上周，中國半導體設備市場又傳來一則重要信息，本土清洗設備廠商盛美上海推出新型化學機械拋光后（Post－CMP）清洗設備，這是該公司的第一款Post－CMP清洗設備，用于制造高質量襯底化學機械拋光工藝之后的清洗。該清洗設備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品進行物理預清洗工藝，以減少顆粒數量。Post－CMP清洗設備能夠滿足這些要求。
在用于晶圓加工的各種前道半導體設備當中，中國市場使用的清洗設備國產化率還是比較高的，達到38％，僅次于去膠設備的74％。38％的市占率，既擁有了一定規模，又具有比較大的發展空間，是很值得關注的一個品類。
清洗工藝的重要性
在晶圓加工的各個環節，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顆粒污染物、金屬殘留、有機物殘留，以及光阻掩膜殘留，也可根據需要進行硅氧化膜、氮化硅或金屬等薄膜材料的濕法腐蝕，為下一步工序準備好晶圓表面條件。
根據介質不同，半導體清洗技術主要分為干法清洗和濕法清洗兩類。目前，濕法清洗是主流，占總清洗步驟數量的90％以上，濕法清洗針對不同的工藝需求，采用特定化學藥液和去離子水，對晶圓表面進行無損傷清洗，以去除晶圓制造過程中的雜質，常輔以超聲波、加熱、真空等技術手段。干法清洗是指不使用化學溶劑的清洗技術，可清洗污染物比較單一，在28nm及以上制程技術的邏輯和存儲芯片制造過程中有應用。
工藝技術和應用條件上的區別使得市場上的清洗設備也有明顯差異，目前，主要清洗設備有單晶圓清洗設備、自動清洗臺和洗刷機三種，其它清洗設備還包括超聲／兆聲清洗設備、晶圓盒清洗設備、干法清洗設備（如等離子清洗設備）等，但這些設備的市場占比較小。
隨著大規模集成電路的發展，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。在制程工藝節點為35nm時，參數要求已經較高，需要保證硅晶圓表面顆粒及COP密度小于0．1個／每平方厘米。而當下的先進制程節點在5nm以下，這對晶圓提出了更高的清潔參數要求。另外，經濟效益也要求半導體公司在清洗工藝上不斷突破，提高清洗設備的參數水平。隨著制程節點不斷縮小，對于那些尋求先進制程工藝芯片生產方案的制造商來說，有效的無損清洗將是一個重大挑戰，尤其是7nm、5nm甚至更小制程節點的芯片，晶圓廠必須能夠從平坦的晶圓表面除去更小的隨機缺陷，還要適應更復雜、更精細的3D芯片架構，以免造成損害或材料損失，從而保證良率和利潤。
隨著制程節點不斷縮小，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個清洗步驟，而到了20nm及以后的先進制程，清洗步驟上升到了200 個以上。
巨頭把持市場
清洗設備約占半導體設備市場總規模的5％。2021年，清洗設備市場增長迅速，市場規模達到42億美元，預計2022年將達到47億美元。
長期以來，全球清洗設備市場都被迪恩士（SCREEN）、TEL、LAM與細美事（SEMES，三星子公司）把持著，這四家公司合計市場占有率達到90％以上，其中，迪恩士市場份額最高，超過50％。多年來，迪恩士開發出了適于多種環境的各類清洗設備，并在清洗工藝的三個主要領域均獲得第一的市場占有率。2014年后，盛美公司也進入該領域，占有較小的市場份額。
由于自動清洗臺技術門檻相對低，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。洗刷機設備也基本由迪恩士和東京電子兩家公司主導，迪恩士占據60％－70％的份額。
迪恩士的市場領導地位源于其技術壁壘，該公司一直引領著最為先進的清洗技術。以單晶圓清洗設備為例，迪恩士不斷實現技術改進和突破，開發新的清洗設備產品，從SU－2000、SU－3100到SU－3200，再到SU－3300，不斷追求更大的晶圓清洗產能，同時有效降低晶圓廠成本。SU－3200可以集成12腔室，處理能力達到800片每小時，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備產能較低的缺陷，并充分發揮優異的清洗性能，符合10nm、7nm清洗參數要求。尤其是在存儲芯片領域，隨著DRAM廠商追求更小工藝節點、不斷加大3D－NAND產線投資，SU－3300可以提供精細化的清洗技術，同時能夠實現與自動清洗站接近的產能。
迪恩士認為，清洗設備的未來發展集中在三個方面：一是晶圓代工廠和邏輯芯片廠不斷布局更小工藝節點時的產線擴張，重點為高清洗精度單晶圓清洗設備；二是3D結構存儲芯片，重點為高產能單晶圓清洗設備和高清洗精度自動清洗臺；三是重視中國市場，這將是未來半導體世界的主場。
中國本土廠商崛起
中國半導體市場廣大，清洗設備在這里有很好的發展前景。雖然國際半導體設備巨頭占據著大部分市場份額，中國本土廠商也有很好的表現。
目前，有三家國內廠商可以提供中高端濕法清洗設備，分別是至純科技、北方華創和盛美，且國內廠商的市場占比還在逐年上升中。相比于其它半導體設備，清洗設備的技術門檻較低，未來5年有望率先實現全面國產化。
產品方面，本土企業也是各有所長。盛美上海的單片清洗設備、全自動槽式清洗設備、單片槽式組合清洗設備、TEBO兆聲波清洗設備很有特色，截至2021年10月，該公司濕法設備交付2000腔，累計出貨超過300臺；北方華創主要生產單片清洗設備、全自動槽式清洗設備；至純科技擅長單片清洗設備和槽式清洗設備，該公司單片式濕法設備為旋轉噴淋 Spin－Spray 類型，對標迪恩士、LAM等企業，截至2021年第三季度，至純科技濕法設備累計交付超過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、上海集成電路研發中心、力積電等；芯源微也是國內正在崛起的一家半導體設備企業，該公司的單片清洗設備、全自動SCRUBBER清洗設備很有特色。
中國清洗設備企業產品及相關技術（來源：東方證券研究所）
中國清洗設備廠商的崛起為本土晶圓廠提供了更多的支持，數據顯示，國內主要芯片制造廠，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的清洗設備。
據中信證券統計，在長江存儲2017～2022 年清洗設備招標中，盛美上海中標設備數僅次于迪恩士，中標的國產廠商還包括北方華創、屹唐股份、芯矽科技。盛美上海共中標35臺，主要包括各種單片式清洗機，北方華創共中標兩臺制程擋控片蝕刻回收清洗機，屹唐股份于2021年中標兩臺清洗設備，芯矽科技中標5臺零部件清洗機。
2017～2022年間，在華力集成采購的清洗設備當中，盛美上海共中標了19臺，包括前道、后道工藝清洗設備，數量僅次于迪恩士，北方華創中標13臺，均為部件清洗設備，芯源微中標3臺刷片清洗設備。
2017～2022年間，在華虹無錫采購的清洗設備當中，迪恩士、盛美上海分列前兩位，其中，盛美中標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、擴散爐前清洗等環節。另一家國產廠商上海稷以于2021年9月首次中標華虹無錫清洗設備，是一臺12英寸薄片等離子背面清洗機。
從長江存儲、華力集成、華虹無錫這三家晶圓廠累計招標情況來看，國產清洗設備中標總數達到114 臺，晶圓廠招標設備總數301臺，由此計算國產化率約為37．8％。
不過，當前國產清洗設備仍以后道制程為主，且部分用于處理控片、擋片，而在正片、晶圓廠前道制程當中使用的設備少有國產身影，這是不足，也是機遇，未來有很大發展空間。
