2022年半导体设备行业市场现状未来前景研究分析 半导体清洗设备是贯穿半导体产业链的重要工艺设备

1、 半导体设备是国产化突破的核心领域

半导体是许多工业整机设备的核心，普遍应用于计算机、消费类电子、网络通信、 汽车电子等核心领域，半导体主要由四个部分组成：集成电路、光电器件、分立 器件和传感器，其中集成电路在总销售额占比高达 80%以上，是半导体产业链 的核心领域。

集成电路产业链主要由五个部分组成：市场、芯片设计、芯片制造、芯片封装测 试和终端应用，从市场需求调研中来再回到市场需求中去，是一个闭环回路。其 中通常以芯片设计、制造和封装测试为集成电路产业链三大环节，设备材料与制 造和封装测试联系最为紧密，对应分为前道设备和后道设备，晶圆材料和封装材 料。设备材料在高端领域处于美欧日垄断状态，“卡脖子”问题突出，是当前及 未来国产化重点突破的领域。

根据 SIA 的统计报告，2019 年中国在晶圆制造设备领域的市场销售额占比仅为 2%，晶圆制造设备基本上被美欧日垄断，“卡脖子”问题尤为明显。随着国家 扶持力度的不断加大，制造企业与国产设备厂商的合作意愿较强，国产化进度明 显加快，市占率不断提升，有望成为未来的优质赛道。半导体设备资本投入大， 人才缺乏，行业壁垒较高，能获得优势资源的各细分领域的龙头企业，国产替代 的速度预计将高于靠后企业。

根据 SIA 数据统计，全球半导体设备大致可以分为 11 大类，50 多种机型。前道 设备主要有光刻机、刻蚀机、薄膜沉积机、离子注入机、CMP 设备、清洗机、 前道检测设备和氧化退火设备八大类，后道设备主要分为测试设备和封装设备， 光刻机、薄膜沉积设备、刻蚀及清洗设备、前道检测设备和后道检测设备 2019 年全球市场份额占比分别约为 19%、19%、25%、9%和 9%，目前市场份额占 比近 85%的前道设备领域主要由美欧日企业垄断。

图：2019 年全球半导体设备市场情况

2、 中国大陆半导体设备市场份额占比不断提升

据国际半导体产业协会(SEMI)预测，2022 年全球原始设备制造商的半导体制造 设备销售额将达到 1000 亿美元，创下历史新高，2021 年销售额预计为 953 亿 美元，而 2020 年为 711.9 亿美元，设备制造商的持续投资推动了前端和后端半 导体设备领域的扩张。

2020 年我国半导体设备销售额为 187.2 亿美元，同比增长39.2%，占全球半导 体设备市场的 26.3%，首次成为全球最大的半导体设备市场。2022 年我国半导 体设备销售额预计将达到 300 亿美元，同比增长 12%，市场份额有望提升到 30%，呈逐年上升的趋势。

目前大力提高中国大陆半导体设备及材料供应商的竞争力，对保障中国半导体产 业链安全具有显著的溢出效益，有助于大大降低美国等出口管制所带来的风险。 因此，尽管存在巨大的进入壁垒，中国政府将继续重点支持本土的半导体设备及 材料行业，即使在中美关系缓和以及设备松绑的预期下，国产化大趋势不变。

3、 半导体清洗设备是贯穿半导体产业链的重要工艺设备

半导体清洗用于去除半导体硅片制造、晶圆制造和封装测试每个步骤中可能存在 的杂质，避免杂质影响芯片良率和芯片产品性能。目前，随着芯片制造工艺先进 程度的持续提升，对晶圆表面污染物的控制要求不断提高，每一步光刻、刻蚀、 沉积等重复性工序后，都需要一步清洗工序。

在半导体硅片的制造过程中，需要清洗抛光后的硅片，保证其表面平整度和性能， 从而提高在后续工艺中的良品率；而在晶圆制造工艺中要在光刻、刻蚀、沉积等 关键工序前后进行清洗，去除晶圆沾染的化学杂质，减小缺陷率；而在封装阶段， 需根据封装工艺进行 TSV 清洗、UBM/RDL 清洗等。上述清洗工序的技术要求是 影响芯片成品率、品质及可靠性最重要的因素之一。当前的芯片制造流程在光刻、 刻蚀、沉积等重复性工序后均设置了清洗工序，清洗步骤数量约占所有芯片制造 工序步骤的 30%以上，是所有芯片制造工艺步骤中占比最大的工序，而且随着 技术节点的继续进步，清洗工序的数量和重要性将继续随之提升，在实现相同芯 片制造产能的情况下，对清洗设备的需求量也将相应增加。

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。干法清洗主要是采用气态的氢氟酸刻蚀不规则 分布的有结构的晶圆二氧化硅层，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，目前在 28nm 及以下技术节点的逻辑产品和存储产品有 应用。晶圆制造产线上通常以湿法清洗为主，少量特定步骤采用湿法和干法清洗 相结合的方式互补所短，在短期内湿法工艺和干法工艺无相互替代的趋势，目前 湿法清洗是主流的清洗技术路线，占比达芯片制造清洗步骤数量的 90%。

图：2019 年不同清洗设备市场销售额占比

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、组合式清洗设备和批式旋转喷淋清洗设备等，其中单片清洗设备市场份额 占比最高。湿法清洗工艺路线下主流的清洗设备存在先进程度的区分，主要体现 在可清洗颗粒大小、金属污染、腐蚀均一性以及干燥技术等标准。

根据 Gartner 统计数据，2018 年全球半导体清洗设备市场销售额为 34.17 亿美 元，2019 年和 2020 年受全球半导体行业景气度下行的影响有所下降，分别为 30.49 亿美元和 25.39 亿美元，预计 2021 年随着全球半导体行业复苏，全球半 导体清洗设备市场将呈逐年增长趋势，2024 年预计全球半导体清洗设备市场销 售额达 31.93 亿美元，清洗设备在全球半导体设备的市场销售额占比约为 5-7%。 2020 年全球半导体清洗设备市场基本上被日本 SREEN、日本 TEL、韩国 SEMES 和美国 LAM 垄断，合计占比 97.7%，国产厂商盛美上海、至纯科技、北方华创、 芯源微等话语权较弱。

目前至纯科技主要生产湿法清洗设备，提供槽式设备（槽数量按需配置）及单片 机设备（8-12 反应腔），均可以覆盖 8-12 寸晶圆制造的湿法工艺设备。该类设 备可以应用在先进工艺上，主要为存储（DRAM，3DFlash）、先进逻辑产品以 及一些特殊工艺上，例如薄片工艺、化合物半导体、金属剥离制程等。

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