上周，中國半導(dǎo)體設(shè)備市場又傳來一則重要信息，本土清洗設(shè)備廠商盛美上海推出新型化學(xué)機(jī)械拋光后（Post－CMP）清洗設(shè)備，這是該公司的第一款Post－CMP清洗設(shè)備，用于制造高質(zhì)量襯底化學(xué)機(jī)械拋光工藝之后的清洗。該清洗設(shè)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(xué)品進(jìn)行物理預(yù)清洗工藝，以減少顆粒數(shù)量。Post－CMP清洗設(shè)備能夠滿足這些要求。
在用于晶圓加工的各種前道半導(dǎo)體設(shè)備當(dāng)中，中國市場使用的清洗設(shè)備國產(chǎn)化率還是比較高的，達(dá)到38％，僅次于去膠設(shè)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(guān)注的一個(gè)品類。
清洗工藝的重要性
在晶圓加工的各個(gè)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(xì)顆粒污染物、金屬殘留、有機(jī)物殘留，以及光阻掩膜殘留，也可根據(jù)需要進(jìn)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(zhǔn)備好晶圓表面條件。
根據(jù)介質(zhì)不同，半導(dǎo)體清洗技術(shù)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(xué)藥液和去離子水，對晶圓表面進(jìn)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(shù)手段。干法清洗是指不使用化學(xué)溶劑的清洗技術(shù)，可清洗污染物比較單一，在28nm及以上制程技術(shù)的邏輯和存儲芯片制造過程中有應(yīng)用。
工藝技術(shù)和應(yīng)用條件上的區(qū)別使得市場上的清洗設(shè)備也有明顯差異，目前，主要清洗設(shè)備有單晶圓清洗設(shè)備、自動(dòng)清洗臺和洗刷機(jī)三種，其它清洗設(shè)備還包括超聲／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，但這些設(shè)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(diǎn)為35nm時(shí)，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(gè)／每平方厘米。而當(dāng)下的先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)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(jì)效益也要求半導(dǎo)體公司在清洗工藝上不斷突破，提高清洗設(shè)備的參數(shù)水平。隨著制程節(jié)點(diǎn)不斷縮小，對于那些尋求先進(jìn)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(gè)重大挑戰(zhàn)，尤其是7nm、5nm甚至更小制程節(jié)點(diǎn)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(jī)缺陷，還要適應(yīng)更復(fù)雜、更精細(xì)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(diǎn)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(gè)清洗步驟，而到了20nm及以后的先進(jìn)制程，清洗步驟上升到了200 個(gè)以上。
巨頭把持市場
清洗設(shè)備約占半導(dǎo)體設(shè)備市場總規(guī)模的5％。2021年，清洗設(shè)備市場增長迅速，市場規(guī)模達(dá)到42億美元，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到47億美元。
長期以來，全球清洗設(shè)備市場都被迪恩士（SCREEN）、TEL、LAM與細(xì)美事（SEMES，三星子公司）把持著，這四家公司合計(jì)市場占有率達(dá)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(shè)備，并在清洗工藝的三個(gè)主要領(lǐng)域均獲得第一的市場占有率。2014年后，盛美公司也進(jìn)入該領(lǐng)域，占有較小的市場份額。
由于自動(dòng)清洗臺技術(shù)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(jī)設(shè)備也基本由迪恩士和東京電子兩家公司主導(dǎo)，迪恩士占據(jù)60％－70％的份額。
迪恩士的市場領(lǐng)導(dǎo)地位源于其技術(shù)壁壘，該公司一直引領(lǐng)著最為先進(jìn)的清洗技術(shù)。以單晶圓清洗設(shè)備為例，迪恩士不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)改進(jìn)和突破，開發(fā)新的清洗設(shè)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(shí)有效降低晶圓廠成本。SU－3200可以集成12腔室，處理能力達(dá)到800片每小時(shí)，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(shè)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(lǐng)域，隨著DRAM廠商追求更小工藝節(jié)點(diǎn)、不斷加大3D－NAND產(chǎn)線投資，SU－3300可以提供精細(xì)化的清洗技術(shù)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)與自動(dòng)清洗站接近的產(chǎn)能。
迪恩士認(rèn)為，清洗設(shè)備的未來發(fā)展集中在三個(gè)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(diǎn)時(shí)的產(chǎn)線擴(kuò)張，重點(diǎn)為高清洗精度單晶圓清洗設(shè)備；二是3D結(jié)構(gòu)存儲芯片，重點(diǎn)為高產(chǎn)能單晶圓清洗設(shè)備和高清洗精度自動(dòng)清洗臺；三是重視中國市場，這將是未來半導(dǎo)體世界的主場。
中國本土廠商崛起
中國半導(dǎo)體市場廣大，清洗設(shè)備在這里有很好的發(fā)展前景。雖然國際半導(dǎo)體設(shè)備巨頭占據(jù)著大部分市場份額，中國本土廠商也有很好的表現(xiàn)。
目前，有三家國內(nèi)廠商可以提供中高端濕法清洗設(shè)備，分別是至純科技、北方華創(chuàng)和盛美，且國內(nèi)廠商的市場占比還在逐年上升中。相比于其它半導(dǎo)體設(shè)備，清洗設(shè)備的技術(shù)門檻較低，未來5年有望率先實(shí)現(xiàn)全面國產(chǎn)化。
產(chǎn)品方面，本土企業(yè)也是各有所長。盛美上海的單片清洗設(shè)備、全自動(dòng)槽式清洗設(shè)備、單片槽式組合清洗設(shè)備、TEBO兆聲波清洗設(shè)備很有特色，截至2021年10月，該公司濕法設(shè)備交付2000腔，累計(jì)出貨超過300臺；北方華創(chuàng)主要生產(chǎn)單片清洗設(shè)備、全自動(dòng)槽式清洗設(shè)備；至純科技擅長單片清洗設(shè)備和槽式清洗設(shè)備，該公司單片式濕法設(shè)備為旋轉(zhuǎn)噴淋 Spin－Spray 類型，對標(biāo)迪恩士、LAM等企業(yè)，截至2021年第三季度，至純科技濕法設(shè)備累計(jì)交付超過100臺，客戶涵蓋中芯寧波、中芯紹興、中芯天津、華為、燕東微電子、上海集成電路研發(fā)中心、力積電等；芯源微也是國內(nèi)正在崛起的一家半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)，該公司的單片清洗設(shè)備、全自動(dòng)SCRUBBER清洗設(shè)備很有特色。
中國清洗設(shè)備企業(yè)產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)（來源：東方證券研究所）
中國清洗設(shè)備廠商的崛起為本土晶圓廠提供了更多的支持，數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)主要芯片制造廠，如長江存儲、華力集成、華虹等，正越來越多地采用本土廠商生產(chǎn)的清洗設(shè)備。
據(jù)中信證券統(tǒng)計(jì)，在長江存儲2017～2022 年清洗設(shè)備招標(biāo)中，盛美上海中標(biāo)設(shè)備數(shù)僅次于迪恩士，中標(biāo)的國產(chǎn)廠商還包括北方華創(chuàng)、屹唐股份、芯矽科技。盛美上海共中標(biāo)35臺，主要包括各種單片式清洗機(jī)，北方華創(chuàng)共中標(biāo)兩臺制程擋控片蝕刻回收清洗機(jī)，屹唐股份于2021年中標(biāo)兩臺清洗設(shè)備，芯矽科技中標(biāo)5臺零部件清洗機(jī)。
2017～2022年間，在華力集成采購的清洗設(shè)備當(dāng)中，盛美上海共中標(biāo)了19臺，包括前道、后道工藝清洗設(shè)備，數(shù)量僅次于迪恩士，北方華創(chuàng)中標(biāo)13臺，均為部件清洗設(shè)備，芯源微中標(biāo)3臺刷片清洗設(shè)備。
2017～2022年間，在華虹無錫采購的清洗設(shè)備當(dāng)中，迪恩士、盛美上海分列前兩位，其中，盛美中標(biāo)24臺，包括前后道制程，涉及銅線聚合體剝離、鋁線及通孔清洗、多晶硅氧化膜硅片再生、擴(kuò)散爐前清洗等環(huán)節(jié)。另一家國產(chǎn)廠商上海稷以于2021年9月首次中標(biāo)華虹無錫清洗設(shè)備，是一臺12英寸薄片等離子背面清洗機(jī)。
從長江存儲、華力集成、華虹無錫這三家晶圓廠累計(jì)招標(biāo)情況來看，國產(chǎn)清洗設(shè)備中標(biāo)總數(shù)達(dá)到114 臺，晶圓廠招標(biāo)設(shè)備總數(shù)301臺，由此計(jì)算國產(chǎn)化率約為37．8％。
不過，當(dāng)前國產(chǎn)清洗設(shè)備仍以后道制程為主，且部分用于處理控片、擋片，而在正片、晶圓廠前道制程當(dāng)中使用的設(shè)備少有國產(chǎn)身影，這是不足，也是機(jī)遇，未來有很大發(fā)展空間。
