半導(dǎo)體設(shè)備專題報(bào)告：全球逐漸走出低谷，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能持續(xù)爬坡

當(dāng)前我國(guó)存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)仍與世界先進(jìn)水平有一定差距，出于戰(zhàn)略目的，國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)器廠商將 進(jìn)一步加大產(chǎn)能，其中的佼佼者就是長(zhǎng)江存儲(chǔ)以及合肥長(zhǎng)鑫。這兩家企業(yè)有望在 2020 年順利進(jìn)入產(chǎn)能爬坡期，從而催生較大數(shù)量的設(shè)備需求。截至 19 年年末，預(yù)計(jì)長(zhǎng)江存 儲(chǔ)月產(chǎn)能約 2 萬片，有望在 20 年上半年達(dá)到 5 萬片，合肥長(zhǎng)鑫 19 年年年末產(chǎn)能 2 萬 片，預(yù)計(jì)一季度末就將達(dá)到 4 萬片。存儲(chǔ)器相對(duì)于邏輯芯片標(biāo)準(zhǔn)化程度高，因此近年來 成為國(guó)產(chǎn)化突破的重要方向，除了制造工藝的國(guó)產(chǎn)化以外，設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化也是重要關(guān)注 點(diǎn)。根據(jù)招標(biāo)網(wǎng)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)江存儲(chǔ)自 19 年四季度以來招標(biāo)密度、核心設(shè)備招標(biāo)數(shù)量明顯 增加，例如四季度中微半導(dǎo)體獲得長(zhǎng)江存儲(chǔ) 3 臺(tái)設(shè)備訂單，2020 年 1 月 2 日，中微半 導(dǎo)體再中標(biāo)長(zhǎng)江存儲(chǔ) 9 臺(tái)刻蝕設(shè)備訂單。

一、全球逐漸走出低谷，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能持續(xù)爬坡

半導(dǎo)體行業(yè)由于其資本密集、技術(shù)革新快等特點(diǎn)，經(jīng)常呈現(xiàn)以 4-6 年為一個(gè)周期波動(dòng)向 上發(fā)展的趨勢(shì)，2018 年下半年以來，受到下游智能手機(jī)、汽車、工業(yè)等需求疲軟以及 庫存處于歷史高位，全球半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入下行周期，2019 年全球半導(dǎo)體銷售額 4110 億美元，同比 2018 年下降 12.4%。

但從 19 年 9 月開始，已有跡象顯示隨著 5G、AI、智能駕駛、物聯(lián)網(wǎng) IOT 等創(chuàng)新應(yīng)用 的發(fā)展，全球半導(dǎo)體行業(yè)正逐步進(jìn)入復(fù)蘇期。

而在中國(guó)，半導(dǎo)體行業(yè)始終處于較高的景氣位置。存儲(chǔ)器行業(yè)是我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)突破 的重要方向，出于戰(zhàn)略目的，國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)器廠商數(shù)量、產(chǎn)能均在持續(xù)增加，其中的佼佼者 就是長(zhǎng)江存儲(chǔ)以及合肥長(zhǎng)鑫。這兩家企業(yè)有望在 2020 年順利進(jìn)入產(chǎn)能爬坡期，從而催 生較大數(shù)量的設(shè)備需求。

1、全球市場(chǎng)：2019 年市場(chǎng)同比下滑，年末逐漸走出低谷

全球半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入存量競(jìng)爭(zhēng)格局，并購(gòu)頻繁。近 10 年來行業(yè)規(guī)模增速維持在 4%-6%之間，維持了較高的增長(zhǎng)，但和互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興科技產(chǎn)業(yè) 50%以上的 爆發(fā)式增長(zhǎng)相比，半導(dǎo)體行業(yè)的平穩(wěn)增速更貼近傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。存量競(jìng)爭(zhēng)的格局下，國(guó)際巨 頭更多通過并購(gòu)整合的方式實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)、減少行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，從而保持增長(zhǎng)率和毛利率。根據(jù) 不完全統(tǒng)計(jì)，僅 2015 年就有恩智浦并購(gòu)飛思卡爾、安華高并購(gòu)博通、英特爾并購(gòu)阿爾 特拉等 9 個(gè)重要并購(gòu)事件。

2019 年全年半導(dǎo)體銷售同比下滑 12.4%。據(jù) SIA 最新數(shù)據(jù)顯示，2019 年全年全球半 導(dǎo)體銷售額 4110 億美元。 其中累計(jì)銷售額為 3017 億美元，同比下降 14.2%，四季度 雖然依然下降，但降幅明顯收窄，全年降幅收窄至 12.4%。

臺(tái)積電業(yè)績(jī)同比增長(zhǎng)，三星、英特爾有所下降。全球最大的芯片代工廠臺(tái)積電 2019 年 第三季度營(yíng)收約為 2930 億元新臺(tái)幣，同比增長(zhǎng) 13%;稅后純收益約 1011 億元新臺(tái)幣， 較上年同期上漲 13%。三星 Q2 財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)顯示，其半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)為 3.04 萬億 韓元，與去年同期 13.65 萬億韓元的盈利相比暴跌了 78%(主要系存儲(chǔ)器價(jià)格下降)。 英特爾最新財(cái)報(bào)顯示第三季度營(yíng)收為 191.1 億美元，同比上升 0.14%;凈利潤(rùn)為 59.9 億美元，同比下降 6.38%。

存儲(chǔ)器價(jià)格 19 年繼續(xù)下行，但已經(jīng)止跌回升。2017 年，DRAM 和 NAND Flash 的價(jià) 格分別上漲了 44%和 17%，價(jià)格上漲趨勢(shì)一直延續(xù)到 2018 年上半年，但進(jìn)入到下半 年，由于產(chǎn)能供給的過剩，內(nèi)存和閃存開始全面降價(jià)，2018 年第四季度，NAND 價(jià)格 跌 15%，廠商庫存也逼近十年最高水平。2019 年也依然延續(xù)了下降趨勢(shì)，但自 19 年 1 月份以來，NAND 價(jià)格和 Dram 價(jià)格指數(shù)均開始止跌回升。

從 SEMI 最新公布 2019 年全球晶圓廠預(yù)測(cè)報(bào)告來看，經(jīng)歷上半年衰退態(tài)勢(shì)后，下半年 因存儲(chǔ)器投資有所回暖，預(yù)估 2019 年全球晶圓廠設(shè)備支出將上修至 566 億美元。預(yù)計(jì) 2019 年晶圓廠設(shè)備投資僅同比下滑 7%，相較于先前所預(yù)測(cè)降幅 18%降幅縮小。11 月 半導(dǎo)體出貨額及部分地區(qū)設(shè)備出貨量有所回暖，可能預(yù)示著持續(xù)低迷一年的半導(dǎo)體投資 也將有所回暖。

2、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)：產(chǎn)能持續(xù)增長(zhǎng)，將超韓國(guó)成為全球最大半導(dǎo)體市場(chǎng)

2019 年中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)需求約為全球的 35%，中國(guó)為全球需求增長(zhǎng)最快的地區(qū)，年均 復(fù)合增速超過 20%。在中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模引進(jìn)、消化、吸收以及產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)建 設(shè)下，中國(guó)已成為全球半導(dǎo)體的主要市場(chǎng)之一。2014 年中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售額已達(dá) 4887.8 億元，同比增長(zhǎng) 11%;到了 2016 年中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)到 6378 億元，同 比增長(zhǎng)14.8%; 2018年全球半導(dǎo)體銷售額為4688億美元，其中我國(guó)半導(dǎo)體銷售額1579 億，占全球市場(chǎng)的 33.7%。2019 年以來，全球市場(chǎng)半導(dǎo)體累計(jì)銷售額同比下降 14%至 3017 億元。截至 2019 年 9 月，我國(guó)今年半導(dǎo)體累計(jì)銷售額達(dá)到 1057 億，同比下降 12%，占全球市場(chǎng)的 35%。隨著 5G、消費(fèi)電子、汽車電子等下游產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步興起， 預(yù)計(jì)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模將快速增長(zhǎng)。

中國(guó)大陸強(qiáng)化存儲(chǔ)器布局，長(zhǎng)江存儲(chǔ)、合肥長(zhǎng)鑫產(chǎn)能爬坡。19 年 9 月 2 日，長(zhǎng)江存儲(chǔ) 正式宣布量產(chǎn) 64 層堆棧的 3D 閃存(Xtacking 3D NAND)。通過將 Xtacking 架構(gòu)引 入批量生產(chǎn)，能夠顯著提升產(chǎn)品性能，縮短開發(fā)周期和生產(chǎn)制造周期，從而推動(dòng)高速大 容量存儲(chǔ)解決方案市場(chǎng)的快速發(fā)展。隨著 5G，人工智能和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心時(shí)代的到 來，閃存市場(chǎng)的需求將持續(xù)增長(zhǎng)。

19年9月20日，總投資約1500億元的長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)內(nèi)存芯片自主制造項(xiàng)目正式宣布投產(chǎn)， 長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi) DRAM 的空白，有望突破韓國(guó)、美國(guó)企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的壟斷地位。 DRAM即動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，是芯片產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)值占比最大的單一品類，廣泛用于PC、 手機(jī)、服務(wù)器等領(lǐng)域。

我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)更加趨于優(yōu)化，2019 年 IC 設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)的產(chǎn)業(yè)比重分別為 40.4%、27%和 32.6%。近年來，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體一直保持兩位數(shù)增速，制造、設(shè)計(jì)與封測(cè)三業(yè)發(fā)展日趨均衡。世界集成電路產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)三業(yè)占比慣例為 3∶4∶3，2018 年我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)銷售收入2519.3億元，所占比重從2012年的35%增加到39%; 制造業(yè)銷售收入 1818.2 億元，所占比重從 23%增加到 28%;封測(cè)業(yè)銷售收入 2193.9 億元，所占比重從 2012 年的 42%降低到 34%，結(jié)構(gòu)更加趨于優(yōu)化。截至 2019 年 9 月， 我國(guó)設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)的產(chǎn)業(yè)比重分別為 40.4%、27%、32.6%，增長(zhǎng)勢(shì)頭良好。

我國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)雖大但自給率低，供給能力不足。2019 年 1-11 月我國(guó)集成電路出口累 計(jì)金額為 919.61 億美元，進(jìn)口累計(jì)金額約為 2778.62 億美元，貿(mào)易逆差下降 18.25%。 2018 年我國(guó)集成電路出口金額為 846.36 億美元，進(jìn)口金額為 3120.58 億美元，貿(mào)易逆 差同比增長(zhǎng) 17.7%。從 2015 年開始，集成電路進(jìn)口金額連續(xù) 4 年超過原油成為我國(guó)第 一大進(jìn)口商品。我國(guó) 2014 及 2015 年芯片進(jìn)口均超過 2000 億美元，成為中國(guó)進(jìn)口量最 大的商品。2016 年中國(guó)公司僅能滿足本土 15%左右的芯片需求。在高端芯片市場(chǎng)上， 服務(wù)器 MPU、桌面計(jì)算機(jī) MPU、工業(yè)控制用 MCU、可編程邏輯器件 FPGA、數(shù)字信 號(hào)處理器DSP，手機(jī)芯片中的用到的嵌入式CPU、嵌入式DSP、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM、 閃存 FLASH、高速高精度轉(zhuǎn)換器 AD/DA、高端傳感器 Sensor 等基本上全部依賴國(guó)外， 我國(guó)產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率幾乎為 0。2019 年 11 月份，我國(guó)集成電路進(jìn)口金額同比下跌 4.5%至 293.75 億美元;出口金額同比上漲 18.7%，達(dá)到 90.75 億美元。

中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售額或超韓國(guó)成為全球最大半導(dǎo)體市場(chǎng)。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的快速發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)展，嵌入到從汽車等各類產(chǎn)品中，同時(shí)伴隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)和物 聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的出現(xiàn)，半導(dǎo)體的市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大。隨著半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)向大陸轉(zhuǎn)移， 新建晶圓廠拉動(dòng)半導(dǎo)體設(shè)備需求。2018 年大陸地區(qū)首次超過臺(tái)灣地區(qū)已成為全球第二 大半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)，預(yù)計(jì)到 2019 年，中國(guó)，韓國(guó)和臺(tái)灣將保持前三大市場(chǎng)，中國(guó)將躋 身榜首，韓國(guó)預(yù)計(jì)將變成第二大市場(chǎng)，為 163 億美元，而臺(tái)灣預(yù)計(jì)將達(dá)到 123 億美元 的設(shè)備銷售額。

二、摩爾定律下，制程工藝節(jié)點(diǎn)迅速演變

集成電路技術(shù)的發(fā)展過程，就是把晶體管尺寸做得越來越小的過程。在市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng) 下，集成電路從小規(guī)模集成電路(SSI)到中規(guī)模集成電路(MSI)、再到大規(guī)模集成電 路(LSI)，一直到現(xiàn)在的超大規(guī)模集成電路(VLSI)。集成度的提高，不僅意味著單 個(gè)晶體管的尺寸縮小了，同時(shí)也意味著采用了更加先進(jìn)的制造工藝。九十年代的大規(guī)模集成電路普遍采用的是微米級(jí)工藝，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到納米級(jí)工藝了。目前全球發(fā)展 7 納 米及其以下先進(jìn)制程的有臺(tái)積電、三星及英特爾 3 家公司。其中，臺(tái)積電發(fā)展最快， 2019 年即將試產(chǎn) 5 納米制程。而相對(duì)于國(guó)內(nèi)最大的晶圓代工廠中芯國(guó)際，技術(shù)水準(zhǔn)與 業(yè)界至少差了兩代以上，已量產(chǎn)的最先進(jìn)制程還是在 28 納米制程上。不過，國(guó)內(nèi)企業(yè) 將持續(xù)推進(jìn)先進(jìn)制程研發(fā)，中芯國(guó)際的 14 納米制程將于 2019 年量產(chǎn)。

工藝節(jié)點(diǎn)姑且認(rèn)為是相當(dāng)于晶體管的尺寸，是描述摩爾定律進(jìn)程的一個(gè)指標(biāo)。摩爾定律 說，半導(dǎo)體芯片每一年半(后來改為兩年)，其集成度翻一番，并伴隨著性能的增長(zhǎng)和 成本的下降。怎樣描述這個(gè)集成度呢?這就有了工藝“節(jié)點(diǎn)”的說法。

工藝節(jié)點(diǎn)數(shù)值越小，表征芯片的集成度就越高。晶體管結(jié)構(gòu)中，電子從一端(S)，通過 一段溝道，送到另一端(D)，這個(gè)過程完成了之后，信息的傳遞就完成了。電流會(huì)損耗， 而柵極的寬度則決定了電流通過時(shí)的損耗，表現(xiàn)出來就是手機(jī)常見的發(fā)熱和功耗，寬度 越窄，功耗越低。晶體管尺寸越小，速度就越快;尺寸縮小之后，集成度提升，一來可 以增加芯片的功能，二來直接結(jié)果是成本的下降;晶體管縮小還可以降低單個(gè)晶體管的 功耗，同時(shí)會(huì)降低整體芯片的供電電壓，進(jìn)而降低功耗。

摩爾定律逐漸放緩，新材料的應(yīng)用、新技術(shù)的研發(fā)不會(huì)停止，半導(dǎo)體行業(yè)將迎來新的轉(zhuǎn) 折點(diǎn)。但近些年來，在工藝節(jié)點(diǎn)不斷向前推進(jìn)的過程中，晶體管尺寸已經(jīng)接近物理極限， 半導(dǎo)體器件也面臨著短溝道效應(yīng)、漏柵極漏電流增大，功耗增大的挑戰(zhàn)。在此背景下， 半導(dǎo)體行業(yè)五大趨勢(shì)值得關(guān)注：大陸半導(dǎo)體的崛起、2.5/3D 封裝技術(shù)、EUV 光刻機(jī)、人 工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)、新材料如 C-tube/Graphene 等。

隨著集成電路制程工藝節(jié)點(diǎn)越來越先進(jìn)，特征尺寸的不斷縮小，半導(dǎo)體對(duì)雜質(zhì)含量越來 越敏感，對(duì)實(shí)際制造各個(gè)環(huán)節(jié)的要求越來越高，清洗環(huán)節(jié)的重要性日益凸顯。

三、半導(dǎo)體清洗——需求、難度不斷增長(zhǎng)

清洗設(shè)備是貫穿半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，用于清洗原材料及每個(gè)步驟中半成品上可能 存在的雜質(zhì)，避免雜質(zhì)影響成品質(zhì)量和下游產(chǎn)品性能，在單晶硅片制造、光刻、刻蝕、 沉積等關(guān)鍵制程及封裝工藝中均為必要環(huán)節(jié)。

隨著集成電路制程工藝節(jié)點(diǎn)越來越先進(jìn)，對(duì)實(shí)際制造的幾個(gè)環(huán)節(jié)也提出了新要求，清洗 環(huán)節(jié)的重要性日益凸顯。清洗的關(guān)鍵性則是由于隨著特征尺寸的不斷縮小，半導(dǎo)體對(duì)雜 質(zhì)含量越來越敏感，而半導(dǎo)體制造中不可避免會(huì)引入一些顆粒、有機(jī)物、金屬和氧化物 等污染物。為了減少雜質(zhì)對(duì)芯片良率的影響，實(shí)際生產(chǎn)中不僅僅需要提高單次的清洗效 率，還需要在幾乎所有制程前后都頻繁的進(jìn)行清洗，清洗步驟約占整體步驟的 33%。

1、半導(dǎo)體清洗——高質(zhì)量半導(dǎo)體器件的保障

在硅晶體管和集成電路生產(chǎn)中, 幾乎每道工序都有硅片清洗的問題, 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。污染途徑可 能來自于水、大氣、設(shè)備、各類化學(xué)試劑以及人為加工造成的污染,污染可以分為顆粒 污染、有機(jī)物污染和金屬污染。若半導(dǎo)體材料表面存在痕量雜質(zhì), 如鈉離子、金屬和其 他雜質(zhì)粒子等, 在高溫過程中會(huì)擴(kuò)散、傳播, 進(jìn)入半導(dǎo)體材料內(nèi)部, 對(duì)器件不利。要得 到高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件, 硅片必須具有非常潔凈的表面。

幾乎所有制程前后都頻繁的進(jìn)行清洗，晶圓的清潔程度直接影響集成電路的成品率。隨 著半導(dǎo)體制程不斷升級(jí)，清洗次數(shù)直線上升，由《半導(dǎo)體工藝流程基礎(chǔ)》一書中得知， 最重要的清洗環(huán)節(jié)有三次，第一次是加工前對(duì)硅片的清洗，去除硅片表面雜質(zhì)，保證后 續(xù)操作精度;第二次是氧化加膜后的清洗，將半導(dǎo)體表面不必要的為了和金屬氧化物以 及有機(jī)物去除，以保證涂膠均勻度;第三次是離子注入后的清洗，主要是將表面的金屬 離子去除，防止發(fā)生短路。實(shí)際上，隨著工藝不斷進(jìn)步，精度不斷上升，清洗越來越不 限于這三個(gè)環(huán)節(jié)，加工的每一步都會(huì)伴隨一定的清洗步驟。

到了 20 納米以下，超過三分之一的工藝步驟是清洗步驟。從 70 納米以下起，芯片制造 的良率就開始有所下降。主要原因之一就在于硅片上的顆粒物、污染難以清洗。隨著節(jié) 點(diǎn)越來越小，到了 20 納米以下，超過三分之一的工藝步驟是清洗步驟，基本上每?jī)蓚€(gè) 步驟就要進(jìn)行一次清洗。比如 20nm 節(jié)點(diǎn)的 DRAM，就多達(dá) 200 個(gè)清洗步驟。而越往下走， 要得到較高的良率，幾乎每步工序都離不開清洗。據(jù)盛美公司估計(jì)，每月十萬片的 DRAM 工廠，1%的良率提升可為客戶每年提高利潤(rùn) 3000-5000 萬美元。

2、技術(shù)路線——干法、濕法各有所長(zhǎng)

半導(dǎo)體清洗有干法和濕法兩種清洗方法，目前濕法由于其成本低產(chǎn)能高的優(yōu)點(diǎn)占據(jù)主流， 占整個(gè)清洗制程 90%以上。濕法清洗由于使用相對(duì)多的化學(xué)試劑，也存在晶片損傷、化 學(xué)污染和二次交叉污染等問題，而干法清洗雖然環(huán)境友好、化學(xué)用量少，隨著半導(dǎo)體制 程不斷升級(jí)，干法清洗低磨損的優(yōu)點(diǎn)日益突出，逐漸得到更多的關(guān)注。不過，目前干法 清洗控制要求和成本較高，仍難以大量應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)中。因此實(shí)際的半導(dǎo)體產(chǎn)線上 通常是以濕法清洗為主，少量特定步驟采用干法清洗相結(jié)合的方式互補(bǔ)所短，構(gòu)建半導(dǎo)體制造的清洗方案。

濕法清洗采用液體化學(xué)溶劑和 DI 水氧化、蝕刻和溶解晶片表面污染物、有機(jī)物及金屬 離子污染。由美國(guó)無線公司開發(fā)的浸泡式 RCA 化學(xué)清洗工藝得到廣泛應(yīng)用, 但是無法 在一道清洗工序中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)硅外延片表面的有機(jī)物、顆粒、金屬污染物和粒狀水痕高 質(zhì)量的去除。干法清洗采用氣相化學(xué)法去除晶片表面污染物，將熱化學(xué)氣體或等離子態(tài) 反應(yīng)氣體導(dǎo)入反應(yīng)室，反應(yīng)氣體與晶片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成易揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物被真空 抽去。干法清洗的優(yōu)點(diǎn)在于清洗后無廢液，可有選擇性的進(jìn)行局部處理。但氣相化學(xué)法 無法有選擇性的只與表面金屬污染物反應(yīng)，都不可避免的與硅表面發(fā)生反應(yīng)。各種揮發(fā) 性金屬混合物蒸發(fā)壓力不同，在低溫下各種金屬揮發(fā)性不同，所以在一定的溫度、時(shí)間 條件下，不能將所有金屬污染物完全去除，因此干法清洗不能完全取代濕法清洗。

目前清洗工藝最大的難點(diǎn)在于芯片的立體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體是三維結(jié)構(gòu)，在制作過程中需要 保障薄層上的導(dǎo)電性，清除角下、角上面的顆粒，同時(shí)避免薄片不被破壞。同時(shí)，隨著 尺寸、顆粒越來越小，線越來越細(xì)，伴隨 5 納米、3 納米技術(shù)的升級(jí)，清洗的難度也會(huì) 加大。

3、技術(shù)路線——單晶圓清洗有望逐漸取代槽式清洗

目前，市場(chǎng)上最主要的清洗設(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。在 21 世紀(jì)至今的跨度上來看，單晶圓清洗設(shè)備、自動(dòng)清洗臺(tái)、洗刷機(jī)是主要的清洗設(shè)備，其 他清洗設(shè)備包括超聲/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，占比較小。

單晶圓清洗設(shè)備有著極高的制程環(huán)境控制能力與微粒去除能力，市場(chǎng)份額相對(duì)小。單晶 圓清洗設(shè)備一般采取旋轉(zhuǎn)噴淋的方式，用化學(xué)噴霧對(duì)單晶圓進(jìn)行清洗的設(shè)備，相對(duì)自動(dòng) 清洗臺(tái)清洗效率較低，產(chǎn)能較低，但有著極高的制程環(huán)境控制能力與微粒去除能力。可 用于多種工藝中，包括擴(kuò)散前清洗、柵極氧化前清洗、外延前清洗、CVD 前清洗、氧 化前清洗、光刻膠清除、多晶硅清除等多個(gè)清洗環(huán)節(jié)和部分刻蝕環(huán)節(jié)中。還有另一種單 晶圓清洗設(shè)備采取超聲波清洗方式，市場(chǎng)份額相對(duì)小。

自動(dòng)工作站清洗產(chǎn)能高，適合大批量生產(chǎn)，但無法達(dá)到單晶圓清洗設(shè)備的清洗精度，很 難滿足在目前頂尖技術(shù)下全流程中的參數(shù)要求。自動(dòng)工作站，也稱槽式全自動(dòng)清洗設(shè)備， 以多槽為主，也有少部分單槽設(shè)備，是指在化學(xué)浴中同時(shí)清洗多個(gè)晶圓的設(shè)備，原理為 利用機(jī)械手臂將放置晶圓的載體依次放入不同腔室進(jìn)行各步清洗。優(yōu)點(diǎn)是清洗產(chǎn)能高， 適合大批量生產(chǎn)，但無法達(dá)到單晶圓清洗設(shè)備的清洗精度，很難滿足在目前頂尖技術(shù)下 全流程中的參數(shù)要求。并且，由于同時(shí)清洗多個(gè)晶圓，自動(dòng)清洗臺(tái)無法避免交叉污染的弊端。

單晶圓清洗設(shè)備與自動(dòng)清洗臺(tái)在應(yīng)用環(huán)節(jié)上沒有較大差異，兩者的主要區(qū)別在于清洗方 式和精度上的要求。簡(jiǎn)單而言，單晶圓清洗設(shè)備是逐片清洗，自動(dòng)清洗臺(tái)是多片同時(shí)清 洗，所以自動(dòng)清洗臺(tái)的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備成熟、產(chǎn)能較高，而單晶圓清洗設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于清 洗精度高，背面、斜面及邊緣都能得到有效的清洗，同時(shí)避免了晶圓片之間的交叉污染。

洗刷器在晶圓拋光后清洗中占有重要地位。采取旋轉(zhuǎn)噴淋的方式，但配合機(jī)械擦拭，有 高壓和軟噴霧等多種可調(diào)節(jié)模式，用于適合以去離子水清洗的工藝中，包括鋸晶圓、晶 圓磨薄、晶圓拋光、研磨、CVD 等環(huán)節(jié)中，尤其是在晶圓拋光后清洗中占有重要地位。

清洗設(shè)備分為槽式和單片式。槽式設(shè)備是一個(gè)酸槽，里面乘著酸液，一次可以同時(shí)清洗 25 片或 50 片晶圓，清洗效率較高、成本較低。但缺點(diǎn)有兩個(gè)：第一，同時(shí)清洗的晶圓 之間會(huì)相互污染;第二，酸槽里的酸液通常一定周期更換一次，所以前一批次清洗的晶 圓可能污染后一批次的晶圓。單片式的清洗設(shè)備由數(shù)個(gè)清洗腔構(gòu)成，每一片晶圓在一個(gè) 清洗腔里單獨(dú)清洗，清洗方式為噴淋式清洗，清洗得較為干凈，而且避免了交叉污染和 前批次污染后批次。但缺點(diǎn)是清洗效率低，成本高。

越先進(jìn)的工藝，單片式清洗設(shè)備占比越高。在8寸工藝和12寸里的90/65nm等工藝中， 線寬較寬，對(duì)殘留的雜質(zhì)容忍度相對(duì)較高，因此對(duì)清洗的要求相對(duì)沒那么高，為節(jié)省成 本和提高生產(chǎn)效率，以槽式清洗設(shè)備為主。在 45/28/22/16/10/7nm 等工藝中，線寬較 窄，對(duì)殘留雜質(zhì)的容忍度低，要求清洗得更干凈，越先進(jìn)的工藝，單片式清洗設(shè)備占比 越高。因此以單片式清洗設(shè)備為主。在先進(jìn)工藝中，槽式清洗設(shè)備也有單片式清洗無法替代的清洗方式，如高溫磷酸清洗，目前只能用槽式清洗設(shè)備?？偟内厔?shì)是，越先進(jìn)的 工藝，單片式清洗設(shè)備占比越高。根據(jù)電子工程世界的產(chǎn)業(yè)調(diào)研，22nm DRAM 產(chǎn)線中， 單片式清洗的占比可達(dá)到約 70%。

單晶圓清洗取代批量清洗是先進(jìn)制程的主流。隨著集成電路越來越先進(jìn)，清洗步驟的影 響也越來越大，約占整體步驟的 33%。從清洗方案來說，單晶圓清洗取代批量清洗是 先進(jìn)制程的主流，反映在設(shè)備上就是單晶圓清洗機(jī)對(duì)槽式全自動(dòng)清洗機(jī)的取代，2016 年前者市場(chǎng)份額約為后者的四倍。兆聲波清洗作為單晶圓清洗的一種，雖然效果好，但 其由于均勻性和損傷性的問題一直阻隔其發(fā)展，而中國(guó)清洗設(shè)備公司盛美獨(dú)家開發(fā)的 SAPS 和 TEBO 技術(shù)很好的解決了這個(gè)難題。SAPS 技術(shù)是針對(duì)清洗平坦硅片，TEBO 技術(shù) 針對(duì)清洗立體結(jié)構(gòu)。SAPS 技術(shù)和 TEBO 技術(shù)在 27 億美金的全球市場(chǎng)份額中占據(jù) 30%。

四、半導(dǎo)體清洗設(shè)備市場(chǎng)及行業(yè)格局

1、清洗設(shè)備市場(chǎng)：呈寡頭壟斷格局，國(guó)內(nèi)企業(yè)水平與國(guó)際仍有較 大差距

在整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)中，晶圓制造設(shè)備大約占整體的 80%，封裝及組裝設(shè)備大約占 7%，測(cè)試設(shè)備大約占 9%，其他設(shè)備大約占 4%。而在晶圓制造設(shè)備中，光刻機(jī)，刻蝕 機(jī)，薄膜沉積設(shè)備為核心設(shè)備，分別占晶圓制造環(huán)節(jié)設(shè)備成本的 30%，25%，25%。

從半導(dǎo)體設(shè)備供給側(cè)來看，據(jù) Gartner 統(tǒng)計(jì)，全球規(guī)模以上晶圓制造設(shè)備商共計(jì) 58 家， 其中日本的企業(yè)最多，達(dá)到 21 家，占 36%，其次是歐洲 13 家、北美 10 家、韓國(guó) 7 家，而中國(guó)大陸僅 4 家，分別是上海盛美、中微半導(dǎo)體、Mattson(被亦莊國(guó)投收購(gòu)) 和北方華創(chuàng)，占比不到 7%。

同全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)一樣，全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備市場(chǎng)呈現(xiàn)著高度壟斷、強(qiáng)者恒強(qiáng)的局 面。目前，國(guó)際上共有 5 家企業(yè)在生產(chǎn)單晶片清洗設(shè)備，分別是 Screen Semiconductor Solutions，Tokyo Electron，Lam Research，SEMES 和 ACM。在整個(gè)清洗設(shè)備市場(chǎng)， 日本公司占據(jù)了主導(dǎo)，約 60%的市場(chǎng)份額由日本 Screen(迪恩士)占據(jù)，30%的市場(chǎng) 份額被日本 Tokyo Electron(東京電子)占據(jù)。半導(dǎo)體高端材料方面，日本長(zhǎng)期保持絕 對(duì)優(yōu)勢(shì)，日本是全球最大的半導(dǎo)體材料生產(chǎn)國(guó)，其中，高純度氟化氫是半導(dǎo)體清洗制程 中必備材料，日本在全球市占率為 70%。

而國(guó)內(nèi)清洗設(shè)備市場(chǎng)，主要有盛美半導(dǎo)體、北方華創(chuàng)和至純科技有布局，且三者之間的 產(chǎn)品存在較大的差異。其中，盛美半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)，主攻單片式清洗設(shè)備，在較大 一部分的清洗工序中可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替換。與盛美半導(dǎo)體主攻單片式清洗設(shè)備不同，北方 華創(chuàng)通過收購(gòu)美國(guó) Akrion 公司實(shí)現(xiàn)了槽式清洗設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。除了盛美半導(dǎo)體和北方華 創(chuàng)以外，至純科技在半導(dǎo)體清洗設(shè)備也有所布局，且也是以槽式清洗為主。

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 5%。從清洗設(shè)備的配備量來看，目前 以 4 萬片產(chǎn)能的產(chǎn)線為例，一般情況下，8 寸線匹配 50 臺(tái)設(shè)備，12 寸線國(guó)內(nèi)匹配 70 臺(tái)設(shè)備左右，包括槽式和單片，國(guó)外有的廠商能夠達(dá)到 120 臺(tái)清洗設(shè)備水平。

價(jià)格方面，市面上最便宜的單片清洗設(shè)備是兩個(gè)腔體的 50-60 萬美元，6-8 個(gè)腔體的單 片式清洗設(shè)備的價(jià)值大概 300-400 萬美元，槽式價(jià)格 100-200 萬美元市場(chǎng)價(jià)格，一個(gè) Fad 廠在清洗設(shè)備上采購(gòu)費(fèi)用需要約 2 億美元。

目前國(guó)外單片式清洗設(shè)備已發(fā)展到 12 個(gè)、16 個(gè)腔體了，腔體越多、對(duì)應(yīng)的附屬設(shè)備的 介質(zhì)供應(yīng)也越多，需要滿足智能化、軟件控制、壓力均等和清洗后的存放等需求。而國(guó) 產(chǎn)清洗設(shè)備，以種類眾多的濕法清洗設(shè)備為例，從種類和功能上國(guó)產(chǎn)設(shè)備目前實(shí)現(xiàn)只有其中的 10%。

2、市場(chǎng)空間，國(guó)產(chǎn)清洗設(shè)備廠商的機(jī)遇

Gartner 預(yù)測(cè)，整體晶圓代工市場(chǎng) 2019 年到 2023 年的復(fù)合年均成長(zhǎng)率為 4.5%，市場(chǎng) 營(yíng)收可望于 2023 年達(dá)到 783 億美元。隨著眾多新晶圓廠的出現(xiàn)顯著提高了設(shè)備需求， 對(duì)晶圓廠技術(shù)和產(chǎn)品升級(jí)以及額外產(chǎn)能的投資將會(huì)增加。世界晶圓廠預(yù)測(cè)報(bào)告目前追蹤 了78個(gè)新工廠和線路，這些工廠和線路已經(jīng)或?qū)⒃?018年至2020年之間開始建設(shè)(具 有各種可能性)，最終或?qū)⑿枰?2200 億美元的晶圓廠設(shè)備。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017 年全球半導(dǎo)體清洗設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到 27 億美元，預(yù)計(jì)到 2025 年，這一數(shù)字將增加到 46 億美元。盡管清洗設(shè)備在半導(dǎo)體企業(yè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模中占比相 對(duì)光刻機(jī)等核心設(shè)備較低，約 5%-7%，但清洗設(shè)備對(duì)廠商的良率和經(jīng)濟(jì)效益有著至關(guān) 重要的影響。因而，清洗作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中不可替代的一環(huán)，有著穩(wěn)定而增長(zhǎng)的市場(chǎng) 空間。隨著工藝節(jié)點(diǎn)的升級(jí)以及良率要求提高，清洗設(shè)備用量需求將持續(xù)增加。根據(jù) SEMI 預(yù)測(cè)，清洗設(shè)備未來幾年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 6.8%，預(yù)計(jì) 2020 年就將達(dá)到 35-40 億美 元，是 200 億人民幣級(jí)別的大市場(chǎng)。

隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)明顯向中國(guó)轉(zhuǎn)移，國(guó)產(chǎn)清洗設(shè)備企業(yè)將迎來良好的機(jī)遇。SEMI 預(yù)測(cè)， 到 2019 年，中國(guó)的設(shè)備銷售將增長(zhǎng) 46.6%，達(dá)到 173 億美元。預(yù)計(jì)到 2019 年，中國(guó)， 韓國(guó)和臺(tái)灣將保持前三大市場(chǎng)，中國(guó)將躋身榜首。韓國(guó)預(yù)計(jì)將變成第二大市場(chǎng)，為 163 億美元，而臺(tái)灣預(yù)計(jì)將達(dá)到 123 億美元的設(shè)備銷售額。

2018-2019 是建廠高峰期，2019-2021 是設(shè)備的高峰期，整體行業(yè)正進(jìn)入清潔設(shè)備采購(gòu) 期。根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)表現(xiàn)，2018 年中國(guó)大陸 Fab 的設(shè)備采購(gòu)付出接近 120 億美元，同 比增加 67%，超越中國(guó)臺(tái)灣成為全球第二大半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)，而到 2019 年，中國(guó)大陸 的半導(dǎo)體設(shè)備采購(gòu)金額有望超過韓國(guó)位居全球第一，達(dá)到 180 億美元，同比增加 58%。

大陸晶圓廠資本開支連年大幅增加將為國(guó)產(chǎn)設(shè)備帶來偉大的市場(chǎng)機(jī)遇，而半導(dǎo)體清洗設(shè) 備也將迎來優(yōu)秀的發(fā)展前景。近年來，多個(gè) 12 英寸晶圓廠項(xiàng)目落地中國(guó)大陸。SEMI 的數(shù)據(jù)顯示，2017-2020 年間全球投產(chǎn)的半導(dǎo)體晶圓廠為 62 座，其中有 26 座設(shè)于中 國(guó)大陸，占全球總數(shù)的 42%。中國(guó)大陸在 12 英寸晶圓廠方面已投資數(shù)千億美元，產(chǎn)品 涉及多個(gè)領(lǐng)域與制程，多個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)在運(yùn)行當(dāng)中，其余項(xiàng)目將在未來2-3年內(nèi)陸續(xù)投產(chǎn)。

目前中國(guó)大陸共計(jì)有 31 座在建/已建的 12 英寸晶圓廠，28 座 8 英寸在建/已建/規(guī)劃中 的 8 英寸晶圓廠。

根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)，每年全球半導(dǎo)體設(shè)備的空間在 500-600 億美元之間，假設(shè)清洗設(shè)備 占整個(gè)設(shè)備投資比例約為 6%。則每年半導(dǎo)體清洗設(shè)備的市場(chǎng)為 30-36 億美元，目前份 額基本被迪恩士等外資品牌壟斷，國(guó)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)口替代空間大。

五、海外清洗設(shè)備龍頭(略)

目前，在整個(gè)清洗設(shè)備市場(chǎng)，日本公司占據(jù)了主導(dǎo)，約 60%的市場(chǎng)份額由日本 Screen (迪恩士)占據(jù)，30%的市場(chǎng)份額被日本 Tokyo Electron(東京電子)占據(jù)，其他廠商 包括韓國(guó) SEMES(細(xì)美事)、美國(guó) Lam Research(泛林)等。

1、迪恩士(SCREEN)——行業(yè)霸主

2、東京電子(Tokyo Electron)——干法清洗領(lǐng)導(dǎo)者

……

六、國(guó)內(nèi)清洗設(shè)備企業(yè)

目前在國(guó)內(nèi)，至純科技、盛美半導(dǎo)體和北方華創(chuàng)主要承擔(dān)著清洗設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的重任。其 中盛美半導(dǎo)體技術(shù)起步較早，主攻單片式清洗設(shè)備。至純科技雖然起步在 2015 年，但 近年來通過引進(jìn)海外優(yōu)秀人才，進(jìn)步迅速，目前已經(jīng)開拓了中芯、萬國(guó)、燕東、TI、華 潤(rùn)等知名企業(yè)。與至純科技，盛美半導(dǎo)體通過自主研發(fā)不同，北方華創(chuàng)主要是通過收購(gòu) 美國(guó) Akrion 公司實(shí)現(xiàn)槽式清洗設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。

1、至純科技——清洗領(lǐng)域新貴，單片、槽式均具競(jìng)爭(zhēng)力

2、北方華創(chuàng)(電子覆蓋)——收購(gòu) Akrion，實(shí)現(xiàn)槽式清洗國(guó)產(chǎn)化

3、盛美(ACM Research)