日本|日本半导体设备和材料为何那么强？半导体|日本半导体设备和材料

12月17日，在“SEMICON Japan 2021 Hybrid”的Semi Technology Symposium的尖端材料、设备的分析环节，笔者做了题目为《日本的半导体设备、材料的竞争力与其根本原因》的演讲。
但是，笔者擅长的领域在于半导体的前段工序，对于后段工序以及封装方面，笔者不是很了解。于是，有关后段工序、封装方面的演讲，由龟和田忠司先生负责，我们二人共同完成了演讲（下图1）。龟和田忠司先生在英特尔工作三十多年，有着丰富的经验。

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图1：半导体的生产工艺、在SEMICON Japan上演讲工作的分配。
笔者与龟和田先生首先决定了演讲内容的框架，从八月份开始历经四个月的时间准备了此次演讲。演讲内容的框架大致如下：
1.明确日本企业在前段工序、后段工序（封装）中的设备、材料占比。
2.在前段工序、后段工序（封装）中，为什么日本企业的设备、材料占比较高？
3.为什么日本企业的市占率较高（较低）、分析其理由。构建包含前段工序、后段工序的假说。笔者（汤之上隆）与龟和田先生合作完成了本次演讲。两人历经四个月的时间，调查和研究以上内容，最终得出了精彩的结论。
一言以蔽之，日本人和欧美人之间迥异的思维方式、行动方式与设备、材料的占比有很大的关系。首先，从汤之上负责的部分（前段工序）开始论述。
日本企业在前段工序的设备和材料中的占比
虽然半导体的前段工序中有500一一1,000（甚至更多）道工艺，但是工艺却很简单（下图2）。
首先以直径为200毫米一一300毫米的硅晶圆（Silicon Wafer）为基板，然后进行以下规定的工序（反复30次一一50次，甚至更多）：清洗→成膜→光刻形成线路（Lithography Patterning）→蚀刻（Etching）→抛光（Ashing）或者清洗→检测。除以上工艺之外，还有离子注入、热处理、CMP等工艺。

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图2：前段工序的简单概要
通过前段工序，在硅晶圆上形成晶体管、电容、排线等的3D 结构。此外，在硅晶圆上同时形成约1,000个芯片（Chip）。前道工序中使用的主要设备的厂家如下图3所示，日本企业占比较高的有涂布显影设备（Coater & Developer，92%）、热处理设备（也被称为“纵型扩散炉”，93%）、单片式清洗设备（63%）和批量式（Batch）清洗设备（86%）、测长SEM（80%）等。
此外，日本在CMP设备方面虽然不占有TOP 1的优势，但日本的荏原制作所在逻辑半导体方面占有30%的市占率，因此，CMP设备属于日本企业占比较高的范围。

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图3：在半导体前段工序中，各家企业在各类设备中的占比，以及日本企业的占比。
然而，日本企业在干蚀（Dry Etching）设备、CVD设备和溅射等成膜设备、各类检测设备方面的占比较低。但是，这些设备采用了很多日本产的零部件。
其中，采用最多的是石英产品、陶瓷产品等。其次，前段工序中使用的主要材料的企业占比如下图4所示。日本企业在硅晶圆、各类光刻胶、各类CMP粉浆、各类高纯度溶液等产品中的占比极高。可以说，日本各家材料厂商的气势绝不亚于设备厂家，存在感极高。