(九) 研究对象(Research Object)
本报告的研究对象为半导体制造工艺流程中的制造、封装、测试、净化以及试验检测设备等。
一、2002年中国半导体设备市场环境综述
(一) 半导体设备分类与技术发展现状
半导体的飞跃发展与其结构和工艺技术的进步分不开,尤其与半导体工艺设备的发展息息相关。半导体工艺设备是集成电路制造的物质基础，半导体设备的更新换代，推动半导体工艺，半导体产品及整个电子装备的更新换代。多年来,国际半导体集成电路发展的历史充分说明:谁拥有先进的工艺设备,谁就能在半导体集成电路生产上处于领先地位。为此,要发展半导体集成电路工业,必须优先发展相应的半导体专用设备。因此，从本质上讲，半导体设备不仅支撑集成电路产业的发展，同时也支撑整个电子信息产业的发展。
半导体制造工艺流程主体为设计——制造——封装——测试，制造是指前道微细加工，主要包括对半导体芯片进行曝光、刻蚀、掺杂、薄膜生长等工艺加工流程，是最为关键的环节。半导体制造设备主要有材料制备设备、前道工序设备、后道工序设备、净化设备、试验检测设备等，半导体设备属于高科技、高投入的范畴,其特点是光机电结合，在精度要求上较纯机械要高得多。
国际上集成电路发展40多年来，工艺技术发展相当迅速。其集成度从十几个元件的小规模,进入到集成上亿个元器件的特大规模的发展阶段,其加工精度从十几微米发展到亚微米、深亚微米阶段。硅片尺寸从2英寸发展到6英寸、8英寸并正向12英寸规模发展，其生产集成电路的专用设备也更换了多代产品。
目前国际上大生产工艺技术水平主流在8英寸、0.18~0.25微米水平,并已达到 12英寸0.10~0.15微米工艺技术水平，世界主要半导体大厂英特尔、台积电、摩托罗拉、德州仪器(TI)等，当前均已投入0.10微米以下半导体制造工艺的研发，并力图尽快投入量产，竞争日趋激烈。集成电路技术的高速发展对专用设备和仪器提出了更严格的要求,集成电路设备发展到今天，已经不是一个传统意义上的机器，而是集成电路工艺的固化物。
表1 集成电路制造工艺所需主要设备
表2 世界主要半导体企业12英寸厂工艺特征与工艺研发
前道微细加工设备技术的不断发展已成为推动集成电路迅速发展的主要因素之一。前道微细加工设备的主体是光刻设备、蚀刻设备、掺杂设备等。
随着设备水平的不断提高,光机电的高度集成,半导体制造中的许多工艺技术已经固化在设备之中,设备已经代表了一种相对完整的解决方案。这将成为半导体专用设备的潮流。
(二) 世界半导体设备市场概况
2002年世界半导体设备市场需求为228亿美元,较2001年市场衰退了19%,这是由于受世界半导体市场恢复缓慢,各大半导体芯片厂商的投资额相应减少,导致设备市场继续萎缩。尽管2002年世界半导体市场止跌回暖，重新开始增长，但增长幅度较小。2002年世界半导体市场规模达到1410亿美元，比2001年1388亿美元上升了1.6%，而亚洲地区是2002年整个半导体市场的增长的主要原因。随着世界半导体市场的逐渐复苏，预计2003年半导体设备市场将会突破性增长。
表3 1996－2002年世界半导体设备年销售情况: 单位：亿美元
图1 1996－2002年世界半导体设备年销售额曲线图 单位：亿美元
228
296
477
234.5
198.7
184
238
1002003004005006001996年
1997年
1998年
1999年
2000年
2001年
2002年
数据来源：CCID 2003，02
表4 2001－2002年世界半导体设备销售额 单位： 亿美元
2002年世界半导体市场的投资302亿美元，比2001年下降了22%，国际半导体大公司都下调了投资比例，英特尔、台积电、三星电子2002年投资金额最高的3家公司，其他芯片厂商的投资额都不高于10亿美元。与此相应的是2002年主要的半导体设备厂商的销售业绩也有所下降，2002年半导体设备市场的受技术工艺的驱动较强，以销售端技术应用的产品的设备供应商的市场份额提升。
表5 2001—2002年世界主要半导体企业投资情况
2002年世界前十大半导设备及测试与测量设备供应商情况见下表。表6 2002年世界前十大半导体设备供应商
表7 2002年世界前十大半导体测试与测量设备供应商
(三) 中国半导体设备产业及市场环境
1、产业环境
近年来，在国家大力发展信息产业方针的引导下，北京、上海、天津、深圳等地引进了一批较为先进的IC生产线，中国微电子产业进入了蓬勃发展的新时期。但随着世界集成电路的飞速发展,半导体工
艺设备的快速更新及单晶硅的大直化发展拉大了中国专用设备和仪器与国际水平的差距,已制约了国内
集成电路的发展，缺乏自主IC设备的支撑，单纯依靠引进生产线，中国IC产业只能是“代代引进、代代落后”，中国IC产业的发展永远受制于人，难以达到世界先进水平，因此对半导体工艺设备水平的提高与国产化的需求十分强烈。
从事半导体设备的研制投资大，技术难度也高，尽管中国对半导体设备研制很重视，在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”及"908"、"909"等重大工程项目上都重点安排了设备的专项攻关与科研试制任务，但因国力所限长期以来研发经费不足，如美国GCA公司在研制第一台分步式重复光刻机(DSW)时，投入研制费1亿美元，同样设备国内研制仅仅投入600万人民币，中国半导体设备全行业平均一年的开发费为1000～2000万元，20世纪90年代至今的技术履行费用加起来为2亿元左右。
由于中国半导体设备工艺技术水平落后，未形成一定的产业规模，生产成本高，从而导致国产设备缺乏市场竞争力。目前中国半导体专用设备在技术水平、稳定性、可靠性、自动化程度方面与国际水平相比有10－15年的差距，导致了中国半导体设备市场由国产设备为主转变为进口成套设备占绝大部分市场份额的局面。国产半导体设备只在中小型国有企业、地方IC厂家和生产数量较少的研究单位仍然发挥着重要作用，半导体设备企业为了生存，采用的办法是与其它的设备开发联系起来，不单做半导体设备，还做其它用途的设备。
中国半导体设备企业也存在着大发展的契机，这是由于IC工艺及其设备递进发展、多代共存，一个时期存在丰富的工艺层次。在进行大规模生产前3～4年进行试生产，开始投入规模生产的最先进生产线仅占全部IC生产线的一小部分，大部分生产线的工艺水平则低一至两代，而低好几代的工艺装备会在较长时间内继续使用。另外，集成电路设备已被列入科技部863计划进行重点发展。中国集成电路设备将会有一个较大的突破和发展。
中国加入WTO，国际间的交流日益紧密，半导体设备方面的展览会、研讨会以及出国访问团将不断
增多，在半导体设备基本要进口的同时，借鉴学习国外的先进工艺水平，通过交流和抓住机遇来跟上国际的步伐。
为尽快改善中国集成电路生产线设备基本依赖进口的局面,促进中国专用设备和仪器的发展，国家
在政策和资金投入上采取了相应的举措,制定了相关的政策,大力支持扶植该产业的发展。目前中国北京地区、上海地区、深圳地区正在规划集成电路的发展，各自都在筹建微电子研发基地，集成电路设备已被列入发展重点之一。随着中国加入WTO，这些基地建设将完全是开放性的并按新体制和新机制运行。
近几年国家不断加大力度发展集成电路，投入了大量的人力与资金，对半导体设备也提出了前所未有的机遇和挑战。
中国半导体专用设备制造业起始于60年代，最多时曾达到100多个单位，“九五”期间较为萧条，
近年来，随着中国集成电路产业的快速发展，半导体设备制造业又开始回升，目前涉足半导体设备研究和制造的单位恢复到40多个，主要的骨干单位有十几家。其中大部分单位从事前工序设备的研制，而后工序设备、材料制备设备、净化设备、试验检测设备也各有一些单位在研究和生产，但近年来新进入半导体设备领域的单位多数切入的是后工序设备。
目前为止，中国半导体设备企业已经能够自行提供0.8微米、6英寸以下的主要专用设备,0.5微米生产线关键设备(包括电子束曝光机、光刻机、离子注入机、金属层间介质CVD、磁控反应离子刻蚀、物理气相淀积等)已研制出原型样机，0.25微米以上设备中的某些单元技术也有所突破。中国半导体设备的
总体水平与国外相比差距还很大,但30多年来，中国集成电路专用设备制造业虽然几经波折，确实培养
了一批具有较高专业水平的技术队伍，为中国集成电路专用设备的进一步发展打下了相当的专业基础。
中国半导体产业的快速发展促使在此领域耕耘几十年的骨干单位增强了活力，已经离开多年的单位正在重新进入，一些行业外的单位看准时机纷纷切入半导体设备领域，美国、日本、韩国等许多海外半导体设备公司已经或正在筹划将其制造基地移向中国，美国设备厂商已经捷足先登。美国应用材料公司，已在上海落成了中国公司新的总部。韩国设备厂商对中国市场颇为关注，富社公司与铜陵三佳电子集团公司合资开办了半导体塑封机生产企业，日本山田公司、韩国丰山公司就合资建设集成电路专用模具、引线框架项目已分别签约。
2、市场环境
近年来中国集成电路市场发展迅速，2000年以前中国集成电路市场平均增长速度达到40%，2001年
以来由于受世界半导体市场衰退的影响，中国集成电路市场仍保持了20%以上的增长率，是世界半导体
市场的一枝独秀。近几年来，中国集成电路市场的总体规模迅速扩大。2001－2002年世界集成电路市场
需求不景气情况下,中国集成电路市场保持了稳步增长,成为牵动半导体亚太市场复苏的重要驱动。下图是1999年以来中国集成电路市场增长情况
图2 1999－2002年中国集成电路市场规模增长
数据来源：CCID 2003，02
由于半导体市场空间巨大和不断发展的市场需求，促使中国半导体产业投资火热，许多国际大公司、特别是台湾省一些知名厂商纷纷到中国内地投资设厂，兴建半导体IC制造或后段封装测试企业，促使中国集成电路产业的规模快速扩大。下图是1999年以来中国集成电路产业规模情况。
图3 1999—2002年中国集成电路产业规模增长
数据来源：CCID 2003，02
中国半导体产业与市场的高速增长为半导体设备的需求提供了良好的外部环境和巨大的发展空间，中国的半导体设备市场正在以前所未有的势头增长着。
二、2002年中国半导体设备产业现状分析
(一) 中国半导体设备的现状
中国的半导体设备产业起步于20世纪60年代，经过几十年的发展(发展情况见下表)，到目前中国涉足半导体设备的企业事业单位有近40个左右，骨干企业有10多家，其研究方向和研发产品涉及材料制备、制版设备、前工序设备、后工序设备等领域，已形成一定层次的产品研发能力和相应的技术积累。
表8 国产半导体专用设备的研制过程
从产业规模和基础上看，中国半导体设备的品种覆盖面较广，有几十类上百的品种，但由于技术档次低，缺乏形成产业的能力，不能形成自有品牌。目前来看产业规模小、市场竞争力弱。但是，近年来中国半导体设备产业发展已经开始呈快速增长的势头。2002年中国半导体专用设备的销售额为5.99亿元，比2001年4.3亿元增长了38.2%，其中材料制备设备、前工序设备、后工序核试验检测设备增长速度较快,分别为44%、53%、32%与41%。
表9 2001—2002年中国半导体设备销售情况单位：万元
图4 2002年各类半导体专用设备占有比例
数据来源：CCID 2003，02
中国半导体设备技术水平与国外存在较大的差距，在半导体关键设备上落后于国际水平10——15年。近几年新技术、新工艺、新材料的陆续使用,使国产设备、仪器的设计制造水平有了长足的进步。中国
半导体设备企业已基本具备为0.5μm以下、6英寸IC生产线提供试生产样机的能力， 0.25μm以上水平
设备的单元技术已有一定突破。
表10 中国微电子设备水平与世界水平的比较
在新产品研制方面，中国电子科技集团45所已于2001年反8”硅片自动切片机、自动划片机、自动
探针测试台和6”双面光刻机列为重点开发项目，并正在进行自动键合机的技术调研；电子48所研制的
电子束曝光机和用于0.5μm、6”生产线的大束流离子注入机和氧离子注入机已通过验收，用于LED生产的第二批GaP液相外延炉正在生产，以满足用户新的需要；中科院光电子所利用在分步重复光刻机、X射线光刻机等方面取得的进展，开发用于MEMS等领域的I线深度曝光机，曝光胶厚可达1mm，已经形成系列，700厂(已进入七星华创公司)推出了平坦化IMD设备、M－RIE设备、全自动清洗机、超净工作台、新型质量流量控制器等十几项新产品；苏净集团的“九五”国家重点科技攻关项目“亚微米级集成电路生产微环境系统设备”通过了国家验收，解决了18项关键技术；西北机器厂新开发的6”匀胶显影设备去年已
在展览会亮相；南光机器厂和北京仪器厂在PVD和电子束蒸发设备方面也都有新产品推出；兰新通信设
备集团公司研制的6”硅片研磨机、抛光机和倒角机等共十项新产品去年已陆续投放市场，并将开发8”产品；三佳公司研制的MGP(多注射头)塑封模，适应了SMT发展的需要，可以适应SOT、QFP等集成电路封装的要求；广州爱斯佩克公司生产的高低温试验设备近年来已在用户中取得了良好的信誉。
表11 中国半导体工艺设备技术水平及研制单位
表12 2001—2002中国主要的半导体设备生产企业销售情况：单位：万元
目前中国半导体设备产业具有如下特点：
(1) 产业规模小，发展速度较快。
二十世纪九十年代以来，中国集成电路业的引进项目中，整线生产工艺设备要从国外进口，国内集成电路生产设备市场几乎全部被国外企业占领，中国半导体专用设备企业销售所占国内市场份额极小，但近年来中国半导体设备产业发展呈快速增长的势头，集成电路生产用关键设备年增长率达到40%——50%，从事半导体设备生产的企业也在不断加。
(2) 半导体设备品种齐全，新品研制有一定的基础。
目前中国半导体设备企业已初步具备从材料、IC前道工序、封装、测试的关键设备的生产能力。一些骨干企业和原电子部系统的科研院所具有较强开发与研制能力，如北京七星华创电子股份有限公司、中国电子科技集团第四十五研究所、第四十八所、成都光电所等单位在新品研制生产方面都积累了一定
的技术经验与基础。
(3) 具备了相关产业的良好条件。
在研究集成电路专用设备发展前景时，还必须考察中国机器制造等其他相关产业的发展状况。根据国外设备制造公司的初步调查，在制造中国所需要的集成电路设备中，大约有80％左右的零部件可以利用中国的企业进行加工。从而表明中国有了一个相关产业基础的良好条件。
(4) 半导体设备产业滞后于半导体产业的发展。
中国半导体设备工艺水平落后。半导体设备制造企业不能及时供应与全球同步的关键生产与实验设备给国家级的研究院、所、大学，半导体研究部门就不可能将领先技术注入给生产企业。中国集成电路生产企业没有雄厚资金来购买国外先进的当代的和将要成为当代的主流生产设备，国产集成电路关键生产设备跟不上，致使中国半导体产业发展滞后于世界水平，缺乏国际竞争力。
(二) 国内各主要半导体设备生产情况
1、材料制备设备
随着中国半导体工业的迅猛发展，对半导体材料的要求越来越高。特别是单产8″硅片晶硅片的直径越来越大，世界各国竞相向大直径发展。目前国际上以8″硅圆片晶体生长设备为主，中国晶体生长设备以生产6″硅单晶为主，已达到生的样机的水平。随国内近年单晶生产厂家的扩产以及新的中外合资单晶生产厂建成,投资规模较大,单晶制造设备需求数量增多,国内重点的单晶炉生产企业是西安理工大学晶体生长设备研究所、中国电子科技集团45研究所。西安理工大学晶体生长设备研究所在半导体材料设备方面已能满足10种以上的生产方法的设备，形成了直拉硅单晶、磁场硅单晶、直拉锗单晶、区熔硅单晶4大类，近20个品种，90%以上的产品以国内半导体材料企业、科研院所为销售对象，部分产品销往国外。
研磨机、抛光机、切片机等材料设备生产企业较多，有西北机器厂、兰州兰新高科技产业股份有限公司、第45所、4502厂、汇盛电子机械设备公司、锡山市日升机械厂、无锡泰源机器制造有限公司以及宜兴市锻压机床厂等等。45所自行研制的首条国产强力磨削大直径金刚石超薄刃具自动生产线,已于1998年在平凉建成投产,解决6英寸直径以下的SI材料、GE材料等切割。
表13 国内满足不同晶体的生长设备
表14 2002年半导体材料制备设备的典型产品
2、前工序设备
光刻机是IC制造业的关键,其图形套刻精度和线条宽度是制约集成电路集成度提高的关键,中国在传统光刻技术上较为落后，但由于近年来国家有关方面的大力支持，中国已经进行了XRL、SCALPEL、EUVL、EB等下一代光刻技术的研究，并掌握了一些核心单元技术。由于国外也刚刚起步，因此中国在NGL方面
与国外的差距并不大，蕴含着较大的发展机遇。由科学院成都光电所研制生产的1.5－2微米,实用型分
布重复投影光刻机,首先在中国完成CMOS2000万门阵电路工艺考核,0.8－1微米光刻机于1997年完成工艺考核.中国电子科技集团四十五所研制生产的分布投影光刻机分辩率达1微米;大面积自动曝光机及双面
对准曝光机的技术水平也有大的突破,中国电子科技集团四十八所研制生产的亚微米电子束曝光机最小
线宽实现了0.5－0.3微米,图形光刻精度达±0.125微米。
近几年来,经过"九五"科技攻关和重大工程项目重点攻关,中国研制开发能力有较大提高,离子注入机、扩散炉、溅射台、离子刻蚀等关键设备上都开发出自己的产品,其技术水平接近国际先进水平。中
国电子科技集团四十八所离子注入机,能够达200Kew,束流强度>1000uA;国营七00厂生产的5－6英寸多管微控全功能扩散系统已投入生产使用;北京仪器厂、国营七0八厂生产的多靶磁控溅射台,功率已达4Kw/
个的水平。48所研制成功的LC－11型砷化镓专用强离子注机,M431－4/UM型双离子刻蚀机等六个项目,其中三项填补了国内空白,两项达国内先进水平。
目前国内半导体微细加工设备的研制已经完成: 图形线宽0.8－1m分步重复投影光刻机、1.5μm深紫外接触式光刻机、能量20－160Kev强束流离子注入机、图形线宽1m反应离子刻蚀机、立式热壁LPCVD、单片双室PECVD、这些设备可用于4"－6"硅片加工。这些设备大部分还没有投入大批量生产，在国内还处于小型化，计划型生产，随着半导体产业的迅速发展，中国半导体前工序生产设备将很快成长起来。
表15 前工序关键设备仪器技术水平
表16 前工序关键设备及主要生产厂家
3、后工序设备
近年来半导体封装企业发展较快，半导体后工序设备业技术水平要求相对不高，吸引了一些新兴企业介入这一领域。后工序设备主要是封装设备，包括划片机、键合机、塑封机、烧结炉、切筋打弯机、打标机、编带机、电镀设备、模具等。目前主要的生产厂家除原有45所、上海汇盛电子机械设备公司、北京光电技术研究所、武汉华工激光工程有限责任公司外，还增加了大族激光公司、北京创科源光电技术有限公司、沈阳仪器仪表工艺研究所、苏州众和电子有限公司、北京德雷射科科技开发公司、青岛旭光仪表设备有限公司青岛亚光仪表设备有限公司、青岛旭升专用仪表设备有限公司等。
表17 主要的后工序设备及生产厂家
2002年全球最大的半导体封装设备制造商日本TOWA株式会社进驻浦东张江高科技园区，由其投资设立的东和半导体设备(上海)有限公司正式投入运营。而且TOWA半导体设备(苏州)有限公司也已奠基。TOWA株式会社目前在中国市场已拥有摩托罗拉、乐山－菲尼克斯、南通富士通、东芝半导体(无锡)以及中国华晶集团等。
4、其他设备
中国半导体生产加工过程中的试验测试设备、净化设备生产还十分薄弱，处于起步阶段。国内市场基本为外国设备企业所占领。
中国集成电路测试业经过二十多年的努力，积累了10MHz—40MHz数字测试系统的相关技术和中低档模拟测试系统相关技术。已经装备集成电路生产线的测试系统，主要是低档的数字测试系统、模拟测试系统和数模混合测试系统。从事测试设备研制的企业主要是45所和北京七星华创电子有限公司。45所研制低温探计测试系统,特种器件用双面曝光机,全自动探计中测台,自动开槽划片机,自动内圆切片机等六个项目,已经通过鉴定并达到90年代初国际技术水平。
表18 测试设备及主要生产厂家
表19 环境模拟及可靠性试验设备及生产厂