過濾技術是怎樣賦能半導體設備的？

半導體設備的重要性

半導體設備是整個半導體產業的重要支撐，半導體產業的快速發展不斷推動著半導體設備市場規模的擴大。

半導體設備處于半導體產業鏈上游的關鍵位置，先進的半導體設備對先進制程的推進有著至關重要的作用。

為了更好匹配下游客戶的工藝提升，半導體設備的技術更新和產品迭代速度需與之保持同步甚至超前。

這些設備分別對應硅片制造、集成電路制造、封裝、測試，以及在流程中涉及到的清洗、取放、純化等工序，分別用在集成電路生產工藝的不同工序里，屬于半導體行業產業鏈的支撐環節。

設備需求與市場規模雙雙增長

近年來，全球半導體產業產能擴張仍在繼續，對半導體設備的需求穩定增長，全球半導體設備銷售的增速明顯。

2020年全球半導體設備銷售額為712億美元，同比增長19．1％，而在2021年半導體設備市場仍維持高增長。

下游需求帶動半導體設備市場整體發展，全球性的產業轉移使得半導體設備市場呈現顯著的區域性差異。

2020年中國大陸地區半導體設備銷售額為187．2億美元，同比增長39．2％，國內大陸半導體設備首次占比全球第一。

根據 SEMI 的預測，預計2021全球晶圓廠設備支出逾900億美元，年復合增長率高達44％；

全球半導體制造商將在2021年年底前開始建設19座新的晶圓廠，并在2022年再開工建設10座。

比手術室更清潔的環境

在將硅放入芯片制造機中之前，首先需要一個無塵室。單個晶體管比病毒小很多倍。僅有一小點灰塵會造成嚴重破壞，并浪費數百萬美元的精力。

為了減輕這種風險，芯片制造商需要將其機器安置在基本上沒有灰塵的房間中。

為了維持這種環境，空氣不斷被過濾，只有很少的人進入。如果在芯片生產線上出現一兩個以上的工人，這可能表明出現了問題。

即使采取了所有這些預防措施，也不能保證硅片也不會被人觸摸或暴露在空氣中。

如果半導體材料等級達不到要求，則會影響最終芯片的性能、穩定性和良率。

也就是說，這些材料的質量和水平直接決定了電子元器件和整機產品的性能。

過濾在半導體設備中的前置作用

對于半導體設備本身而言，化學品的潔凈程度對設備的利用效率，性能和運行成本至關重要。

為了達到和保持所需的高純度，合適的過濾器選擇變得尤為重要。過濾器可將污染物降至最低，避免芯片受到影響，確保機臺以峰值效率進行工作。

以此來去除雜質，提高純度，從而保障芯片制造的每個環節中設備加工的良率。

過濾、分離、純化這一步驟幾乎貫穿了整個芯片制造環節，對于包括半導體設備在內的整個流程來講都至關重要。

先進工藝為清洗設備帶來新增長點

清洗設備是將晶圓表面上產生的顆粒、有機物、自然氧化層、金屬雜質等污染物去除，以獲得所需潔凈表面的工藝設備。

除了受益于半導體行業景氣周期上行，半導體工藝升級也將為清洗設備帶來新增長機遇，隨著芯片先進制程的進步以及芯片結構的復雜化，清洗設備市場有望量價提升。

2020年清洗設備市場規模約為25．39億美元，清洗設備重要性日益凸顯，國內企業在此進展穩定。

清洗步驟數量是芯片制造工藝步驟占比最大的工序，約占所有芯片制造工序步驟的30％以上。

根據 Gartner 數據，預計2024年全球半導體清洗設備市場規模將達到32億美元。

目前國內有盛美半導體、北方華創和至純科技等企業在濕法工藝設備端提供中高階濕法制程設備，芯源微清洗設備也在積極跟進。

IC和LED產能擴張推動涂膠顯影設備增長

涂膠和顯影是光刻前后的重要步驟，設備以不同工藝所用的光刻膠、關鍵尺寸等方面的差異來分類。

2020年全球前道涂膠顯影設備銷售額為19．05億美元。

全球范圍內，東京電子和SCREEN兩家公司幾乎壟斷了所有前道涂膠顯影市場，東京電子在我國的市占率更是超過90％。

國內企業則以芯源微為代表，芯源微用于前道晶圓制造的涂膠顯影設備尚處于新進階段。

預計隨著IC和LED產能擴張，在持續的研發投入下，芯源微有望完成技術突破和市場突圍，預計到2022年有望超過25億美元。

刻蝕設備增速顯著 與國際差距縮小

刻蝕設備按原理分類可以分為濕法刻蝕和干法刻蝕，濕法刻蝕是指利用溶液的化學反應刻蝕，干法刻蝕則是用氣體與等離子體技術對材料進行刻蝕。

刻蝕市場以干法工藝為主，本土企業發展較為成熟，國內刻蝕廠商主要包括中微公司、屹唐半導體和北方華創，近年整體業績持續增長，與國際先進企業差距逐漸縮小。

刻蝕設備近年來增速顯著，2022年有望達到183．9億美元。

CMP設備初步打破壟斷

化學機械拋光，即CMP技術，是通過化學腐蝕和機械研磨相結合的方式實現晶圓表面的平坦化。

2019年，全球CMP設備市場規模約23億美元，這其中70％的銷售額來自應用材料，25％來自日本的荏原機械。

國內方面，華海清科已經實現12英寸CMP設備的量產，國產化率為10％，已初步打破國外壟斷。

結尾：

隨著產業的不斷升級和演進，以過濾器為代表的這些鮮被大眾關注的領域開始逐漸進入了人們的視線，愈發成為產業發展中不可忽視的一環。

追根究底，半導體材料也是伴隨著工藝節點的進步而發展起來的一大領域，而隨著工藝結點越來越先進，對半導體材料的等級要求越來越高，包括潔凈度、純度等。