企业竞争图谱：2024年半导体清洗设备 头豹词条报告系列

企业竞争图谱：2024年半导体清洗设备头豹词条报告系列 于利蓉 20250103未经平台授权，禁止转载 摘要半导体清洗设备是对晶圆表面进行无损伤清洗以去除杂质，获得所需洁净表面，为下一步工艺准备良好条件的工艺设备，是芯片良率的“保镖”。目前市场主流的清洗设备是单片清洗机，主流的清洗技术路线是湿法清洗技术。半导体芯片工艺技术节点进入更先进等级，对杂质的敏感度更高，清洗步骤大幅增加，带动中国半导体清洗设备市场的发展。未来，半导体产业的快速发展和半导体器件集成度提高将进一步带动清洗设备的广泛应用，市场前景广阔。 行业定义 半导体清洗是指针对不同的工艺需求对晶圆表面进行无损伤清洗以去除半导体制造过程中的颗粒、自然氧化层、金属污染、有机物、牺牲层、抛光残留物等杂质的工序。半导体清洗设备即是对晶圆表面进行无损伤清洗以去除杂质，获得所需洁净表面，为下一步工艺准备良好条件的工艺设备。 根据清洗介质的不同，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。 行业分类 半导体清洗设备行业按照清洗方式不同，可分为单片清洗设备、槽式清洗设备、组合式清洗设备和批式旋转喷淋清洗设备。 半导体清洗设备基于清洗方式的分类 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。 单片清洗设备 清洗方式为旋转喷淋，兆声波清洗，二流体清洗，机械刷洗等，具有极高的工艺环境控制能力与微粒去除能力，有效解决晶圆之间交叉污染的问题；每个清洗腔体内每次只能清洗单片晶圆，设备产能较低。 槽式清洗设备 清洗方式为溶液浸泡，兆声波清洗等，清洗产能高，适合大批量生产；但颗粒，湿法刻蚀速度控制差；交叉污染风险大。 组合式清洗设备 清洗方式为溶液浸泡旋转喷淋组合清洗，产能较高，清洗精度较高，并可大幅降低浓硫酸使用量；产品造价较高。 批式旋转喷淋清洗设备 清洗方式为旋转喷淋，相对传统槽式清洗设备，批式旋转设备可实现120C以上甚至达到200C高温硫酸工艺要求；各项工艺参数控制困难，晶圆碎片后整个清洗腔室内所有晶圆均有报废风险。 行业特征 半导体清洗设备的行业特征包括半导体清洗设备是芯片良率的“保镖”、单片清洗机是目前市场主流、湿法清洗是主流的清洗技术路线。 1半导体清洗设备是芯片良率的“保镖” 启动期1990010119990101 进入1990年代，随着半导体工艺节点的不断缩小（如035微米及以下），对清洗的要求也在增加。在这一阶段，化学机械抛光 （CMP）技术逐渐被引入到晶圆制造过程中，特别是在多层金属层堆叠时，对表面平整度和洁净度的要求提高，催生了CMP后清洗设备的需求。 此阶段清洗设备开始配备更为精密的传感器和自动化控制系统，提高了清洗的精度和效率。 高速发展期2000010120090101 进入21世纪，随着制程技术的进一步进步，半导体制造工艺向更小的节点（如90nm、65nm、45nm等）发展，湿法清洗和干法清洗 设备在市场中逐步并行发展。特别是在纳米级的污染物控制上，等离子体清洗技术得到了广泛应用。 芯片工艺越精细对于控污的要求越高，难度就越大。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。造成这种现象的原因之一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，主要解决的方法是增加清洗步骤。在8060nm制程中，清洗工艺大约100多个步骤，而到了10nm制程，增至200多个清洗步骤。 2单片清洗机是目前市场主流 目前主流的清洗设备包括单片清洗设备、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，在9065nm工艺中，为节约成本、提高效率，通常以槽式设备清洗为主；而在更低线宽nm级工艺中，对杂质的容忍度较低，工艺越先进，单片清洗技术的占比往往越高。因此先进制程中，单片清洗逐渐取代槽式批量清洗，并且占据最高的市场份额，2019年单片清洗设备的占比达到75，且随着集成电路特征尺寸的进一步缩小，单片清洗设备的运用更加广泛。 3湿法清洗是主流的清洗技术路线 根据清洗介质的不同，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。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，构建清洗方案。清洗设备的湿法工艺与干法工艺并存发展，均在各自领域内向技术节点更先进、功能多样化、体积小、效率高、能耗低等方向发展。目前湿法清洗是主流的清洗技术路线，2019年占芯片制造清洗步骤数量的90以上。 发展历程 萌芽期1950010119890101 1965年，美国无线电公司发明晶圆清洗的RCA工艺；1980年代，随着集成电路制造工艺的快速发展，尤其是微型化的需求，半导体清洗设备开始得到关注。在这一阶段，清洗主要依赖湿法清洗来去除硅片表面的颗粒、化学残留物和其他杂质，例如酸洗和去离子水冲洗。 此阶段主要使用酸性和碱性溶液进行清洗，配合去离子水（DI水）来洗净晶圆表面。 半导体清洗设备的发展历程是随着半导体技术不断进步和制造工艺要求不断提高的。清洗设备的进步与半导体集成度的提升、尺寸的微缩、污染控制技术的发展密切相关。进入21世纪，随着制程技术的进一步提升，半导体制造工艺向更小的节点（如90nm、65nm、45nm等）发展，湿法清洗和干法清洗设备在市场中逐步并行发展。特别是在纳米级的污染物控制上，等离子体清洗技术得到广泛应用。 此阶段湿法清洗与等离子体清洗设备并行发展。 成熟期20100101至今 进入2010年代，随着5G、人工智能（AI）、物联网（IoT）等技术的兴起，半导体产品的需求进一步增长，清洗设备的技术要求也不断提升。尤其是在芯片制造工艺已经发展到10nm、7nm、5nm等超小节点时，清洗设备面临更高的挑战。 高精度与智能化清洗设备崛起。 产业链分析 半导体清洗设备产业链的发展现状 半导体清洗设备行业产业链上游为原材料和零部件，包括气路系统、控制系统、照明系统、安全保护装置等关键零部件和系统的供应；产业链中游为半导体清洗设备的制造环节；产业链下游为应用环节，主要应用于晶圆制造和封装测试等行业。 半导体清洗设备行业产业链主要有以下核心研究观点： 中国大陆半导体清洗设备企业发展较快，国产化率逐渐提升，技术水平追赶国际企业。 全球半导体清洗设备市场高度集中，尤其在单片清洗设备领域，DNS、TEL、LAM与SEMES四家公司合计市场占有率达到90以上，其中DNS市场份额最高，市场占有率在33以上，本土12英寸晶圆厂清洗设备主要来自DNS、盛美、LAM、TEL。中国大陆能提供半导体清洗设备的企业较少，主要包括盛美半导体、北方华创、芯源微及至纯科技。2019年中国半导体清洗设备国产率约为20，2022年仅盛美半导体在中国半导体清洗设备市场的占有率就达到23，中国清洗设备国产化率达到38，中国半导体清洗设备市场国产化率逐渐提升，技术水平追赶国际企业。 下游晶圆制造领域市场集中度较高，中芯国际、华虹集团等是下游主要需求厂商，定制化需求较高。 半导体清洗设备主要应用于晶圆制造和封装测试等行业，其中晶圆制造领域市场集中度较高。2023年前十大专属晶圆代工整体营收为7041亿元。根据总部所在地划分，前十大专属晶圆代工公司中，中国大陆有三家，分别为中芯国际SMIC、华虹集团HuaHongGroup、晶合集成 Nexchip。此外，由于半导体清洗设备下游客户对清洗设备的规格型号、产品标准、技术参数等方面的要求较高，属于典型的高、精、尖高端装备，行业具有较高的、市场壁垒和客户验证壁垒，半导体清洗设备的定制化程度较高。 上 产业链上游环节分析 生产制造端 原材料和零部件，包括气路系统、控制系统、照明系统、安全保护装置等关键零部件和系统的供应。 上游厂商 股ProductSystemsInc 股NINEBELL 股AdvancedElectricCoInc 股上海智道机电工程技术有限公司 股昆山新莱洁净应用材料股份有限公司 股上海都可电子有限公司 股上海远安流体设备有限公司 股上海盈沛贸易有限公司 股上海跃尚商贸有限公司 股合肥格汇精密科技有限公司 产业链上游分析 直接材料占比较高，约占清洗设备成本90以上。 半导体清洗设备原材料种类繁多，主要类别包括气路类、物料传送类、机械类、电气类等，具体物料包括机器人手臂、兆声波发生器、过滤器、阀门、传感器等。由于半导体专用设备具有高精度、高可靠性等特点，对原材料和零部件的要求也相应较高。如盛美半导体气 路类包括阀门、接头、过滤器、泵、流量计、气体控制模块、气动元器件、气缸、传感器等，占比约为27；物料传送类包括机器人手 臂、晶圆搬运台等，占比约为27；机械类包括腔体零部件、腔体柜、机架等，占比约为15；电气类包括电子元器件、传感器、可编程控制模块、DC电源、断路器等，占比约为5；直接材料合计占比约94。 半导体清洗设备上游原材料种类繁多，单个企业外购供应商数量通常较多。 由于半导体清洗设备上游原材料种类繁多，单个企业外购供应商数量通常较多。盛美半导体清洗设备的原材料供应商分布在中国大陆、美国、韩国、日本和中国台湾等多个国家和地区。至纯科技生产所需的管道、阀门、仪表、配件、电气控制均为外部采购，具体种类有1000多种，原材料供应商有130家，长期合作的主要供应商为40家。此外，由于半导体清洗设备厂商会根据客户的不同需求进行专业定制，并据此采购原材料，进一步加剧各种原材料的细分种类、型号细分，从而增加采购供应商的数量。 中 下 产业链中游环节分析 品牌端 半导体清洗设备的制造环节。 中游厂商 股盛美半导体设备（上海）股份有限公司 股北方华创科技集团股份有限公司 股沈阳芯源微电子设备股份有限公司 股上海至纯电子科技有限公司 股美国应用材料 股LAM 股TEL 股DNS 产业链中游分析 中国大陆半导体清洗设备企业发展较快，国产化率逐渐提升。 全球半导体清洗设备市场高度集中，尤其在单片清洗设备领域，DNS、TEL、LAM与SEMES四家公司合计市场占有率达到90以上，其中DNS市场份额最高，市场占有率在33以上，本土12英寸晶圆厂清洗设备主要来自DNS、盛美、LAM、TEL。中国大陆能提供半导体清洗设备的企业较少，主要包括盛美半导体、北方华创、芯源微及至纯科技。2019年中国半导体清洗设备国产率约为20，2022年仅盛美半导体在中国半导体清洗设备市场的占有率就达到23，中国清洗设备国产化率达到38，中国半导体清洗设备市场国产化率逐渐提升。 中国大陆半导体清洗设备自主创新，技术水平追赶国际企业。 中国大陆半导体清洗设备企业主要有盛美半导体、北方华创、芯源微及至纯科技，坚持自主研发创新，部分产品技术水平追赶国际企业。以盛美半导体为例，其SAPS兆声波清洗技术、背面清洗技Backside、TEBO兆声波清洗技术达到国际先进水平。此外，其Tahoe单片槽式组合清洗设备研发与产业化为全球首创，初步数据显示清洗效率与单片高温硫酸清洗设备相当，可大幅节省硫酸用量；全自动槽式磷酸清洗技术达到国际同行业企业同等水平。 产业链下游环节分析 渠道端及终端客户 应用环节，主要应用于晶圆制造和封装测试等行业。 渠道端 股上海华虹（集团）有限公司 股长江存储科技控股有限责任公司 股中芯国际控股有限公司 股SK海力士半导体（中国）有限公司 股江苏长电科技股份有限公司 产业链下游分析 下游晶圆制造领域市场集中度较高，中芯国际、华虹集团等是下游主要需求厂商。 半导体清洗设备主要应用于晶圆制造