盛美上海：“弯道超车或易翻车”，国产设备发展需更多原始和集成创新

集微网报道，10月28日至29日，第十届（2022年）中国半导体设备年会暨半导体设备与核心部件展示会（CSEAC）在无锡太湖国际博览中心隆重举行，并结合产业发展形势制定了“凝聚芯合力，发展芯设备”主题。在大会上，盛美半导体设备（上海）股份有限公司副总经理陈福平发表了名为《半导体设备产业发展的机遇与挑战》的主旨演讲，对设备行业发展现状及趋势进行了深入洞察和剖析阐述。

在内容架构上，陈福平的报告演讲分为四部分，即全球半导体设备市场格局、湿法设备的机遇与挑战、盛美上海的产品与核心技术，以及国产设备商发展思路探讨。期间，陈福平指出，国内半导体设备企业与国际行业巨头存在差距主要有四大原因。另外，由于工艺进步、线宽微缩，晶圆制造的良率随着线宽缩小而下降，而提高良率的方式之一就是增加湿法工艺。对于技术迭代和融入全球供应链，国产设备发展需要的则是更多原始创新和集成创新。

自主企业未能破局行业垄断系四大原因

随着全球集成电路产业规模持续扩大，半导体设备市场正在快速增长。陈福平表示，数据显示，2017年至2022年全球半导体市场规模增长近一倍，即从500多亿美元快速攀升至逾1000亿美元。同期，中国大陆、中国台湾、韩国以及日本的全球半导体市场占比一直在90%左右。这说明亚太地区已经成为全球集成电路的制造中心。

近年来，中国半导体的全球市场份额在不断增加，而这与全球芯片制造中心的迁移紧密相关。陈福平指出，“纵观全球半导体产业发展历程，经历了由美国向日本、韩国和中国台湾地以及中国大陆的几轮产业转移。由于现在产业中心已迁移集聚，国内一定会出现一些新兴半导体设备企业。”而在设备市场容量方面，刻蚀机、光刻机、CVD占比最高，其次就是清洗设备。

不过，目前全球前十大设备公司全是境外企业，其中前五大厂商市场占比达70%以上。“虽然这背后潜在很大机遇，但是挑战也非常艰巨。比如部分国内设备企业近年来都取得了不错的成绩，但市场占比数据一直没有上去。数据显示，美国、日本、荷兰三国仍占据行业垄断地位，总体市场份额达到80%-85%；韩国市场占有率为10%-15%，同时部分装备市场份额达80%以上。而中国企业的市场占比仅为2%左右，且市场基本局限在国内市场。”陈福平表示。

对于这一局面，陈福平分析认为主要有四个原因。第一，历史原因。因为产业标准建立是由美国、欧盟和日本建立，想要突然弯道超车其实容易翻车。第二，现实原因。国产设备验证的时候不但要满足代工厂的技术要求，还需要通过终端客户的考验，这就导致了验证周期比较长。第三，产业原因。虽然国产关键部件基本全愿意进入，但在切入到客户时推广设备非常艰难。第四，人才基础。如集成电路产业尤其设备领域很多都由归国的外籍籍华人领军，也培养了一批国内的高端半导体设备人才，但是与需求相比，还远远不够。

线宽微缩促成湿法设备地位与日俱增

在半导体产业发展变迁情况下，全球湿法半导体设备领域已演变为中国大陆、中国台湾和韩国主导。陈福平表示，根据SEMI的数据显示，2022年全球半导体设备市场规模将达到990亿美元，其中湿法设备为54亿美元，占比6%。其中，前五大湿法设备厂商占据达90%的市场份额。这也说明全球清洗设备门槛比较高，做精做细和破局垄断仍会面临不少困难。

在国内湿法设备市场方面，前四大厂商的占比达96%，其中盛美上海以约25%的份额排在第二位，而其余三家均为国外厂商。对此，陈福平强调，“这也是说明了一些问题，如国内一些公司认为湿法设备门槛低，都想进来做做，但现在实际投入量产和商用等方面还需要时间。盛美也希望与国内其它厂商一起努力把市场占比扩大到60%以上，与国际厂商一起共享中国的发展机会。” 

至于湿法设备的发展趋势方面，陈福平称，湿法工艺设备的重要性日益凸显，全球市场将逐年扩大。“由于工艺进步、线宽微缩，晶圆制造的良率随着线宽缩小而下降，而提高良率的方式之一就是增加湿法工艺。比如在80-60nm制程中，湿法工艺大约100多个步骤，而到了20-10nm制程时，湿法工艺就要上升到250多个步骤以上。”但需要注意的是，在线宽微缩背景下，逻辑芯片、DRAM、3D NAND出现了一些技术难点，主要包括无损清洗及干燥、超小颗粒去除、无倾斜坍塌清洗及干燥、高深宽比结构清洗刻蚀及干燥等。

对此，目前业界已有两种相关解决方案：一个是SCCO2超临界二氧化碳干燥，一个是Hot IPA + 晶圆背面Chuck heating。这是因为SCCO2超临界二氧化碳干燥可以实现零表面张力、防止发生粘连，并在10nm级技术节点已成为无法绕开的技术。另外，传统的IPA干燥方式已不能满足先进技术节点图形干燥需求，采用Hot IPA +晶圆背面Chuck heating方式控制晶圆和表面药液温度，是增大工艺窗口避免图形倒塌的有效方案之一。

始终坚持开拓创新打造产品核心优势

毫无疑问，面对半导体设备行业发展不断出现的难题和痛点，设备厂商势必需要持续攻坚克难和研发创新，尊重国内外同行彼此商业秘密及专利。在公司发展方面，陈福平提及，“自2005年成立到2017年这十几年中，我们只专注做两件事情，第一个就是湿法设备，第二个是在这一过程中开发出一些比较特别的差异化技术设备。而在2017年纳斯达克上市以后，我们开始从一个专注湿法设备的公司往多产品平台化企业转型，这既是顺应时代潮流，也是贯彻既定的全球发展策略。”

对于开发的“特别技术产品”，陈福平介绍称，盛美的发展历程始终伴随着差异化开拓创新，十多年时间先后研发出湿法设备、电镀设备、炉管设备和抛光设备四大产品系列。据悉，其中包括单片兆声波清洗、槽式清洗、Tahoe（槽式+单片清洗）、背面清洗、刷片机、前后道铜互连电镀、立式炉等设备。数据显示，截至2021年12月，盛美上海已安装到客户端的腔体数约2800个，且下游客户遍布全球、囊括国内外主流企业，并已覆盖国内主要半导体产业聚集区域。

在湿法设备方面，陈福平进一步说道，“我们目前大概能覆盖90%的清洗工艺设备，将成为全球范围内清洗产品种类极为齐全的半导体设备公司。今年，盛美上海又推出了Ultra C be边缘湿法刻蚀设备。其核心优势包括最大限度地减少边缘污染对后续工艺步骤的影响，不仅提高了芯片制造良率，还整合了背面晶圆清洗的功能，以及具备了比国际竞争者更精准高效的晶圆对准等。基于此，其主要应用在国际比较先进的逻辑工艺、DRAM以及3D NAND这类市场。”

此外，盛美上海今年还推出了单片高温硫酸清洗设备。其核心优势包括，多级加热系统控制方式，兼容SPM高、中、低不同温区工艺需求；自主IP设计的喷嘴技术，可解决不同浓度配比下的药液气泡难题；优化的工艺腔体气流控制技术，提高了气流置换效率50%以上。陈福平还称，“作为国内唯一可以提供整线封装湿法设备的厂商，盛美上海在先进封装领域产品更齐全，主要包括清洗机，涂胶机，显影机，光刻除胶机，湿法刻蚀机，电镀机，无应力抛光机等。”

国产设备发展需聚焦“原始和集成”创新

随着半导体工艺的迭代升级及愈发复杂，与之相匹配的半导体设备对技术创新、系统功能完善等方面也有了更高要求。对此，陈福平引用了马俊如教授的创新驱动发展模式理论，指出“创新模式可以分为原始创新、集成创新和消化创新。其中，消化创新是最常见、最基本的创新形式，简单说可以理解为仿制加改进。而在半导体设备这样一个全球竞争激烈的高端技术领域，国产设备发展需要的是更多原始创新和集成创新。”

在原始创新案例方面，陈福平表示，在先进技术节点中，随着致命缺陷的尺寸不断缩小，硅片清洗也变得越来越具有挑战性。而盛美上海的SAPS兆声波清洗技术解决了传统单片清洗技术的痛点：无法去除晶圆表面的小颗粒以及不均匀的清洗效率，即通过周期性往复运动，使兆声波的能量均一地分布于晶圆表面，从而实现高度均匀的清洗效率。实测数据显示，该项技术在两步工艺上采用可使40nm以下的每一代DRAM产品实现平均1%的良率提升， 现在已经在国际最先进DRAM的生产线上得到几十步的应用。

另外，在集成创新案例方面，盛美上海的槽式清洗机+单片清洗机都已经很成熟，两者各有优劣、互为补充。基于此，盛美上海综合了槽式与单片的工艺优势和成本优势，全球首创Tahoe清洗设备。具体而言，其优势主要体现在：首先，该设备能够减少硫酸使用量，降低硫酸成本50%至80%以上，即10万片生产线每年可节省硫酸费用1200万美元以上， 同时也可以大大减低FAB厂对硫酸处理的压力；其次，整合槽式和单片清洗工艺将有助于减少工艺步骤，提高工艺性能，以及缩短生产周期。

最后，陈福平总结道，“自2007年开始进入半导体清洗领域，盛美上海的清洗设备销售增长轨迹可划分成‘研发-验证-销售-增长‘四个阶段。经过设备研发到进入市场以及单一客户向多客户扩张后，公司依靠客户数量增长以及此前较为良好的市场环境，最近几年销售进入快速成长期。目前，盛美上海已有的清洗、电镀、立式炉、先进封装湿法技术累计可覆盖全球市场超100亿美元，随着两款在研全新产品陆续推出，届时将能实现200多亿美元的市场覆盖。” 盛美上海的目标就是为全球客户提供差异化半导体设备技术，与国内外同行一起继续推进半导体产业全球化的使命。

（校对/武守哲）