近年來，5G 商用化、人工智能、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智能汽車等一系列新技術及終端市場的需求驅(qū)動，給予了半導體行業(yè)新的動能。同時，突如其來的疫情打破供給節(jié)奏，導致供應鏈中斷，疊加需求爆發(fā)以及地緣政治不確定性加劇供需失衡，全球半導體產(chǎn)業(yè)陷入了嚴重的缺貨潮，代工廠持續(xù)滿載下開啟擴產(chǎn)周期。

據(jù)國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）統(tǒng)計數(shù)據(jù)，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%。

2016-2022 年晶圓廠設備支出，數(shù)據(jù)來源：SEMI

半導體設備是指用于生產(chǎn)各類半導體產(chǎn)品所需的設備，主要可分為硅片生產(chǎn)過程設備、晶圓制造過程設備、封測過程設備以及輔助設備等。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(chǎn)工藝的不同工序里，屬于半導體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的支撐環(huán)節(jié)。

SEMI 數(shù)據(jù)顯示，未來兩年內(nèi)全球預計將新建 29 座晶圓廠，建成后新增產(chǎn)能為 260 萬片晶圓 / 月 ( 按 8 英寸晶圓折算 ) 。綜合來看，全球晶圓廠積極擴產(chǎn)，半導體設備市場規(guī)模持續(xù)提升，行業(yè)潛力巨大。

全球各地區(qū) 2021/2022 年新建代工廠數(shù)量

（圖源：SEMI、民生證券研究院）

在巨大的市場規(guī)模和前景之下，半導體設備作為科技創(chuàng)新的硬件基礎，在全球產(chǎn)業(yè)鏈中的價值和重要性凸顯。后摩爾時代芯片制程壓縮空間逐步達到上限，經(jīng)濟成本不斷攀升，晶圓制造、封測等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)將面臨更高的技術挑戰(zhàn)，半導體企業(yè)對生產(chǎn)環(huán)境以及機臺上所需材料的潔凈程度都提出了極高的要求。

晶圓代工廠工藝制程路線圖

（圖源：DIGITIMES）

過濾技術如何賦能半導體設備？

在半導體設備中，無論是通過氣體、化學品還是水，各類材料中的雜質(zhì)都可能會影響最終產(chǎn)品的性能、穩(wěn)定性和良率。因此，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，以此來去除雜質(zhì)，提高純度，從而保障芯片制造的每個環(huán)節(jié)中設備加工的良率。

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。化學品發(fā)生污染會影響生產(chǎn)效率，甚至影響芯片良率。因此污染控制是半導體制造中最重要的問題之一。而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。

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

作為全球過濾、分離和凈化方面的領軍企業(yè)，頗爾（Pall）在過去數(shù)十年間，一直致力于利用其尖端的膜技術，服務微電子和半導體市場。據(jù)頗爾半導體設備業(yè)務負責人孟佳穎介紹，頗爾在半導體市場的業(yè)務覆蓋了芯片制造的各個關鍵工藝，半導體制造商選擇頗爾過濾、純化和分離解決方案，廣泛用于涵蓋各類半導體設備中用到的化學品、氣體、水、研磨液和光阻等各類工藝消耗品，以實現(xiàn)功能、質(zhì)量、節(jié)省成本和提高生產(chǎn)效率等方面的需求。

晶圓加工的過濾、分離和純化

（圖片來自：頗爾 Pall）

清洗設備

清洗設備是將晶圓表面上產(chǎn)生的顆粒、有機物、自然氧化層、金屬雜質(zhì)等污染物去除，以獲得所需潔凈表面的工藝設備。目前已廣泛應用于集成電路制造工藝中的成膜前 / 成膜后清洗、等離子刻蝕后清洗、離子注入后清洗、化學機械拋光后的清洗和金屬沉積后清洗等各個步驟，幾乎所有制程的前后都需要清洗環(huán)節(jié)。

2020 年清洗設備市場規(guī)模約為 25.39 億美元，清洗設備重要性日益凸顯，國內(nèi)企業(yè)在此進展穩(wěn)定。目前國內(nèi)有盛美半導體、北方華創(chuàng)和至純科技等企業(yè)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。

在清洗設備中，頗爾創(chuàng)新性研發(fā)了 PTFE 薄膜過濾產(chǎn)品，使得半導體制造商能夠滿足最先進的設備制造過程的嚴格化學過濾要求，可控制關鍵的顆粒尺寸以及保持關鍵流體純度，達到 2nm 的過濾精度。

HAPAS 聚砜膜過濾器可有效用于各種稀釋和腐蝕性化學品，該濾膜具有高非對稱性的聚芳砜微孔結構，降低從上游到下游表面的尺寸，從而呈現(xiàn)超級濾留、大流量和低壓降特點。頗爾獨創(chuàng)的國際通用 GNP 檢測標準顯示可濾留低至 2nm 的過濾精度，成本遠低于同精度 PTFE 產(chǎn)品。

后摩爾時代，隨著芯片制程壓縮，清洗工藝在良率保護、有效清潔、精確度等方面發(fā)揮愈加重要的作用，受益于芯片精度的高要求和沉積、刻蝕、光刻工藝的加強，預計清洗設備市場將迎來新一輪增長。

涂膠顯影設備

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，預計到 2022 年有望超過 25 億美元。

全球范圍內(nèi)，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(nèi)企業(yè)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，其主要產(chǎn)品為用于后道先進封裝和 LED 制造等的涂膠顯影設備，產(chǎn)品進入主流大客戶。預計隨著 IC 和 LED 產(chǎn)能擴張，在持續(xù)的研發(fā)投入下，芯源微有望完成技術突破和市場突圍。

在涂膠顯影設備領域，頗爾 HDPE 系列產(chǎn)品擁有高精度、高潔凈度等優(yōu)勢，過濾精度可達 sub 1nm；此外，Nylon6,6 系列過濾器具有高非對稱性、大流量特點，擁有獨特的極性，可吸附凝膠等特性，其可過濾精度低至 2nm。

刻蝕設備

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?？涛g市場以干法工藝為主，本土企業(yè)發(fā)展較為成熟，國內(nèi)刻蝕廠商主要包括中微公司、屹唐半導體和北方華創(chuàng)，近年整體業(yè)績持續(xù)增長，與國際先進企業(yè)差距逐漸縮小?？涛g設備近年來增速顯著，2022 年有望達到 183.9 億美元。

在刻蝕設備中，頗爾的 Nickel Media 系列氣體過濾器，擁有高精度、高流量、強耐腐蝕性等優(yōu)良特性，采用先進的過濾技術，膜的性能和性價比得以改進和提高，可用于清除污染物。PTFE Media 系列氣體過濾器耐高溫高壓，具有小于 1/25 mm 直徑的緊湊尺寸，濾除能力低至 3 納米，能夠迅速清除顆粒物。

化學機械研磨設備

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(xiàn)晶圓表面的平坦化。CMP 設備分為拋光、清洗和傳送三大模塊，其關鍵難點在于精密的機械控制。

2019 年，全球 CMP 設備市場規(guī)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(nèi)方面，華海清科已經(jīng)實現(xiàn) 12 英寸 CMP 設備的量產(chǎn)，其設備已經(jīng)銷向中芯國際、華虹集團等芯片制造客戶，國產(chǎn)化率為 10%，已初步打破國外壟斷，但國產(chǎn)化率仍需提高，后續(xù)隨著更多產(chǎn)品驗證通過，其市占率有望持續(xù)提高。

在 CMP 設備領域，缺陷對產(chǎn)率產(chǎn)生不良影響，浪費客戶時間和金錢，是行業(yè)工程師要處理的最重要的問題之一。對此，頗爾 CMP 過濾器通過控制漿料顆粒尺寸和濃度，可實現(xiàn)許多不同半導體工藝性能的最大化，將漿料顆粒尺寸、形狀和大顆粒（LPC）密度控制在規(guī)定的工藝參數(shù)范圍內(nèi)，減少缺陷和實現(xiàn)工藝穩(wěn)定性。PP 深層過濾器使用業(yè)內(nèi)頂尖的熔噴纖維制成，與其它熔噴產(chǎn)品相比，可減少缺陷。這些過濾器開發(fā)用于優(yōu)化過濾器各區(qū)段的分級，確保在不同過濾器深度內(nèi)穩(wěn)定加載顆粒。

可以看到，頗爾的產(chǎn)品和解決方案能夠應用在各類半導體設備上，滿足各類關鍵的流體管理需求。

孟佳穎表示，隨著工藝的不斷演進，其所用到的半導體材料和設備性能也在不斷提高，過濾器產(chǎn)品必須與之同步發(fā)展，才能適應半導體產(chǎn)業(yè)在前瞻性和潔凈度把控上的要求。同時，終端客戶的需求給機臺廠商提出了更高的挑戰(zhàn)，在半導體設備不能輕易升級的情況下，過濾器產(chǎn)品成為滿足市場和客戶需求的保障來源。為了應對這一挑戰(zhàn)，頗爾每到 2-3 年便會對其半導體材料過濾產(chǎn)品進行升級，推出與之相適應的完整解決方案，并始終致力于開發(fā)更高效、更經(jīng)濟的產(chǎn)品，以滿足各種裝備和相關應用的需要。

頗爾，立足中國，服務中國

縱觀全球半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，經(jīng)歷了由美國向日本、向韓國和中國臺灣地區(qū)及中國大陸的幾輪產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。目前中國大陸正處于新一輪快速崛起的進程中，已成為全球最重要的半導體應用和消費市場之一。

據(jù)統(tǒng)計，2020~2022 年國內(nèi)晶圓廠總投資金額約 1500/1400/1200 億元，其中內(nèi)資晶圓廠投資金額約 1000/1200/1100 億元，為國內(nèi)晶圓廠投資額歷史新高，且未來還有新增項目的可能。

國內(nèi)晶圓廠投資規(guī)模數(shù)據(jù)及預測（億元）

受益于企業(yè)產(chǎn)能擴展、晶圓廠擴張及國產(chǎn)化的穩(wěn)步推進，中國半導體設備產(chǎn)業(yè)將迎來蓬勃發(fā)展。在國產(chǎn)化方面，受限于產(chǎn)業(yè)起步晚、技術門檻高等問題，海外龍頭壟斷性較高，但當前設備國產(chǎn)化進程逐漸起航，在政策支持和全球市場格局改善趨勢下，國內(nèi)半導體設備廠商產(chǎn)品線逐步完善，在各自優(yōu)勢環(huán)節(jié)逐漸突破。

長期以來，頗爾一直致力于立足中國、服務中國。為了契合中國半導體發(fā)展趨勢，也為了貼近國內(nèi)本土客戶應用需求，頗爾繼續(xù)在中國加大投入力度，設立研發(fā)中心和生產(chǎn)基地，在中國進行生產(chǎn)、制造、研發(fā)，利用中國的供應鏈和人才基礎賦能行業(yè)客戶，旨在解決客戶在生產(chǎn)過程中的新需求。

孟佳穎指出，隨著中國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，頗爾計劃將更多的過濾產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到北京工廠進行生產(chǎn)。據(jù)介紹，頗爾微電子業(yè)務過去 5 年在中國的年平均增長率超過 20%?？梢姡陬H爾為國內(nèi)企業(yè)助力的同時，中國半導體產(chǎn)業(yè)的成長也為頗爾帶來了新的發(fā)展機會。

同時，作為一個全球化的企業(yè)，頗爾能夠提供給客戶的不僅僅是優(yōu)質(zhì)、可靠的產(chǎn)品，更重要的還有其對于客戶多樣化需求的了解。據(jù)孟佳穎介紹，頗爾微電子半導體設備團隊能夠提供 " 戰(zhàn)略合作 "、" 技術咨詢 "、" 培訓交流 " 等全方面服務。

戰(zhàn)略合作：減少雜質(zhì)缺陷，縮短工藝流程研發(fā)時間、過濾納米顆粒雜質(zhì) , 提高成品率、根據(jù)客戶需求開發(fā)先進技術，實現(xiàn)共贏互享。

技術咨詢：過濾技術及其運用、納米顆粒及重金屬離子的去除、缺陷的控制及防治等。

培訓交流：過濾基礎理論、材料的選擇及兼容、產(chǎn)品技術運用等。

能夠看到，在中國半導體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的浪潮中，頗爾正在加大對于本土市場的布局力度，通過豐富的產(chǎn)品組合、優(yōu)異的產(chǎn)品性能以及全面的增值服務，給中國市場和客戶的快速發(fā)展提供助力，為國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)的進步添磚加瓦。

寫在最后

深入半導體設備產(chǎn)業(yè)能夠發(fā)現(xiàn)，藏在半導體細分領域背后的某些關鍵技術正在發(fā)揮著重要的作用。隨著產(chǎn)業(yè)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(fā)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不可忽視的一環(huán)。

頗爾作為該領域的重要參與者，默默耕耘數(shù)十載，持續(xù)為行業(yè)貢獻著自身應有的實力和價值。相信隨著半導體市場的不斷壯大，以及其深入中國市場的戰(zhàn)略布局，頗爾將迎來更大的發(fā)展機遇。

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