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，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%。
1、芯片良率的“保鏢”
芯片制造需要在無塵室中進(jìn)行，如果在制造過程中，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的缺陷引起的。沾污雜質(zhì)是指半導(dǎo)體制造過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。
一般來說，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)，通過等離子清洗技術(shù)、汽相清洗技術(shù)或束流清洗技術(shù)來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，未來占比有望逐步提高。
比如說，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，通過增加立體層數(shù)，解決平面上難以微縮的工藝問題，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)未來幾年復(fù)合增長(zhǎng)率為6.8%。
2、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)2019年全球份額分別為3%、1%。
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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、華林科納等。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，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。
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1086萬元、9253萬元、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。
華林科納的總公司叫蘇州華林科納半導(dǎo)體設(shè)備有限公司，是由中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所合資成立于2008年3月。與2014年11月份成立了華林科納（江蘇）半導(dǎo)體設(shè)備有限公司，主要從事半導(dǎo)體、太陽能、FPD領(lǐng)域濕制程設(shè)備的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)及銷售；目前已形成濕槽式清洗、單片刻蝕、干燥甩干系列、供液系統(tǒng)、電（化學(xué)）鍍五大系列產(chǎn)品；?廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料加工、集成電路、光伏產(chǎn)品、LED、MEMS以及分立器件等行業(yè)和領(lǐng)域。
主要產(chǎn)品有：槽式清洗設(shè)備（濕法腐蝕清洗機(jī)、外延片清洗機(jī)、全自動(dòng)去膠清洗機(jī)、種植體全自動(dòng)腐蝕清洗機(jī)、兆聲清洗機(jī)等）；
單片清洗機(jī)設(shè)備；
化學(xué)品輸送系統(tǒng)（供液系統(tǒng)、自動(dòng)配液機(jī)、混液系統(tǒng)、化學(xué)品分配系統(tǒng)、HF供液系統(tǒng)、腐蝕柜、灌裝系統(tǒng)等）
干燥系統(tǒng)設(shè)備（IPA干燥系統(tǒng)設(shè)備、單腔立式甩干機(jī)、雙腔甩干機(jī)等）