盛美上海：“彎道超車或易翻車”，國產裝置發展需更多原始和整合創新

集微網報道，10月28日至29日，第十屆（2022年）中國半導體裝置年會暨半導體裝置與核心部件展示會（CSEAC）在無錫太湖國際博覽中心隆重舉行，並結合產業發展形勢制定了“凝聚芯合力，發展芯裝置”主題。在大會上，盛美半導體裝置（上海）股份有限公司副總經理陳福平發表了名為《半導體裝置產業發展的機遇與挑戰》的主旨演講，對裝置行業發展現狀及趨勢進行了深入洞察和剖析闡述。

在內容架構上，陳福平的報告演講分為四部分，即全球半導體裝置市場格局、溼法裝置的機遇與挑戰、盛美上海的產品與核心技術，以及國產裝置商發展思路探討。期間，陳福平指出，國內半導體裝置企業與國際行業巨頭存在差距主要有四大原因。另外，由於工藝進步、線寬微縮，晶圓製造的良率隨著線寬縮小而下降，而提高良率的方式之一就是增加溼法工藝。對於技術迭代和融入全球供應鏈，國產裝置發展需要的則是更多原始創新和整合創新。

自主企業未能破局行業壟斷系四大原因

隨著全球積體電路產業規模持續擴大，半導體裝置市場正在快速增長。陳福平表示，資料顯示，2017年至2022年全球半導體市場規模增長近一倍，即從500多億美元快速攀升至逾1000億美元。同期，中國大陸、中國臺灣、韓國以及日本的全球半導體市場佔比一直在90%左右。這說明亞太地區已經成為全球積體電路的製造中心。

近年來，中國半導體的全球市場份額在不斷增加，而這與全球晶片製造中心的遷移緊密相關。陳福平指出，“縱觀全球半導體產業發展歷程，經歷了由美國向日本、韓國和中國臺灣地以及中國大陸的幾輪產業轉移。由於現在產業中心已遷移集聚，國內一定會出現一些新興半導體裝置企業。”而在裝置市場容量方面，刻蝕機、光刻機、CVD佔比最高，其次就是清洗裝置。

不過，目前全球前十大裝置公司全是境外企業，其中前五大廠商市場佔比達70%以上。“雖然這背後潛在很大機遇，但是挑戰也非常艱鉅。比如部分國內裝置企業近年來都取得了不錯的成績，但市場佔比資料一直沒有上去。資料顯示，美國、日本、荷蘭三國仍佔據行業壟斷地位，總體市場份額達到80%-85%；韓國市場佔有率為10%-15%，同時部分裝備市場份額達80%以上。而中國企業的市場佔比僅為2%左右，且市場基本侷限在國內市場。”陳福平表示。

對於這一局面，陳福平分析認為主要有四個原因。第一，歷史原因。因為產業標準建立是由美國、歐盟和日本建立，想要突然彎道超車其實容易翻車。第二，現實原因。國產裝置驗證的時候不但要滿足代工廠的技術要求，還需要透過終端客戶的考驗，這就導致了驗證週期比較長。第三，產業原因。雖然國產關鍵部件基本全願意進入，但在切入到客戶時推廣裝置非常艱難。第四，人才基礎。如積體電路產業尤其裝置領域很多都由歸國的外籍籍華人領軍，也培養了一批國內的高階半導體裝置人才，但是與需求相比，還遠遠不夠。

線寬微縮促成

溼法裝置地位與日俱增

在半導體產業發展變遷情況下，全球溼法半導體裝置領域已演變為中國大陸、中國臺灣和韓國主導。陳福平表示，根據SEMI的資料顯示，2022年全球半導體裝置市場規模將達到990億美元，其中溼法裝置為54億美元，佔比6%。其中，前五大溼法裝置廠商佔據達90%的市場份額。這也說明全球清洗裝置門檻比較高，做精做細和破局壟斷仍會面臨不少困難。

在國內溼法裝置市場方面，前四大廠商的佔比達96%，其中盛美上海以約25%的份額排在第二位，而其餘三家均為國外廠商。對此，陳福平強調，“這也是說明了一些問題，如國內一些公司認為溼法裝置門檻低，都想進來做做，但現在實際投入量產和商用等方面還需要時間。盛美也希望與國內其它廠商一起努力把市場佔比擴大到60%以上，與國際廠商一起共享中國的發展機會。”

至於溼法裝置的發展趨勢方面，陳福平稱，溼法工藝裝置的重要性日益凸顯，全球市場將逐年擴大。“由於工藝進步、線寬微縮，晶圓製造的良率隨著線寬縮小而下降，而提高良率的方式之一就是增加溼法工藝。比如在80-60nm製程中，溼法工藝大約100多個步驟，而到了20-10nm製程時，溼法工藝就要上升到250多個步驟以上。”但需要注意的是，線上寬微縮背景下，邏輯晶片、DRAM、3D NAND出現了一些技術難點，主要包括無損清洗及乾燥、超小顆粒去除、無傾斜坍塌清洗及乾燥、高深寬比結構清洗刻蝕及乾燥等。

對此，目前業界已有兩種相關解決方案：一個是SCCO2超臨界二氧化碳乾燥，一個是Hot IPA + 晶圓背面Chuck heating。這是因為SCCO2超臨界二氧化碳乾燥可以實現零表面張力、防止發生粘連，並在10nm級技術節點已成為無法繞開的技術。另外，傳統的IPA乾燥方式已不能滿足先進技術節點圖形乾燥需求，採用Hot IPA +晶圓背面Chuck heating方式控制晶圓和表面藥液溫度，是增大工藝視窗避免圖形倒塌的有效方案之一。

始終堅持開拓創新打造產品核心優勢

毫無疑問，面對半導體裝置行業發展不斷出現的難題和痛點，裝置廠商勢必需要持續攻堅克難和研發創新，尊重國內外同行彼此商業秘密及專利。在公司發展方面，陳福平提及，“自2005年成立到2017年這十幾年中，我們只專注做兩件事情，第一個就是溼法裝置，第二個是在這一過程中開發出一些比較特別的差異化技術裝置。而在2017年納斯達克上市以後，我們開始從一個專注溼法裝置的公司往多產品平臺化企業轉型，這既是順應時代潮流，也是貫徹既定的全球發展策略。”

對於開發的“特別技術產品”，陳福平介紹稱，盛美的發展歷程始終伴隨著差異化開拓創新，十多年時間先後研發出溼法裝置、電鍍裝置、爐管裝置和拋光裝置四大產品系列。據悉，其中包括單片兆聲波清洗、槽式清洗、Tahoe（槽式+單片清洗）、背面清洗、刷片機、前後道銅互連電鍍、立式爐等裝置。資料顯示，截至2021年12月，盛美上海已安裝到客戶端的腔體數約2800個，且下游客戶遍佈全球、囊括國內外主流企業，並已覆蓋國內主要半導體產業聚集區域。

在溼法裝置方面，陳福平進一步說道，“我們目前大概能覆蓋90%的清洗工藝裝置，將成為全球範圍內清洗產品種類極為齊全的半導體裝置公司。今年，盛美上海又推出了Ultra C be邊緣溼法刻蝕裝置。其核心優勢包括最大限度地減少邊緣汙染對後續工藝步驟的影響，不僅提高了晶片製造良率，還整合了背面晶圓清洗的功能，以及具備了比國際競爭者更精準高效的晶圓對準等。基於此，其主要應用在國際比較先進的邏輯工藝、DRAM以及3D NAND這類市場。”

此外，盛美上海今年還推出了單片高溫硫酸清洗裝置。其核心優勢包括，多級加熱系統控制方式，相容SPM高、中、低不同溫區工藝需求；自主IP設計的噴嘴技術，可解決不同濃度配比下的藥液氣泡難題；最佳化的工藝腔體氣流控制技術，提高了氣流置換效率50%以上。陳福平還稱，“作為國內唯一可以提供整線封裝溼法裝置的廠商，盛美上海在先進封裝領域產品更齊全，主要包括清洗機，塗膠機，顯影機，光刻除膠機，溼法刻蝕機，電鍍機，無應力拋光機等。”

國產裝置發展需聚焦“原始和整合”創新

隨著半導體工藝的迭代升級及愈發複雜，與之相匹配的半導體裝置對技術創新、系統功能完善等方面也有了更高要求。對此，陳福平引用了馬俊如教授的創新驅動發展模式理論，指出“創新模式可以分為原始創新、整合創新和消化創新。其中，消化創新是最常見、最基本的創新形式，簡單說可以理解為仿製加改進。而在半導體裝置這樣一個全球競爭激烈的高階技術領域，國產裝置發展需要的是更多原始創新和整合創新。”

在原始創新案例方面，陳福平表示，在先進技術節點中，隨著致命缺陷的尺寸不斷縮小，矽片清洗也變得越來越具有挑戰性。而盛美上海的SAPS兆聲波清洗技術解決了傳統單片清洗技術的痛點：無法去除晶圓表面的小顆粒以及不均勻的清洗效率，即透過週期性往復運動，使兆聲波的能量均一地分佈於晶圓表面，從而實現高度均勻的清洗效率。實測資料顯示，該項技術在兩步工藝上採用可使40nm以下的每一代DRAM產品實現平均1%的良率提升， 現在已經在國際最先進DRAM的生產線上得到幾十步的應用。

另外，在整合創新案例方面，盛美上海的槽式清洗機+單片清洗機都已經很成熟，兩者各有優劣、互為補充。基於此，盛美上海綜合了槽式與單片的工藝優勢和成本優勢，全球首創Tahoe清洗裝置。具體而言，其優勢主要體現在：首先，該裝置能夠減少硫酸使用量，降低硫酸成本50%至80%以上，即10萬片生產線每年可節省硫酸費用1200萬美元以上， 同時也可以大大減低FAB廠對硫酸處理的壓力；其次，整合槽式和單片清洗工藝將有助於減少工藝步驟，提高工藝效能，以及縮短生產週期。

最後，陳福平總結道，“自2007年開始進入半導體清洗領域，盛美上海的清洗裝置銷售增長軌跡可劃分成‘研發-驗證-銷售-增長‘四個階段。經過裝置研發到進入市場以及單一客戶向多客戶擴張後，公司依靠客戶數量增長以及此前較為良好的市場環境，最近幾年銷售進入快速成長期。目前，盛美上海已有的清洗、電鍍、立式爐、先進封裝溼法技術累計可覆蓋全球市場超100億美元，隨著兩款在研全新產品陸續推出，屆時將能實現200多億美元的市場覆蓋。” 盛美上海的目標就是為全球客戶提供差異化半導體裝置技術，與國內外同行一起繼續推進半導體產業全球化的使命。

（校對/武守哲）