半導體設備是什麼？製造晶片的機台種類與主要廠商

生活中的例子：新聞裡的「半導體設備股」

財經新聞常出現「東京威力科創、愛德萬測試上漲」「艾司摩爾接單優於預期」這類標題。這些公司賣的都不是晶片本身，而是製造晶片的機器。美國的應用材料（Applied Materials）、科林研發（Lam Research）、科磊（KLA）也屬於同一類。日本的SCREEN、迪思科（Disco）也是。

根據產業團體SEMI的資料，2025年全球半導體設備的營收是1,351億美元。比前一年增加15%，創下歷史新高。

半導體設備是什麼：每項作業的專用機器

晶片是在圓形的矽薄板（晶圓）上製造的。沉積薄膜、用光轉印圖案、蝕刻，這些作業要反覆幾十次。這個階段稱為前段製程。之後把晶圓切成一顆顆晶片，再封裝、檢查，這個階段稱為後段製程。兩者的差異整理成表，請見「前段製程與後段製程的差異」。

半導體設備就是分別負責這些作業的機器。例如沉積薄膜的設備只負責沉積薄膜，大多數設備都有明確的分工。工廠會把許多種類的設備各擺好幾台來使用。

另外，晶圓、氣體和藥液是由設備廠以外的材料廠製造（請見「矽晶圓是什麼？」）。為了簡化說明，本文依作業內容分類介紹設備。

轉印圖案：曝光機與塗佈顯影設備

電路的圖案是用光轉印到晶圓上。首先在晶圓上薄而均勻地塗一層照光後性質會改變的藥劑，稱為光阻。接著讓光穿過電路的原版照射。最後用藥液溶掉一部分光阻，讓圖案浮現出來。這最後一步稱為顯影。

負責照光的機器就是曝光機。它用透鏡或反射鏡把原版的圖案縮小轉印，一邊一點一點移動晶圓，一邊印滿整個表面。主要廠商是荷蘭的艾司摩爾，以及日本的Nikon（尼康）和Canon（佳能）。用波長極短的光轉印最先進層的EUV曝光機，只有艾司摩爾在製造。詳細說明請見「EUV微影是什麼？」。

塗光阻和顯影這兩項作業，是由整合在一台裡的設備進行。這種設備稱為塗佈顯影設備，與曝光機直接連在一起使用。代表廠商是東京威力科創，SCREEN也有生產。

沉積薄膜：CVD、ALD與濺鍍

沉積薄膜的設備，大致分成兩種做法。第一種是讓原料氣體在晶圓上方起化學反應，生成的固體堆積成膜。這稱為化學氣相沉積（CVD），廣泛用於不導電的薄膜等。

CVD家族中，有一種方法像是一層一層疊上原子層來長膜，稱為原子層沉積（ALD）。雖然比較花時間，但連細而深的溝槽底部和側壁，都能覆蓋上厚度一致的膜。

第二種是讓高速的氣體粒子撞擊金屬等材料的板子。被撞出來的原子飛出去，堆積在晶圓上。這稱為濺鍍，用於做成配線的金屬膜等。

不靠化學反應沉積薄膜的做法，統稱為物理氣相沉積（PVD）。濺鍍就是代表。兩種做法的差異，可以在「CVD與PVD的差異」中比較。

沉積設備的主要廠商是應用材料、科林研發和東京威力科創。ALD方面，荷蘭的ASM International也很有名。一次處理多片晶圓的設備，代表廠商是國際電氣（KOKUSAI ELECTRIC）。

蝕刻：乾式蝕刻設備

轉印圖案之後，要把沒有被光阻蓋住部分的膜削掉。現在的精細製程，主要用氣體來蝕刻。在抽掉空氣的腔體中，給氣體強大的電能，氣體就會變成帶電粒子和高反應性粒子的集合。這種狀態稱為電漿。

讓電漿的粒子從上方打在晶圓上來蝕刻，這種方法稱為乾式蝕刻。因為能讓粒子的方向一致，所以不會往側面擴散，能筆直地往下蝕刻得很深。和用藥液蝕刻的差異，整理成表請見「濕式蝕刻與乾式蝕刻的差異」。

主要廠商是科林研發、東京威力科創、應用材料和日立先端科技（Hitachi High-Tech）。

清洗、研磨、植入、加熱

清洗設備

幾乎每項作業的前後，都要清洗晶圓。因為肉眼看不見的微粒和極少量的金屬污染，都會造成不良。清洗設備用藥液和純水清洗晶圓，再自動完成乾燥。

清洗方式有兩種：一種是把幾十片晶圓一起浸到藥液槽裡；另一種是一次一片，一邊旋轉一邊噴藥液。後者稱為單晶圓清洗。主要廠商是SCREEN、東京威力科創和科林研發。

CMP設備

一層層疊上去之後，表面會出現凹凸。如果留著凹凸，下一次轉印圖案時，有些地方會對不到焦。所以要倒上含有藥品和細微研磨粒子的液體，用旋轉的研磨墊把表面磨平。這項作業稱為化學機械研磨（CMP），主要廠商是應用材料和荏原製作所（Ebara）。

離子佈植機與熱處理設備

半導體導電的難易度，取決於摻入的極少量元素（雜質）。離子佈植機讓雜質原子帶電，用電的力量加速後打進晶圓。主要廠商是應用材料、美國的Axcelis，以及Sumitomo Heavy Industries Material Solutions（2026年1月由住友重機械離子科技更名）。

植入之後，要把晶圓加熱到高溫，修復被打亂的晶體，讓雜質發揮作用。這種熱處理稱為退火。熱處理設備有用爐管一次加熱多片晶圓的，也有一次一片、幾秒內完成加熱的。主要廠商是東京威力科創、國際電氣和應用材料。

量測與找出缺陷：量測設備與檢測設備

前段製程中，作業之間會多次檢查晶圓。因為越早發現問題，浪費掉的晶圓就越少。

其中一種是在指定位置精確量測尺寸和膜厚的量測設備。例如，有一種專用的電子顯微鏡，用細細的電子束從上方觀察圖案，量測線寬。這稱為CD-SEM。

另一種是從整片晶圓中找出微粒或圖案缺損的設備。它會照光並捕捉被異物散射的光，或比對相鄰晶片的影像找出不同處。這稱為缺陷檢測設備。量測與檢測的主要廠商是美國的科磊、應用材料和日立先端科技。

後段製程的設備：切割、連接、測試

完成前段製程的晶圓，先把背面磨薄，再切成一顆顆晶片。切開的作業稱為切割，用旋轉的薄刀片或雷射的設備（切割機）進行。磨薄和切割設備的主要廠商是迪思科和東京精密（ACCRETECH）。

切開的晶片要固定在基板上，再用細金屬線等，把晶片的電極和基板連起來。這項作業稱為接合，使用的設備稱為接合設備。用金屬線連接的打線設備，以庫力索法（Kulicke & Soffa）最有名。把晶片放上去直接接合的設備，代表廠商是荷蘭的Besi。

晶片能不能正常運作，要輸入電訊號來確認。給予設定好的訊號、檢查回應，自動判定是否為良品的設備，稱為測試機（ATE）。主要廠商是愛德萬測試（Advantest）和美國的泰瑞達（Teradyne）。

以晶圓狀態測試時，會用搬運晶圓並對準位置的設備。這種設備稱為探針台，主要廠商是東京威力科創和東京精密。

在探針台上，會把排著許多細針的零件壓在晶片的電極上。這個零件稱為探針卡。測試機的訊號，就是透過這些針傳到晶片。

為什麼這麼昂貴、這麼精密

第一個原因是要求的精細度。最先進晶片的細配線，以數十nm的間距排列。nm（奈米）是100萬分之1 mm。新的一層必須和下層的圖案完全對齊，容許的偏差比配線間距小得多。

第二個原因是要隔絕空氣和污染。沉積和蝕刻的作業，很多是在抽掉空氣的腔體中進行。因為空氣中的分子會干擾反應，或混進膜裡。

第三個原因是要持續做出相同的結果。第幾千片晶圓，也要和第1片做得一樣。所以設備裡塞滿了細緻量測、調整溫度、壓力和氣體流量的機制。

極端的例子是EUV曝光機。根據艾司摩爾2025年的財報，EUV曝光機的營收是116億歐元，共48台。本文單純相除，每台約2.4億歐元（含新機型的平均）。

設備廠怎麼賺錢

賣出機器，之後持續支援

設備廠的收入不只來自銷售新設備。已交付設備的檢修、更換零件，以及提升性能的升級，也是很大的收入。因為設備會在工廠裡用上好幾年，這段期間一直需要支援。

例如艾司摩爾2025年的營收是327億歐元。其中82億歐元、約4分之1，來自已交付設備的維護和升級。

客戶是少數的大公司

買設備的是製造晶片的公司。蓋得起最先進工廠的公司有限，少數大廠占了營收的大部分。在科林研發2025財年（截至2025年6月）的年報中，2家大客戶分別占營收約17%與約15%。

從地區來看也很集中。根據SEMI，2025年設備營收的79%，來自中國大陸、台灣、韓國3個地區。接受委託製造晶片的公司與分工的機制，請見「晶圓代工是什麼？」。

景氣好壞的循環

晶片賣得好時，製造晶片的公司會為了擴廠而購買設備。銷售下滑時，又會同時減少投資。所以設備的營收每年起伏很大。半導體市場景氣好壞交替出現的現象，稱為矽循環。

根據SEMI，2019年設備營收比前一年減少7%，韓國更減少了44%。2021年增加44%，2023年小幅減少後，2025年創下歷史新高。

設備廠的業績和股價容易大幅波動，就是因為這個循環。需求與缺貨的關係，請見「晶片短缺為什麼會發生？」。

日本企業擅長的領域

半導體設備是公認日本企業擅長的領域。這裡列出各公司自行公布的市占率估計。調查方法和時間點，每家公司都不同。

• 塗佈顯影設備：東京威力科創說明，全球市占率超過9成（2026年4月的法說會）。與EUV曝光機連接使用的機種，則為100%（該公司截至2025年3月的估計）。
• 清洗設備：SCREEN說明，在單晶圓式、批次式等清洗設備中，全球市占率第1。這是2025年7月的發布，依據調查公司2024年的資料。
• 切割、研削設備：迪思科估計，切割設備和把晶圓磨薄的設備，全球市占率為7～8成（該公司的常見問題，未註明時間點）。
• 測試機：愛德萬測試估計2025年的市占率約66%。這是針對像手機處理器那樣整合多種功能的晶片的數字。記憶體用的則約60%（2026年4月的法說會）。

設備也與國家安全有關。美國在2022年10月、日本在2023年7月，先後加強了先進半導體設備等的出口管制。

常見的誤解

用數字來看

把昂貴的機器賣給少數大客戶，之後長期支援。營收隨客戶投資的循環大幅起伏。從數字可以看出這樣的產業樣貌。每個數字每年都會變，最新數值請以SEMI和各公司的發布為準。

深入學習

• 用表格看差異：「ALD與CVD的差異」「爐管退火、RTA、雷射退火的差異」「EUV與DUV曝光的差異」「晶圓測試與最終測試的差異」
• 用數字試試：可以用微影解析度計算器，計算光的波長會讓能轉印的圖案細度怎麼變。
• 支撐設備的工作：在工廠裡，讓這些設備持續運轉的是設備工程師。