當(dāng)我們談?wù)撔酒a(chǎn)業(yè)時(shí)，首先想到的就是光刻、刻蝕、沉積、離子注入、化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）等工藝，在過(guò)去的一段時(shí)間內(nèi)，《每日財(cái)報(bào)》基本對(duì)這些環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了覆蓋。

　　今天要講的是一個(gè)看起來(lái)不起眼但同樣重要的環(huán)節(jié)——清洗。半導(dǎo)體清洗主要是為了去除芯片生產(chǎn)中產(chǎn)生的各種沾污雜質(zhì)，是芯片制造中步驟最多的工藝，幾乎貫穿整個(gè)作業(yè)流程。由于硅片的加工過(guò)程對(duì)潔凈度要求非常高，所有與硅片接觸的媒介都可能對(duì)硅片造成污染，硅片清洗的好壞對(duì)器件性能有嚴(yán)重的影響，因此幾乎每一步加工都需要清除沾污。

　　在很多人看來(lái)，芯片生產(chǎn)中所用的清洗設(shè)備似乎并沒有什么技術(shù)門檻，也就沒有那么大的價(jià)值，但事實(shí)卻并非如此，芯片制造是一個(gè)極其復(fù)雜和精致的產(chǎn)業(yè)，任何一環(huán)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)前功盡棄。

　　在半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)中，晶圓制造設(shè)備采購(gòu)大約占整體的80%，測(cè)試設(shè)備大約占9%，封裝設(shè)備大約占7%，其他設(shè)備大約占4%，同時(shí)清洗設(shè)備在晶圓制造設(shè)備中的采購(gòu)費(fèi)用占比約為6%，因此可以推算出清洗設(shè)備約占半導(dǎo)體設(shè)備投資的4.8%。

　　芯片良率的“保鏢”

　　芯片制造需要在無(wú)塵室中進(jìn)行，如果在制造過(guò)程中，有沾污現(xiàn)象，將影響芯片上器件的正常功能。據(jù)估計(jì)，80%的芯片電學(xué)失效都是由沾污帶來(lái)的缺陷引起的。沾污雜質(zhì)是指半導(dǎo)體制造過(guò)程中引入的任何危害芯片成品率及電學(xué)性能的物質(zhì)，具體的沾污包括顆粒、有機(jī)物、金屬和自然氧化層等。

　　一般來(lái)說(shuō)，工藝越精細(xì)對(duì)于控污的要求越高，而且難度越大，隨著半導(dǎo)體芯片工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入28納米、14納米等更先進(jìn)等級(jí)，工藝流程的延長(zhǎng)且越趨復(fù)雜，產(chǎn)線成品率也會(huì)隨之下降。造成這種現(xiàn)象的一個(gè)原因就是先進(jìn)制程對(duì)雜質(zhì)的敏感度更高，小尺寸污染物的高效清洗更困難，解決的方法主要是增加清洗步驟。在80-60nm制程中，清洗工藝大約100多個(gè)步驟，而到了10nm制程，增至200多個(gè)清洗步驟。

　　根據(jù)清洗介質(zhì)不同，半導(dǎo)體清洗技術(shù)主要分為濕法清洗和干法清洗兩種工藝路線。濕法工藝是使用各種化學(xué)藥液與晶圓表面各種雜質(zhì)粒子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成溶于水的物質(zhì)，再用高純水沖洗，依次去除晶圓表面各種雜質(zhì)。干法工藝是不采用溶液的清洗技術(shù)，通過(guò)等離子清洗技術(shù)、汽相清洗技術(shù)或束流清洗技術(shù)來(lái)去除晶圓表面的雜質(zhì)。

　　濕法工藝在達(dá)到晶圓表面的潔凈度和平滑度方面通常優(yōu)于干法工藝，并且是目前單晶圓清洗使用的標(biāo)準(zhǔn)工藝，應(yīng)用于晶圓制造過(guò)程中90%以上的清洗步驟。

　　清洗設(shè)備主要可以分為單片清洗設(shè)備和槽式清洗機(jī)，槽式清洗機(jī)用于批量處理晶圓，單片清洗設(shè)備可以針對(duì)單個(gè)晶圓的清洗進(jìn)行條件優(yōu)化。

　　需要注意的是，單片清洗設(shè)備是目前市場(chǎng)的絕對(duì)主流。在過(guò)去的十年間，尋求提升清洗質(zhì)量的晶圓制造商逐漸從批量清洗設(shè)備轉(zhuǎn)向單片清洗設(shè)備。2019年，單片清洗設(shè)備的占比達(dá)到75%，而且隨著集成電路特征尺寸的進(jìn)一步縮小。單片清洗設(shè)備的運(yùn)用更加廣泛，未來(lái)占比有望逐步提高。

　　比如說(shuō)，當(dāng)工藝尺寸達(dá)到14nm之后，存儲(chǔ)技術(shù)將會(huì)達(dá)到尺寸縮小的極限，存儲(chǔ)芯片逐步從二維（2D）結(jié)構(gòu)向三維（3D）結(jié)構(gòu)推進(jìn)。

　　例如在3D NAND（計(jì)算機(jī)閃存設(shè)備）制造工藝中，需將原來(lái)2D NAND中二維平面橫向排列的串聯(lián)存儲(chǔ)單元改為垂直排列，通過(guò)增加立體層數(shù)，解決平面上難以微縮的工藝問(wèn)題，堆疊層數(shù)也從32層、64 層向128層發(fā)展。

　　存儲(chǔ)技術(shù)從2D向3D轉(zhuǎn)變，清洗晶圓表面的基礎(chǔ)上，還需在無(wú)損情況下清洗內(nèi)部污染物，對(duì)清洗設(shè)備提出了更高的技術(shù)要求，清洗設(shè)備單臺(tái)價(jià)值量不斷提升，根據(jù)SEMI的預(yù)測(cè)，清洗設(shè)備市場(chǎng)未來(lái)幾年復(fù)合增長(zhǎng)率為6.8%。

　　本土三強(qiáng)漸入佳境

　　全球清洗設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模超30億美元，大陸市場(chǎng)約7億美元，但與芯片產(chǎn)業(yè)的其他工藝類似，目前全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備市場(chǎng)同樣被國(guó)外公司壟斷。數(shù)據(jù)顯示，全球的清洗設(shè)備市場(chǎng)基本由國(guó)外的幾家巨頭把控，特別是日本企業(yè)。其中迪恩士、東京電子、拉姆研究是全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備龍頭，2019年CR3接近90%。迪恩士（DNS）是絕對(duì)龍頭，全球份額達(dá)50%，國(guó)內(nèi)公司中，盛美股份、北方華創(chuàng)(行情002371,診股)2019年全球份額分別為3%、1%。

　　國(guó)內(nèi)從事半導(dǎo)體清洗設(shè)備的公司主要有盛美半導(dǎo)體、北方華創(chuàng)、至純科技(行情603690,診股)等。客觀的評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)企業(yè)規(guī)模和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力與國(guó)際知名企業(yè)仍然存在較大差距。比如說(shuō)，國(guó)外單片晶圓清洗設(shè)備已發(fā)展到12個(gè)、16個(gè)腔體、對(duì)應(yīng)的附屬設(shè)備的介質(zhì)供應(yīng)也越多，可滿足智能化、軟件控制、壓力均等和清洗后的存放等需求，而國(guó)產(chǎn)濕法清洗設(shè)備從種類和功能上目前能實(shí)現(xiàn)的部分較為有限。但目前本土企業(yè)的發(fā)展已經(jīng)漸入佳境，我們分別介紹一下。

　　1998年，盛美半導(dǎo)體在美國(guó)硅谷成立，是國(guó)家千人專家王暉博士為代表的清華校友所創(chuàng)立的，2006 年9月與上海市政府合資成立了盛美半導(dǎo)體設(shè)備（上海）有限公司。

　　盛美股份是國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體清洗設(shè)備龍頭企業(yè)，主攻單片清洗設(shè)備。2015年，公司生產(chǎn)的12英寸45納米半導(dǎo)體單片晶圓清洗設(shè)備交付韓國(guó)知名存儲(chǔ)器廠商海力士，成為國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端12英寸半導(dǎo)體設(shè)備，打破了國(guó)產(chǎn)設(shè)備在海外銷售的零記錄。

　　2019年盛美股份在全球單片清洗設(shè)備份額達(dá)4%。根據(jù)中國(guó)國(guó)際招標(biāo)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，長(zhǎng)江存儲(chǔ)第14-38批設(shè)備招標(biāo)中，公布了88臺(tái)清洗設(shè)備中標(biāo)名錄，其中迪恩士、盛美股份、拉姆研究占據(jù)榜單前三，中標(biāo)臺(tái)數(shù)分別為25臺(tái)、18臺(tái)、16臺(tái)，份額分別為28%、20%、18%。盛美股份獲得20%的清洗設(shè)備份額，遠(yuǎn)高于其全球3%的份額。

　　今年6月份，盛美股份科創(chuàng)板IPO申請(qǐng)已經(jīng)獲上交所受理。財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)顯示，2017-2019年，盛美股份收入分別為2.54億元、5.5億元、7.57 億元，CAGR 為72.4%，歸母凈利潤(rùn)分別為1086萬(wàn)元、9253萬(wàn)元、1.35億元，CAGR 為252.4%，不出意外的話公司會(huì)順利上市。

　　北方華創(chuàng)是2015年由七星電子和北方微電子戰(zhàn)略重組而成，由此形成了半導(dǎo)體裝備、真空裝備、新能源鋰電裝備及精密元器件四個(gè)事業(yè)群。2017 年北方華創(chuàng)收購(gòu)了美國(guó)硅片清洗公司Akion，在原有清洗設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行了整合。目前公司主要清洗設(shè)備產(chǎn)品為單片和槽式清洗設(shè)備，現(xiàn)在有Saqua 系列12英寸單片清洗機(jī)和Bpure系列全自動(dòng)槽式清洗機(jī)，可以用于90-28nm芯片生產(chǎn)。2019年，北方華創(chuàng)在槽式清洗設(shè)備份額達(dá)7%。

　　至純科技基于自身作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高純工藝系統(tǒng)集成商積累的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝延伸，投身于本土集成電路工藝裝備事業(yè)。公司于 2015年開始啟動(dòng)濕法工藝裝備研發(fā)，2016年成立院士工作站，2017年成立獨(dú)立的半導(dǎo)體濕法事業(yè)部。

　　最新的數(shù)據(jù)顯示，2020年上半年，至純科技的單片清洗和槽式濕法設(shè)備在二季度出機(jī)超過(guò)了十臺(tái)，而去年全年才完成近20臺(tái)設(shè)備裝機(jī)，交付速度明顯加快，而且客戶已擴(kuò)展到國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體行業(yè)如中芯國(guó)際(行情688981,診股)、德州儀器、臺(tái)灣力晶等知名企業(yè)。

　　目前至純科技的單片濕法清洗設(shè)備在晶圓表面顆粒清洗能力以及每小時(shí)的產(chǎn)出量上，機(jī)臺(tái)性能和工藝將可以支持到14nm以下的工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)。至純科技在互動(dòng)平臺(tái)上表示，公司的槽式濕法設(shè)備在質(zhì)量上與國(guó)際水平相當(dāng)乃至優(yōu)于國(guó)際水平。

　　在《每日財(cái)報(bào)》看來(lái)，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體清洗設(shè)備廠商迎來(lái)行業(yè)擴(kuò)容和國(guó)產(chǎn)替代的雙重機(jī)遇。首先，隨著芯片工藝的進(jìn)步及芯片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，清洗設(shè)備量?jī)r(jià)齊升，行業(yè)規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)容；其次，受益于國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)線的加速建設(shè)和產(chǎn)能爬坡，國(guó)內(nèi)清洗設(shè)備廠商通過(guò)差異化路線追趕，份額有望快速提升。