18世纪中叶，英国人发明了珍妮机。设备的诞生，极大地提升了纺织轻工业的生产效率，对英国工业革命产生了深远影响。其后一系列诸如蒸汽机、电气化等工业设备的诞生都极大地推进了相关制造工业的历史进程。对一个制造业大国而言，设备的重要性是刻在骨子里的。1952 年中国通过立国之战赢得前苏联援助的 156 个工业项目。通过这些援助，包括设备、专家和技术的引入，中国得以搭建起相对完备的工业体系，迈出了从农业国向工业国转变的重要一步。1978年后，中国对外开放、引进外资，大量外资投资建设的项目在中国落地，这种大规模的资本投入过程伴随着设备、技术的大量引入。制造业强国德国曾提出“工业4.0”概念，我国曾提过“中国制造2025”，异曲同工之处，作为制造业强国，都十分重视高端装备的自主可控。高端装备在一国的产业链发展过程中有着先决性的作用，如今，我国在芯片领域的卡脖子情况之所以严重，就是因为进口设备无法在短期内找到可替代选项。在上一篇《半导体产业链拼图，各细分环节》中，我们从产业链上下游各环节展开论述，其中半导体设备是放在第一位的。本篇我们就详细探讨半导体设备的几大环节。在投资语境中，设备环节常常被称为铲子赛道，半导体领域的设备环节包括：光刻设备（23%）、刻蚀设备（30%）、离子注入（2%）、薄膜沉积（25%）、检测设备（13%）、清洗设备（2%）等，括号内容为按产业链整体资本投资中各环节市场价值占比统计。但市场价值大不代表附加值大，而往往研发难度越大，附加值越大。
光刻设备产业链涉及纳米级精密光学、精密运动、高精度环境控制等多项先进技术，技术领域涉及十分广泛，且随便一项拎出来基本都是人类工程学的巅峰之作。光刻机是芯片制造中最关键的设备之一，其精度和性能直接决定了芯片的制程水平。目前，全球光刻机市场主要由少数几家企业垄断，不再赘述。目前在国内，光刻设备领域的整机厂商有上海微电子、芯硕、影速等。光刻设备在关键零部件方面，包括光源系统、物镜系统、双工件台三个核心方面。光源系统是光刻设备的关键之一，提供了光刻所需的特定波长和强度的光线。高质量的光源能够确保光刻的分辨率和精度，实现更细微的图案刻画。目前国内在光源系统的研发方面不断取得进展，相关企业如科益虹源、福晶科技、炬光科技等正努力攻克技术难题，提升光源的稳定性和性能。物镜系统则负责将掩模版上的图案清晰、精确地成像到硅片表面。这要求物镜具有极高的分辨率和数值孔径，能够捕捉到微小的细节。国望光学、奥普光电等企业在物镜系统的研发上持续投入，为提高光刻设备的成像质量贡献力量。
双工件台则如同设备的 “精准定位器”，承载着硅片并实现精确的移动和定位，确保在光刻过程中图案能够准确无误地转移到硅片的各个位置。华卓精科等企业在双工件台的研发上不断创新，提高其运动精度和稳定性。
然而，尽管国内在光刻设备的整机和关键零部件领域取得了一定的成绩，但与国际先进水平相比，仍存在一定差距。在技术研发、制造工艺、材料品质等方面，还需要进一步加大投入和创新。
在芯片制造的复杂过程中，“光刻” 这一关键步骤常常被人们所提及，但光刻机并非独自完成了整个光刻过程。光刻机将芯片的设计图案转移到硅片表面的光刻胶上，而真正实现将图案 “刻” 在硅片上的关键步骤是由刻蚀设备来完成的。
刻蚀设备根据光刻机所绘制的图案，有选择性地去除硅片表面不需要的部分。这一过程需要高度的精确性和可控性，以确保刻蚀的深度、形状和尺寸都符合芯片设计的要求。在芯片制造的微观世界里，光刻与刻蚀紧密配合，缺一不可。光刻机提供了精确的图案蓝图，而刻蚀设备则将这一蓝图转化为实际的芯片结构。
在刻蚀设备的发展历程中，技术不断革新。从早期的湿法刻蚀到如今主流的干法刻蚀，刻蚀设备的性能不断提升。干法刻蚀具有更高的刻蚀精度、更好的各向异性刻蚀效果以及更低的污染，能够满足先进制程对芯片制造的苛刻要求。
目前，刻蚀设备的种类繁多，包括等离子体刻蚀设备、反应离子刻蚀设备等。不同类型的刻蚀设备适用于不同的材料和工艺需求。在全球范围内，应用材料、泛林半导体等国际巨头在刻蚀设备领域具有深厚的技术积累和市场份额。
然而，近年来国内企业也在刻蚀设备领域取得了显著进展。以中微半导体为例，其刻蚀设备不仅在国内市场获得了广泛认可，还成功进入国际供应链，为台积电等头部制造厂供货。这一成绩标志着国产刻蚀设备在技术和品质上已经具备了与国际先进水平竞争的能力。
刻蚀设备的研发和生产需要综合考虑多个因素。一方面，要不断提升设备的刻蚀速率和均匀性，以提高生产效率和芯片质量；另一方面，还需要降低设备成本，提高设备的稳定性和可靠性，以满足大规模工业生产的需求。未来，随着半导体技术的不断进步，芯片制程不断缩小，对刻蚀设备的要求也将越来越高。产业链上下游的合作，将共同推动刻蚀设备的发展和应用。
薄膜沉积设备在半导体制造中具有至关重要的地位。它的作用是在芯片表面沉积各种薄膜材料，如金属、绝缘体和半导体等。这些薄膜的质量和特性直接影响着芯片的性能、稳定性和可靠性。薄膜沉积设备的技术种类多样，包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）等。不同的技术适用于不同的薄膜材料和工艺要求。通过精确控制沉积过程中的参数，如温度、压力、气体流量等，可以实现薄膜厚度、成分和结构的精准调控。在国际市场上，应用材料等企业在薄膜沉积设备领域占据着重要地位。国内的一些企业如北方华创、拓荆科技等也在不断努力，逐步提高国产薄膜沉积设备的性能和市场份额。北方华创则在刻蚀、薄膜沉积、氧化扩散炉、清洗设备等多个领域广泛布局。这种多元化的发展策略使北方华创能够满足不同客户的需求，并在多个细分市场中占据一席之地。中微半导体以做精为特点，专注于核心技术的突破和产品性能的提升；北方华创则以做广为优势，通过广泛的产品线覆盖更多的市场需求。两者各具特色，共同推动了国产半导体设备的发展。离子注入设备则是用于将特定的杂质离子注入到半导体材料中，以改变其电学性能。这一工艺可以精确控制杂质的浓度和分布，从而实现对芯片电学特性的优化。离子注入设备虽然价值量整体占比不高，但国产化率很低，国际上，应用材料等美企、住友等日企对此领域形成垄断。国内公司目前仅有凯世通、中科信两家，未来需进一步跟踪研究。 离子注入设备需要具备高精度的离子束控制和能量调节能力，以确保注入的准确性和均匀性。虽然离子注入设备在整个半导体制造设备中的价值量占比不高，但其作用不可或缺。随着半导体技术的不断发展，芯片制程越来越小，对薄膜沉积和离子注入的工艺要求也越来越高。薄膜沉积设备需要实现更薄、更均匀、更高质量的薄膜沉积；离子注入设备则需要更高的注入精度和更低的损伤。
在半导体制造的复杂流程中，检测设备扮演着至关重要的角色，确保每一道工序所产出的芯片都符合高标准的性能和质量要求。检测设备的主要作用是在半导体生产的各个环节中，对芯片的性能、参数、结构完整性等进行精确的测量和分析。从芯片的原材料到最终的成品，检测贯穿始终，涵盖了制造检测和封测检测两个主要阶段。在制造检测阶段，检测设备能够实时监测芯片制造过程中的工艺参数，如薄膜厚度、刻蚀深度、掺杂浓度等，及时发现潜在的缺陷和偏差，以便进行工艺调整和优化。这有助于提高芯片的成品率，降低生产成本。封测检测阶段则侧重于对芯片的功能和性能进行全面的测试，包括电性能测试、逻辑功能测试、可靠性测试等。通过这些检测，可以筛选出不合格的产品，保证交付给客户的芯片具有高度的可靠性和稳定性。检测设备的技术不断发展和创新，从传统的光学检测、电学检测到先进的纳米级检测技术，检测精度和效率不断提升。同时，检测设备还需要与先进的数据分析和人工智能技术相结合，以实现对大量检测数据的快速处理和准确判断。在国际市场上，检测设备领域被科天半导体、日立、应用材料等企业垄断。国内企业如精测电子、华兴源创、赛腾股份、武汉精鸿、上海精测、中科飞测等也在不断加大研发投入，努力提升技术水平，逐步在市场中占据一席之地。随着半导体工艺制程的不断缩小，芯片结构日益复杂，对检测设备的性能和功能提出了更高的要求。检测设备需要具备更高的分辨率、更快的检测速度、更强的多参数检测能力以及更好的适应性。 半导体芯片的制造需要在极其纯净的环境中进行，任何微小的污染都可能导致芯片性能下降甚至报废。清洗设备的首要任务就是去除芯片制造过程中产生的各种污染物，包括颗粒、有机物、金属离子等。在芯片制造的多个工序中，几乎每一步之前都需要进行清洗。从晶圆制造到芯片封装，清洗环节贯穿始终。例如，在光刻过程之后，需要清洗掉未曝光的光刻胶；在刻蚀和沉积工序之后，要清除表面的残留物。
清洗设备采用了多种先进的技术和方法。常见的有湿法清洗和干法清洗。湿法清洗利用化学溶剂和去离子水进行冲洗、浸泡等操作，能够有效去除多种污染物，但可能会带来化学试剂残留和废水处理等问题。干法清洗则通过等离子体、气相反应等方式进行清洁，具有干燥、无污染的优点，但技术难度和成本相对较高。随着半导体工艺的不断进步，芯片制程越来越小，对清洗的精度和效果要求也越来越高。清洗设备需要能够在不损伤芯片结构和性能的前提下，实现纳米级别的清洁度。
目前，国内的半导体清洗设备产业也在迅速发展。盛美半导体、至纯科技、芯原微、北方华创等企业不断加大研发投入，提升产品性能和质量，逐步在国内市场崭露头角，并开始向国际市场进军。
未来，清洗设备将朝着更高效、更环保、更智能化的方向发展。新的材料和工艺的出现，也将推动清洗设备技术的不断创新。同时，随着半导体产业的持续增长和对芯片质量要求的不断提高，清洗设备的市场需求也将不断扩大。
央视时隔五年先后推出过两季《大国重器》系列纪录片，我国的装备工业取得的成就和需要克服的困难都在台面上，时至今天，我国由制造业大国走向制造业强国的路途虽不是一片坦途，但也不必灰心失望，毕竟，这是一轮新周期的低点也是起点。
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