國產半導體設備機遇之下，盛美上海如何破局_風聞
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2021-09-16 18:10
來源：內容由半導體行業觀察（ID:icbank）原創，作者：李晨光，謝謝。近日，國際半導體產業協會（SEMI）發佈的最新報告顯示，2021年第二季度，全球半導體設備出貨金額達到了創紀錄的249億美元，環比增長5%，同比增長48%。從地區來看，中國大陸是最大的半導體設備市場，銷售額同比增長79％，達到82.2億美元，是全球市場增長的主要動力。
半導體專用設備市場與半導體產業景氣狀況緊密相關，隨着半導體市場規模持續增大，半導體設備市場增長迅猛。據SEMI預計，2021/2022年全球半導體設備銷售額將達到953/1013億美元。可以預期，隨着全球集成電路製造業不斷向中國大陸轉移，以及中國大陸大量晶圓廠的擴建和產能開出，未來中國市場對半導體設備的需求量有望迎來井噴式增長，巨大的市場空間和擴產空間給國產設備帶來了前所未有的發展機遇。
然而，縱觀行業發展現狀，半導體設備由國際巨頭寡頭壟斷已久。根據中國電子專用設備工業協會(CEPEA)的統計數據，2020年國產半導體設備自給率約為17.5%。如果僅考慮集成電路設備，國內自給率僅有5%左右，在全球市場僅佔1-2%。
（圖源：SEMI、國盛證券研究所）
國產半導體設備整體較為落後的局面仍未改變，但局部有所突破。從市場角度來看，國內在清洗設備、爐管設備、幹法去膠設備、刻蝕設備、拋光設備、鍍銅設備等環節逐漸取得突破。在整個替代的過程中，已經有一批企業邁出了堅實的步伐，取得了一定的成果。
從亞化諮詢《中國半導體晶圓廠設備國產化季度報告》數據中能夠看到國產半導體設備國產化率的進展。其中，清洗設備國產率達到20%，屬於國產化率較高的細分賽道之一。
來源：亞化諮詢《中國半導體晶圓廠設備國產化季度報告》
國產清洗設備率先“突圍”
清洗設備是晶圓廠新建產線中至關重要的設備之一，針對不同工藝的需求對晶圓表面進行無損傷清洗，從而去除半導體制造過程中的顆粒、金屬污染、有機物等雜質，直接影響着集成電路的成品率，重要程度不言而喻。
根據Gartner統計數據， 2020年隨着全球半導體行業復甦，下游需求旺盛，清洗設備市場規模重回增長正軌，全年達到33.41億美元，預計2022年達到43.24億美元。
回顧盛美上海在清洗設備和技術上的發展歷程，2008年盛美上海實現技術突破，成功研發出擁有自主知識產權的SAPS（空間交變相位移）兆聲波清洗技術。
SAPS技術有效解決了硅片表面兆聲波能量分佈均勻性的世界性難題，通過讓兆聲波發生器與硅片在半波長範圍內進行交叉式運動，保證能量在硅片上的每一個點都實現完全均勻分佈，從而讓硅表面得到充分均勻的清洗。
也正是憑藉這項技術，幫助盛美上海成功打開局面，2009年盛美首台12英寸單片清洗設備進入海力士（無錫）工廠，2011年盛美上海獲得海力士韓國總部的量產訂單，並在2013年獲得多台重複訂單，使其成為中國本土高端半導體設備突破韓國市場的首家企業。
目前，該技術已申請75餘件國內外發明專利，依託該技術開發的高端單片兆聲波清洗設備進入了國際一流集成電路生產線，客户羣包括集成電路芯片製造、硅片製造、先進封裝和科研機構，與國際同類非兆聲波清洗設備相比，單步清洗的產出成品良率更高。
其後，盛美上海相繼在2015年和2018年研發了全球獨創的TEBO(時序能激氣穴震盪)兆聲波清洗技術和Tahoe單片槽式組合清洗技術，半導體清洗設備業務規模隨之迅速擴大。
據瞭解，TEBO解決了兆聲波對圖形硅片破壞的另一大難題。因為兆聲波會導致液體中的氣泡爆炸，把圖形硅片表面的小結構打壞，70nm以下都不能倖免。最終，這個問題被盛美上海的TEBO獨家專利技術完美解決。
TEBO清洗技術適用於28nm或以下的圖形硅片清洗，於2017年成功裝機至華虹集團。在產品結構從2D向3D的技術轉型過程中，基於TEBO的清洗設備可應用於FinFET、DRAM、3D NAND等更復雜的3D結構產品及與之匹配的3D封裝，來提高客户產品的良率。3D結構將成為後摩爾時代芯片發展的主流，為未來數十年半導體芯片技術路線提供巨大的發展空間，盛美在TEBO專利上的 佈局為公司在該領域成為全球清洗技術龍頭保駕護航。2020年9月盛美已向一家領先的中國集成電路廠商交付了第二代TEBO設備，用於在生產環境中進行評估。
2018年，其Tahoe技術研發成功，使得其半導體清洗設備領域的技術和產品線更加豐富。半導體工藝的清洗過程中，通常要用到硫酸，相對於單片而言，單片+槽式的組合清洗設備Tahoe更好的解決了硫酸用量大、處理難的問題，可以節省80%以上硫酸用量，減少對環境帶來影響的同時為企業節省大量採購成本及廢液處理成本。
整體來看，盛美上海堅持差異化競爭和創新的發展戰略，通過多年的技術研發和工藝積累，成功研發出SAPS/TEBO單片兆聲波清洗技術、Tahoe單片槽式組合清洗技術，可有效解決晶圓製造過程中產生的有機沾污和顆粒等清洗難題，並大幅減少濃硫酸等化學試劑的使用量，在幫助客户提高生產良率，降低生產成本的同時，滿足節能減排的要求。
目前在國內的國產清洗設備市場中，盛美上海佔據80%左右的市場份額，是目前國內市場份額最大、產品最全的清洗設備企業，承擔着清洗設備國產化的重任。
發力“電鍍設備”與“立式爐管”
除清洗設備外，電鍍設備也是盛美上海主要的業務方向之一，目前，盛美上海有用於後道先進封裝與前道銅互連電鍍設備，分別於2018年和2019年取得了長電科技和華虹集團的訂單。今年3月，盛美上海重磅推出了高速銅電鍍技術，支持銅、鎳(Ni)和錫銀(SnAg)電鍍的互連銅凸點、重佈線層，還有高密度扇出先進封裝產品的翹曲晶圓、銅、鎳、錫銀和金電鍍。
盛美半導體設備（上海）股份有限公司董事長王暉博士表示：“公司推出的高速電鍍技術，該設備可以解決傳質的難題，獲得更好的凸點頂部輪廓，還能在保持高產能的同時提升高度均一性，使盛美的電鍍銅技術成功進入全球前三的第一梯隊。”
上個月，盛美上海又新發布了Ultra ECP GIII電鍍設備，以支持化合物半導體SiC、GaN和砷化鎵(GaAs) 的晶圓製造和晶圓級封裝。該系列設備配備了全自動平台，支持6英寸平邊和V型槽晶圓的批量工藝，同時結合了盛美上海的第二陽極和高速柵板技術，可實現最佳性能。
（圖源：盛美上海官網）
王暉博士表示：“隨着電動汽車、5G通信、RF和AI應用的強勁需求，化合物半導體市場正在蓬勃發展。一直以來，化合物半導體制造工藝的自動化水平有限，並且受到產量的限制；此外，大多數電鍍工藝均採用均勻性較差的垂直式電鍍設備進行。盛美新研發的Ultra ECP GIII水平式電鍍設備克服了這兩個困難，以滿足化合物半導體不斷提升的產量和先進性能需求。”目前，該設備已取得了國內化合物半導體製造商的兩個訂單。
此外，2018年盛美上海在濕法工藝的基礎上，開始幹法設備的研發，並於2020年推出了立式爐管設備Ultra Furnace，進一步豐富了公司的產品線，擴大了產品覆蓋的市場領域。首台立式爐設備優化後可實現高性能低壓化學氣相沉積（LPCVD）。
目前立式爐產品已覆蓋常壓/低壓合金退火、高温氧化/退火，氮化硅/氧化硅/多晶硅低壓化學氣相沉積等應用。盛美研發團隊正在開發原子層沉積（ALD）立式爐管設備，預計該設備將於明年上半年推向市場。
王暉博士指出，“隨着新的工藝技術推出面向市場後，盛美基本在立式爐設備上會全面開花，這也標誌着盛美正式從濕法設備進入幹法設備領域，明年將重點進行高端立式爐設備的研發。”
盛美上海的佈局
除了上述三大系列產品和技術之外，盛美上海近期又新公佈了邊緣濕法刻蝕設備，進一步拓寬了盛美上海在濕法設備的覆蓋面。
一直以來，製造商都是使用幹法刻蝕工藝來解決邊緣薄膜和污染物去除的問題，濕法刻蝕區別於幹法工藝，避免了產生電弧和硅損傷的風險，同時還能通過1-7mm可變的晶圓邊緣薄膜刻蝕/切割精度、良好的均勻性、可控的刻蝕選擇性和較低的化學品消耗量，來降低總體擁有成本。首台用於量產的邊緣刻蝕產品已於今年第三季度出貨。
王暉博士表示：“該新設備使用濕法刻蝕方法來去除晶圓邊緣的各種電介質、金屬和有機材料薄膜，以及顆粒污染物，可有效解決這種邊緣良率降低的問題。同時整合背面晶圓清洗的功能，進一步優化了工藝和產品結構，可做到更高效精準的晶圓對準，以實現精準邊緣刻蝕，從而提高良率及產能。”
盛美上海經過多年持續的研發投入和市場開拓，陸續開發了單片SAPS兆聲波清洗、單片TEBO兆聲波清洗、單片背面清洗、單片刷洗、自動槽式清洗以及Tahoe單片槽式組合清洗等半導體清洗設備、立式爐管設備、用於半導體制造前道領域的電鍍銅設備和後道先進封裝領域的電鍍設備以及無應力拋光設備、濕法刻蝕設備、塗膠設備、顯影設備和去膠設備等先進封裝濕法設備。
能夠發現，盛美上海在不斷鞏固原有業務的基礎上，還在持續的開發新技術，推出新設備，不斷豐富產品線佈局，提升自身競爭力，向着“具有多產品平台的國際化公司”方向邁進。目前，盛美上海的合作客户包括國際大廠商韓國SK海力士，國內長江存儲、華虹集團、中芯國際、合肥長鑫、士蘭微、積塔半導體、芯恩、粵芯、晶合、卓勝微、格科微、立昂微、長電科技、通富微電、盛合晶微、上海合晶等都是盛美上海的客户，產品得到了眾多國內外主流半導體廠商的認可，並取得了良好的市場口碑。
王暉博士表示：“我們的戰略始終是找到半導體制造行業中具有高增長潛力的市場和應用，並且與我們的客户緊密合作，依靠盛美具有原始創新基因的研發團隊開發出差異化的先進技術來解決行業難題，滿足市場和客户需求。”
與此同時，盛美上海還正在持續擴大產能，以滿足在普遍緊張的供應鏈環境下的強大客户需求。公司計劃在今年Q3開始在川沙工廠的第二座大樓進行生產並且已經提高了產能規劃，現在的目標是到今年Q4運行效率達到30億人民幣的年產能，預計將在 2022 年進一步提高產能，川沙兩座工廠合計產能達到35-40億人民幣左右。此外，盛美在上海臨港地區建立的生產和研發中心，其10萬平方米的建築面積可以幫助公司加強內部研發、α樣機驗證及客户樣品演示測試能力，同時實現年產能100億人民幣，現定於2023年初開始初步投入生產。
寫在最後
未來10年，中國將成為全球半導體芯片的製造中心。但目前的中國半導體設備的發展還處於初級階段，無法滿足目前國內快速發展的半導體行業的需求，任重道遠。
盛美半導體設備（上海）股份有限公司董事長王暉博士表示，未來，只有擁有革命性、顛覆性技術的公司才有可能脱穎而出，躋身全球半導體設備第一梯隊。盛美上海將圍繞自身的核心優勢、提升核心技術及結合內外部資源，立足差異化自主創新研發，通過投資、併購，結合有效、可控的海外業務拓展推進新產品的研發，擴展和建立起濕法工藝和幹法工藝設備並舉、種類齊全的產品線，不斷提升公司的綜合競爭力及產品可覆蓋的全球市場規模，力爭躋身綜合性國際集成電路裝備企業的第一梯隊。
8月17日，從上海證券交易所官網獲悉，盛美上海登陸科創板已正式註冊通過。
本次登陸科創板，其意義不僅在於加快公司躋身綜合性國際集成電路裝備企業第一梯隊的進程，更是為將來的全球化競爭提供更多可能性。
立足於差異化創新，走差異化產品路線的盛美上海，正在引領國產半導體設備開創新局面，推動全球半導體行業迎來新發展。