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半導體清洗設備最全市場競爭格局解析
2019-05-21瀏覽次數：3544
全球來看，2017年全球清洗設備整體空間在25-30億美元。同時，伴隨著工藝節點的上升，清洗設備用量需求持續增加。比如：以前主要是90納米、45納米，目前主流變成28納米及14納米，伴隨著particle采取的技術的工藝節點向下延伸，對清洗步驟和手段有一定要求。如：原來28nm的工藝，那么14nm的particle不會產生影響；但如果提升至14nm的工藝，14nm的particle就對工藝結果有影響，就需要增加清洗步驟，或者采用更先進的手段進行清洗。
一般來說，廣義的清洗設備包括濕法設備，不光是指純水清洗，還包括運用各種化學藥液，如 SC1、SC2、針對不同金屬的氫氟酸、針對特殊工藝的高溫濃硫酸、磷酸等；基本主流設備都會兼容至少1種化學藥液，多至6、7種化學藥液。在整個半導體流程中需要反復清洗，比如光刻前需要清洗、光刻后要清洗；做CMP之后需要清洗、做CVD之后也需要清洗等等，是個反復的過程。同時，清洗的過程有可能拯救wafer，比如某道工藝做失敗了，通過清洗，將wafer還原。因此清洗是個比較重要的過程。
國內市場空間：國內的清洗設備在新增市場里占比超過1/3，因為國內下游的市場新增份額最大，尤其是芯片包括代工廠等，產能預計超過臺灣和韓國。
45nm是關節節點，單片清洗設備的用量提升：
1）行業早期主要是槽式清洗設備，主要通過浸泡來清洗，一個晶圓盒里一次放入25片晶圓，通過放入化學藥液曹中浸泡一定時間，再通過高純水浸泡達到清洗的目的。槽式方式是批次處理，產出率高，每小時可達到500-800片；但劣勢交叉污染的問題不能避免，良率比較低。這也是跟工藝節點相對應的，可能在45nm之前如65nm、90nm用槽式清洗就可以滿足需求；
2）工藝節點達到45nm以下之后，槽式清洗的應用領域就會減少。雖然通過增加浸泡時間、換栓頻率可以解決一部分缺陷，但從本質上講還是單片清洗的效率高。對于25片的晶圓盒，單片清洗每次取出1片有針對性的清洗，通過調節化學藥液的溫度、濃度、流量，或者使用不同的化學藥液達到有針對性的清洗目的。單片設備優點在于可添加洗劑，單片清洗PRE高于槽式，但是產出率相對較低。比如：8腔設備的常規工藝時間，如果只單純做DI/CO2的清洗，可能達到每小時300片；如果做化學藥液的清洗，一小時可能達到200-250片。因此可以通過增加腔體數目的方式來提高產出率，比如8腔增加至12腔、16腔、20腔等。
總體來說，達到45nm以下，單片清洗是主流設備，同時單片清洗也有自己的方式提高產出率。本身的優勢是清洗效果特別好，PRE（去除顆粒的效果）好。
單片設備與槽式設備的單價區間：
1）單片設備貴：1、取決于腔體數量有差別，腔體數量多，單價可能更高；2、化學藥液的種類不同，匹配1種藥液和2種的價格也不同。目前，8腔設備250-300萬美金。12腔設備在350-500萬美金；甚至，有些公司有自己獨到的技術，可能賣的更高。
2）槽式設備的價格也跟品牌有關；隨著工藝節點的下探，產品的附加值會更高。同時也跟槽體數量有關，高端設備價格也很高，日本DNS和Tel的設備價格也很高，在200-300萬美金朝上。
晶圓制造環節的清洗與封裝的清洗的難度是否存在差異：
1）封裝設備的清洗的顆粒一般都在90nm左右，顆粒較大，清洗較為簡單。設備附加值低，利潤較低。
2）前道清洗一般對應28nm、14nm的工藝，相對來說難度較大，附加值高、利潤高。就盛美來說，用于封裝的設備看配置一般是60-80萬美金；用于前道的設備則為300萬-500萬美金。用于后道的清洗設備一般為1-2腔；前道設備一般是8腔-16腔。總體來說，前道占比肯定超過50%以上，是大頭。
清洗設備在半導體設備的占比以及未來趨勢：打個比方，45nm的工藝情況下，28nm的顆粒不用清洗；但如果工藝提高至28nm，那么28nm的顆粒會對工藝產生致命的影響；如果工藝繼續變至14nm，28nm的顆粒會導致晶圓良率的大幅下降。所以，隨著半導體行業技術從45nm-28nm-14nm的遞進，清洗設備的工藝占半導體工藝的占比呈指數上升趨勢。舉例來收，現在45nm的工藝假設需要100多道清洗步驟，那將來工藝節點變為28nm以下，可能就需要200道清洗步驟；清洗步驟會越來越多，因此清洗設備占半導體設備的份額一定會增加。
高世代線清洗設備價格的變化：
1）早期的一些單片清洗設備只需要4個腔體、2種化學藥液；但目前主流的清洗設備都是8-12個腔體，3-5種化學藥液。比如盛美自身除了的兆聲波技術之外，還要搭配多達7種化學藥液。因此，設備工藝的提升，就會導致設備成本的變化。因此，早期的200萬美金到將來可能到500萬美金。設備本身的價格也會上升。
2）同時，會對耗材類的成本有一些影響。如45nm工藝時，選擇的濾芯可以是45nm，就能去除大于45nm的顆粒；但到14nm工藝時，就需要選擇更小的濾芯來去除顆粒，就會使耗材的成本增加。
競爭格局
國際廠商占比80%以上：主要是日本、韓國、美國企業壟斷。其中，日本DNS處于領先地位，占市場份額的50%。其次是東京電子、LAM research等，合計大概占30-40%。剩下就是韓國廠商，由于韓國本土有規模較大的三星、海力士，他們各自在本土扶持了一家清洗設備廠商，包括海力士底下的mujin等。
國內廠商：目前盛美半導體占領先地位。盛美98年在美國成立，06年進入上海，申請02專項，是做單片清洗設備最早的公司，北方華創和至純科技是后來者。國內市場來看，盛美本身已經做的相當好，2017年業績3700萬美金，其中80%集中在前道清洗設備，其他20%用于其他濕法封裝類設備。產品價格的話，每臺設備的售價不同，尤其是前道設備，售價差距較大，大概300-500萬美金不等。
1）盛美：國內第一家跨入單片清洗設備的公司。2009年開始研發單片清洗設備，2011年得到海力士產品的量產訂單，跨過長期的工藝驗證和機臺可靠性驗證階段；得到韓國總部的同意授權，得到無錫海力士的訂單。盛美半導體一直把清洗設備作為主打產品，針對性的開發出獨創技術兆聲波增強型清洗技術。國際上的同類大公司一直在研究這個技術，但他們一直無法控制好兆聲波的能量。如果控制不好，會打壞晶圓上的電路。兆聲波的優勢是，通過兆聲波帶來的震動，把微小的顆粒和常規手段難以清洗的particle清洗出來。盛美獨有的技術在45nm以下、28nm、14nm具有顯著優勢。同時盛美把兆聲波技術作為一個選項讓客戶可以選擇加裝這個功能，成本也比較高。盛美2017年11月在美國上市，定位自己為一家國際性的公司，與國際大公司同等競爭水平。目前，DNS、TEL能做到單腔設備用到的化學藥液，盛美80%以上的藥液也可以做，同時搭配盛美的兆聲波技術，產品的良率已經在客戶端得到了驗證；在某些方面甚至超過了國際一線水平；
2）北方華創：前不久北方華創收購Akrion，主要是做槽式設備。由于國內工廠很多12吋的晶圓廠工藝還是集中在45nm以上，因此槽式設備還有很大的空間。目前三星等廠商主要盈利的部分還是集中在63、45nm這個階段，雖然宣稱7nm技術突破，但離這個技術成為主流還有很遠一段距離。因此目前槽式清洗設備還是有一定的空間。
3）至純科技：本身是做超純氣體及特殊化學氣體輸送，因此在做濕法設備有一定的優勢。因為濕法設備要用到化學藥液，涉及到化學藥液的輸送。但是他本身之前并不具備做清洗設備的能力。由于他與國際清洗設備廠商合作，因此也開發出了自己的單片設備并在客戶端進行驗證。
盛美與至純在單片清洗設備領域的競爭：
1）盛美早期實現工藝突破不容易。目前已具備有先發優勢，他的技術客戶已經在海力士得到驗證，已拿到無錫海力士和韓國海力士總部的重復訂單，證明他的設備技術水平已經達到了國際廠商的同類水平。
2）盛美技術積累時間長，同時注重知識產權保護，申請了許多專利保護。前段時間與韓國某公司（海力士的供應商）有些糾紛。盛美18年已經宣布得到某一客戶定單達3500萬美金，未來可預見的訂單是5000-6000萬美金。說明盛美技術的積累和早年的努力已經得到了國內主流客戶的認可，可以給與批量的訂單。
3）至純合作的是韓國m的技術，因此也已經在海力士得到驗證。韓國這家公司作為海力士扶持的公司，在海力士的清洗設備占40%左右。但是如果至純想要進入國內的大客戶，如中芯國際、長江存儲等，還是需要先得到本土客戶的終端確認，才有批量訂單。
盛美與北方華創的競爭：北方華創目前還是在做槽式，單片清洗還等待驗證。但因為北方華創身在北方，有完整的產業鏈，同時像中芯國際這種廠商很支持這種帶有國企背景的企業。北方華創需要做的主要是處理好與收購方的企業文化之間的平衡、技術的吸收。這個行業得到大廠商的支持非常重要，因此北方華創有自己的優勢，但也有國企的劣勢在。
盛美的獨到技術：兆聲波技術對于下游清洗主要的改進：PRE指標（顆粒去除良率）。有的設備顆粒清除效率在95%，加上兆聲波清洗技術之后，可能提升至97%，就這個指標來說，良率提升2個點，可能就為客戶節省幾百萬美金。
韓國m公司的獨到技術：對于某些特殊藥液，使用時會產生強烈的結晶，堵塞腔體。m有獨到的工藝降低結晶的產生，同時做到結晶的清除，從而減少人工維護措施。
清洗設備的核心壁壘：就盛美來說，從09做出第一件樣機到目前已經過去了8年時間，本身盛美具有自己的研發實力。對后入者來說，一、研發成本較高，一臺設備達到300萬-500萬美金不等；二、人力成本也較高；三、如果沒有自己獨到的技術，后期發展起來可能會引起國際上的專利糾紛等問題。
盛美與DNS的比較：包括盛美目前也都是還在追趕期，畢竟對于國際龍頭企業來說，都經過了10-20年的不斷研發投入、得到數據驗證。（類似20年前的汽車產業。）中國目前想要趕上DNS這樣的國際龍頭，可能還需要很長時間。（3年都不一定）因為除了資金問題，目前真正懂清洗設備和客戶需求的人才和技術目前都非常欠缺；本身龐大的清洗設備，涉及到非常多的技術細節、測試、上下游的供應商等，需要專業的人才和技術，單純靠砸錢，不一定能出成果。比如韓國，發展了這么多年，也還是沒有趕上東京電子和DNS。
客戶選擇設備的核心指標：
1）一般評價半導體清洗設備的指標是PRE（顆粒去除率）。到28nm以下工藝節點，良率80%與85%就能體現差距；盡管只提升3-5個百分點，但對于一個工廠來說，一個點的提高就可能是每月幾十至幾百萬美金的成本節約。14nm的工藝節點時，有些清洗設備可能清洗不掉顆粒，良率在40%，那么另一些設備清洗良率在60%，就體現差別。同時還有一些其他指標：
2）宕機時間。由于半導體行業是24小時全自動的，因此設備的可靠性要非常高，要95%的時間都能正常運行。
3）宕機之后的快速響應的時間。包括出了問題之后如何解決等等。
國內廠商的價格差距：如果盛美的產品搭配兆聲波清洗技術，價格會比別家高很多。如果不配兆聲波技術，主要是針對不同化學藥液，差距就不太明顯。因為盛美的核心零部件來自于美國、日本、韓國；如果至純科技采用韓國的技術，他的零部件供應商也來自韓國、日本。盛美某些零部件供應商與至純相重合，因此就硬部件來說差別不大。因此，如果不考慮兆聲波技術，單就洗液來說價格差距不大。但如果客戶要研究28nm、14nm，就適合搭配盛美的兆聲波技術，價格就會比較高。
國際廠商的價格差距：在同樣的配置下，價格大概至多有10%左右的差距。因為，1、有特殊的技術需要保護；2、產品原料多為進口，成本等沒有優勢，因此價格并沒有優惠很多。比如盛美的設備并不比日本的便宜，主要是因為材料多為日本進口，小部分從美國、韓國進口，采購成本并不比日本本土公司從日本買便宜，因此沒有原材料成本的優勢；唯一優勢可能是人力成本便宜一點。因此設備價格并沒有比DNS，Tel便宜很多。另外，設備比較難但從價格方面比較。尤其是盛美作為一家國際性的公司，并不是要打價格戰，盛美的價格也比較高。
在相同的價格水平下，國內廠商購買國內設備廠商的動力：
1）獨特的技術。比如盛美的兆聲波清理技術，到45nm以下具有顯著的優點，可以針對FinFET的3D工藝即非常精細的1.5-2nm的工藝也能進行清洗，并且不造成損傷。
2）可靠性：如果設備穩定，1-2個月不用維護，工廠也可以節省下來人力成本。
3）化學藥液的使用率。設備對化學藥液的濃度要求低的話，對客戶來說，節省客戶的藥液耗材成本。
4）成本和價格的優勢。如果成本能控制好，還是有很多廠商選擇。
5）后續服務。因為任何設備都有出現故障的幾率，因此出故障時的響應時間要迅速。同時要能針對客戶特殊的需求，做出設計的改變，進行定制化的服務。國際大廠不愿意進行定制化的服務，而且一般定制化的時間也很長。相對比，盛美的服務效率較高、技術在自己的手上，響應迅速。像北方華創和至純科技，如果可以做到技術在自己手上、利用本土優勢，也是有機會的，因為市場整體比較大。
其他關于清洗設備的關鍵問題：
清洗設備的生命周期：因為清洗設備一般都比較昂貴，一般能至少使用10年。因此新建工廠的投資一般比較大，折舊率較快，歷史上會存在大小年的情況。
清洗設備需要使用的耗材：就清洗設備本身，使用的化學藥液一是廠務提供、二是昂貴的藥液可以回收利用；對于不貴重的藥液用完就可以直接排掉。因此藥液的使用可以根據單腔用量的工藝時長和藥液的流量時間來進行估算。化學藥液本身用完就可以排放掉，或通過處理之后排放。其他耗材較為昂貴，有些設備每月要進行PM維護，每半年進行保養等，比如機械傳動類的地方軸承或槍體里面的吸盤等要作為耗材。其他設備很少作為耗材。
零部件進口依賴度：目前依賴度非常高。核心的零部件大部分主要掌握在日本、美國、荷蘭、韓國等。目前依賴程度最大的主要是日本，日本很多半導體零部件都處于優勢地位。具體來說，比如輸送化學藥液的高純泵、控制化學藥液流量精度的流量劑都是需要進口，行業寡頭主要還是日本。目前來說，因為90%的設備是從日本、韓國進口，美國的設備具有可替代性。在濕法設備上，美國進口的較少，壟斷地位較少，基本都可以替代。
零部件是否存在供應緊張：目前產業非常火熱，核心部件的交貨期延長。很多零部件工廠生產交期都排到了半年后甚至一年后。國內需求的大幅增長，對于國際占壟斷份額的大廠來說，訂單需求量相比較是最大的。從生產角度來說，要提前下訂單，做到安全庫存，有預見性。一般可以解決需求問題。
其他關于盛美的問題
國際客戶：最早的訂單來自于海力士。就目前國際客戶來看，主要集中在日本、韓國、臺灣和大陸。韓國市場由于進入了海力士，沒有進入三星；臺灣市場客戶是全球最大的代工廠和晶圓制造廠。同時在14、15年進入了臺灣一家做內存條、邏輯芯片的比較大的工廠，也是一個非常重要的客戶（通過查看臺灣前幾家的名單，就能找到）。由于盛美最早在美國成立，不排除將來還會進入美國。同時，公司已經開發了包括東南亞某些國家的一些客戶，已經進入到一家美資背景的東南亞工廠做驗證。
國內客戶：主流廠商基本上都有合作。從2017年的數據來看，大陸新增的工廠情況已經超過日本、臺灣、韓國。在2018年國家產業支持的背景下，國內大陸的份額會超過韓國、臺灣。目前，盛美在國內幾家大客戶的訂單已經超過海力士，而且多為重復性訂單，一次要求3-5臺，所以盛美可以宣布終端客戶一次達到幾千萬的訂單，并且客戶都要求在今年內完成交貨。主要還是因為盛美有自己的技術，同時有先發優勢，同時生產設計制造全在上海，所以整體來說，盛美具有國產化設備的優勢。
盛美的長期目標：盛美本身目標是希望做到全球領先的清洗設備，因為盛美是國際化的視野與本土化相結合。終極目標是清洗濕法設備達到1/3的市場份額，規模達到10億美金。目前來看，今年比去年有很大的增長，從已宣布的數據可以看出。
短期來看，由于國家扶持、產業增長，國內行業整體增速達50%-80%，盛美目前增長趨勢極為樂觀。18年上半年3月發布公告，得到某一客戶大單達3600萬美金，已達到去年全年水平；同時伴隨著18年客戶范圍的擴大，整體收入情況將呈現爆發式增長。
長期來看，對于盛美來說，目前用于前道的清洗設備占80%，還開發出用于封裝的設備。未來還會開發包括電鍍設備等比較昂貴的設備，盛美是一家非常注重研發的公司。因此，盛美不僅立足于清洗設備，還會對標日本DNS，進行自我吸收消化、研發，形成自己的產品鏈。dns是清洗設備的龍頭，同時還有光刻膠的涂膠設備、顯影設備等等，產品比較全。盛美目前的封裝設備也比較全面，是目前國內最大的封裝廠商江陰長電的供應商。盛美最近幾年，每年至少都會推出一款新產品。
盛美為什么在美國上市：98年盛美在美國成立，在美國有近10年的歷史，早期的股東、董事等是在美國。老板是美籍華人，也是千人計劃學者。后期隨著02專項等原因回國，回國之后接受國內張江創投、科投、大基金等投資。設在美國主要還是考慮到盛美的定位是做一個國際化的公司，定位在美國可以利用本土優勢。
盛美最近兩年是否得到產業基金的扶持包括下游客戶的扶持：有。如：一、上市前得到大基金的支持。二、是最早進入海力士的國內廠商，因此具有先發優勢，技術和工藝也很容易得到國內下游客戶的認可。三、身在上海、也是國產化的設備。
m之前與盛美的專利沖突：專利沖突主要集中在兆聲波技術。盛美注重知識產權保護，申請了很多專利保護。但由于mujin與盛美有共同的客戶，不可避免有專利的糾紛，最終由于客戶的原因可能會達成一定諒解和妥協。如果mujin不采用兆聲波技術，就不會產生侵權的行為。