半导体九大核心工艺与国产替代深度解析

摘要：半导体制造设备是整个产业链中最核心的环节之一，其技术壁垒高、研发周期长、资金投入巨大。据统计，在一座晶圆厂的建设投入中，设备投资约占总投资的70%~80%。

一、行业简介

半导体芯片的制造过程极其复杂，需要上百道工序和众多高精密设备的配合。芯片制造主要分为前道晶圆制造和后道封装测试两大部分。

其中，前道晶圆制造环节更为关键，涉及光刻、刻蚀、薄膜沉积等核心工艺步骤，而执行这些工艺的正是各种类型的半导体设备。

半导体制造设备是整个产业链中最核心的环节之一，其技术壁垒高、研发周期长、资金投入巨大。据统计，在一座晶圆厂的建设投入中，设备投资约占总投资的70%~80%。

也就是说，每建一座芯片工厂，大部分资本都花在购置“核心设备”上。可以说半导体设备是芯片产业的“心脏”和基础，没有先进设备，就无法制造出先进芯片。

从产业地位来看，半导体设备行业呈现高度集中的寡头垄断。全球晶圆制造设备市场长期被少数美日欧巨头把持，前五大设备厂商（应用材料AMAT、荷兰ASML、日本TEL、美国Lam Research、美国科磊KLA）合计占据约65%的市场份额。

其中，光刻机由ASML近乎垄断；刻蚀、沉积等设备领域则由AMAT、Lam、TEL等主导。

相比之下，中国本土半导体设备行业起步较晚，许多核心技术曾长期依赖进口。

然而，近年来在国际贸易环境趋紧和“国产替代”战略驱动下，中国半导体设备企业快速崛起，在部分细分领域取得突破。比如中微公司（AMEC）的等离子刻蚀机已进入5nm工艺产线，技术水平接近国际领先；北方华创的刻蚀机、PVD沉积设备、氧化炉等实现批量化应用，并成为国内市场龙头。

综上，半导体“核心设备”是芯片制造的基石，也是全球科技竞争的焦点。下面我们将对半导体设备的九大类别进行全景解析，包括各类设备在工艺流程中的作用原理、技术难点、国产化进展及代表性企业。

二、半导体设备全景解析

半导体晶圆制造可以拆解为若干关键工艺步骤，对应不同类型的制造设备。下面按照典型工艺顺序，系统介绍九大类半导体制造设备（2.1～2.9），包括其工艺环节、作用原理、技术难点、国产替代进展及代表性企业。

2.1 清洗设备（晶圆清洗）

工艺环节：清洗是晶圆制造的起点和贯穿全程的步骤之一。在每一道光刻、沉积、扩散等工序前后，都需要对晶圆表面进行清洁处理，以去除颗粒、有机物、金属杂质等污染。

在清洗设备中，常用的方法包括湿法清洗（化学溶液浸泡或喷淋）和干法清洗（等离子体去除）等。通过化学试剂溶解、物理力去除等原理，清洗设备能够有效提高晶圆表面洁净度，保证后续工艺的良率。

技术难点：清洗设备看似原理简单，但要做到高洁净度和低损伤非常不易。一方面，清洗液配方和工艺参数需要精确控制，既要去污又不能腐蚀晶圆表面。另一方面，随着芯片尺寸缩小，晶圆表面的微颗粒都会影响线路成品率，因此清洗必须极其彻底。此外，不同工艺段的清洗（如氧化前清洗、光刻后剥胶清洗等）要求各异，设备需要灵活适配多种流程。

国产替代进展：晶圆清洗是国内较早突破的领域之一。目前清洗设备国产化率约20%，在九大设备中相对较高。

盛美上海（ACM Research）是国内清洗设备龙头企业，市占率超过80%，产品覆盖单片清洗、槽式清洗、电镀设备等，并打入台积电、长江存储等产线。

北方华创、至纯科技、芯源微等公司也提供清洗设备，基本满足国内28nm及以上工艺需求。清洗设备的国产化由于技术壁垒相对较低，已实现较大突破，但在高端制程上的性能、效率仍有提升空间。

2.2 光刻设备（光刻机）

工艺环节：光刻被誉为芯片制造的“母工艺”。在光刻步骤中，晶圆表面先涂上一层感光抗蚀剂（光刻胶），然后通过光刻机将掩膜版（光罩）上的电路图形曝光到光刻胶上，再经过显影显现出图形。

光刻机的核心作用是充当“光学投影仪”，其将带有电路图样的深紫外或极紫外光，透过掩膜版缩小投影到晶圆上，实现电路图案的转移。光刻设备主要包含：光源、物镜透镜系统、光罩台、晶圆台等部分，其综合精度决定了芯片的线宽和尺寸。

技术难点：光刻机是半导体设备皇冠上的明珠，也是技术壁垒最高的设备。一台EUV极紫外光刻机由超过10万个精密部件组成，对光学、机械、控制、材料等各领域都有极致要求。

图：目前国内光刻机技术水平落后ASML约20~30年

分辨率和对准精度是光刻的两大挑战：要在几十纳米甚至更小的尺度上准确对准并转印图形，需要超高精度的双工件台和纳米级误差控制。

此外，高数值孔径物镜的设计制造、稳定的高功率光源、光刻胶材料的抗蚀性能等都是难点。

当前只有ASML掌握了EUV光刻机的完整技术，其EUV光刻机可实现7nm及以下制程所需的极高分辨能力。对于任何新进入者而言，攻克光刻机需要漫长的积累和庞大的协同研发投入。

国产替代进展：光刻设备是目前国产化率最低的领域之一，尖端光刻机几乎100%依赖进口。国内光刻机龙头上海微电子SMEE已实现90nm节点ArF浸没式光刻机的量产供应，并在研发28nm浸没光刻机。

有消息称，首台国产28nm工艺浸入式光刻机有望在2027年前后交付。虽然与ASML的EUV光刻机（7nm及以下）仍有数代差距，但这将是中国在高端光刻上里程碑式的突破。

此外，在LED/MicroOLED面板用的厚膜晶圆光刻机、封装用光刻机等中低端市场，国内已有一定供应能力。

图：光刻机整体结构图

总体而言，光刻机国产替代短期内难以完全突破瓶颈，但国家和企业正合力攻关关键技术，比如光源、双工件台、对准系统等，为未来逐步缩小差距奠定基础。

2.3 显影和涂胶设备

（说明：显影涂胶设备通常与光刻机配套使用，合称光刻工艺整线，但作为独立设备类别，也单独列出。）

工艺环节：在光刻工艺中，光刻机完成曝光后，需要将晶圆上受光后的光刻胶溶解显现出来，这一步称为显影。

显影设备将专用显影液喷洒在晶圆表面，仅溶解掉光刻胶中受光（或未受光）的部分，从而留下光刻胶图形。而在曝光之前，晶圆需要匀均地涂布光刻胶并进行预烘烤，这由涂胶机（涂胶/烘烤机台）完成。

现代晶圆厂通常采用光刻涂胶/显影一体机（Track）与光刻机联机工作：晶圆进光刻机前在Track上完成涂胶，曝光后再回到Track进行显影。Track设备通过高速旋转涂胶、精准喷淋显影液以及多段烘烤，实现光刻胶的均匀涂覆和图形的清晰显现。

技术难点：涂胶和显影虽然属于辅助工艺，但对工艺效果影响很大。涂胶的厚度均匀性是难点之一，大尺寸晶圆（12英寸）上要求光刻胶厚度均匀度在亚百分级，否则会导致曝光不均。显影过程的控制也很关键，过度或不足都会影响线宽。

有些先进工艺使用负型胶（受光部分保留）或者特殊化学放大型光刻胶，对显影的化学反应控制提出更高要求。此外，显影后的冲洗和干燥必须极其温和，避免冲掉胶膜或引入斑缺陷。设备需要精密的温度、液流控制以及洁净的环境避免二次污染。

国产替代进展：涂胶/显影设备目前国内国产化率约8%。

主要供应商是沈阳芯源微电子（芯源微），它是国内唯一可提供前道量产级涂胶显影设备的厂商。芯源微的涂胶/显影机已经在90nm以上节点实现应用，并开始向更先进节点研发。

图：芯源微产品布局情况

相比光刻机，涂胶显影设备技术复杂度低一些，中国厂商已取得初步突破。

但在最先进制程所需的多涂层处理、特殊材料胶处理等方面，国产设备还需验证。

由于国际巨头（如东京电子TEL）在该领域经验深厚，国产替代还需要工艺客户的进一步验证和信任建立，目前正随着国内晶圆厂产线逐步提高市占率。

2.4 刻蚀设备（干法刻蚀机）

工艺环节: 刻蚀是指利用化学反应或物理轰击，将晶圆表面特定区域的材料移除的工艺。光刻胶图形显现后，通过刻蚀将图形所覆盖以外的氧化层或薄膜去除，形成所需的电路结构。

图：刻蚀设备分类

刻蚀分为湿法和干法两类：湿法刻蚀使用化学溶液选择性腐蚀材料，各向同性特性会引起侧向侵蚀；干法刻蚀则利用等离子体（电浆）中的离子在电场加速下垂直轰击晶圆，实现各向异性刻蚀，能够刻出陡直的侧壁，更适合纳米级图形。

现代集成电路制造主要采用干法刻蚀机（等离子刻蚀设备）。其原理是在真空反应腔中引入特定气体等离子，等离子体中的活性氟原子等会化学反应刻蚀硅/氧化物，而带电离子则垂直加速撞击表面加强刻蚀并清除产物。通过调整气体种类、功率等，刻蚀机可以加工不同材料层（硅、二氧化硅、氮化硅、金属薄膜等）的微纳图形。

技术难点：刻蚀设备需满足高各向异性、高选择比、高一致性三大要求。

一是必须刻出接近垂直的侧墙且不损伤掩膜层，这要求对离子能量定向控制精确。

二是选择比，即对目标材料的刻蚀速率与对掩膜或底层材料刻蚀速率之比，要尽可能大，避免过刻蚀破坏下层。这涉及等离子体化学反应优化，使其只刻特定物质。

三是全球范围内上百或上千台刻蚀机加工数千万片晶圆，要求设备间的工艺一致性和长时间运行稳定性极高。

此外，先进工艺中的高深宽比刻蚀、原子级精度刻蚀(ALD质控刻蚀)等新需求，对刻蚀设备提出了更严苛挑战。例如在3D NAND制造中，需要刻蚀数百层堆叠膜孔洞，深宽比高达几十比一，这对等离子体均匀性和产物排除都是巨大考验。

国产替代进展：刻蚀设备是中国在核心装备中率先取得重大突破的领域之一。国内刻蚀机国产化率约7%。

中微半导体（AMEC）和北方华创是双龙头。其中中微公司的介质刻蚀机已打入台积电5nm工艺产线，是迄今国产设备参与的最高制程；中微还提供深硅刻蚀等设备，在MEMS领域市占率全球领先。

北方华创在刻蚀领域产品线齐全，ICP刻蚀机等已大规模应用于国产逻辑、电源芯片生产，并打破了部分8英寸金属刻蚀设备的国外垄断。

目前国内厂商在刻蚀机中低端市场基本实现替代，在高端逻辑、存储器刻蚀领域也取得进展。

2025年长江存储已宣布导入全国产化产线试产，其中涵盖刻蚀等全环节国产设备。可见刻蚀机的国产化已经从点到面逐步铺开。后续难点在于7nm及以下逻辑器件的一些关键刻蚀步骤（如栅极刻蚀、刻蚀终点检测等）仍需大量工艺验证和优化。

总体而言，刻蚀设备被认为是中国有望率先在高端领域实现较高国产份额的设备类型。

2.5 过程控制设备（检测/测量设备）

工艺环节：在晶圆制造的每几个步骤之后，通常需要检测当前加工结果是否符合要求，以及时发现缺陷或偏差。这就需要过程控制设备，包括光学检查设备（缺陷检测机）和测量设备（量测仪）等。

图：半导体量测与检测分类

前道检测主要指利用光学或电子束扫描晶圆表面，发现颗粒、划痕、图形错误等缺陷；量测设备则用于测量关键尺寸（CD）、薄膜厚度、套刻精度等工艺参数。

它们的作用相当于“眼睛”和“尺子”，确保每一道工序的产出符合标准。如果在中间检测出异常，工艺工程师可以调整参数或剔除不良晶圆，避免缺陷延续到后续步骤。

技术难点：检测和量测设备需要极高的灵敏度和精度。比如在7nm工艺中，一个典型缺陷可能只有几十纳米甚至更小，要在大约300mm直径的晶圆上高速扫描却不遗漏任何可致命缺陷，这对光学系统和算法都是巨大挑战。

KLA等公司的检测设备能将尺寸20nm以下的颗粒缺陷捕捉出来，靠的是超高NA（数值孔径）光学系统、深紫外激光以及先进的图像处理算法。

测量设备如CD-SEM（扫描电镜量测）需要nm级尺寸重复精度，对电子光学技术要求极高。此外，过程控制设备往往贯穿产线，需要与产线管理软件联动实现实时反馈控制，软件算法和数据处理能力也是难点。

国产替代进展：过程控制设备目前是国产短板领域之一，国产化率仅约2%。不过，这一领域也开始出现突破苗头。

国内企业精测电子布局了前道光学检测和后道测试全线产品，其子公司和利时等推出了缺陷检测设备，并在部分晶圆厂试用。

中科飞测专注于检测计量设备创新，号称已形成九大系列产品并满足主流客户的光学检测需求。

赛腾股份通过并购日本公司切入检测设备领域。

然而目前而言，高端量测仪（如CD-SEM、椭偏测厚仪等）和缺陷检测设备依然被KLA、ASML等垄断。国内企业在算法、光源、探测器等关键部件上与国际领先有代差。随着政府和晶圆厂的支持，国产检测设备正努力攻克关键技术，但实现大规模替代还需时间。

2.6 去胶设备（Photoresist Stripper）

工艺环节：去胶是指在光刻和刻蚀完成后，将晶圆表面残留的光刻胶膜清除干净的步骤。刻蚀等工序结束后，原先作为掩膜的光刻胶已无用，必须完全去除，否则会影响后续薄膜沉积或离子注入等环节。

去胶通常采用两类方式：一是湿法去胶，利用有机溶剂或去胶液溶解光刻胶；二是干法等离子灰化，利用含氧等离子将有机光刻胶燃烧氧化掉。

现代工厂多用干法去胶机（灰化炉），将晶圆置于低温等离子氧化环境中，使光刻胶转化为CO₂和H₂O等气体排出，实现无残留去胶。

技术难点：去胶本身原理简单，但完全去除且不损伤晶圆并不容易。随着工艺缩小，残余光刻胶可能嵌在侧壁或沟槽深处，需足够高渗透性的等离子才能清除。

此外，有些特殊制程（如低-$k$介质材料或铜金属）对高温氧化非常敏感，去胶过程温度和时间稍有不慎就可能损害器件。因此高端去胶设备需要精确控制等离子功率、气体组成和温度，并且配备残留监测手段以确保光刻胶完全清除。由于去胶在每道光刻后都要执行，设备需要高可靠性和高Throughput满足大规模生产需求。

国产替代进展：去胶设备是为数不多的国产全面领先的领域。根据统计，国内干法去胶设备国产化率高达约90%，已达到全球领先水平。

这主要得益于屹唐半导体的崛起。屹唐（曾由中科院微电子所孵化）专注于干法去胶机，其氧等离子去胶设备性能出色，全球市占率第一。屹唐的产品已广泛应用于境内外晶圆厂，实现了该细分的出口反超。

另外，北方华创等也有去胶设备产品线。可以说，去胶环节中国不仅实现替代，而且在全球实现了技术和市场的领先。这为国产设备企业提供了一个成功范例：凭借扎实技术在相对窄众领域做到极致，也能站上国际舞台。

2.7 离子注入设备（离子植入机）

工艺环节：离子注入是指将特定杂质元素以离子形式加速掺杂进入晶圆表面的过程。

通过注入不同的掺杂离子（如磷、砷、硼等），可以调整半导体材料的电学性质，形成晶体管的P型区和N型区等。

图：离子注入机结构

离子注入机首先产生所需元素的离子束，并通过高电压加速使离子获得足够能量，然后利用磁场和狭缝对离子束进行纯化和聚焦，最后将离子束射入晶圆表层。

注入后再经过退火激活，杂质原子就进入晶格位置起到掺杂作用。离子注入的优势在于剂量和深度可精准控制（通过调节离子束强度和能量），相比过去的高温扩散法更精确可控。

技术难点：离子注入机需要同时解决高能离子源、束流纯度和均匀度等挑战。

一方面，离子源要能稳定产生足够强度的特定离子束，例如砷离子源要避免金属污染等。

另一方面，加速器和磁分析系统需将离子束中不需要的杂质离子过滤掉，同时让所需离子均匀覆盖晶圆。束流均匀扫描也是难点，大尺寸晶圆要靠精密机扫或磁场扫动束流覆盖全片，均匀度要控制在很小范围。

此外，不同注入能量对应不同加速电压（几十keV到上MeV），高能大电流注入对设备真空、高压系统可靠性要求极高。高能注入还会引入晶格损伤，需要控制离子剂量避免破坏晶圆。

国产替代进展：离子注入长期由美日企业主导，国内起步较慢。目前国产化率仅约3%。不过，近年通过并购整合和自主研发相结合，中国在这一领域取得突破。

图表：2024年离子注入设备市场格局

上市公司万业企业通过并购凯世通，切入中低能离子注入机研发。凯世通团队在离子源、加速器等方面积累多年，目前产品已进入国内晶圆厂验证，并于2022-2023年斩获数台订单。

另一家中科院背景的中科信（航天科工子公司）也在开发离子注入设备。

总体而言，离子注入设备仍是国产版图上的薄弱环节，高能大束流离子注入（如用于存储器阱区形成）尚无国产设备商用。

但随着凯世通等的推进，国内28nm以上制程所需的一些中低能注入机有望实现零的突破。目前国家大基金等也重点支持该方向，预计未来几年内国产离子注入机会逐步实现从无到有。

2.8 薄膜沉积设备（PVD/CVD/ALD设备）

工艺环节：薄膜沉积指在晶圆表面生长或沉积一层材料薄膜的过程，是形成各种功能结构（栅极介质、掩膜层、金属互连等）的基础工艺。

常见的沉积方法包括：物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）以及原子层沉积（ALD）等。

图：化学气相沉积工艺（CVD）示意图

PVD通常采用溅射或蒸发原理，将固体靶材原子物理击出后沉积到晶圆上，常用于金属薄膜；CVD则是在高温下将含所需元素的气体在晶圆表面发生化学反应并沉积固体薄膜，适合沉积氧化硅、氮化硅、多晶硅等；ALD是特殊的CVD，每次反应沉积原子级厚度薄膜，交替引入前驱体气体，实现极薄且均匀的膜层控制，非常适合7nm以下节点的超薄栅氧等。

另外，还有外延生长（用于单晶硅/砷化镓层）、电镀沉积（铜互连）等方法。薄膜沉积设备的作用就是提供合适的反应腔、能量场（等离子或热）等，使源材料原子/分子以正确方式附着在晶圆表面形成连续膜。

技术难点：沉积过程看似“镀膜”，但要得到致密、均匀且纯净的薄膜并不简单。CVD设备需精确控制气体流量、反应温度，以实现大腔体内各晶圆间厚度均匀性

对于高K介质、金属电极等薄膜, 对膜应力、介电常数、导电率等也有严格要求，工艺窗口窄。PVD需要解决高真空和靶材利用率等问题，同时避免颗粒污染。ALD则涉及复杂的序列反应，对阀控、温区设计要求极高。另一个难点是多重沉积与刻蚀集成, 例如在3D NAND制造中，需要交替沉积和刻蚀数百层薄膜，设备需长时间运行且保持稳定。

另外，新材料（如自旋电子材料、高Tc超导材料等）沉积也带来挑战，需要开发新的沉积工艺和设备构型。总的来说，薄膜沉积设备技术种类繁多，每一种都需要深入的材料科学和工艺控制能力。

国产替代进展：薄膜设备领域国产厂商近年来进步显著，国产化率约8%。

其中，北方华创在PVD、PECVD等方面实现大量装机。

2025年上半年北方华创PVD物理气相沉积设备整机交付累计突破1000台，标志其PVD产品成熟度和市场接受度大幅提高。

中微公司除了刻蚀，在MOCVD设备（用于LED外延）领域已跻身全球前三。

拓荆科技是国内薄膜沉积新锐，专注PECVD、ALD等，技术指标已达到国际水准。拓荆的等离子体CVD设备在14nm工艺中试用，据报道表现良好。

华海清科在化学机械抛光（CMP）起家，近期也布局ALD设备研发。

总体来看，沉积设备国产替代正逐步从中低端向高端渗透：如28nm以上制程的氧化物CVD、介质层PECVD设备国产化已有案例；7nm所需的高阶ALD设备也在攻关中。长江存储全国产产线项目中，已包含国产沉积设备试用。可以预见，未来几年国产沉积设备的份额将加速提升。

2.9 CMP抛光设备（化学机械平坦化设备）

工艺环节：CMP（化学机械平坦化）是消除晶圆表面不平坦，使其重新获得平滑表面的关键工艺。

图：CMP工作原理示意图

在多层布线和多重图形叠加过程中，每层加工完表面会有凸起凹陷，必须通过CMP磨平，否则下一层光刻无法精确对焦。

CMP设备采用化学腐蚀+机械磨削相结合的原理：将晶圆压在旋转的抛光垫上，抛光垫持续流淌含有研磨颗粒和化学试剂的抛光液。在机械磨擦和化学反应的共同作用下，晶圆表面的材料被均匀去除，达到全局平坦化。CMP通常针对特定材料（氧化物、金属、硅）使用不同的抛光液和垫子组合，以确保选择性去除目标材料而不损伤下层结构。

技术难点：CMP的难点在于兼顾去除速率、均匀性和材料选择性。

为了效率，需要一定的材料去除速率，但这又容易引入划痕和损伤晶圆表面。确保整个晶圆各处抛光均匀，则要求精密控制研磨压力分布及抛光液流量。

终点检测也是关键：必须在刚好磨平目标层时停止，否则过度抛光将破坏电路。

尤其在芯片花纹密度不均的区域，容易出现局部凹陷或残留（所谓“抛光停留区”问题），需要通过改进抛光液配方和工艺步骤（如插入缓冲氧化层CMP等）解决。

CMP设备需要高度稳定的抛光头压力控制、有效的制浆和回收系统以避免颗粒，再加上端点检测技术（如光学或摩擦力监测）来决定何时停止抛光。

因此，CMP设备融合了化学、机械和控制的多重挑战，被认为是仅次于光刻机的复杂设备之一。

国产替代进展：CMP设备早期由美日垄断，但国内目前取得突破，国产化率约10%。

本土华海清科是CMP设备领军者。由中科院大连化物所团队创立的华海清科，攻克了12英寸CMP机的关键技术，产品已进入长江存储、华力等产线，实现28nm工艺应用。

2021年华海清科登陆科创板，标志国产CMP机商业化成熟。其多款机型覆盖氧化物、硅和铜互连抛光。

目前国内CMP设备仍在高端逻辑工艺上需要验证提升，比如7nm及以下的多重抛光集成。但随着华海清科、北方华创等持续研发，国产CMP性能接近国际先进水平。

未来存储和成熟工艺生产线将优先采用国产CMP，高端逻辑领域则随着国产抛光液和设备的协同优化，有望逐步实现替代。

图：设备国产化率仍有提升空间，各设备商形成差异化竞争

三、重点公司分析

经过上文对九大设备类别的解析，可以看到中国已经涌现出一批各细分领域的龙头企业。

本节将选取具有代表性的几家设备龙头，对其业务现状、竞争地位及最新财务表现进行分析。

1. 北方华创（NAURA）：国产半导体设备综合龙头。北方华创覆盖刻蚀、沉积、氧化炉、清洗等众多产品线，是少数几家能够提供工艺设备全流程解决方案的本土厂商。

公司凭借在电子束加工设备领域的积累（前身为北方微电子）和并购扩张，一跃成为中国规模最大的半导体设备企业。

2025年上半年公司实现营收161.42亿元，同比增长29.5%，归母净利润32.08亿元，同比增长14.97%。

北方华创在2025年上半年先后迎来多款设备累计出货量破千台的里程碑，包括立式炉、PVD沉积设备，以及此前已破千台的刻蚀设备。这表明公司产品已大规模被市场采用，进入成熟放量阶段。

从技术路线上，北方华创通过自主研发和吸收并购技术并举，掌握了等离子体刻蚀、PECVD、PVD、MOCVD等核心工艺装备制造技术，部分产品性能接近国际一线水平。

图：北方华创核心设备工艺覆盖度超过60%，核心拳头产品优势明显

公司在国内晶圆厂设备招标中屡有斩获，是长江存储国产产线、华虹存储产线、台积电南京厂等项目的重要供应商。

北方华创当前市值和营收规模在A股同行中居首，反映了市场对其作为“中国半导体设备旗舰”的预期。

不过，公司毛利率受产品结构和费用投入影响略有下滑趋势，同时面临美方出口管制的风险（2024年公司被列入美商务部实体清单）。

总体而言，北方华创依托广泛的产品组合和本土市场优势，有望继续保持高速成长，并向工艺更先进、客户更广泛的国际市场迈进。

2. 中微公司（AMEC）：刻蚀设备领军者，技术实力出众。中微公司成立于2004年，由硅谷归国科学家尹志尧创办，定位于高端等离子刻蚀设备研发。

经过近20年攻关，中微成功打破国际垄断，将介质刻蚀机打入台积电先进产线。据报道，中微的介质刻蚀设备已用于台积电5nm工艺生产，是中国首款进入5nm节点的国产设备。这证明了公司产品在刻蚀精度、均匀性等方面达到国际先进水平。

除介质刻蚀之外，中微还推出硅刻蚀、金属刻蚀等机型，以及用于LED芯片制造的MOCVD设备。在MOCVD领域，中微的市场份额位居全球前三。

财务方面，中微公司披露2025年半年度报告：上半年实现营业收入49.61亿元，同比+43.88%；归母净利润7.06亿元，同比+36.62%；扣非归母净利润5.39亿元，同比+11.49%。按季度看，Q2 单季营收27.87亿元（同比+51.26%，环比+28.25%），归母净利润3.93亿元（同比+46.82%，环比+25.47%）。

随着半导体“国产替代”提速，中微在国内刻蚀市场的占有率迅速提升，订单饱满。此外，公司积极拓展海外市场，2024年曾宣布获得韩国某存储大厂刻蚀机订单，显示其产品已具备国际竞争力。

当然，中微也面临一些挑战：包括新的更高阶制程（3nm及以下）对刻蚀设备提出更严苛要求，公司需要持续研发投入；同时在拓展产品线如ALD设备时会遇到新的竞争。不过，凭借深厚的等离子体工艺底蕴和灵活的本土服务响应，中微公司被视作国内最有希望成长为世界级半导体设备企业的选手之一。

3. 盛美上海（ACM Research）：湿法工艺设备专家，清洗领域龙头。盛美上海以半导体清洗设备起家，核心产品包括单片槽式清洗机、抛光后清洗机、电镀设备等。

图：盛美上海平台化布局产品及其应用领域

公司清洗设备性能优异，在大陆晶圆厂特别是存储器厂中获得大量订单，市场占有率大幅提升。

据披露的中报显示，2025上半年营收32.65亿元（同比+35.83%）、归母净利6.96亿元（+56.99%）；2024年营收56.18亿元，其中清洗设备收入40.57亿元、占比72.2%

技术上，盛美的艏创“空间交变相移”技术提高了清洗效率并减少损伤，在14nm及以下工艺中已验证应用。公司还收购美国子公司，融合国际团队力量开发先进封装设备。2022年盛美在科创板上市，融资用于12英寸清洗设备产业化等项目扩产。随着长江存储、长鑫存储等产线扩大，盛美的电镀＋清洗综合方案广受欢迎。

盛美上海也被列入美国出口管制实体清单（2024年12月），但公司表示可通过替代零部件等方式减小影响。

未来，盛美正由清洗向整体湿法工艺解决方案供应商迈进，在全球范围内挑战老牌劲旅Tokyo Electron等。若能持续创新并保证供应链稳定，盛美有望成长为清洗/湿法装备领域的国际重要玩家。

4. 华海清科：CMP设备新锐，实现关键突破。华海清科创立于2016年，由大连化物所团队带领，专注研发CMP抛光机。短短几年内，公司先后推出12英寸氧化硅抛光机、铜抛光机等型号，性能达到主流水平，并成功进入长江存储等产线，实现销售。

据披露的中报显示，华海清科2025上半年营收19.50亿元（同比+30.28%）、归母净利5.05亿元（+16.82%）；2024年营收34.06亿元（+35.82%）、归母净利10.23亿元（+41.40%）。

2024年华海清科CMP设备市占率在国内已超过30%，打破AMAT和EBARA对市场的垄断（根据公司招股书数据）。

华海清科的成功在于软硬件协同：一方面掌握了高精度抛光头压力控制、全自动换垫等硬件技术；另一方面与国内安集科技等抛光液厂商合作优化工艺方案，使国产设备+耗材形成整体优势。

此外，华海清科积极开展8英寸硅片抛光设备研发，进入上游硅片制造领域市场。

当前，华海清科正冲击更高端应用，如7nm工艺下的多重CMP工序。公司也在持续改进端点检测等功能，以媲美国际先进水平。

CMP设备属于资金和客户壁垒高的领域，但一旦打入产线客户粘性强。华海清科通过先在存储器厂商突破，未来有机会拓展至逻辑代工等领域，从而扩大市场份额。作为国产设备后来者，华海清科的表现印证了国内创新潜力：聚焦单一难题亦可实现“0到1”的跨越，并有望在全球市场占据一席之地。

综上，北方华创、中微公司、盛美上海等龙头业绩亮眼，显示出AI+国产替代浪潮下中国半导体设备行业的高速成长趋势。

当然，龙头企业估值普遍较高（动态市盈率多在50倍以上），市场对其未来盈利持续增长有较高预期。

从技术演进看，这些企业也在积极投入研发：北方华创募资建设28nm及以下设备研发平台、中微发力2nm刻蚀和ALD、新玩家不断涌现。这些动态都预示着中国半导体设备公司正从各自优势领域出发，逐步构筑起自主装备体系。

四、发展趋势展望

未来，半导体核心设备领域将受到多重因素影响，呈现如下发展趋势：

1. “AI时代”拉动高端设备需求：2023年以来，生成式人工智能爆发带动全球算力需求飙升，直接刺激了高性能芯片的生产投资。

图：2018-2023 年全球算力规模及增速

全球云计算巨头纷纷扩充资本开支，北美四大云厂商2025年Q2合计资本支出达874亿美元，同比大增69%。

这些投资很大一部分流向先进工艺晶圆产能，用于生产AI训练所需的GPU、ASIC等。

SEMI最新预测2025年全球晶圆厂设备支出将同比增长2%，达1000多亿美元，并在2026年继续增长18%。其中逻辑与微处理器（包括AI芯片）领域投资增速最快，预计2025年同比+11%至520亿美元。这意味着EUV光刻机、高阶刻蚀机、先进封装设备等高端装备需求旺盛。

AI芯片的迭代（如GPU集成度提升、Chiplet异构封装等）也对设备提出新要求。比如为实现更高密度互连，先进封装设备如混合键合机、硅中介层工艺设备需求增加。还有3nm及以下逻辑芯片制造需要新材料、新工艺（如GAA晶体管、High-$\kappa$/Metal Gate等），这给ALD沉积、原子级刻蚀设备创造了市场。

可以预见，AI和大算力应用将成为未来几年半导体设备需求增长的核心驱动力。中国也在建设自己的AI算力基础设施，这将进一步带动国内晶圆厂扩产，利好设备国产供应商接单。

2. 先进制程演进推动设备技术革新：半导体工艺正迈向2nm乃至1.Xnm时代。台积电预计2025年Q4量产2nm工艺，并在未来5年内大规模扩产。

3nm节点投入量产后，晶体管从FinFET过渡到环绕栅极（GAA）结构，需要设备工艺全新配合。比如GAA纳米片结构形成需多重选择性刻蚀和封装工艺，高度依赖ALD沉积及精准刻蚀设备。

存储领域，3D NAND堆叠层数已超200层，未来挑战300+层，对高深宽比刻蚀、低损伤沉积提出极致要求。每一次制程演进都伴随新设备需求的涌现：EUV光刻在7nm首用，2nm可能引入High-NA EUV光刻机（数值孔径从0.33提高到0.55），这意味着相关光学检测、光罩工艺也要升级。

图：存储行业市场规模预测（单位：十亿美元）

Intel和IBM研发的1nm以下工艺可能采用新原理光刻（如多光子光刻）和量子级沉积技术，今天看似前沿的技术有望在下个十年成为产业现实。

先进制程还推动设备模块化与智能化：利用工艺控制系统的实时反馈，设备能够自适应工艺漂移，甚至通过机器学习优化参数。

未来顶尖晶圆厂会是前沿设备的试验场，不断逼近物理极限。例如，Counterpoint报告指出2025年3nm节点代工收入将同比增长超600%，占纯晶圆代工收入约18%，先进节点已成增长主力。

这预示设备厂商将围绕3nm、2nm投入更多研发资源，加速EUV光刻、干法刻蚀、先进封装等设备的革新迭代。

3. 国产替代深化与自主供应链崛起：在国际环境压力和内需市场双推动下，中国半导体设备国产化进程正持续加速。

政策支持方面，“核高基”重大专项、国家大基金二期等持续投入装备领域；各地方政府也推出扶持计划，为设备企业扩产、试验线提供资金和客户支持。

需求方面，国内晶圆厂（如中芯国际、华虹等）主动提高国产设备采购比例以降低对外依赖。

中芯国际2025年上半年采购半导体设备中，国产设备比重较之前明显提升。长江存储更是在建全球首条全流程国产化产线，覆盖光刻、刻蚀、沉积等九大类设备，预计2025年下半年试产。一旦试产成功，将扫除设备“卡脖子”障碍，使国产NAND产线实现自主可控。

从行业预期看，设备、材料、零部件板块因外部限制反而迎来发展良机，订单展望乐观。

据天风证券统计，2025年H1国产设备材料龙头企业订单普遍上升，国产替代成为业绩增长重要动力。

当然，也要客观来看，部分领域攻关可能不及预期。如果国际出口管制进一步升级，关键零部件供应受限，也会影响国内设备研制进度。但总体趋势不可逆：在芯片供应链安全上升为国家战略的背景下，国产设备企业将在技术和市场上获得前所未有的支持，产业地位持续上升。预计到2027年，中国晶圆厂设备国产化率有望大幅提高，在中段工艺实现较高覆盖，在光刻机等难点上也力争局部突破。

图：国产光刻链的打通将助力下一代国产光刻机突破