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IC清洗設備市場呈寡頭壟斷格局, 看國產廠商如何分得一杯羹

日期:2018/7/25 17:27:29

在整個半導體產業,處于產業鏈最上游的半導體設備產業起著舉足輕重的作用。在半導體設備市場中,分制程來看,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%。由此可見,晶圓制造設備是整個半導體設備行業中最為核心的一部分。

SEMI報告顯示,2018年第一季度全球半導體制造設備收入為170億美金,同比增長30%,達到歷史最高紀錄。據集微網了解,晶圓制造設備中又包含著八大設備,分別是刻蝕設備、薄膜設備、光刻設備、制程控制、測試設備、離子注入、清洗設備、化學機械研磨。

其中,清洗設備是貫穿半導體產業鏈的重要環節,用于清洗原材料及每個步驟中半成品上可能存在的雜質,避免雜質影響成品質量和下游產品性能。目前,清洗設備在晶圓制造設備中的采購費用占比約為5%,被廣泛應用于單晶硅片制造、光刻、刻蝕、沉積等各個關鍵工藝環節中。

全球半導體清洗設備呈寡頭壟斷格局

公開資料顯示,2017年全球清洗設備市場規模27億美元,而伴隨著工藝節點的上升,清洗設備用量需求將持續增加。預計2020年達到35-40億美元,2015-2020年年均復合增速達6.8%。同時,SEMI預計,到2020年中國芯片制造企業對清洗設備需求有望突破600億元人民幣。

據統計,清洗工藝的次數占到了在整個芯片制造工藝步驟的三分之一,是芯片制造的重要環節。舉個例子,假設一條月產能在10萬片的DRAM產線,良率下降1%,將會導致企業一年3000-5000萬美元的損失。所以企業為了提高良率,必然會采用更多的清洗次數。

從技朮上來看,常用清洗技朮有濕法清洗和干法清洗兩大類,其中濕法清洗仍是工業中的主流,占清洗步驟的90%以上。同時,工藝技朮和應用條件上的區別使得目前市場上的清洗設備也有明顯的差異化,目前市場上最主要的清洗設備有單晶圓清洗設備、自動清洗台和洗刷機三種。

縱觀全球半導體設備市場,整個行業呈現著高度壟斷、強者恆強的局面,而具體到全球半導體清洗設備也是一樣。目前,在整個清洗設備市場,日本公司占據了主導,約60%的市場份額由日本Screen(迪恩士)占據,30%的市場份額被日本Tokyo Electron(東京電子)占據,其他廠商包括韓國SEMES(細美事)、美國Lam Research(泛林)等。

反觀國內,目前在8大晶圓制造設備中,均有國產設備企業布局,且在單一制程設備范圍內,很少有國產設備企業存在相互競爭的情況,國產品牌各自主攻某一項或兩三項核心制程設備的國產化。而在清洗設備方面,主要有盛美半導體、北方華創和至純科技有布局,且三者之間的產品存在較大的差異。

國產清洗設備中盛美半導體實力最強

目前在國內,盛美半導體、北方華創和至純科技承擔著清洗設備國產化的重任。其中,盛美半導體技朮實力最強,在較大一部分的清洗工序中可以實現國產替代。

盛美半導體成立于1998年,成立至今已有20年,并于去年在美國納斯達克成功上市。一直以來,盛美半導體主攻單片式清洗設備,并于2009年獨創了兆聲波清洗(SAPS)技朮,而此時海力士正被小顆粒的清洗問題所困擾,借此機遇,盛美首台12英寸45nm單片清洗設備進入海力士無錫生產線測試,由此盛美也開始與海力士展開長期合作。

中銀國際証券的報告指出,2015-2017年公司營業收入分別有86%、24%和 18.1%來自海力士,截止到2017年,盛美總共銷售了30多台清洗設備,其中,給海力士供應了20多台。除了海力士,盛美還進入了長江存儲、中芯國際、上海華力、長電科技等5家客戶。

從技朮實力上看,盛美半導體的技朮實力達到了14nm,已經開始了和迪恩士、東京電子、泛林等企業的正面競爭。值得一提的是,2016年,盛美再次獨創了通電氣泡震蕩兆聲波清洗(TEBO)技朮。目前公司SAPS技朮擁有22項發明專利,而TEBO技朮申請8項PCT專利。

北方華創和至純科技在清洗設備領域的布局

與盛美半導體主攻單片式清洗設備不同,北方華創通過收購美國Akrion公司實現了槽式清洗設備國產化。2017年8月,北方華創以1500萬美元收購Akrion公司。據悉,Akrion是位于美國賓夕法尼亞州的一家專注于硅片清洗設備業務的公司,主要用于集成電路制造領域、硅晶圓制造領域、微機電系統和先進封裝領域,該公司擁有多年的清洗技朮積累和廣泛的市場與客戶基礎,累計在線機台千余台。

北方華創自研的12英寸單片清洗機產品主要應用于集成電路芯片制程中的預清洗、再生清洗、銅互連后清洗和鋁墊清洗等工藝,而收購Akrion之后,北方華創的清洗機產品線進一步得以補充。截至目前,北方華創在清洗設備領域,已經形成涵蓋應用于集成電路、先進封裝、功率器件、微機電系統和半導體照明等半導體領域的8-12英寸批式和單片清洗機產品。

除了盛美半導體和北方華創以外,至純科技在半導體清洗設備也有所布局,且也是以槽式清洗為主。至純科技本身是做超純氣體及特殊化學氣體輸送,因此在做濕法設備有一定的優勢。2015年通過與國際清洗設備廠商合作,至純科技開始啟動濕法工藝裝備研發,2017年成立子公司至微半導體作為獨立的半導體濕法事業部,致力于打造高端濕法設備制造開發平台。

截至目前,至純科技在上述領域的研發已卓有成效,公司已于2017年形成了Ultron B200和Ultron B300的槽式濕法清洗設備和Ultron S200 和Ultron S300的單片式濕法清洗設備產品系列,并已經取得6台批量訂單。

國產清洗設備廠商的機遇

根據SEMI數據顯示,2018年中國大陸Fab的設備采購支出接近120億美元,同比增長67%,超越中國台灣成為全球第二大半導體設備市場,而到2019年,中國大陸的半導體設備采購金額有望超過韓國位居全球第一,達到180億美元,同比增長58%。

毋庸置疑,大陸晶圓廠資本開支連年大幅增長將為國產設備帶來巨大的市場機遇,而半導體清洗設備也將迎來良好的發展前景。除了市場機遇之外,國產半導體清洗設備還將面對先進工藝制程上的機遇。

隨著芯片的制程逐漸縮小和存儲器2D向3D的轉變,生產程序變得復雜,使清洗成為生產芯片過程中重復次數最多的步驟。此外,晶圓制造的良率將隨著線寬的縮小而下降,而提高良率的方式之一就是增加清洗工藝。在80-60nm制程中,清洗工藝大約100多個步驟,而到了20-10nm制程,清洗工藝上升到200多個步驟以上。

雖然目前在全球半導體設備市場,國產半導體設備廠商的實力還非常弱小,但是成功之路本來就不可能一蹴而就,或許在包括清洗設備等細分領域一步步實現局部突破,是目前國產半導體設備廠商與國際巨頭競爭的最佳途徑。