半导体设备行业变化明显部分领域国产化率有望阶跃式提升

这几年半导体设备行业有很明显的变化，因为目前国家对半导体行业的支持力度非常大。以前的很多芯片和设备都是完全通过进口的方式，而一出现卡脖子的问题，很多消费类的电子产品像手机、手表、电脑都会被卡死，所以在这个背景下，这个行业近几年发展非常好。

作者：李靖恒

封图：图虫创意

如何衡量一个物体表面的干净程度？深圳市轴心自控技术有限公司的产品经理熊钦在接受采访时告诉记者，在芯片生产领域，一般使用水滴角测试来衡量芯片表面的洁净程度。

什么是水滴角测试？就是一滴水滴到物体表面，它形成了一个水滴的形状，这个水滴跟这个物体表面形成了一个夹角，这个就叫水滴角。一个物体表面越脏，它的水滴角就越高。熊钦告诉记者，他们的客户一般要求水滴角要达到10度。而有杂质的物体表面会达到80度甚至90度。通过清洗设备处理完之后，水滴在物体表面就会完全摊，不会凸起很高。

轴心自控公司在今年5月份推出了一系列名为“半导体大气式等离子表面处理系统”的设备，这系列设备专门用来清洁芯片的表面，截止目前已经卖出了将近有20多台了。这款产品经过了三年的研发，熊钦就是负责该产品研发生产的产品经理。“我们在国内是第一家推出该款产品的公司，我们这种等离子是比较新颖的。”熊钦说。

据熊钦介绍，这种技术之前主要是在国外，由诺信公司旗下的March等一些巨头公司在生产。轴心自控所生产的一台设备价格大概在40到50万人民币之间，基本是海外竞争对手价格的一半。“他们因为在这个领域上时间比较久，所以之前这些领域都是他们在垄断，国内公司采购他们的设备成本会比较高。”

熊钦告诉记者，近几年半导体设备有明显的国产替代化趋势。很多客户都支持他们去做半导体设备方面的研发尝试。

用等离子来“擦”芯片

为什么芯片表面的干净程度如此重要？熊钦告诉记者，在半导体行业的一些工艺流程里，需要去除芯片上面的一些有机脏物，包括氧化物等，而很多表面杂质是肉眼不可见的。比如，晶圆在做键合的时候就需要进行清洁。清洁完了之后再来做键合，才能保证晶圆键合的良率。

熊钦介绍，把两片晶圆贴在一起叫bonding（键合）。这种键合是一定要确保两个晶圆表面足够的干净，上面没有任何的污染物，没有任何的氧化物。这样键合之后，它的电气导通性才能达到理想的效果。如果说上面有脏物或者氧化物，这个芯片的良率、稳定性和可靠性都会大幅的下降。

熊钦介绍，目前市场上用的比较多的是真空等离子。而轴心自控的产品是大气式的，也就是说它不需要真空环境，可以在大气的环境下做等离子处理。

什么是等离子？熊钦表示：“大家都知道物体会分3种状态，固态、液态、气态。等离子是第4种状态，就是通过一些能量将气体电离，它就会变成离子状态。”

熊钦进一步介绍，这台设备通过射频电源电离气体。它电离是氧气形成氧离子，或者电离氢气形成氢离子。然后通过氧离子和氢离子，跟芯片表面的一些杂质发生化学反应，来去除这些有机的脏物跟氧化物。

“做等离子处理之后，它保证晶圆粘接效果更好。我们做过一些对比，做等离子处理跟没做等离子处理，根据材料的不一样，粘附力可以提升100%到500%。”熊钦表示。

在半导体领域里面，另一个需要提前清洁芯片的重要工艺是点胶。也就是使用专门的点胶机在芯片表面涂特定的胶水进行封装。

“像我们很多手机类的产品里的芯片都需要做一些保护，这都需要用点胶。就是用机器把胶水点到固定的位置，保证芯片跟基板粘合的足够好。这跟你手机贴膜是一个道理，如果上面有异物，你的粘接的粘附力肯定不强。如果说粘接效果不好，手机如果从一米高跌落下去，那个芯片很有可能就脱落了，手机就会失效。打个以前常见的比方，你的鞋散胶了，你是人工用胶水粘接起来。不过对这种高精密的电子产品，都是用机器去完成的，那它的精度控制就特别要求特别高。”熊钦说。

熊钦进一步表示，而如果点胶之前芯片没有清洁到足够干净的程度，它带来的影响就是点胶之后胶水不流动。一滴胶水在这个产品表面，本来想象效果是让它散开，结果它不散开。

在点胶工艺中，比较常见的胶水有环氧树脂、光敏胶、紫外光固化胶、热熔胶等等。每种胶水的应用场景不一样，有些胶水是为了用来粘接的，有些胶水的作用是为了用来散热的。“比如，特斯拉的电池，它的电池安装板上就有我们做的扇热点胶。我们是特斯拉的供应商，给特斯拉配套做了很多电池相关的一些导热胶，就是在它的电池板底部点一个散热胶。电池在工作过程中会产生热量，散热胶会把这些热量导走，让电池处于一个稳定的温度。”熊钦表示。

“目前在点胶领域，全球上市场占有率第一的叫Asymtek，它也是诺信旗下的一个子公司，这是美国一个非常大的公司，它在这个行业内已经深耕了将近30年了，历史悠久。目前我们也是以它为目标去追赶超越。”熊钦表示。

熊钦介绍，目前轴心自控公司做的半导体设备领域叫做流体控制，包括清洗、点胶等过程。目前在这个流体控制的细分领域，该公司全球的市场占有率已经做到了14%，全球市场占有率第二，国内的市场占有率第一。

半导体设备的国产替代机会

熊钦告诉记者，这几年半导体设备行业有很明显的变化，因为目前国家对半导体行业的支持力度非常大。以前的很多芯片和设备都是完全通过进口的方式，而一出现卡脖子的问题，很多消费类的电子产品像手机、手表、电脑都会被卡死，所以在这个背景下，这个行业近几年发展非常好。

中信证券析师徐涛、张若海和王子源在近期的一份研究报告中表示，据国际半导体产业协会预测，2021年全球半导体设备市场规模达953亿美元，同比增长34%，2020年中国大陆市场同比增速已达39%。由于晶圆厂扩产加速，国内市场增速显著高于全球。报告预计2022年中芯国际（688981.SH）、合肥长鑫、华虹集团、长江存储等国内主流晶圆厂均为扩产主力，多个新厂区项目上马将继续拉动国内设备市场需求。

该研究报告分析，从行业格局来看，美日欧厂商在半导体设备领域具备传统优势，占据半导体设备全球前15名席位。“据我们估算，2020年中国大陆厂商营收体量在全球市场占比仅约2%。从我们选取的长江存储、华力集成、华虹无锡三座典型晶圆厂招投标数据来看，美国设备厂商份额在4到5成，日本厂商份额3成左右，国产份额不足2成，但过去几年国产设备份额呈现明显上升趋势。”

报告还对各细分市场格局进行了梳理，其中部分领域国产化率可达到20%以上，部分国产化率尚低。比如，去胶设备的国产化率约为74%，清洗设备的国产化率约31%。氧化扩散/热处理设备、刻蚀设备、化学机械抛光、薄膜沉积、过程控制、离子注入等设备领域的国产化率依次下降，从29%到1.4%不等。而光刻机和涂胶显影设备的国产化率分别只有1.2%和1.1%。“总体而言，国内设备厂商在设备品类、工艺覆盖率方面仍存在较大提升空间，美国制裁华为、中芯国际等事件已经激发国内厂商的供应链安全意识，国内晶圆厂有望加快供应链本土化，我们预计国产设备厂商接下来1到2年有望受益国产设备份额的阶跃式提升。”

熊钦也表示：“很多国内的半导体公司都特别支持我们做国产替代，一旦我们有类似的产品可以替代海外的高端设备，我们国内的一些客户是非常愿意让我们去尝试的。在这种背景下，我们开发这个产品未来的市场潜力是非常巨大的。”

熊钦介绍，之所以国内企业开始偏向用国内上游的设备，第一个是因为他不会因为海外出现某些因素而面临断供的风险，到时候生产就没法保证。第二是因为海外的高端设备成本一般都比较高。而且它的服务技术也不太到位，因为这些高端设备商的总部都在海外，在国内基本上都是靠代理商去做服务，那他的这种技术反馈或者说技术配套服务都比较滞后。

“我们本土企业做的国产的替代，不会出现断供的风险。而且我们成本会比海外的成本要更低。还有我们的配套服务会更到位，基本上我们全国的各个地方都有配套的区域服务，对客户的定制化的需求反应更快速。因为这三方面优势，国产做芯片制造的公司，它更愿意使用国产替代的设备，只要你的产品够优秀。”熊钦表示。