當我們談論芯片產(chǎn)業(yè)時，首先想到的就是光刻、刻蝕、沉積、離子注入、化學機械拋光（CMP）等工藝，在過去的一段時間內(nèi)，《每日財報》基本對這些環(huán)節(jié)實現(xiàn)了覆蓋。
今天要講的是一個看起來不起眼但同樣重要的環(huán)節(jié)——清洗。半導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，是芯片制造中步驟最多的工藝，幾乎貫穿整個作業(yè)流程。由于硅片的加工過程對潔凈度要求非常高，所有與硅片接觸的媒介都可能對硅片造成污染，硅片清洗的好壞對器件性能有嚴重的影響，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)中所用的清洗設備似乎并沒有什么技術門檻，也就沒有那么大的價值，但事實卻并非如此，芯片制造是一個極其復雜和精致的產(chǎn)業(yè)，任何一環(huán)出現(xiàn)問題都會前功盡棄。
在半導體設備市場中，晶圓制造設備采購大約占整體的80%，測試設備大約占9%，封裝設備大約占7%，其他設備大約占4%，同時清洗設備在晶圓制造設備中的采購費用占比約為6%，因此可以推算出清洗設備約占半導體設備投資的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，80%的芯片電學失效都是由沾污帶來的缺陷引起的。沾污雜質是指半導體制造過程中引入的任何危害芯片成品率及電學性能的物質，具體的沾污包括顆粒、有機物、金屬和自然氧化層等。
一般來說，工藝越精細對于控污的要求越高，而且難度越大，隨著半導體芯片工藝技術節(jié)點進入28納米、14納米等更先進等級，工藝流程的延長且越趨復雜，產(chǎn)線成品率也會隨之下降。造成這種現(xiàn)象的一個原因就是先進制程對雜質的敏感度更高，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多個步驟，而到了10nm制程，增至200多個清洗步驟。
根據(jù)清洗介質不同，半導體清洗技術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藥液與晶圓表面各種雜質粒子發(fā)生化學反應，生成溶于水的物質，再用高純水沖洗，依次去除晶圓表面各種雜質。干法工藝是不采用溶液的清洗技術，通過等離子清洗技術、汽相清洗技術或束流清洗技術來去除晶圓表面的雜質。
濕法工藝在達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準工藝，應用于晶圓制造過程中90%以上的清洗步驟。
清洗設備主要可以分為單片清洗設備和槽式清洗機，槽式清洗機用于批量處理晶圓，單片清洗設備可以針對單個晶圓的清洗進行條件優(yōu)化。
需要注意的是，單片清洗設備是目前市場的絕對主流。在過去的十年間，尋求提升清洗質量的晶圓制造商逐漸從批量清洗設備轉向單片清洗設備。2019年，單片清洗設備的占比達到75%，而且隨著集成電路特征尺寸的進一步縮小。單片清洗設備的運用更加廣泛，未來占比有望逐步提高。
比如說，當工藝尺寸達到14nm之后，存儲技術將會達到尺寸縮小的極限，存儲芯片逐步從二維（2D）結構向三維（3D）結構推進。
例如在3D NAND（計算機閃存設備）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。
存儲技術從2D向3D轉變，清洗晶圓表面的基礎上，還需在無損情況下清洗內(nèi)部污染物，對清洗設備提出了更高的技術要求，清洗設備單臺價值量不斷提升，根據(jù)SEMI的預測，清洗設備市場未來幾年復合增長率為6.8%。
2、本土三強漸入佳境
全球清洗設備市場規(guī)模超30億美元，大陸市場約7億美元，但與芯片產(chǎn)業(yè)的其他工藝類似，目前全球半導體清洗設備市場同樣被國外公司壟斷。數(shù)據(jù)顯示，全球的清洗設備市場基本由國外的幾家巨頭把控，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體清洗設備龍頭，2019年CR3接近90%。迪恩士（DNS）是絕對龍頭，全球份額達50%，國內(nèi)公司中，盛美股份、北方華創(chuàng)2019年全球份額分別為3%、1%。
?
國內(nèi)從事半導體清洗設備的公司主要有盛美半導體、北方華創(chuàng)、至純科技、華林科納等?？陀^的評價，國內(nèi)企業(yè)規(guī)模和產(chǎn)品競爭力與國際知名企業(yè)仍然存在較大差距。比如說，國外單片晶圓清洗設備已發(fā)展到12個、16個腔體、對應的附屬設備的介質供應也越多，可滿足智能化、軟件控制、壓力均等和清洗后的存放等需求，而國產(chǎn)濕法清洗設備從種類和功能上目前能實現(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。
盛美股份是國內(nèi)半導體清洗設備龍頭企業(yè)，主攻單片清洗設備。2015年，公司生產(chǎn)的12英寸45納米半導體單片晶圓清洗設備交付韓國知名存儲器廠商海力士，成為國內(nèi)首臺具有自主知識產(chǎn)權的高端12英寸半導體設備，打破了國產(chǎn)設備在海外銷售的零記錄。
2019年盛美股份在全球單片清洗設備份額達4%。根據(jù)中國國際招標網(wǎng)的數(shù)據(jù)，長江存儲第14-38批設備招標中，公布了88臺清洗設備中標名錄，其中迪恩士、盛美股份、拉姆研究占據(jù)榜單前三，中標臺數(shù)分別為25臺、18臺、16臺，份額分別為28%、20%、18%。盛美股份獲得20%的清洗設備份額，遠高于其全球3%的份額。
今年6月份，盛美股份科創(chuàng)板IPO申請已經(jīng)獲上交所受理。財務數(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，由此形成了半導體裝備、真空裝備、新能源鋰電裝備及精密元器件四個事業(yè)群。2017 年北方華創(chuàng)收購了美國硅片清洗公司Akion，在原有清洗設備的基礎上進行了整合。目前公司主要清洗設備產(chǎn)品為單片和槽式清洗設備，現(xiàn)在有Saqua 系列12英寸單片清洗機和Bpure系列全自動槽式清洗機，可以用于90-28nm芯片生產(chǎn)。2019年，北方華創(chuàng)在槽式清洗設備份額達7%。
至純科技基于自身作為半導體產(chǎn)業(yè)高純工藝系統(tǒng)集成商積累的優(yōu)勢，通過結構優(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年開始啟動濕法工藝裝備研發(fā)，2016年成立院士工作站，2017年成立獨立的半導體濕法事業(yè)部。
華林科納的總公司叫蘇州華林科納半導體設備有限公司，是由中國科學院蘇州納米技術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）半導體設備有限公司，主要從事半導體、太陽能、FPD領域濕制程設備的設計、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）鍍五大系列產(chǎn)品；?廣泛應用于半導體材料加工、集成電路、光伏產(chǎn)品、LED、MEMS以及分立器件等行業(yè)和領域。
主要產(chǎn)品有：槽式清洗設備（濕法腐蝕清洗機、外延片清洗機、全自動去膠清洗機、種植體全自動腐蝕清洗機、兆聲清洗機等）；
單片清洗機設備；
化學品輸送系統(tǒng)（供液系統(tǒng)、自動配液機、混液系統(tǒng)、化學品分配系統(tǒng)、HF供液系統(tǒng)、腐蝕柜、灌裝系統(tǒng)等）
干燥系統(tǒng)設備（IPA干燥系統(tǒng)設備、單腔立式甩干機、雙腔甩干機等）