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2019年中国半导体检测设备行业市场规模及应用领域分析:量测设备和缺陷检测设备是最主要的两个领域[图]

2020年06月17日 13:18:30字号:T|T

    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

数据来源:公开资料整理

    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%

数据来源:公开资料整理

    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)

数据来源:公开资料整理

国内半导体检测设备环节市场(亿元)

数据来源:公开资料整理

    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%

数据来源:公开资料整理

    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

数据来源:公开资料整理

    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

数据来源:公开资料整理

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

数据来源:公开资料整理

    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

数据来源:公开资料整理 

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