半导体清洗设备产业研究：行业进入黄金发展期-国内企业实力强劲

1、半导体清洗设备产业研究：行业进入黄金发展期_国内企业实力强劲1. 新兴领域需求旺盛，半导体行业进入上行周期半导体产品按照制造技术分类可以分为集成电路和分立器件，根据 WSTS 统计，集成电 路占半导体总产值 80%以上。集成电路从功能、结构角度主要分为数字集成电路、模拟 集成电路与数/模混合集成电路三类。其中：数字集成电路主要与数字信号的产生、放大 和处理有关，数字信号即在时间和幅度上离散变化的信号；模拟集成电路主要与模拟信 号的产生、放大和处理有关，模拟信号即幅度随时间连续变化的信号，包括一切的感知， 譬如图像、声音、触感、温度、湿度等；数/模混合集成电路是指输入模拟或数字信号， 输出为数字

2、或模拟信号的集成电路。集成电路产业链主要包括核心产业链、支撑产业链以及需求产业链。核心产业链包括集 成电路设计、制造和封装测试，支撑产业链包括集成电路材料、设备、EDA、IP 核等， 需求产业链包括通讯产品领域、消费电子领域、计算机芯片领域、汽车/工业领域等。通 常在晶圆制造环节使用的设备被称为前道工艺设备，在封测环节使用的被称为后道工艺 设备。集成电路晶圆代工主要指以晶圆为原材料，借助载有电路信息的光掩模，运用光 刻和刻蚀等工艺流程，将电路布图集成于晶圆上。晶圆经过光刻和刻蚀等工艺流程的多 次循环，逐层集成，并经离子注入、退火、扩散、化学气相沉积、物理气相沉积、化学 机械研磨等流程，最终在晶

3、圆上实现特定的集成电路结构。半导体专用设备是生产各类半导体产品所需的生产设备，属于半导体行业产业链的支撑 环节，半导体设备的技术进步推动着半导体产业的发展。其中，半导体前道晶圆制造设 备主要包括氧化/扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积 设备、机械抛光设备等。1.1 5G 手机、自动驾驶和数据中心等新兴领域驱动半导体行业周期上行半导体行业是一个周期性较强的行业，主要由下游产品更新迭代来带动。在历史上，半 导体行业的快速增长都预示着电子产品的时代革新。在 2000 年，出现互联网流行带动台 式电脑的需求。在 2003 年，消费电子新品涌现，出现便携式 2G 手机。200

4、9 年，由苹果 带动的智能手机市场爆发。2016 年，各大通讯公司的平板电脑开始热销。在未来，半导 体行业下一轮的高速增长驱动因子将是：5G 手机、自动驾驶和数据中心等。半导体行业 起源于西方，在美国启蒙并快速发展。第一次产业转移由美国向日本转移。第二次由日 本向韩国、中国台湾转移。随着中国大陆下游电子产品需求的爆发式增长和一系列政策 的大力扶持，半导体产业中心正在由韩国、中国台湾向中国大陆转移。根据 WSTS 统计数据，2020 年全球半导体行业销售额达到 4404 亿美元，同比增长 6.8%， WSTS 预测在 2021 年，全球半导体行业销售额将达到 5272 亿美元，同比增长 19.7

5、%，全 球所有地区都将迎来正增长。1.2 产业配套政策先行，中国大陆半导体增速领跑全球中国大陆在半导体有着广泛的下游应用产品，覆盖通信及智能手机、电脑、工业、医疗、 消费电子、新能源汽车、物联网、5G 等。根据中国半导体行业协会统计数据，2020 年中 国大陆集成电路销售额 8848 亿元，同比增长 17%，较 2019 年增速有所提升，大体趋势 与世界保持一致，但增速明显高于世界平均水平，领跑全球。半导体在大陆的快速增长主要驱动力除了广阔的下游应用产品之外还有一系列产业政策 和政策性资本投入的刺激。国家自 2000 年起陆续出台了一系列法律法规和政策，从知识产权、税收、投融资、研究开发、进出

6、口、人才等方面给与本土半导体企业优惠政策。 2014 年国家成立集成电路产业投资基金一期，募集资金近 1400 亿元，投资范围覆盖 IC 设计、制造、封测、设备材料等各个环节，投资比重分别约为 20%、63%、10%、7%。 国家集成电路产业投资资金二期已于 2019 年 10 约注册成立，注册资本为 2,041.5 亿元， 将给大陆集成电路发展带来新一轮资本注入的热潮。2. 半导体先进制程快速发展，国产设备有望延续高景气中国大陆半导体设备需求自 2012 年以来增速明显，在 2019 年全球半导体需求低迷的大 环境下，国内半导体设备需求实现逆势增长，增幅约 2.59%。根据日本半导体制造装置

7、协 会数据统计，2020 年全球半导体制造设备销售额达 711.8 亿美元，较 2019 年的 597.6 亿 美元同比增加 19%，较 2018 年的 646 亿美元的历史高点下降了 10。其中中国大陆以 187.2 亿美元的销售额排名第一，占比为 26.3%，占比持续提升。中国台湾地区位列第二， 销售额为 171.5 亿美元，占比为 24.09%。韩国、日本、北美、欧洲分列 3-6 位，销售额 分别为 160.8、75.8、65.3 和 26.4 亿美元。根据万得数据统计，2009-2018 年，半导体制造设备总体需求增速明显，2018 年全球半导 体设备总销售额为 621 亿美元，其中晶

8、圆制造设备需求体量达 502 亿美元，占比超过 80%， 测试设备为 54 亿美元，封装设备为 40 亿美元。根据 SEMI 数据整理，在全球半导体设 备占比中，光刻、刻蚀及清洗、薄膜沉积、离子注入、过程控制及检测为关键工艺设备， 该等工艺设备价值在晶圆厂单条产线成本中占比较高，其中清洗设备占比约为 6%。2.1 半导体先进制程发展驱动设备支出加速增长随着半导体芯片技术结点的不断缩小，生产相同单位量的晶圆的设备投入呈加速上升趋 势。根据中芯国际招股书披露，5 纳米投资成本是 14 纳米的两倍以上，28 纳米的四倍以 上，其募集资金的约 81%将用来购置生产设备及安装，设备购置是晶圆厂建厂最主要

9、费 用支出。在 5G 需求的支撑下，SEMI 预测 2020 年及 2021 年全球半导体设备支出将继续保持增长 势头。预计中国大陆、中国台湾和韩国将加大半导体设备支出，其中中国大陆在晶圆代 工和存储领域的强劲支出有望使中国大陆在 2020 年和 2021 年的半导体设备支出分别达 到 173 和 166 亿美元，占比持续保持第一。2.2 本土晶圆厂建设持续加快，国产半导体设备有望延续高景气伴随着半导体产业的资本注入热潮，本土晶圆厂在建或规划的数量逐渐增加，半导体设 备的需求将进一步增长。根据 SEMI 数据统计，2017-2020 年期间，全球有 62 座新晶圆 厂投产，其中 26 座新晶圆

10、厂在中国大陆，占比达 42%。根据芯思想研究院的统计，2020 年后中国大陆晶圆厂建厂规划陆续出炉，主要晶圆厂有近 30 个扩产项目处于在建或规划 中，随着中国大陆半导体产业快速扩产，半导体设备产业有望延续高景气。3. 清洗工序贯穿重要工艺流程，半导体清洗设备重要性持续提升3.1 半导体清洗贯穿产业链重要工艺环节清洗是贯穿半导体产业链的重要工艺环节。在半导体硅片的制造过程中，需要清洗抛光 后的硅片，保证其表面平整度和性能，从而提高在后续工艺中的良品率；而在晶圆制造 工艺中要在光刻、刻蚀、沉积等关键工序前后进行清洗，去除晶圆沾染的化学杂质，减 小缺陷率；而在封装阶段，需根据封装工艺进行 TSV

11、清洗、UBM/RDL 清洗等。清洗工 序的技术是影响芯片成品率、品质及可靠性最重要的因素之一。清洗是指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、抛光残留物等杂质的工序，避免杂质影 响芯片良率和芯片产品性能。清洗步骤数量约占所有芯片制造工序步骤的 30%以上，是所有芯片制造工艺步骤中占比 最大的工序。随着半导体制造技术不断进步，半导体器件集成度不断提高，芯片工艺节 点在不断缩小。光刻、刻蚀、沉积等重复性工序步骤以倍速增长，因而清洗工序的数量 和重要性也随着提升，在实现相同芯片制造产能的情况下，对清洗设备的需求量也将快 速增长。

12、根据清洗介质的不同，目前半导体清洗技术主要分为湿法清洗和干法清洗两种工艺路线。 湿法清洗是针对不同的工艺需求，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，以去除晶圆制造过程中的颗粒、自然氧化层、有机物、金属污染、牺牲层、 抛光残留物等物质，可同时采用超声波、加热、真空等辅助技术手段；干法清洗是指不 使用化学溶剂的清洗技术，主要包括等离子清洗、超临界气相清洗、束流清洗等技术。 目前湿法清洗是主流的清洗技术路线，占芯片制造清洗步骤数量的 90%以上。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，其中单片清洗设备市

13、场份额占比最高。在集成电路制造的先进工艺中，单片清洗已逐步取代槽式清洗成为主流。首先，单片清 洗能够在整个制造周期提供更好的工艺控制，改善了单个晶圆和不同晶圆间的均匀性， 提高了产品良率；其次，更大尺寸的晶圆和更先进的工艺对于杂质更敏感，槽式清洗出 现交叉污染的影响会更大，进而危及整批晶圆的良率，会带来高成本的芯片返工支出。单片槽式组合清洗技术可以综合单片清洗和槽式清洗的优点，在提高清洗能力及效率的 同时，减少硫酸的使用量，在帮助客户降低成本的同时，符合国家节能减排的政策要求。3.2 全球半导体清洗设备市场空间持续扩张，行业集中度较高根据 Gartner 数据统计，2018 年全球半导体清洗设

14、备市场规模为 34.17 亿美元，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，全球半导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将达到 31.93 亿美元。根据 VLSI Research 数据统计，在 2019 年全球半导体设备企业排名中，半导体清洗设备 龙头迪恩士（DNS，日本）位列半导体设备行业第 7 名。根据盛美股份设备招股书披露， 全球半导体清洗设备市场高度集中，尤其在单片清洗设备领域，DNS、TEL、LAM、SEMES 四家公司合计

15、市占率高达 90%以上。国内业务涉及半导体清洗设备的公司除盛美股份外，还包括北方华创、至纯科技以及芯源微。目前中国大陆的清洗设备领域主要有盛美股份、 北方华创、芯源微、至纯科技等四家主要厂商，且专注的领域有所差异。其中，盛美股 份主要产品为集成电路领域的单片清洗设备，其中包括单片 SAPS 兆声波清洗设备、单 片 TEBO 兆声波清洗设备、单片背面清洗设备、单片前道刷洗设备、槽式清洗设备、单 片槽式组合清洗设备等，产品线较为丰富；北方华创收购美国半导体设备生产商 Akrion Systems LLC 之后主要产品为单片及槽式清洗设备；芯源微目前产品主要应用于集成电路 制造领域的单片式刷洗领域；

16、至纯科技具备生产 8-12 英寸高阶单晶圆湿法清洗设备和槽 式湿法清洗设备的相关技术，能够覆盖包括晶圆制造、先进封装、太阳能在内多个下游 行业的市场需求。3.3 迪恩士（DNS）-全球半导体清洗设备龙头迪恩士于 1943 年在日本京都成立，根据盛美股份招股说明书数据，迪恩士目前是全球半 导体清洗设备龙头企业，在全球半导体清洗设备市场市占率达 40%以上。公司业务覆盖 面较广泛，包括半导体制造设备、图形艺术设备、显示生产设备和涂装、印制电路板相 关设备。半导体制造设备营收占超 70%：2020 年，公司主营业务收入 3232 亿日元，其中半导体制 造设备营收为 2305 亿日元，占比为 71.2

17、1%。公司印刷电路板相关设备、图形艺术设备营 收及显示器制造及成膜设备和涂装业务营收分别为 101、455 和 352 亿日元，占比分别为 3.10%、14.24%和 10.84%。营业收入、净利润增速下滑：2014-2019 年，公司营业收入持续增长。2020 年，受疫情影 响，公司营业收入达 3232.5 亿日元，同比下降 11.25%。2014-2018 年，公司归母净利润 持续增长，自 2019 年起，呈下降趋势，2020 年公司净利润为50.1 亿日元，同比下降 72.26%。中国大陆为公司全球第三大市场：迪恩士经过 70 多年的发展，其业务范围已经覆盖了全 球各个地区，2020 年

18、其在中国大陆销售收入为 715 亿日元，营业收入占比为 21.91%，是 全球仅此于中国台湾及日本的第三大市场。盈利能力有所下降：2018-2020 年，公司毛利率及净利率均呈下降趋势。2020 年毛利率、 净利率分别为 23.69%、1.54%，主因为占营业收入比重最大的半导体制造设备营业利润 率下降所致。公司 ROE 及 ROA 有所下滑：2018 年以来，公司 ROE 及 ROA 有所下滑，2020ROE 及 ROA 分别为 2.91%和 1.40%，主要原因系公司净利润的下滑。4. 国产半导体清洗设备实力强劲，专注于细分市场目前国内能提供半导体清洗设备企业主要包括盛美股份、北方华创、芯

19、源微和至纯科技， 各专注的细分市场有所差异。其中，盛美股份主要产品为集成电路领域的单片清洗设备， 其中包括单片 SAPS 兆声波清洗设备、单片 TEBO 兆声波清洗设备、单片背面清洗设备、 单片前道刷洗设备、槽式清洗设备、单片槽式组合清洗设备等，产品线较为丰富；北方 华创收购美国半导体设备生产商 Akrion Systems LLC 之后主要产品为单片及槽式清洗设 备，可适用于技术节点为 65nm、28nm 工艺的芯片制造；芯源微目前产品主要应用于集 成电路制造领域的单片式刷洗领域；至纯科技具备生产 8-12 英寸高阶单晶圆湿法清洗设 备和槽式湿法清洗设备的相关技术，能够覆盖包括晶圆制造、先进

20、封装、太阳能在内多 个下游行业的市场需求。4.1 盛美股份-国内半导体清洗设备龙头盛美股份主要从事半导体专用设备的研发、生产和销售，主要产品包括半导体清洗设备、 半导体电镀设备和先进封装湿法设备。公司通过自主研发的单片兆声波清洗技术、单片 槽式组合清洗技术、电镀技术、无应力抛光技术和立式炉管技术等，向全球晶圆制造、 先进封装及其他客户提供定制化的设备及工艺解决方案。上市募资重点拓展半导体设备研发与制造。公司于 2020 年 9 月 18 号发布科创板首次公开 发行股票招股说明书，拟发行 4,335.58 万股，拟使用募集资金 70,000 万元投资半导体设 备研发与制造中心，45,000 万元

21、投资高端半导体设备研发项目。半导体设备研发与制造 中心项目拟在上海临港新片区新建半导体集成电路设备研发与制造中心，项目计划于 2023 年投入使用，公司全部产能将迁移至该新建研发制造中心，为公司今后的快速发展 打下坚实的基础。半导体高端设备研发项目重点对公司现有或未来主要产品及核心技术 的进一步开发、升级及创新，主要方向有 TEBO 兆声波清洗设备的技术改进与研发、Tahoe单片槽式组合清洗设备技术改进与研发、背面清洗设备技术改进与研发、前道刷洗设备 技术改进与研发及无应力抛光设备技术改进与研发。公司清洗设备研发成果突出，已获国内外主流半导体厂商认可。公司成功研发出全球首创的 SAPS、TEB

22、O 兆声波技术和 Tahoe 单片槽式组合清洗技术，可应用于 45nm 及以下技术 节点的晶圆清洗领域，有效解决刻蚀后有机沾污和颗粒的清洗难题，同时大幅减少浓硫 酸等化学试剂使用。公司已发展成为具有国际竞争力的半导体专用设备供应厂商，产品 得到众多国内外主流半导体产商得认可，并取得良好的市场口碑。半导体单片清洗设备营收快速提升：公司产品主要分为半导体清洗设备、半导体电镀设备 和先进封装湿法设备三大类，为了进一步扩大公司可覆盖的半导体专用设备市场规模， 2018 年公司在湿法工艺的基础上，开始干法设备的研发，并于 2020 年推出了立式炉管设 备，进一步丰富了公司的产品线，扩大了公司产品覆盖的市

23、场领域。其中半导体单片清 洗设备为公司最主要收入来源。2020 年公司半导体清洗设备销售收入 8.16 亿元，营收占 比为 81%，先进封装湿法设备、半导体电镀设备、立式炉管设备销售收入分别为 9856.51、 5290.13、758.90 万元。清洗设备种类丰富，产品核心竞争力强。公司先后开发了单片清洗、槽式清洗以及单片槽 式组合清洗设备，用于芯片制造的前道铜互连电镀设备、后道先进封装电镀设备，以及 用于先进封装的湿法刻蚀设备、涂胶设备、显影设备、去胶设备、无应力抛光设备及立 式炉管系列设备等。公司兆声波单片清洗设备 SAPS 技术已应用于逻辑 28nm 技术节点及DRAM 19nm 技术节

24、点，并可拓展至逻辑芯片 14nm、DRAM 17/16nm 技术节点、32/64/128 层 3D NAND。兆声波单片清洗设备 TEBO 技术主要针对 45nm 及以下图形晶圆的无损伤 清洗，目前已应用于逻辑芯片 28nm 技术节点，已进行 16-19nm DRAM 工艺图形晶圆的 清洗工艺评估，并可拓展至 14nm 逻辑芯片及 nm 级 3D FinFET 结构、高深宽比 DRAM 产品及多层堆叠 3D NAND 等产品中，在 DRAM 上有 70 多步应用，而在逻辑电路 FinFET 结构清洗中有 10 多步应用。营业收入、归母净利润快速增长：2017-2019 年，盛美股份营业收入、净

25、利润增长较快， 其中 2019 年营业收入约为 7.57 亿元，同比增长 37.52%，2019 年净利润约为 1.35 亿元， 同比增长45.87%。2020年在全球半导体行业降温的大环境下，公司实现了逆势高速增长， 主因为公司半导体清洗设备收入、半导体电镀设备以及先进封装湿法设备收入均实现增 长所致。2020 年公司营业收入为 10.07 亿元，同比增长 33.13%，净利润为 1.97 亿元，同 比增长 45.88%，业绩有望持续快速增长。毛利率维持较高水平，净利率稳定：公司自 2017 以来，销售毛利率维持在较高水平，为 44%左右，净利率维持在 17%左右。公司半导体清洗设备毛利率平

26、稳且保持在较高水平， 为 45%左右，主因为产品相对成熟，定制化程度高，产品在国内市场具有绝对优势，在 国际市场具有较强的竞争优势。2020 年公司毛利率为 43.78%，净利率为 19.53%，毛利 率小幅下降，净利率小幅上升。分业务来看，2020 年半导体清洗设备、先进封装湿法设 备、半导体电镀设备和立式炉管设备业务毛利率分别为 45.01%、34.07%、24.65%和 26.10%。 2020 年公司 ROE 及 ROA 分别为 21.20%和 12.49%，较 2019 年持续下滑。主要系公司实 施了两轮股权融资，净资产规模扩大所致。4.2 北方华创-国内半导体核心设备龙头北方华创科

27、技集团股份有限公司是由北京七星华创电子股份有限公司和北京北方微电子 基地设备工艺研究中心有限责任公司战略重组而成，是目前国内集成电路高端工艺装备 的先进企业。北方华创主要从事基础电子产品的研发、生产、销售和技术服务，主要产 品为电子工艺装备和电子元器件，是国内主流高端电子工艺装备供应商，也是重要的高 精密、高可靠电子元器件生产基地。公司在多年业务发展过程中，积累了大量的电子工 艺装备及电子元器件核心技术，形成了以刻蚀技术、薄膜技术、清洗技术、精密气体计 量及控制技术、真空热处理技术、晶体生长技术和高可靠电子元器件技术等为主的核心 技术体系。公司已建立起丰富而有竞争力的产品体系，广泛应用于半导体

28、、材料生长及 热处理、新能源、航空航天、铁路和船舶等领域。工艺装备主要包括半导体装备、真空 装备和锂电装备，广泛应用于集成电路、半导体照明、功率器件、微机电系统、先进封 装、光伏、新型显示、真空电子、新材料、锂离子电池等领域；电子元器件主要包括电 阻、电容、晶体器件、微波组件、模块电源、混合集成电路，广泛应用于航空航天、精 密仪器仪表、自动控制等高、精、尖特种行业领域。半导体清洗设备方面，公司主要清洗设备产品为单片及槽式清洗设备，产品可用于集成 电路制造领域 28nm 及以上工艺节点的单片式化学清洗（不含高温化学工艺）、集成电路 后道先进封装、MEMS 等领域。4.3 芯源微-国内涂胶/显影机

29、设备领先者芯源微主要从事半导体专用设备的研发、生产和销售，产品包括光刻工序涂胶显影设备 （涂胶/显影机、喷胶机）和单片式湿法设备（清洗机、去胶机、湿法刻蚀机），产品可用 于 6 英寸及以下单晶圆处理（如 LED 芯片制造环节）及 8/12 英寸单晶圆处理（如集成电路制造前道晶圆加工及后道先进封装环节）。公司生产的涂胶/显影机成功打破国外厂商垄 断并填补国内空白，其中在 LED 芯片制造及集成电路制造后道先进封装等环节，作为国 内厂商主流机型已成功实现进口替代；通过多年的技术研发、实践应用积累以及持续承 担国家 02 重大专项，公司成功突破了应用于集成电路制造前道晶圆加工环节的涂胶显影 设备技术

30、，公司生产的涂胶显影设备产品成功打破国外厂商垄断并填补国内空白，其中， 在集成电路前道晶圆加工环节，作为国产化设备已逐步得到验证及应用，实现小批量替 代；在集成电路制造后道先进封装、化合物、MEMS、LED 芯片制造等环节，作为国内 厂商主流机型已广泛应用在国内知名大厂，成功实现进口替代。半导体清洗设备方面，公司生产的清洗机通过自主研发的二流体喷嘴技术可将附着在晶 圆表面的细微颗粒污染物去除，去除率超过 95%。公司生产的清洗机可搭载高压喷嘴、 超/兆声波喷嘴、二流体喷嘴、化学品喷嘴、毛刷等多种清洗方式，能够满足集成电路制 造前道晶圆加工环节 90nm 以上工艺制程的清洗要求以及后道先进封装环

31、节绝大部分清 洗工艺的要求。根据芯源微 2020 年年报披露，公司生产的集成电路前道晶圆加工领域用 清洗机 Spin Scrubber 设备的各项指标均得到明显改善或提升，已经达到国际先进水平。 各项指标均得到明显改善或提升，已经达到国际先进水平并成功实现进口替代。该类设 备已在中芯国际、上海华力、厦门士兰集科等多个客户处通过工艺验证，并在获得国内 多家 Fab 厂商的批量重复订单。在晶圆正反面清洗技术方面，颗粒去除能力由原来 的90nm 水平提升至40nm 水平。；可满足 28nm 制程的技术要求并在客户端稳定运行； 内部微环境精确控 制技术已经与国际一流企业持平。4.4 至纯科技-国内高纯工艺龙头至纯科技主营业务主要包括高纯工