經(jīng)濟觀察網(wǎng) 記者 李靖恒 如何衡量一個物體表面的干凈程度？深圳市軸心自控技術(shù)有限公司的產(chǎn)品經(jīng)理熊欽在接受采訪時告訴記者，在芯片生產(chǎn)領(lǐng)域，一般使用水滴角測試來衡量芯片表面的潔凈程度。

什么是水滴角測試？就是一滴水滴到物體表面，它形成了一個水滴的形狀，這個水滴跟這個物體表面形成了一個夾角，這個就叫水滴角。一個物體表面越臟，它的水滴角就越高。熊欽告訴記者，他們的客戶一般要求水滴角要達到10度。而有雜質(zhì)的物體表面會達到80度甚至90度。通過清洗設(shè)備處理完之后，水滴在物體表面就會完全攤，不會凸起很高。

軸心自控公司在今年5月份推出了一系列名為“半導(dǎo)體大氣式等離子表面處理系統(tǒng)”的設(shè)備，這系列設(shè)備專門用來清潔芯片的表面，截止目前已經(jīng)賣出了將近有20多臺了。這款產(chǎn)品經(jīng)過了三年的研發(fā)，熊欽就是負(fù)責(zé)該產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)理。“我們在國內(nèi)是第一家推出該款產(chǎn)品的公司，我們這種等離子是比較新穎的。”熊欽說。 

據(jù)熊欽介紹，這種技術(shù)之前主要是在國外，由諾信公司旗下的March等一些巨頭公司在生產(chǎn)。軸心自控所生產(chǎn)的一臺設(shè)備價格大概在40到50萬人民幣之間，基本是海外競爭對手價格的一半。“他們因為在這個領(lǐng)域上時間比較久，所以之前這些領(lǐng)域都是他們在壟斷，國內(nèi)公司采購他們的設(shè)備成本會比較高。”

熊欽告訴記者，近幾年半導(dǎo)體設(shè)備有明顯的國產(chǎn)替代化趨勢。很多客戶都支持他們?nèi)プ霭雽?dǎo)體設(shè)備方面的研發(fā)嘗試。

用等離子來“擦”芯片 

為什么芯片表面的干凈程度如此重要？熊欽告訴記者，在半導(dǎo)體行業(yè)的一些工藝流程里，需要去除芯片上面的一些有機臟物，包括氧化物等，而很多表面雜質(zhì)是肉眼不可見的。比如，晶圓在做鍵合的時候就需要進行清潔。清潔完了之后再來做鍵合，才能保證晶圓鍵合的良率。

熊欽介紹，把兩片晶圓貼在一起叫bonding（鍵合）。這種鍵合是一定要確保兩個晶圓表面足夠的干凈，上面沒有任何的污染物，沒有任何的氧化物。這樣鍵合之后，它的電氣導(dǎo)通性才能達到理想的效果。如果說上面有臟物或者氧化物，這個芯片的良率、穩(wěn)定性和可靠性都會大幅的下降。

熊欽介紹，目前市場上用的比較多的是真空等離子。而軸心自控的產(chǎn)品是大氣式的，也就是說它不需要真空環(huán)境，可以在大氣的環(huán)境下做等離子處理。

什么是等離子？熊欽表示：“大家都知道物體會分3種狀態(tài)，固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。等離子是第4種狀態(tài)，就是通過一些能量將氣體電離，它就會變成離子狀態(tài)。”

熊欽進一步介紹，這臺設(shè)備通過射頻電源電離氣體。它電離是氧氣形成氧離子，或者電離氫氣形成氫離子。然后通過氧離子和氫離子，跟芯片表面的一些雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，來去除這些有機的臟物跟氧化物。

“做等離子處理之后，它保證晶圓粘接效果更好。我們做過一些對比，做等離子處理跟沒做等離子處理，根據(jù)材料的不一樣，粘附力可以提升100%到500%。”熊欽表示。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域里面，另一個需要提前清潔芯片的重要工藝是點膠。也就是使用專門的點膠機在芯片表面涂特定的膠水進行封裝。

“像我們很多手機類的產(chǎn)品里的芯片都需要做一些保護，這都需要用點膠。就是用機器把膠水點到固定的位置，保證芯片跟基板粘合的足夠好。這跟你手機貼膜是一個道理，如果上面有異物，你的粘接的粘附力肯定不強。如果說粘接效果不好，手機如果從一米高跌落下去，那個芯片很有可能就脫落了，手機就會失效。打個以前常見的比方，你的鞋散膠了，你是人工用膠水粘接起來。不過對這種高精密的電子產(chǎn)品，都是用機器去完成的，那它的精度控制就特別要求特別高。”熊欽說。

熊欽進一步表示，而如果點膠之前芯片沒有清潔到足夠干凈的程度，它帶來的影響就是點膠之后膠水不流動。一滴膠水在這個產(chǎn)品表面，本來想象效果是讓它散開，結(jié)果它不散開。

在點膠工藝中，比較常見的膠水有環(huán)氧樹脂、光敏膠、紫外光固化膠、熱熔膠等等。每種膠水的應(yīng)用場景不一樣，有些膠水是為了用來粘接的，有些膠水的作用是為了用來散熱的。“比如，特斯拉的電池，它的電池安裝板上就有我們做的扇熱點膠。我們是特斯拉的供應(yīng)商，給特斯拉配套做了很多電池相關(guān)的一些導(dǎo)熱膠，就是在它的電池板底部點一個散熱膠。電池在工作過程中會產(chǎn)生熱量，散熱膠會把這些熱量導(dǎo)走，讓電池處于一個穩(wěn)定的溫度。”熊欽表示。

“目前在點膠領(lǐng)域，全球上市場占有率第一的叫Asymtek，它也是諾信旗下的一個子公司，這是美國一個非常大的公司，它在這個行業(yè)內(nèi)已經(jīng)深耕了將近30年了，歷史悠久。目前我們也是以它為目標(biāo)去追趕超越。”熊欽表示。

熊欽介紹，目前軸心自控公司做的半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域叫做流體控制，包括清洗、點膠等過程。目前在這個流體控制的細(xì)分領(lǐng)域，該公司全球的市場占有率已經(jīng)做到了14%，全球市場占有率第二，國內(nèi)的市場占有率第一。

半導(dǎo)體設(shè)備的國產(chǎn)替代機會

熊欽告訴記者，這幾年半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)有很明顯的變化，因為目前國家對半導(dǎo)體行業(yè)的支持力度非常大。以前的很多芯片和設(shè)備都是完全通過進口的方式，而一出現(xiàn)卡脖子的問題，很多消費類的電子產(chǎn)品像手機、手表、電腦都會被卡死，所以在這個背景下，這個行業(yè)近幾年發(fā)展非常好。

中信證券析師徐濤、張若海和王子源在近期的一份研究報告中表示，據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會預(yù)測，2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模達953億美元，同比增長34%，2020年中國大陸市場同比增速已達39%。由于晶圓廠擴產(chǎn)加速，國內(nèi)市場增速顯著高于全球。報告預(yù)計2022年中芯國際（688981.SH）、合肥長鑫、華虹集團、長江存儲等國內(nèi)主流晶圓廠均為擴產(chǎn)主力，多個新廠區(qū)項目上馬將繼續(xù)拉動國內(nèi)設(shè)備市場需求。

該研究報告分析，從行業(yè)格局來看，美日歐廠商在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域具備傳統(tǒng)優(yōu)勢，占據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備全球前15名席位。“據(jù)我們估算，2020年中國大陸廠商營收體量在全球市場占比僅約2%。從我們選取的長江存儲、華力集成、華虹無錫三座典型晶圓廠招投標(biāo)數(shù)據(jù)來看，美國設(shè)備廠商份額在4到5成，日本廠商份額3成左右，國產(chǎn)份額不足2成，但過去幾年國產(chǎn)設(shè)備份額呈現(xiàn)明顯上升趨勢。”

報告還對各細(xì)分市場格局進行了梳理，其中部分領(lǐng)域國產(chǎn)化率可達到20%以上，部分國產(chǎn)化率尚低。比如，去膠設(shè)備的國產(chǎn)化率約為74%，清洗設(shè)備的國產(chǎn)化率約31%。氧化擴散/熱處理設(shè)備、刻蝕設(shè)備、化學(xué)機械拋光、薄膜沉積、過程控制、離子注入等設(shè)備領(lǐng)域的國產(chǎn)化率依次下降，從29%到1.4%不等。而光刻機和涂膠顯影設(shè)備的國產(chǎn)化率分別只有1.2%和1.1%。 “總體而言，國內(nèi)設(shè)備廠商在設(shè)備品類、工藝覆蓋率方面仍存在較大提升空間，美國制裁華為、中芯國際等事件已經(jīng)激發(fā)國內(nèi)廠商的供應(yīng)鏈安全意識，國內(nèi)晶圓廠有望加快供應(yīng)鏈本土化，我們預(yù)計國產(chǎn)設(shè)備廠商接下來1到2年有望受益國產(chǎn)設(shè)備份額的階躍式提升。”

熊欽也表示：“很多國內(nèi)的半導(dǎo)體公司都特別支持我們做國產(chǎn)替代，一旦我們有類似的產(chǎn)品可以替代海外的高端設(shè)備，我們國內(nèi)的一些客戶是非常愿意讓我們?nèi)L試的。在這種背景下，我們開發(fā)這個產(chǎn)品未來的市場潛力是非常巨大的。”

熊欽介紹，之所以國內(nèi)企業(yè)開始偏向用國內(nèi)上游的設(shè)備，第一個是因為他不會因為海外出現(xiàn)某些因素而面臨斷供的風(fēng)險，到時候生產(chǎn)就沒法保證。第二是因為海外的高端設(shè)備成本一般都比較高。而且它的服務(wù)技術(shù)也不太到位，因為這些高端設(shè)備商的總部都在海外，在國內(nèi)基本上都是靠代理商去做服務(wù)，那他的這種技術(shù)反饋或者說技術(shù)配套服務(wù)都比較滯后。

“我們本土企業(yè)做的國產(chǎn)的替代，不會出現(xiàn)斷供的風(fēng)險。而且我們成本會比海外的成本要更低。還有我們的配套服務(wù)會更到位，基本上我們?nèi)珖母鱾€地方都有配套的區(qū)域服務(wù)，對客戶的定制化的需求反應(yīng)更快速。因為這三方面優(yōu)勢，國產(chǎn)做芯片制造的公司，它更愿意使用國產(chǎn)替代的設(shè)備，只要你的產(chǎn)品夠優(yōu)秀。”熊欽表示