芯片制造過程中，“清洗”步驟雖然不起眼，但它占整個制造工序步驟30%以上。

近日，中國半導體設備市場又傳來一則重要信息，本土清洗設備廠商盛美上海推出新型化學機械拋光后（Post-CMP）清洗設備，這是該公司的第一款Post-CMP清洗設備，用于制造高質(zhì)量襯底化學機械拋光工藝之后的清洗。該清洗設備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品進行物理預清洗工藝，以減少顆粒數(shù)量。Post-CMP清洗設備能夠滿足這些要求。

在用于晶圓加工的各種前道半導體設備當中，中國市場使用的清洗設備國產(chǎn)化率還是比較高的，達到38%，僅次于去膠設備的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，是很值得關注的一個品類。

1、清洗工藝的重要性

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

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

工藝技術和應用條件上的區(qū)別使得市場上的清洗設備也有明顯差異，目前，主要清洗設備有單晶圓清洗設備、自動清洗臺和洗刷機三種，其它清洗設備還包括超聲/兆聲清洗設備、晶圓盒清洗設備、干法清洗設備（如等離子清洗設備）等，但這些設備的市場占比較小。

隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，晶圓加工過程中清洗的重要性愈加凸出，且精度要求越來越高。在制程工藝節(jié)點為35nm時，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/每平方厘米。而當下的先進制程節(jié)點在5nm以下，這對晶圓提出了更高的清潔參數(shù)要求。另外，經(jīng)濟效益也要求半導體公司在清洗工藝上不斷突破，提高清洗設備的參數(shù)水平。隨著制程節(jié)點不斷縮小，對于那些尋求先進制程工藝芯片生產(chǎn)方案的制造商來說，有效的無損清洗將是一個重大挑戰(zhàn)，尤其是7nm、5nm甚至更小制程節(jié)點的芯片，晶圓廠必須能夠從平坦的晶圓表面除去更小的隨機缺陷，還要適應更復雜、更精細的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。

隨著制程節(jié)點不斷縮小，在晶圓加工過程中，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個清洗步驟，而到了20nm及以后的先進制程，清洗步驟上升到了200 個以上。

2、巨頭把持市場

清洗設備約占半導體設備市場總規(guī)模的5%。2021年，清洗設備市場增長迅速，市場規(guī)模達到42億美元，預計2022年將達到47億美元。

長期以來，全球清洗設備市場都被迪恩士（SCREEN）、TEL、LAM與細美事（SEMES，三星子公司）把持著，這四家公司合計市場占有率達到90%以上，其中，迪恩士市場份額最高，超過50%。多年來，迪恩士開發(fā)出了適于多種環(huán)境的各類清洗設備，并在清洗工藝的三個主要領域均獲得第一的市場占有率。2014年后，盛美公司也進入該領域，占有較小的市場份額。

由于自動清洗臺技術門檻相對低，市場參與者更多，但市場份額由迪恩士和東京電子牢牢把持。洗刷機設備也基本由迪恩士和東京電子兩家公司主導，迪恩士占據(jù)60%-70%的份額。

迪恩士的市場領導地位源于其技術壁壘，該公司一直引領著最為先進的清洗技術。以單晶圓清洗設備為例，迪恩士不斷實現(xiàn)技術改進和突破，開發(fā)新的清洗設備產(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，同時有效降低晶圓廠成本。SU-3200可以集成12腔室，處理能力達到800片每小時，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。尤其是在存儲芯片領域，隨著DRAM廠商追求更小工藝節(jié)點、不斷加大3D-NAND產(chǎn)線投資，SU-3300可以提供精細化的清洗技術，同時能夠?qū)崿F(xiàn)與自動清洗站接近的產(chǎn)能。

迪恩士認為，清洗設備的未來發(fā)展集中在三個方面：一是晶圓代工廠和邏輯芯片廠不斷布局更小工藝節(jié)點時的產(chǎn)線擴張，重點為高清洗精度單晶圓清洗設備；二是3D結(jié)構(gòu)存儲芯片，重點為高產(chǎn)能單晶圓清洗設備和高清洗精度自動清洗臺；三是重視中國市場，這將是未來半導體世界的主場。

3、國內(nèi)玩家的窘境

半導體制造設備有十一類，具體包括光刻機、過程檢測設備、刻蝕設備、薄膜沉積設備、離子注入設備、CMP設備、清洗設備、氧化退火設備、其它晶圓制造設備九類前道工藝設備，測試設備和封裝設備兩類后道工藝設備。這其中，清洗設備必不可缺。

在制造半導體整體設備中，清洗設備的價值比其它制造設備低，約為5%~6%。但它會參與到芯片制造的各個環(huán)節(jié)，是其它賽道的敲門磚，也是芯片制造繞不開的環(huán)節(jié)。

在芯片缺乏和芯片潮雙重影響下，清洗設備市場規(guī)模將持續(xù)增加。據(jù)Marketwatch預計，2022年全球半導體清洗設備規(guī)模將達到55.91億美元，至2028年達77.94億美元，年復合增長率5.7%。

與光刻機類似，清洗設備單臺售價高、毛利率較高。以盛美為例，其單片清洗設備單價超過2500萬元，毛利率約45%。


從國際和國內(nèi)清洗設備現(xiàn)狀來看，馬太效應顯著。與光刻機類似，國產(chǎn)清洗設備的國產(chǎn)化率也不是非常高，但比其它種類半導體設備情況要樂觀許多。數(shù)據(jù)顯示，清洗設備的國產(chǎn)化率從2015年的15%提升到了2020年的20%，反觀光刻機的國產(chǎn)化率一直小于1%，同時所有種類國產(chǎn)設備的總和僅占全球半導體供應鏈的5%。

國產(chǎn)清洗設備的困難較大，導致賽道玩家極少，無外乎以下幾方面因素：

半導體最先進制程的研發(fā)的材料和晶圓廠商深度綁定，久而久之難免會集中度會愈加嚴重；

市場客戶會優(yōu)先選擇成熟設備，減少磨合時間和機會成本，降低經(jīng)營風險，后進者要證明自己很難，特別是芯片這種生產(chǎn)成本極高的產(chǎn)業(yè)；

除了清洗設備本身存在很高的技術壁壘，國產(chǎn)化核心部件供應大部分需要進口，關鍵材料國產(chǎn)化也是一大心病；

半導體產(chǎn)業(yè)大部分工藝技術都存在專利，后發(fā)企業(yè)稍有不慎就會踏入侵權的射程；

半導體人才嚴重缺乏，上游設備的領軍人才尤甚。

半導體一直是技術壁壘高、知識產(chǎn)權錯雜的領域，長期市場運作下細分市場會呈現(xiàn)僅剩1~2家、至多3~4家企業(yè)的局面，居于寡頭的廠商會采取峰價措施與潛在競爭者間博弈，半導體清洗領域亦如此。

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，美國證監(jiān)會（SEC）將納斯達克與A股兩地上市的盛美半導體列入“預摘牌”名單。

4、國產(chǎn)化替代正逐步進行

全球半導體清洗設備龍頭主要有迪恩士、東京電子、韓國 SEMES、拉姆研究等。

其中迪恩士處于絕對領先地位，2020 年占據(jù)了全球半導體清洗設備 45.1%的市場份額，東京電子、SEMES 和拉姆研究分別占據(jù)約 25.3%、14.8%和12.5%。


我國半導體清洗領域的重要參與者包括至純科技、盛美半導體、北方華創(chuàng)、芯源微等，國內(nèi)廠商雖然起步較晚，但追趕勢頭強勁。


目前半導體清洗設備國產(chǎn)化率維持在 10%~20%，突破速度最快，國產(chǎn)化率超過了其他大部分設備。


再加上國家大基金二期加大了對設備廠商的投資，而且投資力度比一期更大，國內(nèi)設備廠商迎來發(fā)展良機。


成立大基金投資要比補貼政策能更精準地扶持有需要的企業(yè)，今天看到的很多半導體知名企業(yè)，都是大基金一期的投資標的，相信二期也會帶動一大批公司持續(xù)走強。