晶圓再生：針對檔控片進行回收加工，是材料成本管理的重要一環
晶圓製程中控片擋片起監控測試和維持穩定作用，為必需部件。矽片按照在晶圓廠的應用場景不同，可以分為兩大類：（1）正片（Prime Wafer），被直接用於半導 體加工，包括拋光片、外延片等；（2）用於監控測試的矽片，包括控片（monitor wafers）、 擋片（dummy wafers）/測試晶片（Test Wafer）。
製造晶圓的精細要求極高，矽片表面的平整度將直接關係到晶片的性能質量，所以晶圓廠需要時刻對製造設備的性能進行監測測試以及維持穩定，以保證最終的成品率。由於這些測試和維持穩定都是破壞性的，直接使用產品測試以及維持穩定的成本較高，於是廠商一般會使用較便宜的無圖形矽片，這些用於測試和維持穩定的無 圖形矽片就是控片和擋片。
控片主要用來監控機臺的製程能力是否穩定、生產環境是否潔淨。透過使用控片，可以對離子注入、薄膜沉積、光刻、刻蝕和研磨等製程中的例如電阻率、薄膜沉積速率、刻蝕速率、研磨速率以及均勻性等進行監測。簡單來說，需要量測的就屬於控片。測試方式包括離線測試和線上測試兩種。離線測試是指在正式生產之前，先用控片測試，透過控片的測試結果來看機臺的工藝是否符合標準。線上測試是指控片和產品一起進入生產線，透過控片最後的效果來判斷這一批生產是否符合標準。
擋片的作用主要是維持機臺的穩定性。使用對象包括爐管、暖機擋片、傳送擋片等。在爐管中，擋片被用於隔絕製程條件較差的地方以及填充產品不足時空出的位置，對爐管內的氣流進行阻擋分層並使爐管內溫度均勻分佈，從而使氣流中的反應氣體與被加工矽片均勻接觸、均勻受熱，發生化學物理反應，沉澱或生長均勻的高質量薄膜。
擋控片用量大，且隨著製程推進，需求有擴大趨勢，推動晶圓再生需求。在前段制 程中，為了維持產品良率，擋控片大量被使用。一般而言在每道製程都需要擋控片 以追求產品正常。而隨著晶圓廠製程的推進，基於精度要求及良率的考量，需要在 生產過程中增加監控頻率。根據觀研網的資料，65nm製程的晶圓代工廠每10片正片需要加6片擋控片，28nm及以下的製程每10片正片需要加15-20片擋控片。
擋控片的來源可分為全新晶圓以及再生晶圓。（1）全新晶圓：一般是由晶棒兩側品 質較差處所切割出來。（2）可再生晶圓（Reclaimed Wafer）：指那些回收重複利用的擋控片。由於擋控片的消耗量大，如果每次都要用全新的擋控片則測試成本過高，於是就有了晶圓再生。晶圓再生就是將用過的擋片，控片回收，經過化學浸泡，物理研磨等處理方法將擋片、控片表面因測試而產生的氧化膜、金屬顆粒殘留等去掉，使他們能夠重新具備測試和穩定機臺穩定性的功能。
擋控片的使用存在分級制，由於使用次數或者製造程序都會影響到晶圓的品質，從全新晶圓下線後，需要經過回收站清洗以判斷其等級，如果品質已受到影響，則會被降級為次等級晶圓提供給較後段的或較易汙染的製程使用，但若使用到一定程度後，其規格已經無法再度被運用時，便會決定委外研磨或者報廢。一般來說，擋片透過研磨拋光可以進行重複使用，循環次數在5次左右；控片則需要根據具體情況，用在某些特殊製程的控片無法回收使用。
再生晶圓工藝主要包括化學腐蝕、機械研磨和清洗。控片擋片在使用完之後表面會形成不同的膜層和不同程度的顆粒殘留，晶圓再生就是要去掉這些膜層與殘留，使控片擋片能夠重新達到使用要求。業界普遍的做法是，如果有膜層就需要先化學腐蝕去除膜層，矽面露出後，再用機械研磨使表面平整化，最後清洗矽片去除表面的殘留顆粒。
化學腐蝕即使用化學溶液將矽片表面的膜層腐蝕掉，其中膜層主要包括氧化膜層、氮化物膜層、金屬膜層、多晶矽膜層等，針對不同的膜層需要使用不同的化學試劑進行腐蝕，例如二氧化矽膜層一般使用HF進行腐蝕。化學試劑腐蝕有自己的目標腐蝕對象，不會對其他非目標層造成損傷。化學試劑腐蝕的控制難度較高，主要體現 在溶液的濃度上，因為溶液的濃度一直在變化很難控制，效果也不穩定。
在利用化學腐蝕去除表面的膜層之後，還需使用研磨使矽面表面平整化，業界使用的比較多的方式是化學機械研磨。化學機械研磨是在研磨液的配合下，使用壓力、旋轉等機械作用對矽面進行研磨處理。在這個過程中，研磨液與矽面表面形成較容易去除的物質，然後研磨液中的研磨顆粒對新生表面進行摩擦從而將它去除，這兩個過程不斷交替進行，從而起到對矽面拋光的作用。化學機械研磨被廣泛用於氧化膜、多晶矽、鎢以及銅等金屬的研磨。
矽面平整化之後，表面會有研磨液研磨之後的顆粒殘留，會大大影響成品率，所以還需要使用清洗液對錶面進行清洗，業界主要使用的方法有機械刷片法和超聲波清洗法。機械刷片法使用聚乙烯醇製成的刷子，可以有效去除矽片表面殘留物且不損傷矽片表面，但對去除金屬雜質作用不突出。毛刷與矽片轉速、毛刷與矽片之間的壓力都是影響最終清洗效果的重要因素。超聲波清洗利用幾百至幾千壓強的微激波擊碎殘留物，同時使有機物迅速分解乳化。這種方法的優點是速度快，適用於去除大顆粒殘留，但對小於1um的顆粒殘留清洗效果下降。聲波的頻率、能量、清洗液 的化學成分以及濃度是影響清洗效果的主要因素。
主流廠商工藝優勢不同。RS technologies和中砂是全球晶圓再生市場的兩大領軍企業，這兩家廠商的工藝流程大體相同，但在具體的工藝處理上都有各自的優勢。根據RS technologies官網，其工藝優勢主要在於其在脫膜步驟中獨特的化學浸泡脫膜 技術以及在清洗步驟中的先進的脫銅技術，此外，RS technologies是目前唯一可以做18寸晶圓再生的企業。而對於砂輪業務發家的中砂來說，其工藝優勢主要在研磨部分，不同於傳統研磨，中砂採用延性研磨(Ductile Mode Grinding)的方式，能夠有效降低研磨對晶圓有效部分的損傷、提升加工精度至nm級並且降低化學汙染。
不同於半導體設備的高行業壁壘，晶圓再生的行業壁壘相對較低。晶圓再生是對測試晶圓進行脫膜、研磨、清洗，和正式晶圓製程一些步驟相似，但不需要正式晶圓 製程那麼高的精度，所以對一些原先從事晶圓拋光、清洗等相關工藝的企業來說進入並不是十分困難。以如今的四大晶圓再生企業為例，中砂和昇陽在20世紀90年代末才進入這個行業，相比1984年就從事晶圓再生的RS Technologies來說起步較晚，但其進入後直接面向當時最先進的8寸再生製程，與RS Technologies幾乎同一起點。辛耘直到2006年才進入晶圓再生行業，起步較晚，但其進入後也是直接面向最先進 的12寸晶圓再生製程。
（二）產能與價格雙驅動，再生晶圓需求向上
根據SEMI發佈的2018年再生矽晶圓預測分析報告，由於再生晶圓處理數量創新高， 再生矽晶圓市場繼2017年成長18%達5.1億美元后，2018年再生矽晶圓市場連續第 二年強勁成長，上揚19%並達到6.03億美元的規模。2018年再生晶圓市場中，12寸再生晶圓佔市場銷售額的75.8%，總體上全球8寸再生晶圓需求平穩，12寸再生晶圓是行業發展趨勢以及成長動力。
對於再生晶圓市場需求，在量方面，主要取決於下游晶圓產能以及產能利用率。下游產能越高、產能利用率越高，對再生晶圓的需求就越高。從歷史的資料看，半導體、原始矽片、再生晶圓的出貨量的需求增速趨勢保持較高一致性。但再生晶圓的波動性略高，擾動因素包括：晶圓廠的存貨控制、晶圓廠基於成本節約考慮選擇將晶圓再生外包、先進製程產品需求提升推動再生晶圓需求增加等等。
以2013年為例，根據SEMI，2013年半導體出貨年增5%，初生矽晶圓(virgin silicon)出貨卻僅增加不到1%，反觀再生晶圓出貨量卻年增近20%。再生晶圓與初生矽晶圓出貨走勢出現分歧的一部分原因在於元件微縮和更嚴格的存貨控制。
根據SEMI的預測,到2021年全球8寸、12寸矽片正片的市場需求將分別達到650萬片 /月和680萬片/月,按照再生晶圓需求比例折算，2021年全球再生晶圓市場需求有望超 過200萬片/月。
此外，在價格方面，根據SEMI，當前12英寸的矽片價格為每片100-120美元，再生 晶圓每片30-40美元。隨著矽片價格上漲，再生晶圓價格存在上漲趨勢。矽片價格自 2007年以來有過兩次上漲，一次是2009年至2011年由於智慧手機的普及導致晶圓產 能擴充進而拉動矽片價格上漲，第二次就是2016年開始的漲價週期，主要是由於人工智慧等的發展拉動晶圓產能進而推動矽片價格上漲。隨著5G建設主週期開啟、物聯網市場的快速發展以及人工智慧、汽車電子、區塊鏈等需求的迅速崛起，矽片行業景氣有望持續，價格也有望持續攀升。2016至2019年，全球半導體矽片銷售單價 從0.67美元/英寸上升至0.95美元/英寸。
根據SEMI，2018年全球矽片銷售額112億美元，而全球再生晶圓銷售額6億元。總體上，全球再生晶圓市場規模大致佔全球矽片市場規模的5%~6%。
市場高度聚焦，立足國內，走向國際
（一）伴隨下游崛起，全球再生晶圓產能集中於日本與台灣
全球再生晶圓產能集中於日本與台灣。晶圓再生行業從20世紀80年代6英寸矽片推出後開始起步，主要是由於隨著矽片尺寸變大，矽片價格也在升高，晶圓製造 廠商開始覺得用矽片製成的擋片控片用一次就扔成本過高，於是晶圓再生開始出現。
當前晶圓再生市場高度聚焦於日本和台灣，其中日本供應商長期佔據全球再生晶圓市場大部分產能，而台灣供應商隨著當地晶圓廠迅速發展而成為後起之秀。根據SEMI，2018年日本在全球大尺寸（200mm以及300mm）再生晶圓產能佔比達 到53%，亞太地區供應商佔比成長至31%，歐洲與北美業者的相對產能佔比為16%。
全球再生晶圓高集中度的市場格局是由下游晶圓廠發展引導而成的。1970s-1980s，全球半導體產業完成了第一次由美國到日本的產業轉移，在此期間，企業和研究機 構協力取得了巨大的技術成果，在成本和技術的優勢下，日本企業藉機迅速擴張，到1990s，日本企業在全球十大半導體企業中佔據了六個席位，半導體產業向日本的遷移以及矽片尺寸的擴大帶來了對本土晶圓再生的需求，1984年，RASA工業的晶 圓再生項目應運而生。20世紀90年代後，半導體產業開始向韓國和台灣轉移，產能轉移帶動了當地晶圓再生業務的發展，台灣的中砂、昇陽半導體、辛耘分別於1997、1998、2006年開展晶圓再生業務。
根據RST的投資者關係演示，2019年全球12英寸再生晶圓市場中，RST的產能40萬片/月，佔全球份額33%；兩家日本公司，包括Hamada Heavy與Mimasu公司大致佔全球產能30%左右；另外，3家台灣的供應商，包括中砂、辛耘、昇陽大致佔全 球產能30%。
1984年，RASA工業的大阪工廠開始著手晶圓再生項目。隨著8英寸矽片推出，進入 晶圓再生領域的企業開始變多，1997年從事砂輪業務的中砂成立關聯企業金敏精研，開始從事晶圓再生業務，2005年被併成中砂的晶圓事業部；1998年昇陽半導體也開 始從事該業務並正式量產8寸晶圓再生。伴隨著12英寸矽片的推出，2006年辛耘開 始正式涉足晶圓再生業務。2010年，RASA工業的晶圓再生部門被當時的永輝商事收購，成為了如今的晶圓再生行業巨頭RS Technologies。
（二）地域性較強，本土企業具備天然優勢
晶圓再生行業具有較強的地域性。遠距離運輸會造成高的物流成本、運輸時間成本以及途中損耗，所以晶圓廠通常優先選擇本地晶圓再生廠商。根據SEMI，2013年全 球再生晶圓市場中，有62%的需求由國內廠商供應。從出貨量與晶圓收入份額情況 看，2018年全球12寸再生晶圓出貨量中，日本、台灣、美國的出貨量分別為40%、30%、18%，合計佔比88%；按照收入劃分，2018年再生晶圓市場，日本、台灣、北美區域再生晶圓市場收入佔比分別為28%、23%、24%，合計佔比75%。顯示晶圓再生強勢地區包括日本、台灣在立足本地市場的基礎上，進一步提升其全球份額，包括擴大本地產能、以及在海外建廠等。
從台灣再生晶圓行業看，目前主要的3家晶圓再生企業，包括中砂、辛耘、昇陽，均 是伴隨台灣下游晶圓廠發展成長起來，目前三家公司佔據台灣再生晶圓市場大部分 產能。根據昇陽國際半導體2019年年報，以台灣主要的12寸晶圓再生代工供應商中 國砂輪、辛耘、RST、以及昇陽的產能計算，2019年台灣再生晶圓月產能總計約60 萬片，其中昇陽月產能24萬片，市場佔有率40%；中砂月產能18萬片，市場佔有率 30%；辛耘市場佔有率20%左右。2019年中砂、辛耘、昇陽營業收入分別為11.3億 元、9.2億元、6.2億元。
其中，在台灣再生晶圓市場，昇陽成為後起之秀，雖然成立時間在3家企業最晚，但 目前公司在台灣再生晶圓市場份額最大。昇陽半導體市場主要在台灣本地，其中台積電是昇陽半導體再生晶圓的主要客戶。根據昇陽半導體年報，2019年昇陽半導體 晶圓再生及以及晶圓薄化代工業務（主要是晶圓再生業務）收入24.6億新臺幣（約 5.8億人民幣），同比增長22.9%；其中內銷收入21.2億新臺幣，外銷收入3.4億新臺幣。
中砂晶圓再生業務的主要客戶以美系、日系公司為主，最大客戶為美系記憶體大廠（資 料來源公司年報）， 2019年中砂晶圓再生業務21.0億新臺幣（約5.0億人民幣）；其中內銷收入9.0億新臺幣，外銷收入12.1億新臺幣。
（三）RS Technologies：全球再生晶圓市場龍頭
RS Technologies成立於2010年，總部位於日本東京，主要從事電子材料、電子器械部品、通訊器械部品材料的製造、加工、再生、銷售；太陽光發電事業；半導體 設備的收購、銷售以及半導體材料、部件的銷售、半導體晶圓製造工程中的技術諮詢服務。在晶圓再生領域，公司繼承了RASA工業公司創業20多年來所積累的技術 經驗和生產能力，已成為全球最大的晶圓再生公司之一。
公司目前主要有四個業務方向：矽晶片服務、光伏、代理和技術諮詢以及半導體相 關設備的收購及銷售。矽晶片服務包括矽晶片的再生加工服務，矽晶片酸化膜成膜服務和矽晶片銷售服務，這是RS Technologies的主要業務，客戶包含台積電、聯電、Sony、東芝、夏普、英特爾、IBM、美光、三星、LG等企業。根據其2019年年度公告，此項業務收入佔其總收入的84%。代理業務包括為日立公司生產的超音波顯像裝置進行海外市場代理以及為日本無機公司的化學過濾器產品進行中國市場代理。
在晶圓再生行業，公司一直是處於行業領先位置。公司於2010年收購了已有25年晶圓再生經驗的RASA工業的晶圓再生部門，繼承了RASA工業獨特的化學浸泡脫膜以及脫銅技術。在公司的不斷努力下，公司在晶圓再生市場上的份額不斷提高，根據公司2019年年報，2019年其在12寸晶圓再生市場的份額達到了33%。
公司的晶圓再生業務客戶遍佈全球。根據RS technologies2019年年報，公司晶圓再 生業務客戶主要來自日本、台灣、中國、美國和歐洲，客戶分佈較廣，國際化程度高。其中12寸晶圓再生業務客戶主要來自日本和台灣，2018年公司在日本和台灣的12寸晶圓再生收入分別佔該業務總收入40.0%和29.8%。8寸晶圓 再生業務客戶主要來自歐洲，2018年公司在歐洲8寸晶圓再生業務的收入佔該項業務總收入的46.3%。
相比於8寸晶圓再生業務，公司的12寸晶圓再生業務在全球的市佔率更高，更有優勢，特別是在日本和台灣，公司在先進製程方面更有優勢。根據公司2019年決算說明會資料，公司2018年12寸晶圓再生業務在台灣和日本的市佔率分別是26.4%、43.4%，而同年8寸晶圓再生項目在兩地的佔比分別是2.7%、18.9%，大大低於12寸先進晶圓再生製程的市佔率。
晶圓先進製程擴產，公司積極擴產12寸再生晶圓。隨著智慧汽車、AI、5G等的發展， 下游晶片需求強勁，晶圓廠滿載，世界各地正在加開12寸半導體廠，為了應對新增 12寸半導體廠對12寸晶圓再生的需求，公司加大對日本、台灣以及大陸的晶圓 再生設備投資，近幾年公司擴產主要集中於日本工廠以及台灣工廠，預計 2019-2022年將日本工廠產能擴充4萬片/月、台灣工廠產能擴產3萬片美元。截 止2019年RST的產能主要在日本及台灣，其中日本Sanbongi工廠12寸再生晶圓 產能25萬片/月、8寸再生晶圓產能12萬片/月；台南工廠12寸再生晶圓產能15萬片/ 月。
從0到1，國內本土廠商有望迅速崛起
（一）下游積極擴產，國內晶圓再生需求快速增長
從2016年開始國內晶圓廠掀起了擴產浪潮，主要以12寸晶圓產線為主。目前已經有眾多產線完成一期建設、並逐步產能爬升。國內下游晶圓產能迅速爬升，將有力帶動國內再生晶圓市場需求。根據SEMI，我國大陸已投產12寸晶圓產線超過20條，在建的有8條，建成後全國產能將超過239萬片/月，產線總投資額超過15000億元。假如目前已建以及在建12寸晶圓廠全部達產，按照再生晶圓數量佔總數量30%、再生晶圓產品良率90%、單片再生晶圓價格40美元/片，則國內再生晶圓市場空間可以達 到382百萬美元。
根據SEMI，從目前國內現有的12英寸晶圓廠的產能預測來看，2020年一季度為 66.95萬片/月，預計到2021年四季度，產能將達到101.5萬片/月，增幅高達51.6%。按照年底國內12寸晶圓廠產能計算，國內再生晶圓需求將達到20萬片~30萬片。目 前國內在下游晶圓產能快速提升的背景下，本土再生晶圓廠建設迫在眉睫。
（二）積極佈局，國內廠商有望快速崛起
2020年之前，大陸在晶圓再生領域幾乎為空白，大部分大陸晶圓廠都是將測試晶圓 送去台灣或者日本進行再生加工，少部分企業例如中芯國際會自己將一部分的 晶圓進行再生加工，大陸的自主晶圓再生還沒有進入量產階段，市場廣闊。而隨著 大陸晶圓產能不斷擴大，晶圓再生的市場也不斷擴大，一些國內企業例如至純科技 和協鑫集成開始佈局晶圓再生相關業務，作為大陸大規模量產再生晶圓的先行者， 有望從這個正在擴張的廣闊市場中獲益。
從目前我們統計的國內再生晶圓產能建設規劃看，目前大陸再生晶圓規劃主體主要是大陸的企業。再生晶圓龍頭如中砂、昇陽在內地還沒有建廠規劃，RS technologies有在德州建工廠的計劃，目前計劃2020年動工，預計2022-2023年才能逐步滿產。國內方面，有披露再生晶圓投建計劃的包括至純科技、辛耘與LVG合資的祿億、大和熱磁投資的富樂德以及協鑫集成，按規劃滿產產能將達到60萬片/月。就建廠節奏 而言，根據至純科技可轉債說明書，目前至純科技投資的12寸晶圓再生項目預計今年10月完工，達產後預計產能為7萬片/月。根據協鑫集成公告，協鑫集成投資的8寸和12寸晶圓再生項目預計2021年建成，達產後預計形成8寸晶圓再生5萬片/月的產能， 12寸晶圓再生25萬片/月的產能。
至純科技佈局晶圓再生領域，產品服務圍繞客戶「新建廠-產能爬坡-生產運營-技術 升級」的不同生命週期。至純科技主營業務主要包括高純工藝系統的設計、製造和安裝調試；半導體溼法清洗設備研發、生產和銷售。目前公司在半導體版塊已經形成了3個事業部，包括BU1（高純工藝系統）、BU2（溼法設備及晶圓再生服務）、 BU3（電子材料及部件），3個事業部均服務於半導體板塊，服務於同一批客戶，但 產品和服務對應的涵蓋了使用者「新建廠-產能爬坡-生產運營-技術升級」的不同生命週期。除了擁有晶圓再生工藝中所需要的溼法清洗設備外，至純科技還擁有行業主 流的雙面拋光以及邊緣拋光的能力。而針對晶圓再生流程中的外來汙染管控，除了業界已用的在最終清洗及檢測階段進行潔淨室作業，公司將環境管控延伸到研磨以及初步清洗階段，可以提供更好的晶圓表面潔淨程度，以配合先進製程的要求。在晶圓再生領域，公司現已掌握部分核心技術。
2019年12月，至純科技發行可轉換公司債券為晶圓再生項目募集資金，項目投資2.1億元，實施主體為合肥至微半導體，預計將從2021年開始實現12英寸矽晶圓再生最大7萬片/月的產能。地理位置是地域屬性強的晶圓再生企業必須考慮的因素，公司選址在安徽合肥，周圍大量晶圓廠聚集，單合肥就有合肥長鑫，晶合集成等晶圓廠，為公司帶來了一定的地域優勢。至純科技在投資者互動平臺上表示，安徽新站晶圓 再生項目進展順利，預計會在今年10月份前後落成。
協鑫集成：協鑫集成是一家主要生產各種型號、規格的單晶矽、多晶矽太陽能元件和太陽能燈具的新能源企業，擁有完整覆蓋矽料、矽片、電池、元件、系統集成、 光伏電站開發運營的光伏垂直一體化產業鏈。公司從2015年開始大力投入半導體產業，計劃在半導體方面形成電子級多晶矽、大矽片、再生晶圓的協同佈局，發展第二主業。根據公司於2020年1月發出的非公開發行股票預案，公司預計投資28.77億 元在晶圓再生項目上。
協鑫集成此次晶圓再生項目的實施主體是其子公司合肥光電，工廠選址與至純科技 的相同，都在安徽合肥，擁有一定的地域優勢。此次項目建設期為1年，達產後預計 形成8寸再生晶圓5萬片/月、12寸再生晶圓25萬片/月的產能。
