高性能激光器在半导体设备行业应用场景
思瀚产业研究院 卓镭激光    2026-09-01

①半导体设备规模持续增长

半导体设备作为支撑芯片制造的关键上游环节，其发展节奏与景气度直接取决于下游晶圆厂的资本投入与技术迭代周期。当前半导体设备行业处于高景气发展周期，全球市场规模持续扩大，根据 SEMI 的数据，2025 年全球半导体设备销售额为 1,351 亿美元，同比增长 15%。预计未来在人工智能相关需求持续增长的带动下，2026 年将增长至 1,450 亿美元，2027 年进一步突破 1,560 亿美元。

中国已成为全球最大的半导体生产与消费市场，是全球驱动半导体产业增长的核心引擎。近年来，受全球供应链紧张及国家政策与资本支持的推动，国内晶圆代工与封测龙头企业纷纷启动扩产与技术升级计划，为国产设备厂商创造了前所未有的发展机遇。中国已成为全球半导体设备市场的核心增长极，自 2020 年至 2025 年，中国半导体设备行业市场规模由 1,346 亿元增加至 3,345 亿元，复合年增长率为 20%，未来，中国半导体设备市场预计将持续增长，到 2030 年将达到 4,541 亿元。

中国半导体设备行业的快速发展主要受益于晶圆厂扩产及自主可控战略下的国产化替代需求。第一，AI 技术发展引爆算力芯片及高端存储芯片需求，中芯国际、长鑫存储、长江存储等龙头企业持续扩产，为半导体设备市场提供了稳定的需求支撑；第二，半导体设备国产化进程加速，国内厂商在刻蚀、薄膜沉积、清洗等多个环节逐步实现技术突破，打破国外垄断，国产化率持续提升，但光刻、检测、退火等核心环节仍有较大替代空间。

虽然半导体设备行业面临下游客户扩产不及预期、美国半导体管制加剧、零部件供应受阻等潜在风险，但整体来看，随着 AI 驱动的市场需求持续释放及自主可控战略的深入推进，半导体设备市场未来增长空间广阔，行业发展前景良好。

②半导体设备国产化替代加速推进

半导体设备是芯片制造的核心上游环节，是保障半导体产业链安全的关键。受国际局势影响，美国及其盟友对华半导体关键设备出口限制持续升级，进一步推动了我国半导体设备国产化进程，行业已进入国产化替代黄金期。

美国

2022.10.07先进芯片、设备、人员全面管控，设备管控范围为 16nm或 14nm 以下的逻辑芯片、128 层以上 NAND 存储芯片以及半间距为 18nm 或以下的 DRAM 芯片的制造设备。

2023.10.17发布《先进计算芯片规则》及《半导体制造物项出口管制规则》，为 BIS 针对其于 2022 年 10 月 7 日发布的出口管制规则的修订，细化关于半导体设备及人员管制范围。

日本

2023.05.23宣布修订《外汇与对外贸易法》，将包括先进芯片制造设备在内的 23 类商品列入管制出口清单，2023 年 7 月 23日政策生效。

2024.04.26将半导体和量子相关的 4 个品类列为新的出口管制对象，此举影响用于分析纳米粒子图像的扫描电子显微镜、三星电子为改进半导体设计而采用的全环绕栅极晶体管技术。日本还将要求出口用于量子计算机的低温 CMOS 电路及出口量子计算机本身须获得许可。

荷兰

2023.06.30 先进光刻机、ALD 设备、Epi 设备及 low-k 沉积设备、EUV光罩保护膜及生产设备受到出口管制。

据广东省半导体行业协会统计，我国半导体前道设备市场长期由国际厂商主导，整体国产化水平偏低，细分领域差异显著，其中光刻机、量检测设备等核心环节国产化率极低，激光退火设备及核心零部件仍高度依赖进口，产业链自主可控面临较大挑战。

设备类型 占前道收入比例 国产化程度

光刻机占前道收入比例 22% ，国产化率不足 1%，已实现 90nm 工艺的量产。

刻蚀设备占前道收入比例 23%， 国产化率约 20%-30%。

薄膜沉积 占前道收入比例21% ，国产化率不足 20%。

涂胶显影设备 占前道收入比例3%， 国产化率约 5%-10%。

CMP 设备占前道收入比例 5% ，先进制程 CMP 设备 100%依赖进口。

清洗设备占前道收入比例 8% ，国产化率约 20%。

离子注入机占前道收入比例 4%， 国内厂商全球市占率低于 3%。

去胶/热处理设备占前道收入比例 3% ，激光退火机及其核心零部件需求仍依赖进口。

量检测设备 占前道收入比例7% ，国产化率不足 5%，相关零部件国产化程度相对较低。

资料来源：广东省半导体行业协会，方正证券研究所

为支持国家信息技术产业发展、保障产业供应链安全，国家出台的《第十五个五年规划纲要》《关于进一步全面深化改革推进中国式现代化的决定》等一系列政策措施，形成了对半导体设备国产化的全方位、多层次的政策支持体系。

在国家战略引领、产业政策扶持及下游市场需求等多重因素驱动下，国内半导体设备企业持续加大研发投入，攻坚核心关键技术，国产化替代进程稳步推进。目前，成熟制程设备已实现批量导入，既为半导体产业链自主可控提供了重要支撑，也为国内设备厂商打开了广阔的成长空间。

（2）激光器在半导体领域的应用场景

半导体产业正朝着更小制程、更高集成度方向发展，对加工设备的精度、稳定性和效率要求极高。激光器是半导体设备的核心光源，其中脉冲激光器凭借脉冲宽度窄、峰值功率高、脉冲能量高的特点，可匹配半导体制造需求，有助于推动企业生产工艺升级，提升产能和良品率，市场应用前景广阔。

① 晶圆检测

随着集成电路制程节点的升级，制造工艺步骤持续增加，工艺中产生的致命缺陷数量也随之增加。根据 YOLE 的统计，每缩小一代制程节点，工艺中产生的致命缺陷数将增加约 50%，因此每一道工序的良品率都要保持在几乎“零缺陷”的极高水准才可保证最终芯片的良品率。半导体检测设备主要用于对晶圆表面上或电路结构中的缺陷开展检测，检测其是否出现异质情况，如颗粒污染、表面划伤、开短路等损害芯片工艺性能的缺陷。按照技术原理，半导体量检测技术主要包括光学检测技术、电子束检测技术、X 光量测技术等。从技术路线来看，光学检测技术凭借速度快、精度高、无损伤等特点，能够满足全部先进制程的检测需求，符合规模化生产的速度要求。

激光器作为晶圆检测设备的“光学心脏”，为晶圆表面缺陷检测提供单色性好、亮度高、光束质量优异的稳定入射光源。晶圆检测设备通过激光散射、反射或干涉原理，精准识别晶圆表面及内部的微小缺陷。激光束在扫描旋转的晶圆表面时，当遇到颗粒、划痕、晶格缺陷等瑕疵的情况下，散射光强度会发生明显变化，探测器通过捕捉这一变化定位缺陷位置并分类。

激光器的性能直接决定了检测设备的精度、速度和能力。伴随芯片制程工艺的不断迭代升级，先进晶圆制造领域对精密检测技术的标准持续提高，也对配套激光器的波长、平均功率、光谱线宽、功率稳定性、光束质量和可靠性等核心性能指标，提出了更为严苛的使用要求。

A、波长

不同的波长匹配不同检测场景的需求，波长越短，分辨率越高，随着晶圆制程的提升，激光波长持续缩短是首要发展趋势。目前 28nm 及以下制程前道晶圆检测主流选择紫外光（UV）、深紫外光（DUV）激光器，深紫外（DUV）激光器是实现 14nm 及以下制程缺陷精准检测的核心路径，已成为高端检测设备的标配。

B、平均功率

激光器需要具备足够高的功率，用于穿透厚层晶圆、增强微小缺陷的反馈信号强度，加快光信号响应速度，确保探测器能清晰、快速捕捉到缺陷引发的光信号变化，有效识别晶圆表面及内部的颗粒、划痕、晶格缺陷，大幅提升检测效率。

C、光谱线宽

激光线宽即激光频谱的宽度，直接影响检测分辨率和信号识别精度。在激光中心波长固定的前提下，线宽越窄，激光的单色性、相干性越好，越能减少频谱干扰，提升微小缺陷的区分度，保障检测精度。

D、功率稳定性

激光功率波动会直接转化为检测信号噪声，导致测量结果重复性差，无法稳定识别晶圆缺陷。因此，激光器需具备极高的功率稳定性，为缺陷检测提供稳定的光信号支撑，保障检测结果的准确性与可靠性。

E、光束质量

光束质量常用 M²因子衡量，其值越接近 1，光束越接近理想高斯光束，聚焦光斑越小、能量越集中，可有效提升空间分辨率，减少检测误差，确保能精准捕捉晶圆表面的微小缺陷。

F、可靠性

激光器需具有高可靠性和长寿命的优势，适配晶圆厂 7×24 小时不间断运行需求，降低设备停机损失和维护成本。

目前，国内先进制程晶圆检测设备配套激光器被进口产品主导，尤其是适配7nm及以下制程的深紫外激光器，核心供应来源集中于美国相干高意（Coherent）、日本奥赛德（Oxide）两大国外企业；受当前中美、中日经贸及地缘政治关系持续紧张的外部环境影响，该产品供应链存在显著的进口依赖风险，其供应稳定性直接决定先进制程晶圆检测设备的生产交付能力。

② 晶圆激光退火

在芯片制造流程中，离子注入、薄膜沉积、金属化等核心制造工艺易在半导体材料内部诱发孔洞、杂质、位错等结构性缺陷，不仅会破坏晶格完整性与材料电学性能，使半导体器件难以满足制备标准，同时产生的内部残余应力还可能引

发晶圆翘曲、碎裂等问题。热处理工艺可通过精准调控加热方式、温度强度、保温时长及作用区域等参数，借助热激活效应促进内部粒子迁移与重排，优化材料的电子结构与晶格状态，实现材料物理及化学性能的改善，有效修复前述工艺引入的各类缺陷，显著提升半导体器件的综合性能与可靠性。

激光退火工艺通过高能量激光束在极短时间内快速加热晶圆局部区域，促进材料内部结构和组织的重排和重构、掺杂原子均匀地重新分布，实现杂质离子的激活。激光器作为半导体激光退火设备的“能量核心”，凭借非接触式能量传递、瞬时高温加热、微区精准控温的独特优势，逐步取代传统热退火工艺，成为先进制程中的核心部件，其性能直接决定退火工艺的精度、效率与芯片最终良率。在40nm 制程阶段，激光退火技术的优势开始逐步显现；进入 28nm 制程后，该技术已成为热处理工序中的主流技术方案。

激光器作为半导体激光退火设备的核心光源，其核心功能是输出高能量激光束，实现对晶圆的选择性高效退火处理，适用于局部化、高度定向、大功率、超短加热时间、低热损伤、低应力的加热场景，尤其适用于特定区域的精确热处理场景。

激光退火的核心优势主要体现在以下方面：第一，能量密度极高，局部加热速率可达到纳秒级别，加热速度远优于其他退火工艺；第二，可控性能出色，可实现纳米级别的高精度局部加热，精准作用于目标区域；第三，激光穿透深度可灵活调控，通过选取合适的激光波长，可将加热深度控制在晶圆表面以下纳米到百微米的范围之内；第四，光斑尺寸调节灵活，最小可达到数微米，最大可覆盖 12 寸晶圆。

激光退火设备对激光器的性能参数指标提出了严格的要求，核心聚焦在波长、脉冲能量、脉冲宽度、能量稳定性、光斑平顶度和可靠性等关键参数，以此适配不同制程下的退火工艺场景。

A、波长

激光的波长不同，半导体材料对其吸收系数也不同，通常来讲，激光波长越长，半导体材料对其吸收系数越低，穿透深度也就越大。

B、脉冲能量和脉冲宽度

半导体激光退火对激光器脉冲特性的核心需求集中在高脉冲能量上，同时需配合合理的脉冲宽度以保障退火效果。在脉冲宽度窄、脉冲能量低的条件下，退火效果表现为加热深度浅，实现浅表层杂质激活；在脉冲宽度宽、脉冲能量高的条件下，退火效果表现为加热深度显著增加，可实现更深层的杂质激活。

C、能量稳定性

激光器的能量稳定性是保障退火工艺一致性的关键，需严格控制能量输出波动。激光退火设备在长期连续运行过程中，激光能量输出波动需控制在合理范围，避免因能量波动导致晶圆退火不充分、局部过热或器件性能偏差，确保批量生产中每片晶圆的退火效果统一，进一步提升芯片良率。

D、光斑平顶度

良好的光斑平顶度可确保晶圆表面各区域接收的激光能量均匀一致，既保证微区退火的精准度，也能有效避免局部过热、退火不充分等问题。

E、可靠性

激光器需具有高可靠性和长寿命的优势，适配晶圆厂 7×24 小时不间断运行需求，降低设备停机损失和维护成本。

激光退火工艺所需的高能量激光器的全球核心制造商主要为法国泰雷兹（Thales）、英国莱顿（Litron）、法国安普（Amplitude）、德国 Innolas 等欧美头部厂商。根据《瓦森纳协定》，单脉冲输出能量大于 4J 的脉冲激光器属于管控品类，进口渠道实质受限。

③ 光刻机靶材测量

在光刻过程中，需通过激光器对靶材的发射频率和形态进行实时监测，以保障光源稳定输出，为光刻工艺的精准实施提供支撑。

④ 其他激光加工场景

除上述场景外，脉冲激光器还可以应用于晶圆隐形切割、晶圆解键合、玻璃通孔（TGV）加工场景。

A、晶圆隐形切割

晶圆激光隐形切割技术是一种新型的晶圆无损切割方法，该方法的基本原理是在极短时间内，将脉冲激光聚焦至材料内部，使焦点区域的能量密度显著提升，形成改性层与裂纹，再借助外部应力促使裂纹扩展以实现分离。

激光隐切技术相较于传统切割方式具备显著的技术优势：第一，加工过程在材料内部完成，表面无明显切缝，具备零线宽特性，显著缩小切割道宽度，提升晶圆面积利用率与单位晶圆出芯率；第二，加工速度、工艺稳定性与可靠性大幅提升，有效降低崩边、破损等问题，提升产品良率；第三，激光隐切特别适配碳化硅等高硬度、高脆性半导体材料，可满足薄型碳化硅晶圆高效规模化制备需求。

B、晶圆解键合

伴随半导体技术持续发展，市场对元器件的功能、性能及集成度要求不断提升，晶圆逐步向超薄化方向演进，减薄后厚度多在 100μm 以下。超薄晶圆机械强度大幅下降，加工中易出现翘曲、变形等问题，不仅会影响器件性能与产品一致性，还会提升生产过程中的碎片率。

行业普遍采用临时键合与解键合技术解决超薄晶圆加工的难题。临时键合工序首先在承载晶圆或器件晶圆表面均匀涂布粘结材料，再将完成单面制程的器件晶圆与承载晶圆精准对位，通过键合工艺实现两者紧密贴合；完成晶圆背面各项加工工序后，再借助解键合工艺，将器件晶圆与承载晶圆分离开来。

解键合工艺主要分为机械解键合、热滑移解键合、化学解键合及激光解键合。其中激光解键合利用激光穿透玻璃承载片照射粘结层，借助光能使粘结剂分解、化学键断裂，从而完成分离。激光解键合技术相较传统解键合方案优势显著：一是良品率更高，作业全程不产生机械应力，有效降低超薄晶圆破片率；二是依托激光实现化学键破坏与微孔成型，可在室温环境下完成无外力脱胶，适配超薄晶圆加工要求；三是工艺速度快、整体产热低，可避免热应力带来的各类负面影响。激光解键合工艺凭借无应力损伤、适用范围广、加工速度快、分离精度高等优点，已成为晶圆加工过程中不可或缺的关键工序。

C、玻璃通孔（TGV）加工

三维集成电路依靠垂直通孔结构实现层间电路的封装与电气互联，是三维集成电路相较于传统二维架构实现技术升级的关键。近年来，玻璃通孔（TGV）加工技术凭借高性能、低成本、兼容性强等突出优势，展现出广阔的应用前景。

玻璃通孔（TGV）加工技术在实际量产中仍面临诸多技术难点，其中成孔与填孔是当前最核心的挑战。激光诱导刻蚀法是一种基于激光技术和化学刻蚀发展起来的新型玻璃通孔技术，该方法制备 TGV 通孔分为两步：一是激光改性，即先使用激光在玻璃中形成改性区域；二是蚀刻通孔，即采用化学腐蚀剂如氢氟酸对改性区域进行选择性刻蚀，从而形成玻璃通孔。该方法具有玻璃通孔质量高、玻璃通孔形貌可调、成孔速率快等优点，目前已经成为制备玻璃通孔的主流方法。

飞秒激光拥有飞秒级超短脉冲与极高峰值功率，在玻璃通孔（TGV）加工领域技术优势突出。飞秒激光单脉冲即可实现材料改性，加工过程几乎不存在热累积，可实现无热损伤加工，配合化学腐蚀工艺，能够加工出表面完好、内壁光滑的玻璃通孔，适配集成电路领域的使用要求。

（3）市场规模

①晶圆检测设备市场规模

根据 QYResearch 测算，预计 2029 年全球半导体检测和测量设备市场规模将达到 150.8 亿美元，2022-2029 年复合增长率达 3.8%。从产品类型来看，缺陷检测设备为第一大细分品类，市场占比约 64.1%；从产品应用领域来看，晶圆制造是最核心的需求来源，占整体市场份额约 83.4%。

随着国内半导体产业的快速崛起，叠加国家层面对半导体行业的政策扶持与战略布局，下游晶圆制造企业不断攻坚突破关键制程节点，国内头部半导体厂商纷纷开启产能大规模扩张进程，中国大陆半导体检测与量测设备市场保持高景气度，中国市场份额持续扩大。根据 YOLE 数据统计，2025 年中国大陆半导体检测与量测设备市场规模达到 44.5 亿美元，2020 年至 2025 年的年均复合增长率为19.46%，显著高于全球平均水平，显示出强劲的内需驱动与设备更新动力。

国产设备制造商已在关键节点实现突破并进入量产验证阶段，国产化替代进程稳步推进。国产设备已覆盖 28nm 及以上成熟制程的核心工艺环节，并在部分细分领域实现 14nm 节点的技术突破。其中，以中科飞测、精测电子为代表的企业已具备 28–14nm 节点晶圆检测设备的批量交付能力，部分产品进入验证阶段，标志着国产设备正从“补位”走向“并跑”。

②激光退火设备市场规模

根据 QY Research 数据，预计 2029 年全球半导体激光退火设备市场规模将增至 12.4 亿美元，年复合增长率为 7.9%。中国大陆是全球激光退火设备主要消费市场之一，在国内半导体设备市场需求持续释放、供应链自主可控日益强烈的背景下，上海微电子装备（集团）股份有限公司、华卓精科、莱普科技等国内设备厂商，依托产品性价比优势实现市场突破，已在国内市场占据一定份额，成为国产半导体激光退火设备领域的核心力量。

③光刻机设备市场规模

根据 SEMI 数据，2024 年全球光刻设备市场规模达 295.7 亿美元，同比增长9.0%，Mordor Intelligence 预计全球光刻机市场规模到 2029 年将达 378.1 亿美元，2024-2034 年复合增长率为 5.0%。

全球光刻机市场呈现出明显的寡头垄断格局。ASML、Nikon 和 Canon 三家公司长期占据全球光刻机市场的主导地位。其中，ASML 凭借其在高端光刻机领域的技术优势，2024 年占据了全球光刻机市场 61.2%的份额，特别是在 EUV 光刻机领域，ASML 是全球唯一的供应商。Nikon 和 Canon 则主要集中在中低端光刻机领域。

中国光刻机市场需求旺盛，但国产化率仍处于极低水平。当前，中国大陆已是 ASML 光刻机的最大客户。根据 ASML 公开数据，中国大陆地区的净销售额由 2020 年的 29.2 亿美元增长至 2024 年的 102 亿美元；其中，2023 年中国大陆营收占 ASML 总营收的比例为 29%，2024 年受晶圆厂扩产提速及超额备货等因素影响，中国区收入占比大幅提升至 41%。

因国外制裁持续加码，光刻机核心技术受制于人，国家鼓励和支持光刻机产业发展，国内企业不断加大在光刻机领域的研发投入。其中，上海宇量昇科技有限公司、客户 B3 等企业积极布局并投身国产光刻机技术研发，完善产业链配套支撑能力，助力行业突破国外技术封锁与垄断格局。