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2019年中国半导体清洗行业清洗方法、市场现状及企业营收情况分析[图]

2020年03月24日 13:25:38字号:T|T

    半导体清洗设备是贯穿半导体产业链的重要环节,用于清洗原材料及每个步骤中半成品上可能存在的杂质,避免杂质影响成品质量和下游产品性能,在单晶硅片制造、光刻、刻蚀、沉积等关键制程及封装工艺中均为必要环节。

    一、半导体清洗行业清洗方法

    在硅晶体管和集成电路生产中,几乎每道工序都有硅片清洗的问题,所有与硅片接触的媒介都可能对硅片造成污染,硅片清洗的好坏对器件性能有严重的影响。污染途径可能来自于水、大气、设备、各类化学试剂以及人为加工造成的污染,污染可以分为颗粒污染、有机物污染和金属污染。若半导体材料表面存在痕量杂质,如钠离子、金属和其他杂质粒子等,在高温过程中会扩散、传播,进入半导体材料内部,对器件不利。要得到高质量的半导体器件,硅片必须具有非常洁净的表面。

    半导体清洗有干法和湿法两种清洗方法,目前湿法由于其成本低产能高的优点占据主流,占整个清洗制程90%以上。湿法清洗由于使用相对多的化学试剂,也存在晶片损伤、化学污染和二次交叉污染等问题,而干法清洗虽然环境友好、化学用量少,随着半导体制程不断升级,干法清洗低磨损的优点日益突出,逐渐得到更多的关注。不过,目前干法清洗控制要求和成本较高,仍难以大量应用于半导体生产中。因此实际的半导体产线上通常是以湿法清洗为主,少量特定步骤采用干法清洗相结合的方式互补所短,构建半导体制造的清洗方案。

硅片的主要清洗方法及优缺点

-
清洗方法
描述
优点
缺点
湿法清洗
RCA清洗法
使用双氧水与酸/碱溶液的混合物进行两步氧化。
在清除晶片表面的有机物、粒子和金属等污染物时十分有效。
去除晶片表面污染物薄膜而不能去除颗粒;需在高温环境下进行;耗用化学品大,会加大硅片的粗糙度;排放量大污染环境。
超声清洗方法
晶片浸没在清洗液中,利用超高频率的声波能量将晶片正面和背面的颗粒有效去除。
清洗的速度快;清洗的效果比较好;能够清洗各种复杂形状的硅片表面;易于实现遥控和自动化。
颗粒尺寸较小时,清洗效果不佳;在空穴泡爆破的时候,巨大的能量会对硅片造成一定的损伤。
干法清洗
气相清洗法
先让片子低速旋转,再加大速度使片子干燥,这时,HF蒸汽可以很好的去除氧化膜玷污及金属污染物。
对那些结构较深的部分,比如沟槽,能够进行有效的清洗;对硅片表面粒子的清洗效果也比较好,并且不会产生二次污染。
虽然HF蒸汽可除去自然氧化物,但不能有效除去金属污染。
紫外-臭氧清洗法
将晶片放置在氧气氛围中用汞灯产生的短波长紫外光进行照射。
特别适合氧化去除有机物,另外还有某些特殊用途,如GaAs的清洗。
无法清洗一般的无机物沾污。

数据来源:公开资料整理

    市场上最主要的清洗设备有单晶圆清洗设备、自动清洗台和洗刷机三种。在21世纪至今的跨度上来看,单晶圆清洗设备、自动清洗台、洗刷机是主要的清洗设备,其他清洗设备包括超声/兆声清洗设备、晶圆盒清洗设备、干法清洗设备(如等离子清洗设备)等,占比较小。

半导体清洗设备

设备
清洗方法
适用场合
单晶圆清洗设备
旋转喷淋
全生产流程中,比如扩散前清洗、栅极氧化前清洗、外延前清洗、CVD前清洗、氧化前清洗、光刻胶清除、多晶硅清除和刻蚀环节等
自动清洗台
溶液浸泡
全生产流程中
洗刷台
旋转喷淋
锯晶圆、晶圆磨薄、晶圆抛光、研磨、CVD
超音波清洗设备
超声清洗
半导体前道各阶段
晶圆盒清洗设备
机械擦拭
晶圆盒清洗
等离子体清洗设备
等离子体清洗
光刻胶去除

数据来源:公开资料整理

    单晶圆清洗设备有着极高的制程环境控制能力与微粒去除能力,市场份额相对小。单晶圆清洗设备一般采取旋转喷淋的方式,用化学喷雾对单晶圆进行清洗的设备,相对自动清洗台清洗效率较低,产能较低,但有着极高的制程环境控制能力与微粒去除能力。可用于多种工艺中,包括扩散前清洗、栅极氧化前清洗、外延前清洗、CVD前清洗、氧化前清洗、光刻胶清除、多晶硅清除等多个清洗环节和部分刻蚀环节中。还有另一种单晶圆清洗设备采取超声波清洗方式,市场份额相对小。

    二、半导体清洗行业市场现状

    2019年全年半导体销售同比下滑12.4%。2019年全年全球半导体销售额4110亿美元。其中累计销售额为3017亿美元,同比下降14.2%,四季度虽然依然下降,但降幅明显收窄,全年降幅收窄至12.4%。

1999-2019年全球半导体销售额

数据来源:公开资料整理

    智研咨询发布的《2020-2026年中国半导体晶圆清洗设备行业市场竞争现状及投资价值评估报告》数据显示:2019年中国半导体市场需求约为全球的35%,中国为全球需求增长最快的地区,年均复合增速超过20%。在中国半导体产业的大规模引进、消化、吸收以及产业的重点建设下,中国已成为全球半导体的主要市场之一。2014年中国半导体产业销售额已达4887.8亿元,同比增长11%;到了2016年中国半导体产业销售额达到6378亿元,同比增长14.8%;2018年全球半导体销售额为4688亿美元,其中我国半导体销售额1579亿,占全球市场的33.7%。2019年以来,全球市场半导体累计销售额同比下降14%至3017亿元。截至2019年9月,我国今年半导体累计销售额达到1057亿,同比下降12%,占全球市场的35%。随着5G、消费电子、汽车电子等下游产业的进一步兴起,预计中国半导体产业规模将快速增长。

中国及全球半导体销售额(亿美元)

数据来源:公开资料整理

    在整个半导体设备市场中,晶圆制造设备大约占整体的80%,封装及组装设备大约占7%,测试设备大约占9%,其他设备大约占4%。而在晶圆制造设备中,光刻机,刻蚀机,薄膜沉积设备为核心设备,分别占晶圆制造环节设备成本的30%,25%,25%。

    从半导体设备供给侧来看,全球规模以上晶圆制造设备商共计58家,其中日本的企业最多,达到21家,占36%,其次是欧洲13家、北美10家、韩国7家,而中国大陆仅4家,分别是上海盛美、中微半导体、Mattson(被亦庄国投收购)和北方华创,占比不到7%。

2018年全球半导体设备厂商营收排名(百万美元)

2018年排名
国家
公司
2017
2018
同比增速
1
北美
AppliedMaterials
13154.6
14016.1
6.50%
2
欧洲
ASML
9758.3
12771.6
30.90%
3
日本
TokyoElectron
8675.1
10914.8
25.80%
4
北美
LamResearch
9558
10871.4
13.70%
5
北美
KLA
3689
4209.8
14.10%
6
日本
Advantest
1673.8
2593.3
54.90%
7
日本
SCREEN
1863.5
2226
19.50%
8
北美
Teradyne
1663
1492
-10.30%
9
日本
KokusalElectric
1181.6
1486
25.80%
10
日本
HitachiHigh-Technologies
1200.3
1402.7
16.90%
11
中国
ASMPacificTechnology
1107.3
1181.2
6.70%
12
韩国
SEMES
1353
1173.9
-13.20%
13
欧洲
ASMInternational
836
991.2
18.60%
14
日本
Daifuku
724.6
91.5
34.10%
15
日本
Canon
499.4
765.4
53.30%
总计
56937.5
67066.9
17.80%
半导体设备制造商规模总计
70280.6
81140.3
15.50%

数据来源:公开资料整理

    整体晶圆代工市场2019年到2023年的复合年均成长率为4.5%,市场营收可望于2023年达到783亿美元。随着众多新晶圆厂的出现显着提高了设备需求,对晶圆厂技术和产品升级以及额外产能的投资将会增加。

全球晶圆市场营收及同比增速

数据来源:公开资料整理

    随着半导体产业明显向中国转移,国产清洗设备企业将迎来良好的机遇。预测到2019年,中国的设备销售将增长46.6%,达到173亿美元。预计到2019年,中国,韩国和台湾将保持前三大市场,中国将跻身榜首。韩国预计将变成第二大市场,为163亿美元,而台湾预计将达到123亿美元的设备销售额。

    2018-2019是建厂高峰期,2019-2021是设备的高峰期,整体行业正进入清洁设备采购期。2018年中国大陆Fab的设备采购付出接近120亿美元,同比增加67%,超越中国台湾成为全球第二大半导体设备市场,而到2019年,中国大陆的半导体设备采购金额有望超过韩国位居全球第一,达到180亿美元,同比增加58%。

    三、半导体清洗行业企业营收情况

    目前在国内,至纯科技、盛美半导体和北方华创主要承担着清洗设备国产化的重任。其中盛美半导体技术起步较早,主攻单片式清洗设备。至纯科技虽然起步在2015年,但近年来通过引进海外优秀人才,进步迅速,目前已经开拓了中芯、万国、燕东、TI、华润等知名企业。与至纯科技,盛美半导体通过自主研发不同,北方华创主要是通过收购美国Akrion公司实现槽式清洗设备国产化。

    1.至纯科技

    至纯科技成立于2000年,一直致力于为高端先进制造业企业提供高纯工艺系统的解决方案,特别是在半导体集成电路领域,拥有较好的客户口碑,客户包括上海华力、中芯国际、长江存储、合肥长鑫、士兰微等企业,2015年至纯科技精准定位半导体设备国产化市场,通过引进海外优秀人才、设立海外子公司的方式,进军半导体清洗设备领域。公司目前已经获得了中芯、万国、TI、燕东、华润等客户的正式订单,并与长江存储、合肥长鑫等国内最主流存储器厂商建立了密切合作关系。

    2019年前三季度公司实现收入6.22亿元,同比增长94.35%,归母净利润约7430万元,同比增长172%。今年第三季度公司销售毛利率35%,销售净利率11.26%。公司发布2019年业绩预告,预计19年归属上市公司股东净利润1.12-1.25亿元,同比增长245-285%,扣非净利润0.95-1.08亿元,同比增长231-276%。

至纯科技总营业收入及同比增速

数据来源:公开资料整理

至纯科技归母净利润及同比增速

数据来源:公开资料整理

    2.北方华创

    北方华创以生产销售高端集成电路装备为主,重点发展刻蚀设备(Etch)、物理气相沉积设备(PVD)和化学气相沉积设备(CVD)三大类设备,广泛应用于集成电路制造、先进封装、半导体照明(LED)、微机电系统(MEMS)等领域。北方华创已经成为了国家02专项承担研发项目最多的机构之一,尤其是关于12寸晶圆制造的刻蚀机、PVD、立式氧化炉、清洗机、LPCVD等设备,已经批量进入了国内主流集成电路生产线。

    得益于公司在半导体设备方面的良好表现,营业收入和利润保持稳步增长。2019年1-9月,公司实现营业收入27.36亿元,同比增长加30.25%;实现归属于上市公司股东的净利润2.16亿元,同比增长27.3%。

北方华创总营业收入及同比增速

数据来源:公开资料整理

北方华创归母净利润及同比增速

数据来源:公开资料整理

    3.盛美半导体

    盛美半导体设备在1998年由国家千人专家王晖博士为代表的一群清华校友成立于美国硅谷,2006年9月与上海市政府合资落户上海张江高科技园区。公司主要产品包括:兆声波单片清洗设备,TEBO,背面清洗设备,无应力抛铜设备,TSV深孔清洗设备,干法刻蚀设备,涂胶机,显影机,去胶机,腐蚀机,薄片清洗机等。公司近期宣布将寻求未来三年内在上海证券交易所的科创板上市。

    收入创历史新高,盈利增长稳健。2019年前三季度,公司实现营收8291.6万美元,同比增长54%。截至2019年9月公司毛利率48.63%,净利率26.27%。毛利率较为平稳,但净利率较低且总体呈现下滑趋势,近两年略微出现反弹迹象。从2015年的20%以上到2017年净利润为负,2018年开始略微回升,究其原因可能与研发费用和管理费用的大幅增加有关。

盛美总营业收入及同比增速

数据来源:公开资料整理

盛美销售毛利率及销售净利率

数据来源:公开资料整理 

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