整个半导体制造过程。按照电子系统故障检测中的“十倍法则”,如果一个芯片中的故障没有在芯片测试时发现,则在电路板(PCB)级别发现故障的成本为芯片级别的十倍。
2019年半导体行业受存储价格暴跌影响,全球半导体行业出现下滑。2019年全球半导体行业营收为4121亿美元,与2018年相比大跌12.1%,这是自2001年以来的最大降幅。2019年全球半导体设备销售额597.5亿美元,较2018年的645.3亿美元下降了7.41%。
2014-2019年全球半导体设备销售情况
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从地区销售情况来看,中国台湾地区是2019年半导体设备的最大市场,销售额增长了68%,达到171.2亿美元,占比28.65%。中国大陆以134.5亿美元的销售额保持其第二大设备市场的地位。其次是韩国,为99.7亿美元,受存储市场大幅下滑影响,韩国2019年半导体设备销售额下降了44%。尽管日本,欧洲和世界其他地区的新设备市场萎缩,但北美设备销售额在2019年跃升了40%,达到81.5亿美元,这是该地区连续第三年增长。
全球半导体设备地区销售情况(单位:十亿美元)
地区 | 2019 | 2018 | 增速 |
中国台湾 | 17.12 | 10.17 | 68% |
中国大陆 | 13.45 | 13.11 | 3% |
韩国 | 9.97 | 17.71 | -44% |
北美 | 8.15 | 5.83 | 40% |
日本 | 6.27 | 9.47 | -34% |
其他地区 | 2.52 | 4.04 | -38% |
欧洲 | 2.27 | 4.22 | -46% |
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智研咨询发布的《2020-2026年中国半导体检测仪器行业市场运行态势及未来发展前景报告》数据显示:预计2020年我国半导体设备将达1700亿元,其中检测设备占总设备17%(晶圆检测9%,过程工艺控制8%),预计我国半导体检测设备2020年规模在289亿元。从检测设备细分领域而言,量测设备和缺陷检测设备是最主要的两个领域,分为为117亿元和144亿元。
我国半导体设备投资额(亿元)
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国内半导体检测设备环节市场(亿元)
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工艺控制检测设备即前道量测/检测设备,在半导体制造工艺过程中,对晶圆进行测量和检测,以保证在制造的过程中,关键的工艺参数满足设计要求,从而提升芯片制造的良品率。
前道量测/检测设备占晶圆制造设备比例达10%
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量测主要是对芯片的薄膜厚度、关键尺寸、套准精度等制成尺寸和膜应力、掺杂浓度等材料性质进行测量,以确保其符合参数设计要求;缺陷检测主要用于识别并定位产品表面存在的杂质颗粒沾污、机械划伤、晶圆图案缺陷等问题。
半导体检测设备主要环节设备(亿元)
主要组成部分 | 细分设备 | 市场规模 |
量测设备 | 关键尺寸扫描电子显微镜 | 29.4 |
掩膜检测设备 | 37.1 | |
掩膜测量设备 | 4.9 | |
镀膜测量设备 | 10.5 | |
薄膜两侧设备 | 33.3 | |
光学测量设备 | 1.7 | |
缺陷检测设备 | 无图形晶圆检测设备 | 15.2 |
有图形晶圆光学检测设备 | 91.4 | |
有图形晶圆电子束检测设备 | 11.9 | |
宏观缺陷检测设备 | 8.1 | |
缺陷检查扫描电子显微镜 | 14.9 | |
光学缺陷检查设备 | 2.6 | |
过程控制软件 | 过程控制软件 | 4.7 |
其他 | 其他 | 23.6 |
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检测设备细分到每个领域差异极大,在上游硅片、光刻胶、电子气体、超净高纯试剂、溅射靶材生产环节需大量的分析仪器,其中高端分析仪器比如质谱仪、光谱仪、色谱仪是必备仪器。
各环节需用到的设备
领域 | 设备 |
硅片 | 原子力显微镜、X射线衍射仪、电子衍射法ED(反射高能电子衍射RHEED、低能电子衍射LEED)、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线能量色散谱EDS、显微激光拉曼光谱仪、角分辨光电子能谱ARPES、电学性能表征、光致发光PL、电化学工作站、傅里叶变换红外光谱仪、拉曼光谱仪、离子色谱仪、电子探针分析仪、热重分析仪、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、台阶仪、透射光谱(紫外-可见光-近红外分光光度计、双光束紫外可见分光光度计)、荧光光谱、扫描探针显微镜、特斯拉仪 |
光刻胶 | 原子力显微镜、紫外光谱仪、红外光谱仪、核磁共振仪、扫描电镜、差示扫描量热仪、热重分析仪、元素分析仪液质联用LC-MS、纳米压痕仪、台阶仪 |
电子气体 | 气体转子流量计、马弗炉、气相色谱、微水测定仪;天平、烘箱、pH计、水浴锅 |
超净高纯试剂 | 气相色谱、等离子质谱ICP-MS、离子交换色谱法;显微镜法、库尔特法、光阻挡法、激光光散射法;发射光谱法、原子吸收分光光度法、火焰发射光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、等离子发射光谱法、电感耦合等离子质谱法ICP-MS |
溅射靶材 | 金相分析、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、ICP-MS、辉光放电质谱法GDMS、四探针电阻仪、热重分析仪、激光粒度仪、数字源表、台阶测试仪 |
抛光材料 | 扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、俄歇电子能谱仪、纳米力学测试仪、X射线光电子能谱仪、摩擦力显微镜扫描探针显微镜、粒度分析仪;扫描探针、X射线形貌仪、离子质谱仪、衍射分析技术、激光拉曼光谱仪、台阶仪、表面测试仪;三维表面轮廓仪(白光干涉仪)、粗糙度仪、精密测厚仪、金相显微镜 |
引线框架 | 数字式微欧计、显微硬度计、电子拉伸机、金相显微镜、透射电镜、扫描电镜、能谱分析仪、万能试验机 |
封装基板 | 流变仪、热重分析仪、差示扫描量热仪、热机械分析仪、动态热机械分析仪、万能试验机;X射线衍射仪、扫描电镜、四探针测试仪、自制膜层结合强度测试仪 |
键合丝 | 扫描电镜、X射线能谱仪EDS、X射线衍射仪、直流双臂电阻电桥、万能试验机、显微硬度计、金相显微镜、键合点拉力试验所用检测设备 |
包封材料 | 同步热分析仪、X射线衍射仪、红外光谱仪、透射电镜、紫外-可见分光光度计、试验机、元素分析仪、扫描电镜能量散射光谱仪SEM-EDS、高温热机械分析仪、荧光光度计 |
芯片粘接材料 | 原子力显微镜、X射线光电子能谱、万能试验机、显微镜、扫描电镜、透射电镜、动态热机械分析仪、X射线衍射仪、热重分析仪 |
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高端分析仪器在半导体领域应用
技术平台 | 产品 | 应用领域 | 用途 |
无机质谱 | ICP-MS | 硅片/靶材/抛光材料 | 测量材料纯度、表面痕迹污染物 |
光刻胶 | 测量杂质成分 | ||
高纯试剂/化学品 | 试剂的杂质,质量检测 | ||
电子气体 | 颗粒物及其成分检测 | ||
GD-MS | 硅片/靶材/抛光材料 | 测量材料纯度、杂质成分 | |
晶圆 | 对样品逐层分析 | ||
失效分析 | 分析掺杂情况 | ||
LA-ICPMS | 硅片/靶材/抛光材料 | 对材料进行直接测试,测量成分 | |
晶圆 | 失效分析、样品逐层分析 | ||
有机质谱 | DAPS-ICPMS | 电子气体/生产环境 | 监测其中的金属颗粒物 |
PTR-TOF | 电子气体/生产环境 | 高纯电子气体的杂质监测 | |
LC-MS/MS | 光刻胶/有机试剂 | 对光刻胶/有机试剂成分、组成进行定量测量 | |
GC-MS | 电子气体/生产环境 | 高纯电子气体的杂质监测 | |
API-MS | 电子气体 | 高纯电子气体的杂质监测 | |
分子光谱 | FTIR | 硅片 | 硅片表面痕量污染物 |
光刻胶 | 检测光刻胶的分子结构和化学组成分析 | ||
硅片 | 硅片薄膜的表面、异质结界面性质、薄膜材料的组成分析和微区形貌分析 | ||
拉曼 | 抛光材料 | 可应用于表面薄膜检测和检定,也可对材料表面进行结构分析、成分鉴别、缺陷研究、掺杂研究、均匀性研究等 | |
荧光光谱 | 硅片 | 检测硅片缺陷性质、材料表面评价 | |
紫外可见 | 硅片 | 检测硅片表面残留和薄膜材料成分和厚度 | |
光刻胶 | 检测光刻胶的光学性质。获取粒子颗粒度、结构 | ||
原子光谱 | 原子吸收 | 高纯试剂/化学品 | 高纯试剂(电子级以下)中的金属杂质检测 |
ICP-OES | 高纯试剂/化学品 | 高纯试剂(电子级以下)中的金属杂质检测 | |
AES | 抛光材料 | 金属材料成分分析 | |
LIBS | 硅片/抛光材料 | 材料的成分分析 | |
色谱 | IC | 超净高纯试剂 | 高纯试剂中的阴阳离子检测 |
GC | 高纯气体 | 半导体用高纯气体中的杂质气体成分在线监测; | |
生产环境 | 生产环境的有机气体检测 | ||
LC | 超净高纯试剂 | 有机试剂的杂质检测 |
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全球前道检测领域前三甲分别为科磊半导体(美国)、应用材料(美国)、日立(日本),占率分别约为52%、12%、11%。国内前道检测领域主要企业有上海睿励、上海精测、中科飞测等,整体规模尚较小。
量测设备格局
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2024-2030年中国半导体设备行业运营现状及发展前景预测报告
《2024-2030年中国半导体设备行业运营现状及发展前景预测报告》共十四章,包含 半导体设备行业投资价值分析,中国行业标杆企业项目投资建设案例深度解析,2024-2030年中国半导体设备行业发展趋势及预测分析等内容。
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