半导体设备全景分析-清洗工艺课件.pptx

1、正文目录正文目录 第一部分第一部分：半半导导体设备是体设备是行行业业基基石，国内石，国内企企业业即即将迎来历将迎来历史史转转折期折期 第二部分第二部分：芯芯片片制造工艺制造工艺流流程程拆拆分：薄膜分：薄膜工工艺艺介介绍及国内绍及国内外外龙龙头头对比分对比分析析 第三部分第三部分：芯芯片片制造工艺制造工艺流流程程拆拆分：刻蚀分：刻蚀工工艺艺介介绍及国内绍及国内外外龙龙头头对比分对比分析析 第四部分第四部分：芯芯片片制造工艺制造工艺流流程程拆拆分：光刻分：光刻工工艺艺介介绍及国内绍及国内外外龙龙头头对比分对比分析析 第五部分第五部分：芯芯片片制造工艺制造工艺流流程程拆拆分：清洗分：清洗工工艺艺介介

2、绍及国内绍及国内外外龙龙头头对比分对比分析析 第六部分第六部分：国国产产设备企业设备企业介绍介绍825.1集成电路中的清洗工艺简介集成电路中的清洗工艺简介半导体半导体清清洗是贯穿整个晶圆制洗是贯穿整个晶圆制造造过程的重要工艺环过程的重要工艺环节节，清洗工艺好坏是提升良率清洗工艺好坏是提升良率的的关键关键。随着尺寸缩小、结构复杂化，芯片对杂质含量的敏感度也 相应提高，直接影响到产品良率，每降低1%的良率会给客户造成3000-5000万美元利润损失。清洗步骤数量约占所有芯片制造工序步骤30%以上，而且随着节点的推进，清洗工序的数量和重要性会继续提升，清洗设备的需求量也将相应增加。半导体半导体清清洗

3、技术可分为湿法和洗技术可分为湿法和干干法两种，湿法清洗是法两种，湿法清洗是目目前主流技术路线，占前主流技术路线，占芯芯片制造清洗步骤数量片制造清洗步骤数量的的90%以上以上。湿法清洗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。主要包括 RCA清洗法、超声清洗等，湿法清洗具有效率高、成本较低等优势，但由于化学试剂使用多，会 造成化学污染、交叉污染、图形损伤等。干法清洗是指不使用化学溶剂的清洗技术。包括气相清洗法、等离子体清洗等，优点有清洗环境友好、低 磨损等，但受限于成本高、控制精度要求等，目前无法大量应用于全部产线，在少量特定步骤会采用干法清洗。清洗技术清洗技术湿法清洗湿法清洗干

4、法清洗干法清洗溶液浸泡法溶液浸泡法 机械刷洗法机械刷洗法二流体清洗二流体清洗 超声波清洗超声波清洗 兆声波清洗兆声波清洗 批式旋转喷淋批式旋转喷淋 等离子清洗等离子清洗 气相清洗气相清洗束流清洗束流清洗图：半导体制程中的清洗工艺图：半导体制程中的清洗工艺资料来源：盛美招股书,国元证券研究中心图：清洗技术分类图：清洗技术分类83资料来源：盛美招股书，国元证券研究中心5.2清洗技术演进及变化趋势清洗技术演进及变化趋势槽式清洗使用率递减单片清洗使用率递增90nm65nm45nm22nm28nm16nm10nm7nm5nm图：槽式和单片使用率随工艺节点推进的变化图：槽式和单片使用率随工艺节点推进的变化

5、资料来源：公开资料整理，国元证券研究中心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。单单片片清洗设清洗设备备市场份额占市场份额占比比最最高高。单片清洗的方式可以解决交叉污染 的问题，但是设备产能较低，而槽式清洗的批量生产效果好，但污染 风险较大。先进制先进制程程中中，单单片单片单晶晶圆清洗圆清洗逐逐渐渐取取代槽代槽式批式批量清量清洗洗。在90-65nm工 艺中，为节约成本、提高效率，往往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。图：单片和槽式清洗设备结构图

6、图：单片和槽式清洗设备结构图槽式清洗原理槽式清洗原理单片清洗原理单片清洗原理资料来源：盛美招股书，国元证券研究中心845.2清洗技术演进及变化趋势清洗技术演进及变化趋势表：污染物的种类、来源与危害表：污染物的种类、来源与危害污染物污染物来源来源主要危害主要危害颗粒环境其他工艺工程中产生影响后续光刻，干法刻蚀工艺，造成器件短路自然氧化层环境影响后续氧化，沉积工艺，造成器件电 性失效金属污染环境，其他工艺工程 中产生影响后续氧化工艺，造成器件电性失效有机物下法刻蚀副产物，环 境影响后续沉积工艺，造成器件电性失效牺牲层策化沉积工艺影响后续特定工艺，造成器件电性失效抛光残留物研射液影响后续特定工艺，造

7、成器件电性失效资料来源：盛美半导体，国元证券研究中心资料来源：AMAT，国元证券研究中心半导体清洗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。当当芯芯片片存存在在颗颗粒粒等等污污染染物物时时，会会直直接接影影响响后后续续的的工工艺艺，严严重重时时会会造造成成器器件件损损坏坏或或失失效效。因此，需要清洗步骤以 去除半导体制程每个步骤中可能存在的杂质，避免杂质 影响芯片良率和产品性能。图：晶圆制造过程中常见的缺陷图：晶圆制造过程中常见的缺陷缝隙残留划痕变窄凸起连结85020010080归一化良率60 技术节点n

8、m402302101901701501301109070500204010080清洗步骤数量60技术节点nm5.2清洗技术演进及变化趋势清洗技术演进及变化趋势良率随制程节点推进下降，清洗工艺地位凸显良率随制程节点推进下降，清洗工艺地位凸显。随着工艺节点的不断推进，晶圆制造的良率随着线宽的不断缩小而下降，主 要原因之一就是先进制程对杂质的存在更加敏感，同时更小尺寸的杂质更难清除。因此，提高良率的方法就是增加清洗步骤 以及提升设备性能。制程工艺每推进一代，清洗步骤增加制程工艺每推进一代，清洗步骤增加约约15%。半导体器件集成度和芯片复杂度的提高，使得芯片对杂质的敏感度大大提升。在工艺节点不断推进的

9、前提下，为了降低杂质影响、提高良率，需要继续增加清洗步骤。在8060nm的工艺制程中，清洗工 艺约有100个步骤，而当工艺节点来到20nm以下时，清洗步骤增加至至200道以上。工艺每提高一个节工艺每提高一个节 点，清洗步骤增加约点，清洗步骤增加约 15%半导体良品率随工半导体良品率随工 艺节点提高而下降艺节点提高而下降图：工艺进步带来良率下降图：工艺进步带来良率下降资料来源：盛美招股书,国元证券研究中心图：工艺进步带来清洗步骤增加图：工艺进步带来清洗步骤增加86资料来源：2017年半导体设备年会，国元证券研究中心5.3全球清洗设备市场竞争格局全球清洗设备市场竞争格局全球全球清清洗设洗设备备市市

10、场场规模规模大大约约30亿美亿美元元。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，全球半体清洗设备市场将呈逐年增长的趋势，2024年预计全球半导体清洗设备行业有望达到 31.93 亿美元。导行业马太行业马太效效应应显显著著，行行业高业高度度集集中中。全球半导体清洗设备市场主要由迪恩士、东京电子和拉姆研究等日美韩企业瓜分，市占 率前四的企业合计占据约95%的市场份额，行业高度集中。日本厂商迪恩士以市占率54%处于绝对领先地位，国内清洗设备龙 头盛美半导体市占率约2.3%，尚有巨大发展空间。4035

11、302520151050201520162017201820192020202120222023202445.1%25.3%12.5%14.8%2.3%迪恩士东京电 子拉姆研究图：图：2015-2024年全球清洗市场规模（亿美元）年全球清洗市场规模（亿美元）资料来源：Gartner，SEMI国元证券研究中心图：图：2018年全球清洗设备企业市占率年全球清洗设备企业市占率87资料来源：Gartner，国元证券研究中心5.3全球清洗设备市场竞争格局全球清洗设备市场竞争格局本土清洗设备市场国有化率约为本土清洗设备市场国有化率约为 20%，国产化有望进一步加快国产化有望进一步加快。根据中国国际招标网统

12、计数据显示，在华虹无锡、长江存储和上海华力项目采购的 清洗设备中，市场份额排序为Screen、盛美半导体、Lam Research、TEL和北方华创。盛盛美半美半导导体体成成为本为本土土清清洗洗设备设备市市场场的的第二第二大大供供应商。应商。盛美半导体深耕单片式清洗设备，拥有全球首创的SAPS、TEBO兆声波清洗技术和Tahoe单片 槽式组合清洗技术，产品适用于45nm以下节点；芯源微在光刻工艺拥有较完善的布局，单片去胶清洗设备主要是配合自身核心业务涂胶显影；北 方华创通过收购美国Akrion Systems LLC实现槽式清洗设备产品布局，产品适用于28nm以上节点；至纯科技近年来通过在日韩

13、团队的帮助下迅速 成长，单片、槽式领域都具有一定竞争力。表：长江存储和华虹无锡、华力二期项目采购的清洗设备来源表：长江存储和华虹无锡、华力二期项目采购的清洗设备来源ScreenLamTEL北北方华创方华创盛美盛美芝芝浦机电浦机电沈沈阳芯源阳芯源长江存储40%16%14%2%22%-华虹无锡53%21%2%-21%-华力二期53%19%-19%3%1%资料来源：中国国际招标网、国元证券研究中心资料来源：中国国际招标网，国元证券研究中心图：国内清洗设备市场份额分布图：国内清洗设备市场份额分布20.0%6.0%4.0%20.5%22.0%1.0%0.5%48.0%其它Screen国产 盛美半导体La

14、m Research国产 北方华创TEL国产 沈阳芯源885.4迪恩士与国内清洗设备供应商对比分迪恩士与国内清洗设备供应商对比分析析5.4.1行业龙头行业龙头迪恩士迪恩士迪迪恩士恩士是是全球全球最最大大的的清洗清洗设设备的供应备的供应商商。根据迪恩士年报 披露，公司在单片式清洗设备、批式清洗设备和旋转刷洗 设备均处于龙头地位。近近五年五年公公司营司营收收持持续续上上升升，研发费率研发费率保保持稳持稳定。定。公司研发费率保持在6%左右，专利数量连续五年持续上升，截止2019年3月，海内外专利数量合计达5132个。图：图：2018年迪恩士各清洗设备市场份额占比年迪恩士各清洗设备市场份额占比资料来源

15、：Screen年报，SEMI国元证券研究中心图：迪恩士专利持有数量图：迪恩士专利持有数量资料来源：Screen 2019年报，国元证券研究中心2900600050004000300020001000020332124230325662127209821152196223220152016201720182019国内海外资料来源：Screen 2019年报，国元证券研究中心14%12%10%8%6%4%2%0%4000350030002500200015001000500020152016201720182019图：迪恩士营收、利润和费用情况（亿日元）图：迪恩士营收、利润和费用情况（亿日元）营业

16、收入（亿日元）利润率研发费用率 895.4迪恩士与国内清洗设备供应商对比分迪恩士与国内清洗设备供应商对比分析析5.4.2盛美半导体盛美半导体盛盛美半美半导导体体主主要产品要产品是是半导半导体体清洗清洗设设备备，2019年年清洗清洗类类设备设备营营收收占占 比达比达84%。清洗类产品线丰富，包括单片SAPS兆声波清洗设备、单 片TEB0兆声波清洗设备、单片背面清洗设备、单片刷洗设备、槽式 清洗设备和单片槽式组合清洗设备。盛美是国内少数拥有国际竞争力的设备企盛美是国内少数拥有国际竞争力的设备企业业，单片清洗设备市占率，单片清洗设备市占率 达达50%。据公司2020Q1报告显示，公司SAPS、TEB

17、O和Tahoe产品 占单片湿式清洗设备市场50%以上的份额，新一代TEBO和Tahoe有 望进一步扩大单片清洗市场份额。资料来源：盛美招股书，SEMI国元证券研究中心图：盛美半导体主要产品布局和迭代图：盛美半导体主要产品布局和迭代资料来源：盛美公司年报，国元证券研究中心700006000050000400003000020000100000图：盛美主营业务收入按产品构成图：盛美主营业务收入按产品构成半导体清洗设备半导体电镜设备先进封装湿法设备单片槽式 清洗单片槽式组合表：盛美半导体主要领域客户表：盛美半导体主要领域客户客户所展领域客户所展领域客户名称客户名称品圆制造海力士、华虹集团、长江存储、

18、中芯国际、合肥长鑫先进封装长电科技、通高微电、中芯长电、Nepes半导体硅片制造及回收上海新异、金瑞泡、台湾合品科技、台湾异阳科研院所 中国科学院微电子研究所、上海集成电路、华进半导体资料来源：盛美招股书，国元证券研究中心2017年2018年2019年 905.4迪恩士与国内清洗设备供应商对比分迪恩士与国内清洗设备供应商对比分析析5.4.3北方华创北方华创资料来源：北方华创2019年报，SEMI国元证券研究中心图：干法去除设备图：干法去除设备Excor D630产品、原理及优势产品、原理及优势资料来源：北方华创公司公告，国元证券研究中心公司通过收公司通过收购购Akrion补补强强清清洗洗设设备

19、备，2018年完成对美国Akrion Systems LLC公司的收购，补强了清洗设备的产品线，可以提供种类众多的8-12英寸单片和槽式清洗机产品公司完成干法去公司完成干法去除除设备研设备研发发。清洗机领域，公司可提供多种类型的单片清洗设备和槽式清洗设备，已广泛应用于集成电路 等领域。公司于去年发布了应用于IC领域干法清洗二氧化硅的干法去除设备Excor D630。该设备通过采用非等离子体干法 去除技术，大幅提升了工艺性能，可更好地满足芯片制造领域先进制程的需求。45%40%35%30%25%20%15%10%5%0%45004000350030002500200015001000500020

20、16年2017年2018年2019年图：图：2016-2019年北方华创收入及利润情况（百万元）年北方华创收入及利润情况（百万元）电子元器件行业电子装备行业其他项目毛利率 宽选择比工艺窗口清洗技术 高效的小孔洞底部清洗技术 底部轮廓可调清洗技术915.5国内清洗设备公司地图国内清洗设备公司地图清洗清洗 设备设备干干 法法槽槽式式单单 片片湿湿 法法925.6小结小结93清洗步清洗步骤骤随着随着工艺工艺节点的节点的推推进越进越来越来越重要，重要，而而湿法湿法清洗清洗中的单中的单晶晶圆清圆清洗逐洗逐渐成为渐成为主主流流。根据Gartner预测，未来几年清洗机市场 将进一步扩大，行业保持高度集中迪恩

21、士是全球清洗设备市场的龙头企业，半导体设备尤其是清洗设备是其公司最重要的业务。迪恩士清洗设备技术领先、产品线全面，其连续多年占据各类清洗机细分市场份额第一名。盛美半盛美半导导体成体成为本为本土清洗土清洗设设备市备市场的场的第二大第二大供供应商应商。盛美半导体深耕单片式清洗设备，拥有全球首创的SAPS、TEBO兆声波清洗 技术和Tahoe单片槽式组合清洗技术，产品适用于45nm以下节点；芯源微在光刻工艺拥有较完善的布局，单片去胶清洗设备主要 是配合自身核心业务涂胶显影；北方华创通过收购美国Akrion Systems LLC实现槽式清洗设备产品布局，产品适用于28nm以上 节点；至纯科技近年来通过在日韩团队的帮助下迅速成长，单片、槽式领域都具有一定竞争力。随着晶随着晶圆圆代工代工龙头龙头中芯国中芯国际际14nm制制程程彻底打彻底打开开国产国产芯片芯片先进制先进制程程市场市场空间空间，之后，之后的的技术技术演进演进有望推有望推进进至至7nm节点，清洗节点，清洗设设备需备需求求 会持续会持续增增长，长，对国对国内清洗内清洗设设备供备供应商应商来说是来说是重重大机大机遇遇。