半导体设备市场大热，产业链上过滤净化称为至关重要的...

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2022-08-23   环球过滤分离技术网 guolvfenlitech6

近年来，5G商用化、人工智能、数据中心、物联网、智慧城市、智能汽车等一系列新技术及终端市场的需求驱动，给予了半导体行业新的动能。同时，突如其来的疫情打破供给节奏，导致供应链中断，叠加需求爆发以及地缘政治不确定性加剧供需失衡，全球半导体产业陷入了严重的缺货潮，代工厂持续满载下开启扩产周期。

据国际半导体产业协会（SEMI）统计数据，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%。


2016-2022年晶圆厂设备支出，数据来源：SEMI
半导体设备是指用于生产各类半导体产品所需的设备，主要可分为硅片生产过程设备、晶圆制造过程设备、封测过程设备以及辅助设备等。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。

SEMI数据显示，未来两年内全球预计将新建29座晶圆厂，建成后新增产能为260万片晶圆/月(按8英寸晶圆折算)。综合来看，全球晶圆厂积极扩产，半导体设备市场规模持续提升，行业潜力巨大。



全球各地区2021/2022年新建代工厂数量（图源：SEMI、民生证券研究院）
在巨大的市场规模和前景之下，半导体设备作为科技创新的硬件基础，在全球产业链中的价值和重要性凸显。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。



晶圆代工厂工艺制程路线图（图源：DIGITIMES）

过滤技术如何赋能半导体设备？

在半导体设备中，无论是通过气体、化学品还是水，各类材料中的杂质都可能会影响最终产品的性能、稳定性和良率。因此，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，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。
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。化学品发生污染会影响生产效率，甚至影响芯片良率。因此污染控制是半导体制造中最重要的问题之一。而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。
可以说，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。
作为全球过滤、分离和净化方面的领军企业，颇尔（Pall）在过去数十年间，一直致力于利用其尖端的膜技术，服务微电子和半导体市场。据颇尔半导体设备业务负责人孟佳颖介绍，颇尔在半导体市场的业务覆盖了芯片制造的各个关键工艺，半导体制造商选择颇尔过滤、纯化和分离解决方案，广泛用于涵盖各类半导体设备中用到的化学品、气体、水、研磨液和光阻等各类工艺消耗品，以实现功能、质量、节省成本和提高生产效率等方面的需求。



晶圆加工的过滤、分离和纯化（图片来自：颇尔Pall）

清洗设备

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。目前已广泛应用于集成电路制造工艺中的成膜前/成膜后清洗、等离子刻蚀后清洗、离子注入后清洗、化学机械抛光后的清洗和金属沉积后清洗等各个步骤，几乎所有制程的前后都需要清洗环节。
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。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。



在清洗设备中，颇尔创新性研发了PTFE薄膜过滤产品，使得半导体制造商能够满足最先进的设备制造过程的严格化学过滤要求，可控制关键的颗粒尺寸以及保持关键流体纯度，达到2nm的过滤精度。
HAPAS聚砜膜过滤器可有效用于各种稀释和腐蚀性化学品，该滤膜具有高非对称性的聚芳砜微孔结构，降低从上游到下游表面的尺寸，从而呈现超级滤留、大流量和低压降特点。颇尔独创的国际通用GNP检测标准显示可滤留低至2nm的过滤精度，成本远低于同精度PTFE产品。
后摩尔时代，随着芯片制程压缩，清洗工艺在良率保护、有效清洁、精确度等方面发挥愈加重要的作用，受益于芯片精度的高要求和沉积、刻蚀、光刻工艺的加强，预计清洗设备市场将迎来新一轮增长。

涂胶显影设备

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，预计到2022年有望超过25亿美元。
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，其主要产品为用于后道先进封装和 LED 制造等的涂胶显影设备，产品进入主流大客户。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。
在涂胶显影设备领域，颇尔HDPE系列产品拥有高精度、高洁净度等优势，过滤精度可达sub 1nm；此外，Nylon6,6系列过滤器具有高非对称性、大流量特点，拥有独特的极性，可吸附凝胶等特性，其可过滤精度低至2nm。

刻蚀设备

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。

在刻蚀设备中，颇尔的Nickel Media系列气体过滤器，拥有高精度、高流量、强耐腐蚀性等优良特性，采用先进的过滤技术，膜的性能和性价比得以改进和提高，可用于清除污染物。PTFE Media系列气体过滤器耐高温高压，具有小于1/25 mm直径的紧凑尺寸，滤除能力低至3纳米，能够迅速清除颗粒物。

化学机械研磨设备

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。CMP设备分为抛光、清洗和传送三大模块，其关键难点在于精密的机械控制。
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，其设备已经销向中芯国际、华虹集团等芯片制造客户，国产化率为10%，已初步打破国外垄断，但国产化率仍需提高，后续随着更多产品验证通过，其市占率有望持续提高。
在CMP设备领域，缺陷对产率产生不良影响，浪费客户时间和金钱，是行业工程师要处理的最重要的问题之一。对此，颇尔CMP过滤器通过控制浆料颗粒尺寸和浓度，可实现许多不同半导体工艺性能的最大化，将浆料颗粒尺寸、形状和大颗粒（LPC）密度控制在规定的工艺参数范围内，减少缺陷和实现工艺稳定性。PP深层过滤器使用业内顶尖的熔喷纤维制成，与其它熔喷产品相比，可减少缺陷。这些过滤器开发用于优化过滤器各区段的分级，确保在不同过滤器深度内稳定加载颗粒。

可以看到，颇尔的产品和解决方案能够应用在各类半导体设备上，满足各类关键的流体管理需求。

孟佳颖表示，随着工艺的不断演进，其所用到的半导体材料和设备性能也在不断提高，过滤器产品必须与之同步发展，才能适应半导体产业在前瞻性和洁净度把控上的要求。同时，终端客户的需求给机台厂商提出了更高的挑战，在半导体设备不能轻易升级的情况下，过滤器产品成为满足市场和客户需求的保障来源。为了应对这一挑战，颇尔每到2-3年便会对其半导体材料过滤产品进行升级，推出与之相适应的完整解决方案，并始终致力于开发更高效、更经济的产品，以满足各种装备和相关应用的需要。

颇尔，立足中国，服务中国

纵观全球半导体产业的发展历程，经历了由美国向日本、向韩国和中国台湾地区及中国大陆的几轮产业转移。目前中国大陆正处于新一轮快速崛起的进程中，已成为全球最重要的半导体应用和消费市场之一。
据统计，2020~2022年国内晶圆厂总投资金额约 1500/1400/1200亿元，其中内资晶圆厂投资金额约1000/1200/1100亿元，为国内晶圆厂投资额历史新高，且未来还有新增项目的可能。



国内晶圆厂投资规模数据及预测（亿元）
受益于企业产能扩展、晶圆厂扩张及国产化的稳步推进，中国半导体设备产业将迎来蓬勃发展。在国产化方面，受限于产业起步晚、技术门槛高等问题，海外龙头垄断性较高，但当前设备国产化进程逐渐起航，在政策支持和全球市场格局改善趋势下，国内半导体设备厂商产品线逐步完善，在各自优势环节逐渐突破。
长期以来，颇尔一直致力于立足中国、服务中国。为了契合中国半导体发展趋势，也为了贴近国内本土客户应用需求，颇尔继续在中国加大投入力度，设立研发中心和生产基地，在中国进行生产、制造、研发，利用中国的供应链和人才基础赋能行业客户，旨在解决客户在生产过程中的新需求。
孟佳颖指出，随着中国半导体产业的发展，颇尔计划将更多的过滤产品转移到北京工厂进行生产。据介绍，颇尔微电子业务过去5年在中国的年平均增长率超过20%。可见，在颇尔为国内企业助力的同时，中国半导体产业的成长也为颇尔带来了新的发展机会。

同时，作为一个全球化的企业，颇尔能够提供给客户的不仅仅是优质、可靠的产品，更重要的还有其对于客户多样化需求的了解。据孟佳颖介绍，颇尔微电子半导体设备团队能够提供“战略合作”、“技术咨询”、“培训交流”等全方面服务。

战略合作：减少杂质缺陷，缩短工艺流程研发时间、过滤纳米颗粒杂质, 提高成品率、根据客户需求开发先进技术，实现共赢互享。

技术咨询：过滤技术及其运用、纳米颗粒及重金属离子的去除、缺陷的控制及防治等。

培训交流：过滤基础理论、材料的选择及兼容、产品技术运用等。

能够看到，在中国半导体产业蓬勃发展的浪潮中，颇尔正在加大对于本土市场的布局力度，通过丰富的产品组合、优异的产品性能以及全面的增值服务，给中国市场和客户的快速发展提供助力，为国内半导体产业的进步添砖加瓦。
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