摘要：離子注入機是半導體制造領(lǐng)域的核心工藝設備，其通過將特定種類離子以精確控制的能量和劑量注入半導體材料，實現(xiàn)對材料電學性能的精準調(diào)控。作為現(xiàn)代集成電路制造中不可或缺的標準設備，離子注入機在摻雜工藝環(huán)節(jié)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過改變半導體材料的導電特性來構(gòu)建晶體管等基礎器件結(jié)構(gòu)，為大規(guī)模集成電路的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了堅實的技術(shù)支撐。近年來，5G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的蓬勃發(fā)展帶動全球半導體產(chǎn)業(yè)持續(xù)擴張，直接推動了離子注入機市場的快速增長。據(jù)統(tǒng)計，中國離子注入機市場規(guī)模已經(jīng)從2016年的23.22億元增長至2024年的141.93億元，年復合增長率為25.39%。未來隨著半導體產(chǎn)業(yè)持續(xù)升級和國產(chǎn)化進程加速，中國離子注入機行業(yè)將迎來更廣闊的發(fā)展空間。

一、定義及分類

離子注入機是高壓小型加速器中的一種，應用數(shù)量最多。它是由離子源得到所需要的離子，經(jīng)過加速得到幾百千電子伏能量的離子束流，用做半導體材料、大規(guī)模集成電路和器件的離子注入，還用于金屬材料表面改性和制膜等。如今離子注入已是現(xiàn)代微電子工藝中必不可少的一項工藝技術(shù)，沒有其他技術(shù)可以提供與離子注入相當?shù)墓に嚳刂坪椭貜托?。離子注入機與光刻機、刻蝕機和鍍膜機并稱為集成電路半導體裝備四大核心設備，開發(fā)難度僅次于光刻機。常用的生產(chǎn)型離子注入機主要有三種類型：低能大束流離子注入機、高能離子注入機和中束流離子注入機。

二、行業(yè)政策

由于離子注入機在集成電路制造前道設備中的不可替代性和目前被美日龍頭企業(yè)壟斷的市場現(xiàn)狀，我國在政策上對離子注入機重視程度較高，在多項政策中將離子注入機的研發(fā)列為戰(zhàn)略發(fā)展目標。例如，2024年9月，工信部辦公廳印發(fā)《工業(yè)重點行業(yè)領(lǐng)域設備更新和技術(shù)改造指南》，將“電子元器件關(guān)鍵部件成型設備：主要更新印刷機、光刻機、薄膜沉積設備、離子注入機、分選機等”列為重點方向。2024年11月，國家發(fā)展改革委印發(fā)《西部地區(qū)鼓勵類產(chǎn)業(yè)目錄（2025年本）》，將“甘肅省-綠色鍍膜成套裝備研發(fā)及制造，包括真空離子鍍膜、磁控濺射鍍膜、蒸鍍膜離子注入、離子清潔等裝備研發(fā)制造”列為西部地區(qū)新增鼓勵類產(chǎn)業(yè)。

三、行業(yè)壁壘

1、技術(shù)壁壘

離子注入機作為半導體制造的核心設備，涉及等離子體物理、精密機械、自動控制等多學科交叉技術(shù)，技術(shù)復雜度極高。設備需要實現(xiàn)納米級精度的離子束控制、超高真空環(huán)境維持以及穩(wěn)定的劑量均勻性，對關(guān)鍵部件如離子源、質(zhì)量分析器、加速系統(tǒng)的設計和制造要求極為嚴苛。目前，高能離子注入、超低溫注入等先進工藝技術(shù)仍被國際巨頭壟斷，國內(nèi)企業(yè)在束流穩(wěn)定性、工藝一致性等方面存在明顯差距，技術(shù)突破需要長期積累和跨學科協(xié)同創(chuàng)新。

2、資金壁壘

離子注入機行業(yè)屬于典型的重資產(chǎn)領(lǐng)域，設備研發(fā)和產(chǎn)線建設需要巨額資金投入。單臺設備研發(fā)成本通常高達數(shù)千萬美元，涉及高端材料采購、精密零部件加工以及復雜的系統(tǒng)集成。同時，半導體設備驗證周期長，客戶導入需要經(jīng)過嚴格的工藝測試和量產(chǎn)驗證，離子注入機企業(yè)必須持續(xù)投入維持現(xiàn)金流。高額的研發(fā)投入和漫長的回報周期形成了顯著的行業(yè)門檻，新進入離子注入機行業(yè)的企業(yè)難以在短期內(nèi)實現(xiàn)資金平衡。

3、研發(fā)周期壁壘

離子注入機從技術(shù)研發(fā)到商業(yè)化應用往往需要5年以上的長周期，包括原理驗證、工程樣機、客戶測試等多個階段。設備需要與晶圓廠實際工藝深度磨合，反復優(yōu)化參數(shù)穩(wěn)定性與可靠性。國際領(lǐng)先企業(yè)通過數(shù)十年技術(shù)迭代積累了豐富的工藝數(shù)據(jù)庫，而后來者需要從頭構(gòu)建技術(shù)體系，面臨更長的學習曲線。這種長周期特性使得離子注入機行業(yè)后發(fā)企業(yè)難以快速追趕，形成顯著的先發(fā)優(yōu)勢壁壘。

四、產(chǎn)業(yè)鏈

1、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析

離子注入機產(chǎn)業(yè)鏈上游為原材料及零部件，其中，原材料包括金屬、陶瓷、高分子材料；零部件包括傳動系統(tǒng)、光路系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、高壓電氣系統(tǒng)等。產(chǎn)業(yè)鏈中游為離子注入機的設計和制造。產(chǎn)業(yè)鏈下游為應用領(lǐng)域，包括集成電路、IGBT、太陽能電池以及AMOLED面板制造。離子注入機產(chǎn)業(yè)鏈如下圖所示：

離子注入機產(chǎn)業(yè)鏈

金屬

江蘇法爾勝股份有限公司

湖北福星科技股份有限公司

貴州鋼繩股份有限公司

興達國際控股有限公司

陶瓷

廣東東鵬控股股份有限公司

廣東天安新材料股份有限公司

蒙娜麗莎集團股份有限公司

山東國瓷功能材料股份有限公司

廣東四通集團股份有限公司

惠達衛(wèi)浴股份有限公司

帝歐家居集團股份有限公司

高分子材料

東莞寶建高分子材料有限公司

東莞市南炬高分子材料有限公司

山東東岳高分子材料有限公司

昆山科信高分子材料有限公司

傳動系統(tǒng)

上海磁雷革傳動系統(tǒng)有限公司

蕪湖珅躍傳動系統(tǒng)設備有限公司

上海布拓傳動系統(tǒng)設備有限公司

南京越博動力系統(tǒng)股份有限公司

上游

2、行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)分析

（1）上海萬業(yè)企業(yè)股份有限公司

上海萬業(yè)企業(yè)股份有限公司主要經(jīng)營兩大核心業(yè)務：一方面是專注于集成電路核心裝備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售與技術(shù)服務，另一方面是存量房地產(chǎn)業(yè)務的銷售與去化。公司旗下凱世通和嘉芯半導體主要從事集成電路核心裝備業(yè)務。其中，公司旗下控股子公司凱世通作為國內(nèi)離子注入機的設備領(lǐng)軍者，研發(fā)量產(chǎn)的低能大束流離子注入機、高能離子注入機等系列產(chǎn)品。2024年，凱世通獲得3家頭部客戶批量重復訂單，并新增開拓2家新客戶訂單。截至2024年，凱世通的主要產(chǎn)品在客戶銷售方面取得顯著成果：低能大束流離子注入機客戶已突破11家；超低溫離子注入機客戶突破7家；高能離子注入機客戶也突破2家。目前，凱世通已經(jīng)形成了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，先后量產(chǎn)了技術(shù)難度最高、市場需求最大的低能大束流離子注入機與高能離子注入機，并實現(xiàn)了12英寸晶圓廠產(chǎn)線應用國產(chǎn)化突破以及產(chǎn)業(yè)化推廣。通過持續(xù)高強度地自主研發(fā)創(chuàng)新和技術(shù)迭代支持，凱世通已收獲了多家重點客戶的批量重復訂單，覆蓋邏輯、存儲、功率、CIS四大應用領(lǐng)域。數(shù)據(jù)顯示，2024年萬業(yè)企業(yè)專用設備制造收入為2.41億元。

（2）華海清科股份有限公司

華海清科股份有限公司作為一家擁有核心自主知識產(chǎn)權(quán)的高端半導體裝備供應商，公司始終堅持以技術(shù)創(chuàng)新為企業(yè)發(fā)展的驅(qū)動力，并努力踐行“裝備+服務”的平臺化發(fā)展戰(zhàn)略，深耕集成電路制造上游產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵領(lǐng)域，大力發(fā)掘CMP裝備、減薄裝備、劃切裝備、邊拋裝備、離子注入裝備、濕法裝備、晶圓再生、耗材服務等集成電路領(lǐng)域的新機會，持續(xù)優(yōu)化企業(yè)管理體系，強化產(chǎn)品質(zhì)量與客戶服務保障能力，努力提高產(chǎn)品市場表現(xiàn)及競爭能力。在離子注入裝備領(lǐng)域，公司為積極落實“裝備+服務”的平臺化發(fā)展戰(zhàn)略，豐富公司產(chǎn)品品類，實現(xiàn)對離子注入核心技術(shù)的吸收和轉(zhuǎn)化，跨越式地完成新產(chǎn)品和新業(yè)務板塊布局，公司完成對芯崳公司的控股權(quán)收購。芯崳公司主要從事集成電路離子注入機的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，其核心技術(shù)團隊通過不斷地優(yōu)化和技術(shù)迭代，所開發(fā)的新一代束流系統(tǒng)可以提高晶圓顆粒污染控制效果和晶圓的裝載效率。目前芯崳公司實現(xiàn)商業(yè)化的主要產(chǎn)品為低能大束流離子注入裝備，已實現(xiàn)多臺驗收，并積極推進更多品類離子注入裝備的開發(fā)驗證。據(jù)統(tǒng)計，2024年華海清科半導體行業(yè)營業(yè)收入為34.06億元，同比增長35.81%。

五、行業(yè)現(xiàn)狀

離子注入機是半導體制造領(lǐng)域的核心工藝設備，其通過將特定種類離子以精確控制的能量和劑量注入半導體材料，實現(xiàn)對材料電學性能的精準調(diào)控。作為現(xiàn)代集成電路制造中不可或缺的標準設備，離子注入機在摻雜工藝環(huán)節(jié)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過改變半導體材料的導電特性來構(gòu)建晶體管等基礎器件結(jié)構(gòu)，為大規(guī)模集成電路的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了堅實的技術(shù)支撐。近年來，5G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的蓬勃發(fā)展帶動全球半導體產(chǎn)業(yè)持續(xù)擴張，直接推動了離子注入機市場的快速增長。據(jù)統(tǒng)計，中國離子注入機市場規(guī)模已經(jīng)從2016年的23.22億元增長至2024年的141.93億元，年復合增長率為25.39%。未來隨著半導體產(chǎn)業(yè)持續(xù)升級和國產(chǎn)化進程加速，中國離子注入機行業(yè)將迎來更廣闊的發(fā)展空間。

六、發(fā)展因素

1、有利因素

（1）半導體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)擴張

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信等新興技術(shù)的快速發(fā)展，對高性能計算芯片、存儲芯片、傳感器芯片等半導體產(chǎn)品的需求不斷增加。這促使半導體制造企業(yè)不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模、提升制程工藝，從而需要更多的離子注入機設備來滿足生產(chǎn)需求。例如，先進的制程工藝如3納米、5納米及以下制程的芯片制造，對離子注入機的精度、均勻性和效率提出了更高的要求，推動離子注入機技術(shù)的不斷升級和創(chuàng)新。全球半導體產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出區(qū)域多元化發(fā)展的趨勢，除了傳統(tǒng)的半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)達地區(qū)，亞洲、歐洲等地的一些國家和地區(qū)也在積極發(fā)展半導體產(chǎn)業(yè)，加大了對離子注入機等半導體設備的投資和采購，為離子注入機產(chǎn)業(yè)提供了更廣闊的市場空間。

（2）產(chǎn)業(yè)政策的支持

政府將高端裝備制造業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)予以重點支持，出臺了一系列鼓勵政策，包括財政補貼、稅收優(yōu)惠、科研項目支持等，為離子注入機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的政策環(huán)境。與此同時，政府對半導體、光伏、納米材料、生物醫(yī)學等領(lǐng)域的支持，也將間接帶動離子注入機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。例如，政府對半導體產(chǎn)業(yè)的投資和扶持，將促進半導體制造企業(yè)對離子注入機等設備的采購和使用。

（3）光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

在能源轉(zhuǎn)型的大背景下，光伏發(fā)電作為一種清潔、可再生的能源來源，得到了廣泛地應用和推廣。太陽能電池的生產(chǎn)過程中，離子注入技術(shù)可用于摻雜硅片，提高電池的轉(zhuǎn)換效率和性能。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對離子注入機的需求也將持續(xù)增加，特別是在新型太陽能電池技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)中，離子注入機將發(fā)揮重要作用。與此同時，中國政府紛紛出臺支持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，包括補貼、稅收優(yōu)惠、可再生能源配額等，這些政策有力地推動了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，間接帶動了離子注入機市場的增長。

2、不利因素

（1）技術(shù)門檻高

離子注入機包含五大結(jié)構(gòu)：離子源、離子引入和質(zhì)量分析器、加速管、掃描系統(tǒng)和工藝腔。其中僅離子源中就涵蓋起弧室、氣化噴嘴、電爐、氣體導入室、DI冷卻水入口、摻雜劑氣體入口等。在半導體設備技術(shù)體系中，離子注入機的研發(fā)難度僅次于光刻機，其工藝驗證周期長達2～3個月，需待芯片制造完成后通過電性測量方能評估注入質(zhì)量。其中低能大束流離子注入機是技術(shù)門檻最高產(chǎn)品，主要是離子存在同性相斥的物理特性，需要處理極端能量和束流大這兩者之間的矛盾。

（2）市場競爭激烈

離子注入機市場長期被應用材料、亞舍立等國際巨頭壟斷，頭部企業(yè)憑借先發(fā)優(yōu)勢構(gòu)建了完善的技術(shù)專利壁壘和客戶粘性。新進入者面臨嚴峻的市場擠壓，不僅需要突破關(guān)鍵技術(shù)，還需克服客戶對設備可靠性的信任障礙。半導體制造廠商通常與現(xiàn)有供應商保持長期合作關(guān)系，對更換設備持謹慎態(tài)度，導致新品牌的市場導入周期漫長。此外，國際巨頭通過垂直整合形成產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)勢，進一步鞏固市場地位，新進入離子注入機的企業(yè)難以在短期內(nèi)建立競爭優(yōu)勢。

（3）設備成本較高

離子注入機作為半導體制造的關(guān)鍵設備，其高昂的成本構(gòu)成了顯著的市場門檻。設備研發(fā)需要投入大量資金用于精密部件制造和復雜系統(tǒng)集成，離子源、質(zhì)量分析器等核心組件的加工精度要求極高，導致生產(chǎn)成本居高不下。同時，離子注入機運行維護成本昂貴，需要定期更換易損件并保持超高真空環(huán)境，對廠房設施和配套系統(tǒng)也有嚴格要求。工藝驗證周期長且成本巨大，從設備安裝調(diào)試到最終量產(chǎn)認證需要經(jīng)歷復雜的測試流程，期間產(chǎn)生的晶圓損耗進一步增加了使用成本。

七、競爭格局

全球離子注入機主要以應用材料（AMAT）、亞舍立（Acelis）、Intevac、日本Nissin、日本住友、日本真空、VARIAN（瓦里安）及SEN等國外廠商為主導，其中，日本Nissin是AMOLED離子注入機市場壟斷廠家。國內(nèi)離子注入機行業(yè)起步較晚，目前主要企業(yè)有華海清科、萬業(yè)企業(yè)、中科信、電科裝備、晉譽達、翔域半導體、思銳智能、季華恒一等。

八、發(fā)展趨勢

未來，中國離子注入機行業(yè)將朝著高能量、高精度、高均勻度、低污染這四個方向發(fā)展。其中，在低污染方面，低污染離子注入技術(shù)是滿足先進制程純凈度要求的必然選擇。設備制造商正致力于減少金屬污染、顆粒污染和交叉污染，通過改進材料選擇、真空系統(tǒng)和部件設計來提升潔凈度水平。無殘留注入技術(shù)和低溫處理工藝的發(fā)展，有效降低了器件損傷和雜質(zhì)進入。