盛美半导体总经理王坚：半导体设备产业发展的机遇与挑战

12月24—25日，由张江高科、全球领先的半导体产业智库芯谋研究联合举办的“第八届张江高科·芯谋研究集成电路产业领袖峰会”在上海浦东召开。在次日的“设备材料分论坛”中，盛美半导体总经理王坚现场发表了题为《半导体设备产业发展的机遇与挑战》的精彩演讲。他从全球半导体设备市场格局讲起，谈到湿法设备机遇与挑战及盛美在此方面的探索，并分享了对于国产设备发展的思路与建议。

1、全球半导体设备市场格局

从2017年至今，全球半导体设备市场规模持续增长。2017年达507亿美元，2021年超过1000亿美元达到1026亿美元，预计2022年将超过1200亿美元，五年时间里规模增长了一倍。2021年中国市场规模占比全球总规模的28%。如果维持目前的投资态势，不远的将来中国会成为全球IC制造中心之一。

纵观全球半导体产业的发展历程，集成电路自发明以来，产业区域发生过多次转移，经历了由美国向日本、向韩国和中国台湾地区及中国大陆的几轮产业转移。半导体设备公司的兴起与成长紧紧跟随全球芯片制造中心的迁移。最初集成电路于美国发明，70-80年代产业中心在美国，期间培养了一批有全球影响力的装备企业。80年代后期-90年代，产业中心转移到日本，培养了东京电子、DNS，尼康与佳能光刻机两家制造公司等。

随着日本经济泡沫化，加之美国的打压，日本半导体行业开始走下坡路。中国台湾地区和韩国捡到了这个机会。90年代后期至今，韩国和中国台湾地区在制造中心最新的技术和产量的占比很高。2017年产业中心向中国转移。由于半导体制造技术日趋成熟，在兴起的中国芯片制造潮流中，只有拥有革命性、颠覆性技术的公司才有可能成为全球半导体设备市场上升起的中国明星。

未来十年，中国将成为全球半导体芯片制造的中心，一定会诞生一两家在全球有影响力的龙头企业。目前，全球半导体设备还处于市场高度集中的格局，数据显示2021年全球前十大半导体设备厂商均为境外企业，市占率合计达83.2%，其中前五大设备厂商市占率合计达73.4%。除光刻机以外，PVD、Track、CMP、离子注入、电镀还处于寡头垄断均高于60%的局面。

如今，国内也拥有一批优秀的设备公司，部分设备已在国际上占据一席之地，市场份额也在逐步提高中。从细分领域来看，刻蚀设备方面，中微和北方华创各占2%；清洗设备方面，盛美占4%；PVD设备方面，北方华创占2%。热处理设备方面，Mattson占5%，北方华创占1%；电镀设备方面，盛美占4%；干法去胶设备方面，Mattson占了29%。很多领域国产设备占比虽然份额不高，但实现从0到1突破，非常感谢“02专项”2008年支持了一批核心装备企业。

从全球半导体设备竞争格局来看，美国、日本、欧洲企业仍然是第一梯队，拥有经济、科技与产业先发优势，市占率在80%-85%之间。其次是韩国企业，拥有寡头级客户支持，市占率在10%-15%。

中国台湾非常可惜，相关企业没有得到制造龙头的扶持，没能发展起来。中国大陆起步较晚，“02专项”2008年启动后支持了一批设备企业，目前很多后起之秀不断涌现。我们不要没信心，在产业链布局上中国是最齐全的。

2、湿法设备的机遇与挑战

盛美上海成立于2005年，2021年11月盛美上海成功登陆科创板。湿法设备是盛美的主要产品，王坚从这一领域出发，分析了当下国内湿法设备的机遇与挑战。据相关预测，2022年全球半导体设备市场规模将达到1200亿美元，其中湿法设备54亿美元占比4.5%。全球湿法设备竞争格局非常激烈，公司众多，包含国际龙头企业。

从全球角度看，过去三年全球清洗设备市占率的排名，日本DNS保持第一位，不过去年市占率下降到40%；第二位的东京电子维持在20%到26%之间；韩国企业SEMES得益于三星的扶持，市占率从2019年的8%增长到2021年的16%，增长了一倍；LAM占比基本维持12%，盛美占4%。从国内角度看，国内湿法设备市场竞争格局，本土12英寸晶圆厂清洗设备主要来自DNS、盛美、LAM、TEL。一个好的趋势是，国产设备中标数量逐年递增。湿法设备的技术难度越来越大，其市场空间逐年扩大。

首先，随着线宽微缩，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。在80-60nm技术节点，湿法工艺大约100多个步骤，而到了20nm及以下节点时，湿法工艺上升到250多个步骤以上。随着集成电路技术的演变，线宽越来越小，堆叠层数的不断增加，湿法清洗工艺在芯片制造过程中各应用节点的步骤也越来越多。

其次，从产品方面看，湿法设备的市场需求和难度也在同步加大。从3D NAND、DRAM、Logic三个重要产品来分析。3D NAND，随着层数的叠加，从128层开始，湿法步骤呈梯度式增长，增速之快。其中晶圆背面和边缘湿法工艺步骤增速尤为明显。CMP(化学机械抛光)后的清洗工艺也几乎增加了一倍。在3D NAND产品领域，当前的难点是小颗粒去除问题。颗粒越小，清洗办法越难，无损伤的清洗及干燥也会出问题。

DRAM，随着工艺节点的提升，清洗步骤的数量也随之增加。在先进制程中，超临界二氧化碳干燥（SCCO2）技术在10nm级技术节点成为无法绕开的技术。目前盛美已经开发相关产品，明年销往客户端验证。在DRAM领域也遭遇了超小颗粒去除问题。当达到17-15nm级节点，产品整体结构脆弱，很难清洗干净，干燥上也遇到很大难题。

Logic，由20nm到7nm工艺节点的提升，湿法步骤大幅增加。5nm以下需要引入EUV光刻机，光刻胶去除的工艺步骤显著增加。在Logic领域，产业也面临着Fin无损伤清洗及干燥以及超小颗粒去除的技术难点。盛美的产品主要以湿法设备为主，也包括电镀设备、炉管设备、化学气相沉积设备（PEVCD）和前道涂胶显影设备。湿法设备又分为前道集成电路湿法设备和后道先进封装湿法设备。前道湿法设备占盛美销售额70%左右。近期，盛美开发了两款清洗系列的新产品，Ultra C be 边缘湿法刻蚀设备和单片高温硫酸清洗设备。其他产品方面，前不久，盛美推出了拥有自主知识产权的Ultra LITH前道涂胶显影设备和PECVD设备。

此外，在先进封装湿法设备领域，盛美是全球唯一一家可以把先进封装湿法设备做全的制造商，可根据客户需求，定制化组合包括清洗机、涂胶机、显影机、光刻除胶机、湿法刻蚀机、电镀机、无应力抛光机在内的晶圆级先进封装湿法工艺产品线。

3、对国产设备发展思路的思考王坚借用马俊如教授对于创新驱动发展模式的思考，将创新分成原始创新、集成创新和消化创新

他解释道，原始创新即没有人做的领域，集成创新即将各种相关技术有机融合起来，消化创新就是模仿加改进。在国产设备发展的温饱阶段，以消化创新为主；在奔小康阶段，增加集成创新；在中等发展阶段，集成创新和消化创新并驾齐驱；到达发达阶段，应该以集成创新、原始创新为主，消化创新为辅。在技术创新领域，盛美一直在不断探索，闯进无人区。王坚举了两个例子。

第一个例子，兆声波清洗技术。传统做法是将液体与高压气体氮气混合后，产生雾状液体洒向硅片表面，但不能破坏硅片表面结构。这一做法将大颗粒洗得干净，但对小颗粒洗清洗效果不好。2000年初国外大公司都在研发兆声波清洗技术。但兆声波能量很难控制，在晶圆表面分布不均匀，2005年、2006年这些公司全部放弃相关研发。2008年盛美攻克了这一技术难题，并获得海力士订单。解决思路是通过让兆声波发射器和硅片之间保持精准、匀速的上下移动，保证每个点兆声波能力均匀分布。这是盛美迈出的原始创新探索的重要一步。

第二个例子，单片槽式组合清洗设备。去除光刻胶，SPM酸洗工艺是业界公认的方案。28nm以上工艺用槽式清洗没问题，但28nm及以下必须用单片清洗，并且在高温环境下药液只能使用一次。盛美采用集合创新的思路，将槽式清洗的优点和单片清洗结合起来，开发出单片槽式组合清洗技术。据统计，在客户端试验此方案可以节省50%浓硫酸，未来盛美希望做到60%、70%、80%的节省率。半导体设备市场是一条难走的路，需要十年磨一剑。以湿法设备为主要成长路线，盛美经过研发、验证、销售、增长的必要挑战，正向着平台型公司发展。

对于未来的发展方向，王坚用三句话来总结：第一，强调技术差异化，只有差异化才会被龙头企业认可，需要加大集成创新、原始创新投入。第二，公司要向着平台化发展。第三，客户国际化，在满足国内用户需求的前提下，积极开拓国外市场。一定要走出去。在艰难中前行，胜过原地踏步！