集微咨询发布《中国半导体激光热处理设备市场报告》

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在半导体工艺中,热处理是不可或缺的重要工艺之一。热处理设备用于对晶圆进行加热处理,以实现所需的化学反应和物理变化。热处理设备通常采用快速热处理(RTP)或高温退火等技术,以实现高效、稳定地加热处理操作。按照设备形态划分,热处理设备可以分为立式炉、卧式炉、快速热处理炉和激光退火设备。

《中国半导体激光热处理设备市场报告》以半导体热处理设备概述、全球半导体市场发展情况及预测、半导体设备行业发展现状及预测、半导体热处理设备市场、半导体激光热处理设备概述、半导体激光热处理设备市场情况、中国半导体激光热处理设备产业发展趋势七大章节展开,全方位解读中国半导体激光热处理设备市场。为帮助业内人士全面详实了解中国半导体激光热处理设备市场,集微咨询结合一手调研和数据库信息,重磅发布《中国半导体激光热处理设备市场报告》。

半导体热处理设备市场

从市场规模来看,根据Gartner统计2022年全球热处理设备市场规模约为30亿美元;从市场结构来看,全球热处理设备市场主要分为三种设备,其中快速热处理设备14.1亿美元,占比47%,氧化/扩散炉10.8亿美元,占比36%。

从竞争格局来看,全球热处理设备市场由应用材料、东京电子和日立国际电气垄断,占有率分别为46%、21%、15%,国产厂商有所突破,屹唐股份份额约5%,北方华创份额0.2%。根据Gartner预测,2023年全球热处理设备市场规模大约增长5%,约为31.5亿美元。

根据集微咨询(JW Insights)测算,目前中国热处理设备约占全球热处理设备市场的35%,由于目前全球统计热处理设备并没有将激光热处理设备纳入统计范围,因此根据集微咨询(JW Insights)测算,2023年中国半导体热处理设备市场规模约为90亿元,未来半导体热处理市场将保持较好的上升空间预计到2028年,中国半导体热处理将超过200亿元。

集微咨询(JW Insights)认为,激光热处理技术具有能耗低、加工效率高、可重复性好等特点,将成为未来半导体制造业的主要发展方向之一。同时,激光热处理高精度和高准确度的优点决定其将成为先进制程的重要解决方案之一。

半导体激光热处理设备概述及市场情况

激光热处理设备是一种在半导体行业广泛应用的表面处理设备,通过利用高能激光对材料进行加热和冷却,实现材料表面微观结构的改变,从而改善材料的性能和特性。

目前,激光热处理设备主要应用于半导体器件的制造过程中,可分为激光退火设备和激光材料改性设备。激光退火设备和激光材料改性设备这两种设备基本覆盖激光热处理设备超过90%的市场。

其中,退火设备包括晶圆退火、金属薄膜退火以及针对特定器件的局部退火等几种设备。激光材料改性设备包括激光诱导结晶设备和激光外延生长设备。

(1)激光退火设备

在应用领域方面,激光退火设备主要应用于功率器件和IC前道制造领域。目前来看,功率半导体是激光退火机主要应用场景,应用占比超过七成,其次为先进制程芯片领域的产品。集微咨询分析认为,得益于技术进步,功率半导体性能、体积实现较大升级,在此背景下,市场对激光退火机的要求也不断提升,智能化、高端化、精细化将成为其重要升级方向。

其中,在功率器件领域,功率器件按材料类型可分为传统的硅基器件以及宽禁带材料器件,目前具有广泛应用基础的硅基器件仍是未来很长时间内的主流产品,例如IGBT器件等;随着第三代宽禁带半导体材料SiC的研发越发成熟,SiC器件的需求将逐渐增多,激光退火也将是SiC器件的主要退火方案。

根据集微咨询统计的目前中国大陆正在建设和扩产的具有IGBT生产能力的产线情况估算,集微咨询调研认为,2023年中国硅基功率器件IGBT激光退火设备市场规模约为0.42亿元。根据集微咨询(JW Insights)测算,2024年—2025年中国硅基功率器件IGBT激光退火设备市场规模约为1.44亿元。

碳化硅晶圆激光退火设备主要应用在碳化硅晶圆进行热处理。经集微咨询统计,截至2023年11月底,我国SiC功率晶圆制造实际落地产线的企业超过15家,主要有:中车时代电气、三安、泰科天润、积塔半导体等。

根据集微咨询统计的中国碳化硅功率器件产线规划情况,集微咨询(JW Insights)调研认为,2023年设备需求约为11台,单台设备价格约在400万元,2023年中国碳化硅功率器件激光退火设备市场规模约为0.44亿元。根据集微咨询(JW Insights)测算,2024年—2025年中国碳化硅功率器件激光退火设备需求约68台,总计市场规模约为2.72亿元。

在IC前道制造领域,激光退火是28nm及以下逻辑芯片制造前道工序中不可缺少的关键工艺之一。目前先进工艺需要两道激光退火工艺,包括前道激光尖峰退火设备(LSA)和前道激光退火设备(DSA)。

根据中国先进制程产线规划情况,集微咨询调研认为,2023年国内先进制程激光退火设备需求约为16台,根据目前28nm-40nm逻辑芯片激光退火设备LSA单价约在6000万元/台,DSA单价约在5000万元/台,因此2023年中国先进制程激光退火设备市场规模约为8.8亿元。集微咨询分析认为,2024年—2025年国内先进制程激光退火设备LSA和DSA的需求分别约为38台,中国先进制程激光退火设备市场规模约为41.8亿元。

随着DRAM和NAND的工艺演进,LSA和DSA激光退火设备也成了存储器制造的必须工艺。根据集微咨询调研,目前国内存储厂商已经开始导入LSA和DSA设备用于存储器的逻辑芯片部分制造,但由于目前属于试验和样机阶段,产能和需求预计将在2025年以后产生。

综上所述,2023年,硅基功率器件激光退火设备、碳化硅功率器件退火设备和逻辑芯片激光退火设备的市场规模分别为0.42亿元、0.44亿元和8.8亿元,因此2023年中国半导体激光退火设备市场规模约为9.66亿元。

2024—2025年为国内前道设备产能爬升高峰期,硅基功率器件激光退火设备、碳化硅功率器件退火设备和逻辑芯片激光退火设备市场规模分别为1.44亿元、2.72亿元和41.8亿元,因此2024—2025年中国半导体激光退火设备市场规模约为45.96亿元。

(2)激光材料改性设备

目前,激光材料改性设备主要用在多层NAND和DRAM的制造。其中包含高层NAND中的特定区域结晶和DRAM中非晶硅的缺陷消除及修复。

根据集微咨询(JW Insights)调研,2024—2025年中国NAND激光诱导结晶设备市场规模约为2.4亿元。2024年—2025年DRAM缺陷修补设备需求约为37台,2024年—2025年DRAM缺陷修补设备市场规模约为11.1亿元。

综上所述,2023年中国激光热处理设备市场规模约为9.66亿元,随着2024—2025年中国大陆制造产线的高速扩产,预计2024—2025年中国激光热处理设备市场空间合计约为59.46亿元。

根据集微咨询(JW Insights)测算,由于2023年受美国设备禁令影响,产线产能扩产受限,但国内激光热处理设备交付需求下降,2023年仅为9.66亿元,但由于国产设备呼声和验证程度和成熟度逐渐加深,随着2024年国内产线的产能爬升回复,设备的需求快速上涨,2024年和2025年将保持较快增长,分别达到27.03亿元和32.43亿元,后续随着碳化硅产能和国内鹏芯旭、昇维旭等产线产能扩产,预计2028年将达到49.33亿元。

半导体激光热处理设备竞争格局及产业发展趋势

全球半导体激光热处理设备主要被海外厂商垄断,主要包括三井集团(JSW)、日本住友重工、应用材料、斯科半导体、Veeco等,全球前五企业市场占比近83.5%,整体市场集中度较高,高端市场几乎由国外企业垄断。预计未来几年行业竞争将更加激烈。

激光热处理设备市场主要集中在亚太地区,其中又以中国、日本、韩国等国家为主要参与者。中国台湾地区是全球最大的市场,占有大约30%的市场份额,之后是韩国和中国大陆,分别占比20%和15%。

由于国内市场起步晚,目前我国激光退火机及其核心零部件需求仍依赖进口,未来国产替代空间广阔,国内厂商主要包括华卓精科、上海微电子、成都莱普科技、大族激光、瑶光半导体等。随着国内设备产商逐渐成熟,将逐渐占领国外龙头企业的市场份额,国内企业具有较大的上升空间。

在国家安全、卡脖子压力下,半导体设备市场需求增加;国家支持和市场需求调动了各路产业资本跑步进入半导体设备领域;国内全产业链大力配合支持,半导体设备研发工作相比此前大幅提速,半导体设备国产化率的稳步提升。中国半导体激光热处理设备产业发展趋势主要有:

(一)集成电路政策为国产激光热处理设备行业发展制造有利条件。目前阶段形成了集成电路政策红利为半导体设备保驾护航,半导体设备为下游集成电路提供良好的设备加工条件的优质发展环境。

(二)设备国产化率提升,国产设备商快速崛起。2023年半导体设备国产化率提升有望超出市场预期,对国产激光热处理设备的市场空间增加起到较大的促进作用。

(三)激光热处理设备逐步取代传统退火设备和改性设备。随着超大规模集成电路制造技术、新型薄膜晶体管显示技术和大面积OLED显示技术的日益成熟和规模化,激光热处理技术逐渐取代传统的炉管退火、快速热退火、尖峰退火、快闪退火,成为新—代主流退火和改性技术。

(四)异构集成等后摩尔时代工艺将为激光热处理设备提供更多的应用空间。为了推动制造技术的发展,未来将形成更加开放的生态系统,而这个生态的发展离不开高精度的激光热处理设备,不管在以3D堆叠为核心的存储领域还是以低线宽为核心的逻辑芯片领域,都将对应出现更多的高精度应用场景,为激光热处理设备提供更多的应用空间。

目前,《中国半导体激光热处理设备市场报告》已在爱集微官网与APP正式上线,欢迎登录爱集微官网、爱集微APP,首页点击“集微报告”栏目,即可进行订购。

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