2022年湿法设备行业发展现状及未来前景分析 湿法设备国内率先实现国产化

1、贯穿晶圆制造全过程的关键工艺

湿法设备是一种集合了流体力学、化学工程、材料科学、精密加工、电子控制、计算机软件 等多学科的高科技产品，是集成电路制造过程中使用比例最高的核心生产设备。湿法设备可分为槽式湿法设备与单片式湿法设备，随着集成电路线宽的不断缩小，对颗粒大小及数量、 刻蚀速率及均匀性、金属污染控制、表面粗糙度、圆片单面工艺等的要求越来越严格，单片 式湿法设备正越来越多地使用到集成电路的制造中来。公司生产的单片式湿法设备主要由清 洗机、去胶机和湿法刻蚀机构成。

（1）湿法清洗

根据清洗介质的不同，目前半导体清洗技术主要分为湿法清洗和干法清洗两种工艺路线。湿 法清洗是针对不同的工艺需求，采用特定的化学药液和去离子水，对晶圆表面进行无损伤清 洗，以去除晶圆制造过程中的颗粒、自然氧化层、有机物、金属污染、牺牲层、抛光残留物 等物质，可同时采用超声波、加热、真空等辅助技术手段；干法清洗是指不使用化学溶剂的 清洗技术，主要包括等离子清洗、超临界气相清洗、束流清洗等技术，虽然具有对不同薄膜 有高选择比的优点，但可清洗污染物比较单一。目前湿法清洗是主流的清洗技术路线，占芯 片制造清洗步骤数量的 90%以上。

在湿法清洗工艺路线下，目前主流的清洗设备主要包括单片清洗设备、槽式清洗设备、组合式清洗设备等种类。单片式清洗采用旋转喷淋、二流体等方式，一次对一片晶圆进行清洗， 具有极高的工艺环境控制能力与微粒去除能力；而槽式清洗机采用溶液浸泡方式，产能较高， 但清洗效果不如单片式设备。单片式清洗机技术难度更大，但应用更广，可以满足更高的清 洗要求，占据更大的市场规模。芯源微当前的清洗设备产品主要以物理刷洗为主，同时公司 亦推出了二流体、兆声波等其他产品。

（2）湿法去胶

刻蚀以后的步骤之一是去除光刻胶，光刻胶用来作为从光刻掩膜版到硅片表面的图形转移媒 介以及被刻蚀区域或被离子注入区域的阻挡层。一旦刻蚀或被注入完成，光刻胶在硅片表面 就不再有用，必须完全去除。另外，刻蚀过程带来的任何残留物业必须去掉。

湿法去胶与清洗类似，湿法去胶分为有机去胶及非有机去胶。有机去胶主要通过液体拆散胶 层结构而达到去胶的目的。但其限制性较大，像常用的药液，有 DMF，ACT，EKC 等。非 有机去胶目前常用的是 H2SO4 与 H2O2 加热到 120-140C 左右，其强氧化性使胶中的 C 氧 化成 CO2，并生产 H2O。芯源微已经推出了单片式湿法去胶产品，主要用于先进封装工艺 过程中的晶圆去胶制程和金属剥离制程。

（3）湿法刻蚀

刻蚀是光刻之后的关键步骤，是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的刻蚀材 料，进而形成光刻定义的电路图形。 湿法刻蚀是用液体化学剂去除衬底表面的材料。早期普遍使用，在 3um 以后由于线宽控制、 刻蚀方向性的局限，主要用干法刻蚀。目前，湿法刻蚀仍用于特殊材料层的去除和残留物的 清洗。

图：湿法刻蚀示意图

2、湿法设备市场规模稳健增长，日韩巨头垄断

芯片制程的持续升级对清洗工艺提出了更高要求。随着半导体芯片工艺技术节点进入 28 纳 米、14 纳米等更先进等级，工艺流程的延长且越趋复杂，产线成品率也会随之下降。造成这 种现象的一个原因就是先进制程对杂质的敏感度更高，小尺寸污染物的高效清洗更困难。解 决的方法主要是增加清洗步骤。 据盛美统计，在 DRAM 产线上，每一代制程升级将带来平均 15%的清洗步骤增加，22/28 纳 米 DRAM 芯片在整个制造过程中需要甚至超过 200 道清洗步骤，晶圆清洗变得更加复杂、 重要及富有挑战性。

清洗用量的持续提升带来了清洗机市场规模的长期增长。根据台湾工研院数据，2020 年全 球半导体清洗设备市场规模为 49 亿美元，占半导体设备总体市场规模约 10%，并将保持稳 定增长，2025 年将达 67 亿美元，年均增速 6.8%。

竞争格局方面，当前全球清洗设备市场由日韩巨头垄断。业内龙头为日本 Dainippon Screen （即 DNS）、TEL，韩国 SEMES 和美国 Lam Research（泛林）。据 Gartner 数据，2018 年 前四大龙头厂商占据了 98%的市场份额。国内有北方华创、至纯科技、盛美半导体、芯源微 等厂商布局，份额较低。

3、湿法设备国内率先实现国产化

当前半导体设备国产化水平仍旧较低，而湿法设备率先实现了较高比例的国产替代。据半导 体行业协会数据，前段工序三大件光刻、薄膜、刻蚀中，光刻机尚未实现国产化，涂胶显影 设备、离子注入设备的国产化率亦不足 1%。而包括 CMP 在内的湿法设备走在了国产替代 的前列，国产化率已达 15-20%。

我们统计了国内主要晶圆代工厂（中芯国际+华虹半导体）的清洗公开招标情况，2018 年以 来国产清洗设备占比快速提升。2021 年两晶圆厂公开招标清洗设备共 44 台，其中 22 台为 国产设备，国产化进展顺利。

较高的国产化率得益于国内有众多厂商在湿法领域进行了布局。至纯科技、北方华创、盛美 半导体、芯源微都拥有各自的湿法产品线。至纯能提供到 28 纳米节点全部湿法工艺，主要 单片清洗产品 S3XX 系列可搭载 12 个腔体，产能最高可达 590WPH，18 腔产品亦在研发 中。盛美半导体主要产品为单片 SAPS 兆声波清洗设备、单片 TEBO 兆声波清洗设备、单片 背面清洗设备等。北方华创收购美国半导体设备生产商 Akrion Systems LLC 之后主要产品 为单片及槽式清洗设备。芯源微则在单片湿法设备有较广泛的覆盖，清洗、去胶、刻蚀均有 布局。

4、产品线广阔，客户导入顺利

近年来随着全球晶圆厂设备采购的不断推进，全球单片式清洗设备销售额整体呈现增长态势。 根据 VLSl 提供的行业数据，全球前道单片式清洗设备销售额由 2013 年的 16.31 亿美元增 长至 2018 年的 22.69 亿美元，年均复合增长率达 6.83%，预计 2023 年将达到 23.14 亿美 元。

图：2013-2023 年全球前道单片式清洗设备销售额

根据 VLSI 提供的行业数据，中国大区（含中国台湾地区）前道单片式清洗设备销售额已经 由 2016 年的 6.14 亿美元增长至 2018 年的 7.54 亿美元，年均复合增长率达 10.86%，预计 2023 年将将达到 8.26 亿美元。

公司生产清洗机设备通过工艺验证，未来市场空间较为广阔。公司生产的前道SpinScrubber 清洗机设备已在中芯国际、上海华力、厦门士兰集科等多个客户处通过工艺验证，并已获得 国内多家 Fab 厂商的批量重复订单。公司生产的后道涂胶显影设备与单片式湿法设备，已经 从先进封装领域、LED 领域拓展到 MEMS、化合物、功率器件、特种工艺等领域，作为主流 机型应用于台积电、长电科技、华天科技、通富微电、晶方科技、华灿光电、乾照光电、澳洋顺昌、中芯绍兴、中芯宁波等国内一线大厂。近年来，公司通过借鉴前道产品的先进设计 理念和技术，对后道设备、小尺寸设备的架构进行优化，提升了工艺水平和产品产能。应用 了前道先进设计理念及技术的后道产品在国内多家封装大厂 Fan-out 产线应用，目前已经成 为客户端的主力量产设备。

截至目前，公司生产的用于集成电路前道晶圆加工领域及后道先进封装、LED、MEMS、化 合物、功率器件、特种工艺等领域的涂胶显影设备和单片式湿法设备已累计销售 1000 余台 套。

通过持续的改进、优化，公司生产的集成电路前道晶圆加工领域用清洗机 Spin Scrubber 设 备的各项指标均得到明显改善或提升，已经达到国际先进水平并成功实现进口替代。该类设 备已在中芯国际、上海华力、厦门士兰集科等多个客户处通过工艺验证，并在近年获得国内 多家 Fab 厂商的批量重复订单。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）