近年來，5G商用化、人工智能、數據中心、物聯網、智慧城市、智能汽車等一系列新技術及終端市場的需求驅動，給予了半導體行業新的動能。同時，突如其來的疫情打破供給節奏，導致供應鏈中斷，疊加需求爆發以及地緣政治不確定性加劇供需失衡，全球半導體產業陷入了嚴重的缺貨潮，代工廠持續滿載下開啟擴產周期。
據國際半導體產業協會（SEMI）統計數據，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，數據來源：SEMI
半導體設備是指用于生產各類半導體產品所需的設備，主要可分為硅片生產過程設備、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工藝的不同工序里，屬于半導體行業產業鏈的支撐環節。
SEMI數據顯示，未來兩年內全球預計將新建29座晶圓廠，建成后新增產能為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，半導體設備市場規模持續提升，行業潛力巨大。
全球各地區2021/2022年新建代工廠數量（圖源：SEMI、民生證券研究院）
在巨大的市場規模和前景之下，半導體設備作為科技創新的硬件基礎，在全球產業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，經濟成本不斷攀升，晶圓制造、封測等產業鏈環節將面臨更高的技術挑戰，半導體企業對生產環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，各類材料中的雜質都可能會影響最終產品的性能、穩定性和良率。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，提高純度，從而保障芯片制造的每個環節中設備加工的良率。
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。化學品發生污染會影響生產效率，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節，對于包括半導體設備在內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，頗爾（Pall）在過去數十年間，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。據頗爾半導體設備業務負責人孟佳穎介紹，頗爾在半導體市場的業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，以實現功能、質量、節省成本和提高生產效率等方面的需求。
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生的顆粒、有機物、自然氧化層、金屬雜質等污染物去除，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節。
2020年清洗設備市場規模約為25.39億美元，清洗設備重要性日益凸顯，國內企業在此進展穩定。目前國內有盛美半導體、北方華創和至純科技等企業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，頗爾創新性研發了PTFE薄膜過濾產品，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，從而呈現超級濾留、大流量和低壓降特點。頗爾獨創的國際通用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，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%。國內企業則以芯源微為代表，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，其主要產品為用于后道先進封裝和 LED 制造等的涂膠顯影設備，產品進入主流大客戶。預計隨著IC和LED產能擴張，在持續的研發投入下，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系列產品擁有高精度、高潔凈度等優勢，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。刻蝕市場以干法工藝為主，本土企業發展較為成熟，國內刻蝕廠商主要包括中微公司、屹唐半導體和北方華創，近年整體業績持續增長，與國際先進企業差距逐漸縮小。刻蝕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。國內方面，華海清科已經實現12英寸CMP設備的量產，其設備已經銷向中芯國際、華虹集團等芯片制造客戶，國產化率為10%，已初步打破國外壟斷，但國產化率仍需提高，后續隨著更多產品驗證通過，其市占率有望持續提高。
在CMP設備領域，缺陷對產率產生不良影響，浪費客戶時間和金錢，是行業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）密度控制在規定的工藝參數范圍內，減少缺陷和實現工藝穩定性。PP深層過濾器使用業內頂尖的熔噴纖維制成，與其它熔噴產品相比，可減少缺陷。這些過濾器開發用于優化過濾器各區段的分級，確保在不同過濾器深度內穩定加載顆粒。
可以看到，頗爾的產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，過濾器產品必須與之同步發展，才能適應半導體產業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，在半導體設備不能輕易升級的情況下，過濾器產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，頗爾每到2-3年便會對其半導體材料過濾產品進行升級，推出與之相適應的完整解決方案，并始終致力于開發更高效、更經濟的產品，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
縱觀全球半導體產業的發展歷程，經歷了由美國向日本、向韓國和中國臺灣地區及中國大陸的幾輪產業轉移。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。
據統計，2020~2022年國內晶圓廠總投資金額約 1500/1400/1200億元，其中內資晶圓廠投資金額約1000/1200/1100億元，為國內晶圓廠投資額歷史新高，且未來還有新增項目的可能。
國內晶圓廠投資規模數據及預測（億元）
受益于企業產能擴展、晶圓廠擴張及國產化的穩步推進，中國半導體設備產業將迎來蓬勃發展。在國產化方面，受限于產業起步晚、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，國內半導體設備廠商產品線逐步完善，在各自優勢環節逐漸突破。
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展趨勢，也為了貼近國內本土客戶應用需求，頗爾繼續在中國加大投入力度，設立研發中心和生產基地，在中國進行生產、制造、研發，利用中國的供應鏈和人才基礎賦能行業客戶，旨在解決客戶在生產過程中的新需求。
孟佳穎指出，隨著中國半導體產業的發展，頗爾計劃將更多的過濾產品轉移到北京工廠進行生產。據介紹，頗爾微電子業務過去5年在中國的年平均增長率超過20%。可見，在頗爾為國內企業助力的同時，中國半導體產業的成長也為頗爾帶來了新的發展機會。
同時，作為一個全球化的企業，頗爾能夠提供給客戶的不僅僅是優質、可靠的產品，更重要的還有其對于客戶多樣化需求的了解。據孟佳穎介紹，頗爾微電子半導體設備團隊能夠提供“戰略合作”、“技術咨詢”、“培訓交流”等全方面服務。
·戰略合作：減少雜質缺陷，縮短工藝流程研發時間、過濾納米顆粒雜質， 提高成品 率、根據客戶需求開發先進技術，實現共贏互享。
·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、產品技術運用等。
能夠看到，在中國半導體產業蓬勃發展的浪潮中，頗爾正在加大對于本土市場的布局力度，通過豐富的產品組合、優異的產品性能以及全面的增值服務，給中國市場和客戶的快速發展提供助力，為國內半導體產業的進步添磚加瓦。
寫在最后
深入半導體設備產業能夠發現，藏在半導體細分領域背后的某些關鍵技術正在發揮著重要的作用。隨著產業的不斷升級和演進，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，愈發成為產業發展中不可忽視的一環。
頗爾作為該領域的重要參與者，默默耕耘數十載，持續為行業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略布局，頗爾將迎來更大的發展機遇。