一、清洗設備產品定義分類與技術概況

    1、半導體晶圓清洗設備定義

    半導體晶圓清洗設備主要是用于清洗半導體晶圓生產過程中產生的顆粒、有機物、金屬和自然氧化層等污染物的設備。根據清洗原理的不同，清洗設備可分為干法清洗設備和濕法清洗設備。

    清洗環節是晶圓制造過程中極為重要的一個環節，也是工序環節最多的一類，廣泛用于去除從環境、其他制造工藝、刻蝕副產物、研磨液等物質中帶來的污染物，這些污染物如不及時清理均可能造成后續制造工藝的失敗，造成器件的電性失效。

    尤其是隨著制程工藝不斷向物理極限逼近，對實際制造的幾個環節也提出了新要求，對于晶圓的潔凈度要求也不斷增加，清洗環節的重要性日益凸顯，清洗步驟顯著增加，清洗設備行業呈現出明顯的量價齊升的特點。

    2、半導體晶圓主要清洗方法

    在實際半導體制作中，按照清洗原理來分類，主要有干法清洗設備和濕法清洗設備。目前90%以上的清洗步驟都是以濕法設備為主。

    濕法清洗采用特定的化學藥液和去離子水對晶圓表面進行無損傷清洗，使硅表面的雜質與溶劑發生化學反應，生成可溶性物質或者氣體，從而將晶圓表面的顆?；蛘咂渌饘匐x子清洗掉，是目前主流的清洗方式、占整個清洗制程的90%以上。主要包括RCA清洗法、超聲清洗等，濕法清洗具有效率高、成本較低等優勢，但也有可能由于化學試劑使用多，會造成化學污染、交叉污染、晶片損傷等。

    干法清洗方式是指不使用化學試劑的清洗技術，包含等離子體清洗，氣相清洗等等。干法清洗效率較高，但是不能清洗非揮發性雜質，因此應用有限。目前在實際生產中清洗過程是將兩種方法結合起來使用，大部分步驟使用濕法清洗，少部分特定站點使用干法清洗來提高清洗效率。

半導體晶圓主要清洗方法對比

資料來源：智研咨詢整理

    3、半導體晶圓清洗設備分類及其趨勢

    按照設備結構與同時清洗的數量來看，清洗設備可分為槽式清洗設備和單晶圓清洗設備。槽式清洗是將多片晶圓（不同清洗設備有不同的清洗數量，一般為100片至200片）放入清洗槽中，集中清洗。單晶圓清洗設備是每次清洗只清洗一片晶圓。

    槽式清洗設備吞吐量大，可以很好的提高產能，但也有明顯的缺點，如溶劑的濃度控制，清洗不均勻等。目前槽式清洗設備主要用在爐管前的清洗，去膠和薄膜沉積前的清洗，銅/鈦刻蝕前清洗和氧化層/氮化硅刻蝕的清洗。

    單晶圓清洗設備能夠更好的控制清洗質量，也可以提高單片晶圓不同位置的清洗均勻度，特別是對于空洞的清洗能力很強。但由于設備的吞吐量小，同時價格相對較高，因此應用較為有限，目前國內市場上，槽式仍是主流，但單晶圓式的占比在不斷提升。

半導體晶圓清洗設備分類和相應適用場合

資料來源：智研咨詢整理

    在濕法清洗工藝路線下，目前主流的清洗設備主要包括單片清洗設備、槽式清洗設備、組合式清洗設備和批式旋轉噴淋清洗設備等。值得注意的是，在集成電路制造的先進工藝中，單片清洗已逐步取代槽式清洗成為主流。

    一是單片清洗能夠在整個制造周期提供更好的工藝控制，改善了單個晶圓和不同晶圓間的均勻性，提高了產品良率；二是由于更大尺寸的晶圓和更先進的工藝對于雜質更敏感，槽式清洗出現交叉污染的影響會更大，進而危及整批晶圓的良率，會帶來高成本的芯片返工支出。此外，單片槽式組合清洗技術的出現，可以綜合單片清洗和槽式清洗的優點，在提高清洗能力及效率的同時，減少硫酸的使用量，在幫助客戶降低成本的同時，符合國家節能減排的政策要求。目前各種清洗設備使用的清洗方式與應用特點如情況如下：

半導體清洗設備分類

資料來源：智研咨詢整理

    二、半導體晶圓清洗設備行業及其市場概況

    1、市場需求量價齊升特點明顯

    總體而言，隨著半導體晶圓制程向不斷的提升，國內晶圓制造產能逐漸增長，增長，半導體晶圓清洗設備整體呈現出明顯的量價齊升的特點。

    一是由于制程的提升，清洗環節的重要性日益凸顯，清洗步驟顯著增加。一般而言，在90nm工藝節點制程下，只需要90次左右的清洗步驟就可以達到較好的良率。但是在下一代65nm工藝節點時，清洗步驟增加到140步左右。而到了22nm/20nm節點，清洗步驟增加到210次左右。

    二是由于制程的提升，晶圓清洗的要求也顯著提升，單晶圓清洗設備逐漸稱為主流，吞吐量下降。在45nm以后，吞吐量較大的槽式清洗設備由于技術原因使用量大量減少，清洗設備換成了單片清洗設備。單片清洗設備的吞吐量較小，槽式設備的吞吐量大概是正常單片晶圓清洗設備的3倍。再加上清洗步驟的增多，單一產線的清洗設備數量需求顯著增加，如22nm的清洗設備數量大概是90nm的6倍。

    三是單片清洗取代槽式清洗引起設備單價提高，由于晶圓尺寸的增加，即使在非先進制程中，單片清洗設備的需求增長也較為穩定。

    從產品價格來看，單晶圓清洗設備普遍高于槽式清洗設備。同時單晶圓清洗設備可以包含多個反應腔，反應腔體越多，設備的吞吐量越大，價格也越高。

    目前2個腔體的單晶圓清洗設備為50-60萬美元，8腔體設備已經增加到250-300萬美元左右，12腔體已經到350-450萬美元，目前世界最大清洗設備供應商DNS制造的最先進24腔體已經達到4300萬美元以上，遠遠高于槽式設備普遍的50-200萬美元。

    即使在非先進制程領域，當晶圓大小從8寸擴大到12寸時，特別是到45nm工藝以后，槽式清洗設備由于槽池不同區域，溫度和濃度相差較大，造成清洗不均勻的情況，因此在45nm工藝時大量引入單片清洗設備，代替槽式清洗設備，因此也推動了價格的增長。

    2、市場規模增長總體穩定

    從國內的集成電路制造來看，現階段晶圓代工的技術節點已小于 28nm，逐步進入22nm，部分先進制程達到了14nm，并逐步接近了臺積電10nm的水平。因此國內的晶圓制造過程中，對于晶圓表面污染物控制的指標越來越高。而目前清洗設備在晶圓制造設備中的采購費用占比較為穩定，且呈現出較為明顯的提升態勢。

    智研咨詢發布的《2020-2026年中國半導體晶圓清洗設備行業市場競爭現狀及投資價值評估報告》指出：半導體晶圓清洗設備與其他領域的半導體清洗設備功能相近，但各技術指標差異較大，行業集中度相對更高，受晶圓廠投資影響更大。半導體晶圓清洗設備受集成電路制造與晶圓制造產能推動顯著，近幾年來，中國的晶圓制造產能不斷擴大，投資加速，半導體晶圓清洗設備需求保持高速成長的態勢。半導體設備市場規模也高速增加。

    2014年我國半導體晶圓清洗設備需求量39臺，到2019年增長到了118臺。近幾年我國半導體晶圓清洗設備需求情況如下圖所示：

2014-2019年中國半導體晶圓清洗設備行業需求情況

資料來源：智研咨詢整理

    2014年，我國半導體晶圓清洗設備市場規模僅為6.36億元，2019年已經達到了20.11億元。

2014-2019年中國半導體晶圓清洗設備市場規模

資料來源：智研咨詢整理

    三、行業市場競爭格局與國產化進程

    由于晶圓制造等半導體設備廠商與晶圓制造廠商聯系緊密，企業往往要根據客戶的需求進行一定的定制化研發生產。半導體晶圓清洗設備企業遵循全球行業慣例，主要從事技術和工藝研發、產品設計和制造，為客戶提供設備和工藝解決方案。半導體晶圓清洗設備企業一般直銷模式銷售產品，分銷和經銷模式較少。在生產模式上，主要通過集成各核心供應商的部件進行生產。

    行業核心競爭力主要由企業的技術與和較為完整的產品系列構成，一般而言半導體晶圓清洗設備企業通過長期研發積累形成的技術優勢，保持較高的產品毛利，進而保持較高比例的研發投入及市場開拓，實現了較高的利潤率，也可以持續擴大的其市場競爭優勢。

    總體而言，行業進入壁壘較高，行業內現有企業數量較少，全球半導體清洗設備市場高度集中，市場份額主要集中在4家海外龍頭手中。尤其在單片清洗設備領域，DNS、TEL、LAM 與 SEMES 四家公司合計市場占有率達到 90%以上，其中 DNS 市場份額最高，市場占有率在 40%以上。

    目前，中國大陸能提供半導體清洗設備的企業較少，主要包括盛美半導體、北方華創、芯源微及至純科技。其中盛美半導體為國內半導體清洗設備的行業龍頭企業，全球份額約為1%，主要產品為集成電路領域的單片清洗設備，其中包括單片 SAPS 兆聲波清洗設備、單片 TEBO 兆聲波清洗設備、單片背面清洗設備、單片刷洗設備、槽式清洗設備和單片槽式組合清洗設備等，產品線較為豐富，在海力士等國際大廠內有著較為持續的應用和供應關系。

    北方華創的主要清洗設備產品為單片及槽式清洗設備，可適用于技術節點為 65nm、28nm 工藝的芯片制造，北方華創的設備體系相對較全，其中清洗設備在其設備體系中占比僅為5%左右。

    至純科技具備生產 8-12 英寸高階單晶圓濕法清洗設備和槽式濕法清洗設備的相關技術，技術節點領先，并獲得了批量訂單，能夠覆蓋包括晶圓制造、先進封裝、太陽能在內多個下游行業的市場需求；芯源微目前產品用于集成電路制造領域的單片式刷洗領域。

    總的來看，中國大陸作為全球最大半導體消費市場，消費重心一定程度上牽引產能重心轉向中國，同時疊加國家戰略支持，全球產能不斷向中國轉移，中資、外資半導體企業紛紛在中國投資建廠，行業市場規模高速成長。同時行業內企業技術實力也在不斷進步，盛美半導體、北方華創、至純科技等企業技術實力不斷進步，在國內市場上的競爭力也在不斷的增強。市場占有率不斷提升。

2014-2019年國產半導體晶圓清洗設備規模及其占有率走勢

資料來源：智研咨詢整理

    從產品生產企業分布來看，目前國內企業主要以技術要求相對較低槽式為主，產品價格相對較低，但呈現出較為明顯的提升態勢。外資企業主要是單晶圓式清洗設備為主，槽式產品占比也相對較大。同時在工藝制程節點上較為領先，產品價格較為昂貴。

    四、行業發展前景分析

    隨著下游電子、汽車、通信等行業需求的穩步增長，以及物聯網、云計算及大數據等新興領域的快速發展，集成電路產業面臨著新型芯片或先進制程的產能擴張需求，為半導體晶圓清洗設備行業帶來廣闊的市場空間。根據數據，2019 年全球半導體制造設備銷售額達到 598 億美元，比 2018 年的 645 億美元的歷史高點有所下降。全球半導體設備市場經歷了 2019 年的調整后，短期內還可能受到新冠疫情的影響，但長期來看半導體晶圓清洗設備市場持續增長的發展趨勢不會改變。

    同時，近年來，全球半導體產業向中國大陸轉移趨勢明顯，將為國內半導體晶圓清洗設備行業帶來良好的發展契機。根據統計，中國臺灣地區是半導體設備的最大市場，中國大陸保持其第二大設備市場的地位，預計未來我國大陸地區半導體晶圓清洗設備市場仍將保持增長態勢。半導體產業的國產化也會推動行業持續穩定發展，而全球先進制程工藝已經逼近物理極限，清洗設備技術進步逐漸放緩，也將為國內企業的發展提供更為良好的發展機遇，而國內的集成電路制造相比之下還處于較低的水平，集成電路產業升級空間巨大，未來我國的半導體晶圓清洗設備的國產化率預計將穩定增長。

    另一方面，為了進一步提高集成電路容量和性能，半導體結構開始3D化，此時清洗效果不能僅僅停留在表面，還需要在無損情況下清洗內部污染物，這帶來了清洗設備的價升。技術進步的驅動力將長期存在，因此對于半導體晶圓清洗設備市場的拓展將長期持續。