过滤技术是怎样赋能半导体设备的？

前言：

后摩尔时代芯片制程压缩空间逐步达到上限，经济成本不断攀升，晶圆制造、封测等产业链环节将面临更高的技术挑战，半导体企业对生产环境以及机台上所需材料的洁净程度都提出了极高的要求。

作者 ｜ 方文

图片来源 ｜  网 络

半导体设备的重要性

半导体设备是整个半导体产业的重要支撑，半导体产业的快速发展不断推动着半导体设备市场规模的扩大。

半导体设备处于半导体产业链上游的关键位置，先进的半导体设备对先进制程的推进有着至关重要的作用。

为了更好匹配下游客户的工艺提升，半导体设备的技术更新和产品迭代速度需与之保持同步甚至超前。

这些设备分别对应硅片制造、集成电路制造、封装、测试，以及在流程中涉及到的清洗、取放、纯化等工序，分别用在集成电路生产工艺的不同工序里，属于半导体行业产业链的支撑环节。

设备需求与市场规模双双增长

近年来，全球半导体产业产能扩张仍在继续，对半导体设备的需求稳定增长，全球半导体设备销售的增速明显。

2020年全球半导体设备销售额为712亿美元，同比增长19．1％，而在2021年半导体设备市场仍维持高增长。

下游需求带动半导体设备市场整体发展，全球性的产业转移使得半导体设备市场呈现显著的区域性差异。

2020年中国大陆地区半导体设备销售额为187．2亿美元，同比增长39．2％，国内大陆半导体设备首次占比全球第一。

根据 SEMI的预测，预计2021全球晶圆厂设备支出逾900亿美元，年复合增长率高达44％；

全球半导体制造商将在2021年年底前开始建设19座新的晶圆厂，并在2022年再开工建设10座。

比手术室更清洁的环境

在将硅放入芯片制造机中之前，首先需要一个无尘室。单个晶体管比病毒小很多倍。仅有一小点灰尘会造成严重破坏，并浪费数百万美元的精力。

为了减轻这种风险，芯片制造商需要将其机器安置在基本上没有灰尘的房间中。

为了维持这种环境，空气不断被过滤，只有很少的人进入。如果在芯片生产线上出现一两个以上的工人，这可能表明出现了问题。

即使采取了所有这些预防措施，也不能保证硅片也不会被人触摸或暴露在空气中。

如果半导体材料等级达不到要求，则会影响最终芯片的性能、稳定性和良率。

也就是说，这些材料的质量和水平直接决定了电子元器件和整机产品的性能。

过滤在半导体设备中的前置作用

对于半导体设备本身而言，化学品的洁净程度对设备的利用效率，性能和运行成本至关重要。

为了达到和保持所需的高纯度，合适的过滤器选择变得尤为重要。过滤器可将污染物降至最低，避免芯片受到影响，确保机台以峰值效率进行工作。

以此来去除杂质，提高纯度，从而保障芯片制造的每个环节中设备加工的良率。

过滤、分离、纯化这一步骤几乎贯穿了整个芯片制造环节，对于包括半导体设备在内的整个流程来讲都至关重要。

先进工艺为清洗设备带来新增长点

清洗设备是将晶圆表面上产生的颗粒、有机物、自然氧化层、金属杂质等污染物去除，以获得所需洁净表面的工艺设备。

除了受益于半导体行业景气周期上行，半导体工艺升级也将为清洗设备带来新增长机遇，随着芯片先进制程的进步以及芯片结构的复杂化，清洗设备市场有望量价提升。

2020年清洗设备市场规模约为25．39亿美元，清洗设备重要性日益凸显，国内企业在此进展稳定。

清洗步骤数量是芯片制造工艺步骤占比最大的工序，约占所有芯片制造工序步骤的30％以上。

根据 Gartner 数据，预计2024年全球半导体清洗设备市场规模将达到32亿美元。

目前国内有盛美半导体、北方华创和至纯科技等企业在湿法工艺设备端提供中高阶湿法制程设备，芯源微清洗设备也在积极跟进。

IC和LED产能扩张推动涂胶显影设备增长

涂胶和显影是光刻前后的重要步骤，设备以不同工艺所用的光刻胶、关键尺寸等方面的差异来分类。

2020年全球前道涂胶显影设备销售额为19．05亿美元。

全球范围内，东京电子和SCREEN两家公司几乎垄断了所有前道涂胶显影市场，东京电子在我国的市占率更是超过90％。

国内企业则以芯源微为代表，芯源微用于前道晶圆制造的涂胶显影设备尚处于新进阶段。

预计随着IC和LED产能扩张，在持续的研发投入下，芯源微有望完成技术突破和市场突围，预计到2022年有望超过25亿美元。

刻蚀设备增速显著 与国际差距缩小

刻蚀设备按原理分类可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀，湿法刻蚀是指利用溶液的化学反应刻蚀，干法刻蚀则是用气体与等离子体技术对材料进行刻蚀。

刻蚀市场以干法工艺为主，本土企业发展较为成熟，国内刻蚀厂商主要包括中微公司、屹唐半导体和北方华创，近年整体业绩持续增长，与国际先进企业差距逐渐缩小。

刻蚀设备近年来增速显著，2022年有望达到183．9亿美元。

CMP设备初步打破垄断

化学机械抛光，即CMP技术，是通过化学腐蚀和机械研磨相结合的方式实现晶圆表面的平坦化。

2019年，全球CMP设备市场规模约23亿美元，这其中70％的销售额来自应用材料，25％来自日本的荏原机械。

国内方面，华海清科已经实现12英寸CMP设备的量产，国产化率为10％，已初步打破国外垄断。

结尾：

随着产业的不断升级和演进，以过滤器为代表的这些鲜被大众关注的领域开始逐渐进入了人们的视线，愈发成为产业发展中不可忽视的一环。

追根究底，半导体材料也是伴随着工艺节点的进步而发展起来的一大领域，而随着工艺结点越来越先进，对半导体材料的等级要求越来越高，包括洁净度、纯度等。

部分资料参考：半导体行业观察：《半导体设备市场大热，产业链上这一环节，不容忽视！》，行业研究报告：《2021半导体清洗设备行业研究报告》

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