芯片制造過(guò)程中，“清洗”步驟雖然不起眼，但它占整個(gè)制造工序步驟30%以上。

　　近日，中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)又傳來(lái)一則重要信息，本土清洗設(shè)備廠商盛美上海推出新型化學(xué)機(jī)械拋光后(Post-CMP)清洗設(shè)備，這是該公司的第一款Post-CMP清洗設(shè)備，用于制造高質(zhì)量襯底化學(xué)機(jī)械拋光工藝之后的清洗。該清洗設(shè)備6英寸和8英寸的配置適用于碳化硅(SiC)襯底制造;8英寸和12英寸配置適用于硅晶圓制造。

　　在CMP步驟之后，需要在低溫下使用稀釋的化學(xué)品進(jìn)行物理預(yù)清洗工藝，以減少顆粒數(shù)量。Post-CMP清洗設(shè)備能夠滿足這些要求。

　　在用于晶圓加工的各種前道半導(dǎo)體設(shè)備當(dāng)中，中國(guó)市場(chǎng)使用的清洗設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率還是比較高的，達(dá)到38%，僅次于去膠設(shè)備的74%。38%的市占率，既擁有了一定規(guī)模，又具有比較大的發(fā)展空間，是很值得關(guān)注的一個(gè)品類(lèi)。

　　1、清洗工藝的重要性

　　在晶圓加工的各個(gè)環(huán)節(jié)，清洗工藝必不可少，它主要用于去除晶圓加工過(guò)程中上一道工序遺留的超微細(xì)顆粒污染物、金屬殘留、有機(jī)物殘留，以及光阻掩膜殘留，也可根據(jù)需要進(jìn)行硅氧化膜、氮化硅或金屬等薄膜材料的濕法腐蝕，為下一步工序準(zhǔn)備好晶圓表面條件。

　　根據(jù)介質(zhì)不同，半導(dǎo)體清洗技術(shù)主要分為干法清洗和濕法清洗兩類(lèi)。目前，濕法清洗是主流，占總清洗步驟數(shù)量的90%以上，濕法清洗針對(duì)不同的工藝需求，采用特定化學(xué)藥液和去離子水，對(duì)晶圓表面進(jìn)行無(wú)損傷清洗，以去除晶圓制造過(guò)程中的雜質(zhì)，常輔以超聲波、加熱、真空等技術(shù)手段。干法清洗是指不使用化學(xué)溶劑的清洗技術(shù)，可清洗污染物比較單一，在28nm及以上制程技術(shù)的邏輯和存儲(chǔ)芯片制造過(guò)程中有應(yīng)用。

　　工藝技術(shù)和應(yīng)用條件上的區(qū)別使得市場(chǎng)上的清洗設(shè)備也有明顯差異，目前，主要清洗設(shè)備有單晶圓清洗設(shè)備、自動(dòng)清洗臺(tái)和洗刷機(jī)三種，其它清洗設(shè)備還包括超聲/兆聲清洗設(shè)備、晶圓盒清洗設(shè)備、干法清洗設(shè)備(如等離子清洗設(shè)備)等，但這些設(shè)備的市場(chǎng)占比較小。

　　隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，晶圓加工過(guò)程中清洗的重要性愈加凸出，且精度要求越來(lái)越高。在制程工藝節(jié)點(diǎn)為35nm時(shí)，參數(shù)要求已經(jīng)較高，需要保證硅晶圓表面顆粒及COP密度小于0.1個(gè)/每平方厘米。而當(dāng)下的先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)在5nm以下，這對(duì)晶圓提出了更高的清潔參數(shù)要求。另外，經(jīng)濟(jì)效益也要求半導(dǎo)體公司在清洗工藝上不斷突破，提高清洗設(shè)備的參數(shù)水平。隨著制程節(jié)點(diǎn)不斷縮小，對(duì)于那些尋求先進(jìn)制程工藝芯片生產(chǎn)方案的制造商來(lái)說(shuō)，有效的無(wú)損清洗將是一個(gè)重大挑戰(zhàn)，尤其是7nm、5nm甚至更小制程節(jié)點(diǎn)的芯片，晶圓廠必須能夠從平坦的晶圓表面除去更小的隨機(jī)缺陷，還要適應(yīng)更復(fù)雜、更精細(xì)的3D芯片架構(gòu)，以免造成損害或材料損失，從而保證良率和利潤(rùn)。

　　隨著制程節(jié)點(diǎn)不斷縮小，在晶圓加工過(guò)程中，良率隨線寬縮小而下降，而提高良率的方式之一就是增加清洗工藝的步驟。在80nm-60nm制程中，約有100個(gè)清洗步驟，而到了20nm及以后的先進(jìn)制程，清洗步驟上升到了200 個(gè)以上。

　　2、巨頭把持市場(chǎng)

　　清洗設(shè)備約占半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)總規(guī)模的5%。2021年，清洗設(shè)備市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到42億美元，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到47億美元。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，全球清洗設(shè)備市場(chǎng)都被迪恩士(SCREEN)、TEL、LAM與細(xì)美事(SEMES，三星子公司)把持著，這四家公司合計(jì)市場(chǎng)占有率達(dá)到90%以上，其中，迪恩士市場(chǎng)份額最高，超過(guò)50%。多年來(lái)，迪恩士開(kāi)發(fā)出了適于多種環(huán)境的各類(lèi)清洗設(shè)備，并在清洗工藝的三個(gè)主要領(lǐng)域均獲得第一的市場(chǎng)占有率。2014年后，盛美公司也進(jìn)入該領(lǐng)域，占有較小的市場(chǎng)份額。

　　由于自動(dòng)清洗臺(tái)技術(shù)門(mén)檻相對(duì)低，市場(chǎng)參與者更多，但市場(chǎng)份額由迪恩士和東京電子牢牢把持。洗刷機(jī)設(shè)備也基本由迪恩士和東京電子兩家公司主導(dǎo)，迪恩士占據(jù)60%-70%的份額。

　　迪恩士的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位源于其技術(shù)壁壘，該公司一直引領(lǐng)著最為先進(jìn)的清洗技術(shù)。以單晶圓清洗設(shè)備為例，迪恩士不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)改進(jìn)和突破，開(kāi)發(fā)新的清洗設(shè)備產(chǎn)品，從SU-2000、SU-3100到SU-3200，再到SU-3300，不斷追求更大的晶圓清洗產(chǎn)能，同時(shí)有效降低晶圓廠成本。SU-3200可以集成12腔室，處理能力達(dá)到800片每小時(shí)，而SS-3300能夠集成24腔室，處理能力更高，有效地解決了單晶圓清洗設(shè)備產(chǎn)能較低的缺陷，并充分發(fā)揮優(yōu)異的清洗性能，符合10nm、7nm清洗參數(shù)要求。尤其是在存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域，隨著DRAM廠商追求更小工藝節(jié)點(diǎn)、不斷加大3D-NAND產(chǎn)線投資，SU-3300可以提供精細(xì)化的清洗技術(shù)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)與自動(dòng)清洗站接近的產(chǎn)能。

　　迪恩士認(rèn)為，清洗設(shè)備的未來(lái)發(fā)展集中在三個(gè)方面：一是晶圓代工廠和邏輯芯片廠不斷布局更小工藝節(jié)點(diǎn)時(shí)的產(chǎn)線擴(kuò)張，重點(diǎn)為高清洗精度單晶圓清洗設(shè)備;二是3D結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)芯片，重點(diǎn)為高產(chǎn)能單晶圓清洗設(shè)備和高清洗精度自動(dòng)清洗臺(tái);三是重視中國(guó)市場(chǎng)，這將是未來(lái)半導(dǎo)體世界的主場(chǎng)。

　　3、國(guó)內(nèi)玩家的窘境

　　半導(dǎo)體制造設(shè)備有十一類(lèi)，具體包括光刻機(jī)、過(guò)程檢測(cè)設(shè)備、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、離子注入設(shè)備、CMP設(shè)備、清洗設(shè)備、氧化退火設(shè)備、其它晶圓制造設(shè)備九類(lèi)前道工藝設(shè)備，測(cè)試設(shè)備和封裝設(shè)備兩類(lèi)后道工藝設(shè)備。這其中，清洗設(shè)備必不可缺。

　　在制造半導(dǎo)體整體設(shè)備中，清洗設(shè)備的價(jià)值比其它制造設(shè)備低，約為5%~6%。但它會(huì)參與到芯片制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，是其它賽道的敲門(mén)磚，也是芯片制造繞不開(kāi)的環(huán)節(jié)。

　　在芯片缺乏和芯片潮雙重影響下，清洗設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)增加。據(jù)Marketwatch預(yù)計(jì)，2022年全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備規(guī)模將達(dá)到55.91億美元，至2028年達(dá)77.94億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率5.7%。

　　與光刻機(jī)類(lèi)似，清洗設(shè)備單臺(tái)售價(jià)高、毛利率較高。以盛美為例，其單片清洗設(shè)備單價(jià)超過(guò)2500萬(wàn)元，毛利率約45%。

　　從國(guó)際和國(guó)內(nèi)清洗設(shè)備現(xiàn)狀來(lái)看，馬太效應(yīng)顯著。與光刻機(jī)類(lèi)似，國(guó)產(chǎn)清洗設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率也不是非常高，但比其它種類(lèi)半導(dǎo)體設(shè)備情況要樂(lè)觀許多。數(shù)據(jù)顯示，清洗設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率從2015年的15%提升到了2020年的20%，反觀光刻機(jī)的國(guó)產(chǎn)化率一直小于1%，同時(shí)所有種類(lèi)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的總和僅占全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的5%。

　　國(guó)產(chǎn)清洗設(shè)備的困難較大，導(dǎo)致賽道玩家極少，無(wú)外乎以下幾方面因素：

　　半導(dǎo)體最先進(jìn)制程的研發(fā)的材料和晶圓廠商深度綁定，久而久之難免會(huì)集中度會(huì)愈加嚴(yán)重;

　　市場(chǎng)客戶會(huì)優(yōu)先選擇成熟設(shè)備，減少磨合時(shí)間和機(jī)會(huì)成本，降低經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，后進(jìn)者要證明自己很難，特別是芯片這種生產(chǎn)成本極高的產(chǎn)業(yè);

　　除了清洗設(shè)備本身存在很高的技術(shù)壁壘，國(guó)產(chǎn)化核心部件供應(yīng)大部分需要進(jìn)口，關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化也是一大心病;

　　半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大部分工藝技術(shù)都存在專(zhuān)利，后發(fā)企業(yè)稍有不慎就會(huì)踏入侵權(quán)的射程;

　　半導(dǎo)體人才嚴(yán)重缺乏，上游設(shè)備的領(lǐng)軍人才尤甚。

　　半導(dǎo)體一直是技術(shù)壁壘高、知識(shí)產(chǎn)權(quán)錯(cuò)雜的領(lǐng)域，長(zhǎng)期市場(chǎng)運(yùn)作下細(xì)分市場(chǎng)會(huì)呈現(xiàn)僅剩1~2家、至多3~4家企業(yè)的局面，居于寡頭的廠商會(huì)采取峰價(jià)措施與潛在競(jìng)爭(zhēng)者間博弈，半導(dǎo)體清洗領(lǐng)域亦如此。

　　除此之外，地緣政治摩擦也成為不穩(wěn)定因素之一：2022年3月，美國(guó)證監(jiān)會(huì)(SEC)將納斯達(dá)克與A股兩地上市的盛美半導(dǎo)體列入“預(yù)摘牌”名單。

　　4、國(guó)產(chǎn)化替代正逐步進(jìn)行

　　全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備龍頭主要有迪恩士、東京電子、韓國(guó) SEMES、拉姆研究等。

　　其中迪恩士處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，2020 年占據(jù)了全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備 45.1%的市場(chǎng)份額，東京電子、SEMES 和拉姆研究分別占據(jù)約 25.3%、14.8%和12.5%。

　　我國(guó)半導(dǎo)體清洗領(lǐng)域的重要參與者包括至純科技、盛美半導(dǎo)體、北方華創(chuàng)、芯源微等，國(guó)內(nèi)廠商雖然起步較晚，但追趕勢(shì)頭強(qiáng)勁。

　　目前半導(dǎo)體清洗設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率維持在 10%~20%，突破速度最快，國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)了其他大部分設(shè)備。

　　再加上國(guó)家大基金二期加大了對(duì)設(shè)備廠商的投資，而且投資力度比一期更大，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商迎來(lái)發(fā)展良機(jī)。

　　成立大基金投資要比補(bǔ)貼政策能更精準(zhǔn)地扶持有需要的企業(yè)，今天看到的很多半導(dǎo)體知名企業(yè)，都是大基金一期的投資標(biāo)的，相信二期也會(huì)帶動(dòng)一大批公司持續(xù)走強(qiáng)。

　　來(lái)源：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫，價(jià)值鹽選，寬禁帶聯(lián)盟