2025中国半导体激光设备白皮书

1先进制程扩产叠加国产化替代风口，半导体激光设备大有可为1.半导体激光设备概述激光凭借高能量密度、非接触加工以及对材料适应性强等优势，被广泛应用于消费电子、汽车制造、新能源和半导体产业链等领域。随着半导体制造和封装工艺的发展，激光设备在半导体行业中发挥越来越重要的作用。近年来，随着下游行业对轻量化、精密化和智能化需求的不断增加，半导体激光加工设备正加快迭代升级。从传统的二极管泵浦到光纤耦合、超快激光技术，设备在功率稳定性、加工精度和能耗表现上均显著提升。与此同时，国产厂商也在技术突破和成本控制方面不断追赶，逐步缩小与国际领先企业的差距。可以预见，未来半导体激光设备将不仅是单一制造环节的工具，而是成为驱动制造业转型升级的重要引擎。在新兴产业快速发展的背景下，其市场需求有望持续扩大，带动产业链迎来新的增长机遇。目前根据应用原理和应用工艺环节的不同，可将半导体激光设备分为应用于前道制程的激光退火设备、激光材料改性设备和应用于硅片和后道制程的激光打标设备、激光划片设备、解键合设备和修边（Trimming）设备等。1.1 激光退火设备半导体激光退火设备是一种半导体制造工艺中的关键设备，主要用于对半导体晶圆进行退火处理，以修复离子注入工艺造成的晶格损伤并激活杂质离子的电活性。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。在晶圆退火方面，激光退火可以有效地改善晶圆表面的晶界和晶格缺陷，提高晶圆的结晶质量和晶体的有序程度。同时，激光退火还可以增加晶圆表面的光吸收率，提高晶圆的光电转换效率，从而提高半导体器件的性能。在金属薄膜退火方面，激光退火可以使金属薄膜达到更高的晶体质量和结晶度，从而提高金属薄膜的导电性和稳定性。此外，激光退火还可以调控金属薄膜的晶体结构和晶粒尺寸，改善金属薄膜的界面结合力和机械性能，提高金属薄膜的可靠性和耐久性。2针对特定器件的局部退火是激光退火的另一重要应用领域。通过激光退火可以精确控制器件的局部温度分布，实现对器件结构和性能的调控。1.2 激光材料改性设备激光材料改性设备是利用高能量密度的激光束对材料表面进行处理，以改变材料表面的组织结构、化学成分或性能的设备。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。激光诱导结晶设备通过控制激光的辐照方式、强度、时间和位置等参数，可以对晶体的生长进行精确的控制，目前主要应用于 128 层以上 3D NAND 芯片制造中的特定区域结晶。3D NAND 器件沟道(Channel)的形成过程中，晶粒尺寸的增大和界面缺陷的减少，可以有效的提升存储器的特性。随着沟道尺寸的减小，传统方法将很难达到此目的，在电极处沉积的晶体硅不可避免的存在空洞和缺陷。激光外延生长设备通过将激光注入到芯片的表面或内部来修复其中的缺陷，主要应用于 DRAM 芯片中非晶硅的缺陷消除及修复。空洞与缺陷的出现，将会影响接触电阻以及 DRAM 的整体性能。退火的时候，需要避免杂质扩散到晶体管区域或者是影响到金属电极。1.3 激光划片设备激光划片机是其在半导体制造过程中，将晶圆上的半导体芯片按预定的划分线进行切割，使之成为独立的芯片，以便进行后续的封装和测试。激光划片机主要应用于切割硅晶圆、蓝宝石、低介电常数材料、MEMS、薄膜太阳电池等半导体及光电材料。划片机作为半导体芯片后道工序的封装环节加工设备之一，用于晶圆的划片、分割或开槽等微细加工，其切割的质量与效率直接影响到芯片的封装质量和生产成本。1.4 激光解键合设备激光解键合设备是一种在室温下不使用化学物质进行低应力剥离工艺的设备。激光解键合工艺主要是利用激光穿过透明载板，光子能量沉积在光敏响应材料层，进而诱发材料的快速分解、汽化甚至等离子化而失去粘性。激光解键合设备根据应用环节不同分为激光临时解键合设备及激光晶圆解键合设备。激光临时解键合设备目前主要用于封测环节中临时键合及解键合工艺，激光晶圆解键合设备仍然为当前业内厂商研发突破的重点方向，可应用于晶圆制造环节 3D 堆叠领3域，如 HBM、3D NAND 等产品方向，用于解晶圆与晶圆键合。1.5 激光打标设备激光打标是用激光在硅片、晶圆或封装好的芯片表面打上序列号、生产日期，商标、芯片代码等标记，便于追踪和识别。一般在硅片制造的开始到晶圆制程直至封装制程的结束，均需要用到激光打标。根据打标精度不同，激光打标可分为晶圆激光打标设备和 IC 激光打标设备。1.6 其他激光设备除上述设备以外，仍有很多激光加工设备在半导体产业环节存在广泛的应用场景。在晶圆切边环节，激光 Trimming 设备可替代传统砂轮方式对器件边缘区域进行剪切处理，有效避免圆片减薄过程中的碎边；在集成电路、分立器件封装溢料的去除工序过程中，可使用激光去溢胶设备去除引线框架上在塑封步骤由于引线框架变形以及框架带突起导致的溢胶；在封测环节中，激光打孔设备可用于TGV 辅助手段，在陶瓷、薄膜等材料上进行精密化激光打孔。此外还有激光开封机、激光辅助邦定等设备也在半导体封测及先进封装领域得以应用。4图 1 半导体激光设备分类2.半导体市场情况2.1 AI 需求继续发酵，推动全球半导体市场持续走高2024 年，随着 AI 算力需求和存储芯片价格回升驱动，全球半导体市场重回增长轨道。据世界半导体贸易统计组织（WSTS）数据，2024 年全球半导体市场规模为 6272 亿美元，同比增长 19.1%。以 GPU、HBM（高带宽内存）为代表的算力芯片成为全球半导体市场的核心增长引擎：根据 Statista 的数据，全球 GPU5市场规模预计在 2029 年达到 2700 亿美元，是现有水平的 4 倍；存储器价格受市场需求刺激从低位逐渐回升，销量开始释放，实现量价齐升，其中多家存储芯片厂商如 SK 海力士、美光科技等均表示，2024 年的 HBM 产能已全部售罄。2025 年，人工智能大模型的发展将继续发酵，推动高性能芯片的应用需求。同时，包括汽车和工业设备在内的非人工智能芯片市场预计将缓慢复苏，将带动全球半导体产品的整体销售增长。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）的预测，2025 年全球半导体市场销售额预计将达到 7280 亿美元，同比增长 11.2%。图 2 2017-2026 年全球半导体市场规模（亿美元）数据来源：WSTS，集微咨询（JW Insights）2.2 制造和封装工艺驱动力持续增强，全球设备需求强劲半导体设备作为贯穿半导体全产业链的技术先导者，是半导体产业发展的基础和关键支撑。近年来半导体设备行业表现出较高的增长态势。人工智能应用推动芯片创新需求，促使企业扩大产能和投资先进制程，是设备市场增长的核心动力。同时，设备架构复杂性增加及对高带宽存储器（HBM）的需求也推动了后端设备市场发展。2025 年全球半导体制造设备销售额预计同比增长 7.4%至 1255亿美元，创历史新高。2026 年有望进一步增长至 1381 亿美元，主要受先进逻辑、存储器及技术转型需求推动。6图 3 全球半导体设备市场规模（亿美元）资料来源：SEMI,集微咨询（JW Insights）在 2024 年创下 1043 亿美元销售额纪录后，晶圆厂设备（WFE）领域（包括晶圆加工、晶圆厂设施和掩膜/掩模版设备