北方华创做努力奔跑的国产半导体设备追梦者

3月20-22日，由SEMI主办的SEMICON China在上海举行，作为中国首屈一指的半导体旗舰展览，SEMICON China上业界大咖云集，参展厂商众多。国君机械作为在泛半导体设备领域持续深入研究的团队，本次展会做了一些新的尝试。在这里，我们来分析一下几家半导体装备上市公司的最新变化。

北方华创 做努力奔跑的国产半导体设备追梦者

一、中国半导体产业驶入快车道

1. 新兴市场驱动半导体产业第三波发展浪潮

从历史发展看，半导体行业的发展经历了三次浪潮：早期80-90年代半导体行业由PC和互联网驱动；第二次主要由mobile智能手机和媒体社交领域的应用发展驱动；现在是第三次，是数据经济，手机、物联网、大数据、汽车电子、云计算、AI等，每天产生无数data。这些data都需要更多存储和计算的power，带来逻辑、存储等半导体的新机会。

图 数字经济时代数据量大幅增长（十亿GB）

1.2 泛半导体领域市场方兴未艾

除了IC领域，泛IC领域各个方面发展也很迅速：

a.先进封装：现在的封装已经不是原来简单的wire-bonding的封装，而是变得越来越复杂。2020年市场规模314亿美元，其中fan-out增长速度最快，约为36%；

b.LED：除了背光和照明等应用外，mini-led已经开始普及。此外，micro-led对led行业的拉动非常大，预计于2020年推向市场，预估产值在300-400亿美元；

c.新型显示：到2025年，若考虑VR/AR应用，市场规模将达到400亿美元；

d.MEMS：互联网和相关的sensor的增长率很大，预计2021年市场将达到660亿美元，复合年增长率12%。

2.3 中国集成电路装备产业迎来千载难逢的发展机遇

从结构上看，中国目前在云、汽车、手机等方面应用很广，是世界上最大的消费市场。

全球IC设备市场快速增长，中国占比正不断提高，目前已成为全球第二大半导体设备资本支出市场，仅次于韩国，预测至2020年将进一步缩小和韩国之间的差距，甚至超越韩国。总而言之，从设备市场和资本支来看，中国大陆正处于IC设备产业的一个黄金时期。

二、装备是半导体产业梦的基石

在逻辑领域，IC发展到现在7nm，非常接近极限。而半导体设备是半导体产业的基础，一代技术依赖于一代工艺，一代工艺依赖一代设备和材料来实现。芯片特征尺寸不断缩小，新结构、新材料不断被应用，新技术层出不穷。设备的复杂性越来越高：现在PVD的系统，机械工程师需要1.5万张图，5万个零部件组成，软件代码近50万行。

数据来源：IC insight，国泰君安证券研究

三、北方华创的解决方案

公司目前可以在集成电路、先进封装、半导体照明LED、功率半导体、微机电系统、化合物半导体、平板显示及新能源光伏等领域提供设备解决方案。

3.1 集成电路领域

IC主要工艺制程分：光刻（涂胶、曝光、显影）、离子注入、CVD/PVD、刻蚀、化学机械研磨CMP、清洗、扩散diffusion等。针对这些工艺，公司有刻蚀、薄膜、扩散、清洗四大工艺模块，包括刻蚀机、PVD设备、单片退火设备、ALD设备、氧化/扩散炉、LPCVD、单片清洗机以及槽式清洗机等产品。

数据来源：北方华创

1）刻蚀（逻辑和memory）

从刻蚀方面看，包括logic和memory刻蚀，但应用层面都比较相似。对于gate相关的刻蚀公司具有dry clean，STI等工艺；相同的刻蚀工艺也可以用于DRAM和3D NAND。

a.硅刻蚀，包括：

浅沟槽STI Etch：公司的产品在逻辑、nor flash、cis都有很好的表现，各种刻蚀形貌和参数都能满足要求，2015年开始就是baseline机台（等离子硅刻蚀机）；

Poly Etch：Poly Etch非常关键，公司的产品得到了客户认可。

b.金属刻蚀，包括：

TiN的HardMask etch：一般28nm以下，都是PVD沉积TiN做HM来做刻蚀。公司的产品在14nm-65nm都做得很好，跟baseline完全匹配；

c.铝刻蚀，包括：

铝线刻蚀

Al Pad etch：公司的铝线刻蚀和铝块刻蚀都跟baseline完全匹配，在形貌上完全满足客户需求。

除了上面之外，公司的刻蚀机还可以刻蚀其他材料，例如ITO材料等，其中ITO在显示领域越来越重要。

d.公司的刻蚀设备在泛半导体里也有一些应用：

IGBT也就是现在大家都在推崇的沟槽栅的刻蚀：IGBT刻蚀有很多刻蚀细节的要求。一个是底部形貌问题：一种是平的，一种是U形的，还有一种是V形的，这个形貌非常重要。另外对Top Corner也是要求非常严格，因为Top Corner对Breakdown Voltage影响非常大。总的来说，不管是Top Corner还是Bottom Profile，公司的产品都达到了很高水平。另外，刻蚀除了对形貌的要求，还有一些电性的要求，公司也做到了很高水平；

公司的刻蚀设备还可以用于Silicon base的Super Junction。公司的刻蚀设备也可以用于与物联网相关的做sensor的MEMS相关的器件。总之，公司刻蚀设备具有好的剖面和损伤控制，高的ER和好的均匀性；

公司刻蚀设备还可以用于做sensor的MEMS相关器件。在这方面，公司各种形貌都可以达到高刻蚀水平。公司的工艺能力和设备的灵活性非常好，可以刻蚀各种客户需要的形貌来满足sensor的需要。

2）薄膜thin film沉积

公司开发了一个大的传输平台，同时可以挂10个独立的反应腔体，是至今PVD领域最大的传输平台，超越同行。客户认可度非常高；

在IC里面，hardmask是非常重要的一块，我们有不同硬件，能够调节不同制程下的的stress和density；

a.金属薄膜沉积，包括CuBS PVD、Al PVD等。公司研发了十个腔室的平台，是至今在金属化的平台里最大的一个，这个平台及工艺客户非常认可；

Al Pad PVD：可以从低温的做到高温的，比如说在400度做的非常好。沉积过程中wafer温度的稳定性非常好，并且解决了whisker和sticking连片的问题；

b.hardmask PVD：公司的产品可以保证薄膜中心到边缘的micro structure一致，使得在做CMP时，中心到边缘磨的速率一致，效果非常好，是28nm生产的baseline机台；

c.ALD/CVD W：film的resistivity比别家要低；这类设备一方面用于填高深宽比的via或者trench，另一方面用于Power IC；

d.PVD for LED：在LED照明中，公司研发了氮化铝的工艺流程。这个工艺流程从无到有，现在变成了LED的一个标配流程，大大缩短了MO的时间，将MO时间从原来的8小时，缩短到现在的5小时。

同样的，除了IC相关，公司的PVD工艺在IGBT Hot Al和Silicon外延方面也得到了客户的认可。公司在IGBT中的薄膜处理工艺能力优异，而且对NiV film stress可以保证低于30MPa仍不发生翘曲。在Silicon外延中可以保证优异的厚度和Rs均一性，并且公司工艺在大规模生产中保持稳定。

3）湿法清洗

logic从底部到顶部每一步工艺都涉及Wet clean工艺，此外DRAM和3D NAND也都会应用wet clean工艺。前段和后段工艺都会需要用到清洗设备。

单片清洗：包括RCA、pre/post film clean、post CMP final clean、BEOL post clean BEOL-post etch clean、scrubber等；

批式清洗：包括RCA，PDC/Oxide etch，PR strip，Nitride etch，Solvent Strip，wafer reclaim等。

4）diffusion

前道用的比较多

LPCVD：可以生长各种film，包括a-Si/Poly、Pad-SiN、Spacer-SiN、HTO等；公司LPCVD工艺具有高可靠性，系统uptime做到95%以上，工艺结果非常稳定；

Oxidation：长各种氧化膜，包括Pad-OX、Liner-OX、SAC-OX、Gate-OX等；公司产品具有高可靠性，uptime达到95%以上，系统的particle平均做到8nm，非常小；

低温Alloy：低温合金在实际中温度并不好控制，公司可以做从100-600度；在低温的控温比高温更难，我们的低温控得非常好。

单片anneal：post etch和post CMP之后anneal一下，做一个去除表面粘污污染。IC产品做了post etch/post cip以后，都要做一个anneal，因此这也是IC设备里非常重要的一部分。

数据来源：北方华创

3.2 先进封装领域

北方华创可为Flip Chip Bumping、Fan-out、WLCSP等封装技术提供UBM/RDL PVD和Descum等离子体表面处理设备及解决方案；还可为2.5D/3D封装提供高深宽比TSV刻蚀、TSV PVD工艺解决方案。

多年来，北方华创持续与主流封测厂在晶圆级封装业务上长期深度合作，并不断获得重复订单，产品日益成为先进封装生产线的首选，肩负了客户规模量产的重任。随着先进封装技术的不断发展，面临更大晶圆翘曲、更小线宽、更高精度要求以及更加复杂的基材结构等一系列挑战，北方华创已有深度研发和技术积累，并将紧密与客户配合，快速响应，为市场提供更加优质的产品和解决方案。

3.3 LED领域

北方华创为客户量身定做的GaN 刻蚀机、PSS刻蚀机、PECVD、AlN Sputter等设备均为当前行业标杆产品，设备销量破千台，成为客户信赖的技术创新产品。其中，AlN设备不仅获得大陆客户的全面认可，还收获美国、中国***和韩国客户的认可；同时，北方华创提供的ITO Sputter设备，通过不断的技术进步，电压和亮度优于国际同行，为客户带来价值。

3.4 MEMS及新兴市场

北方华创深硅刻蚀设备获得了市场的广泛认可，已批量进入顶尖科研机构及生产线。深硅等离子刻蚀设备凭借优异的工艺性能，已突破海外市场，为全球客户提供先进工艺解决方案。北方华创刻蚀设备已全面服务于 MEMS传感器、光通信器件等新兴领域。随着硅基OLED显示技术兴起，北方华创凭借优良的工艺技术性能，硅刻蚀机、金属刻蚀机、PVD、氧化退火炉、清洗机等产品已全面服务于主流硅基OLED显示企业。

3.5 第三代半导体领域

北方华创可提供SiC刻蚀、GaN刻蚀、介质刻蚀、高温炉、LPCVD、PECVD以及PVD等关键设备，可提供第三代半导体功率器件和射频微波器件整体解决方案；此外，北方华创为第三代半导体领域量身打造的SiC长晶炉设备性能优异，获得了客户的批量订单；全新推出的先进ALE原子层刻蚀设备，可满足HEMT器件的低损伤工艺要求，已成功进入知名功率芯片制造工厂，为国产设备在高端半导体装备领域再添新秀。

3.6 硅材料制造领域

北方华创应用于单片/多片硅外延的APCVD系统能满足外延厂和芯片厂的差异化需求，自问世以来，不断获得重复采购，在2018年的新增市场中占据半壁江山。NAURA Akrion槽式清洗机产品性能优异，在世界知名的硅晶圆生产企业拥有大量的装机量。此外，北方华创还可提供氧化炉、退火炉和单片清洗机等设备及工艺解决方案。

3.7 新能源光伏领域

北方华创研制的新型低压扩散炉，高效单晶生长设备销量稳居国内高效光伏电池领域前列，客户覆盖海内外。全新升级的大产能PECVD设备，性能更加匹配客户需求，同时还可帮助客户进一步降低生产成本。应用于新能源光伏领域的全自动多晶黑硅制绒机、卧式氧化/扩散炉、PECVD、单晶炉等设备均已实现进口替代。全新研发的砷化镓清洗机和砷化镓外延剥离腐蚀清洗机作为砷化镓薄膜电池的核心工艺设备，已顺利进入客户生产线。

3.8 平板显示领域

北方华创作为国内知名的平板显示设备供应商，可提供Mask Cleaner 、Grind Cleaner、TAU、 TCU、TRU、Edge Inspection、UV CURE 、Index等设备。其中自主设计研发的Index、UV Cure、Grind Cleaner设备在国内一直保持着较高市场份额。OLED核心设备Mask Cleaner实现了较高的市场占比。TAU等节能环保类产品自2016年推向市场以来，获得了客户的一致认可并实现批量采购，现已拥有较高的市场份额。

3.9 其他

此外，北方华创在气体流量测量和控制方面拥有多项关键技术，MFC产品远销欧美，是中国流量计品牌的佼佼者。其CS系列数字MFC产品的技术指标满足高端装备使用要求，已经广泛应用于半导体、光伏太阳能、真空镀膜、TFT等行业生产线，累积销售量超过20余万台。

四、北方华创与客户的合作

打两个比方：

1）当时我们看了一篇paper，觉得有必要做PVD AlN的研发，觉得这个可以帮助生长。这个设备的沉积温度在600-900度，温度很高。我们和客户一起开发，现在卖的非常好，市占率90%以上，已经成为benchmark。我们的设备的cost和efficiency都表现比较好，将客户产品的生长时间从8小时缩短到5小时，大大降低了客户成本和效益并且显著提高了LED性能；

2）当时客户问我们能不能做单片anneal，我们从答应客户到做到出来总共6个月，最后我们设备的productivity增加了38%，也成为benchmark tool。

总体而言，公司可以带来更好的技术、更高的效率、高快的反应速度和更好的客户服务，希望大家可能多多合作。

精测半导体：半导体量测设备首次亮相，值得关注

一、发展历程：从精测电子出发，布局泛半导体领域检测设备

上海精测半导体技术有限公司是武汉精测电子集团股份有限公司在上海设立的全资子公司。公司注册于2018年7月，主要从事以半导体测试设备为主的研发、生产和销售，同时也开发一部分显示和新能源领域的检测设备。

自2018年7月起，公司取得了一系列的进步。2018年8月，公司签订柔性激光切割设备合同；9月，公司签订0LED微型显示器膜厚测量仪合同；2019年1月，公司正式投产，激光切割设备出货，2019年2月，OLED微型显示器膜厚测试仪出货。该台设备为国内首台，具有一定领先地位。

图 公司在泛半导体领域已取得订单并出货

二、半导体检测设备正式亮相，值得关注

经过半年多的准备，上海精测半导体于19年的SEMICON展首次正式亮相，展示其高端先进的半导体检测设备。目前公司的产品分为两大类，一类在芯片制造领域；一类在显示/微机电/记忆体领域。

2.1 芯片制造领域

1）半导体集成式膜厚测量机EFILM 300IM：自主研发和生产，具有完全自主知识产权

该产品支持8/12寸硅片，应用范围包括刻蚀、CVD、光刻和CMP等工艺段的测量；

2）Micro OLED全N2环境使用倒置型膜厚测量机EFILM 200FU：国内领先

该产品能够实现TFE/ETL/EML/ITO各制程的光学性能测试和Å级膜厚测量；

3）半导体集成单/双模块膜厚测量机EFILM 300DS：支持12寸/8寸硅片；

4）高性能膜厚及OCD测量机EPROFILE 300FD：集成电路生产线12寸/8寸硅片全自动光学薄膜测量及光学关键尺寸测量

5）全自动晶圆缺陷复查设备ULTRAView：12寸晶圆在线电子束缺陷复查和分类设备。

2.2 显示/微机电/记忆体领域

1）G4.5代面板激光切割设备Ultracut1000：

2）镜头波前和表面二合一检查机WFAOI 100FD：镜头全自动光学像差检测和表面缺陷检测二合一系统，利用干涉技术的激光对被测物体进行光学组件像差。

总体而言，我们认为精测半导体在膜厚/OCD领域的产品布局处于国内领先地位，期待未来能够逐步在获取订单/验证/出货/量产等各个环节同样保持领先地位。

长川科技：展出CP12探针台及数字信号测试机，补齐测试设备产品线

一、新产品之一：CP12探针台

公司于展会上展出1台全自动12英寸超精密晶圆测试系统，可兼容8寸和12寸晶圆性能测试。通过视觉系统实现晶圆自动校准与晶圆焊盘和探针的精准对位。

二、全球半导体测试设备市场规模约60亿美金，探针台约13亿美金

目前测试设备主要分为测试机、探针台、分选机三大类，其中公司已有测试机、分选机两大类产品，而探针台研发难度最大，目前国产化率最低、进口依赖程度大。

根据泰瑞达预计，2019年全球高端半导体测试设备(ATE)市场规模约30-35亿美金，其中存储器测试设备市场将达到6.5-7.5亿美元，SOC测试设备市场将达到23-27亿美元。我们按照高端ATE占全部ATE占比80-90%计算，判断全球ATE设备市场空间约38-40亿美金。我们按照测试机：分选机：探针台市场空间约为3:1:1计算，探针台设备的全球市场空间约13亿美金。

目前全球领先的探针台企业包括东京精密、QA、Ecopia等。国内目前在这一领域布局的公司包括深圳矽电、森美协尔等。我们以森美协尔量产型半自动/全自动探针台参数来对比，目前其index time做到300ms（die尺寸10mm），长川的index time做到200mm（die尺寸6mm）；森美的xy定位精度做到了2μm，长川做到了1μm；森美x轴定位精度做到2μm，长川1.5μm，二者技术指标均比较领先。

数据来源：semishare

总体而言，我们认为长川科技将在已有测试机、分选机设备基础上，通过推出CP12探针台补齐测试设备产品线，为长期成长打开成长空间。

盛美半导体：发布三款新产品，新增10亿美元目标市场

一、背景

盛美半导体（ACM Research）是一家在美国上市但是接中国地气的企业，公司在国内湿法设备市场具有领先地位。与

DNS、TEL、LAM等国际设备厂商相比，公司的产品大多走差异化路线，布局其竞争厂商目前还不具备的技术与产品。除了技术优势外，公司的产品也能帮助客户节省成本，从而获得客户的更多青睐。

数据来源：ACM Research

本届SEMICON上，盛美董事长兼CEO王晖博士为大家介绍了三款最新产品，分别是多阳极局部电镀铜设备Ultra ECP map Tool、先进封装抛铜设备Ultra SFP-Advanced Packaging以及Ultro C-Tahoe高温硫酸清洗设备。本次发布的三大新设备均代表了细分领域的最先进技术，市场前景良好，并且都已经收获订单。清洗设备已经于19年1月份出货，抛光设备未来2-3月将交付客户。

二、多阳极局部电镀铜设备

市场空间及产品意义：公司的电镀铜设备主要是铜互连用电镀铜设备，主要针对前道晶圆制造环节。目前镀铜设备市场空间大约为2亿美金以上，虽然市场没有很大，但镀铜设备的技术含量非常高。

公司产品优势：盛美早在1998年就开始专利布局。尤其在局部镀铜这一块，盛美半导体设备拥有当今世界独一无二的技术，并有多个专利保护。采用盛美半导体的局部电镀铜技术，可以实现电镀初始阶段就做到均匀电镀，实现完全的无气穴填充。目前该技术主要应用于40nm、28nm，根据公司CEO王晖博士表示，公司还将继续往更小的工艺节点推进，在14nm、12nm及更小节点，这个技术的优越性也会越来越大。

三、先进封装抛铜设备

市场空间及产品意义：目前该设备主要针对人工智能（AI）芯片封装工艺开发。由于AI芯片具有更多的引脚，所以需要全新的立体封装工艺和封装设备。具体来说，在芯片进行镀铜后，还需要把表面多余的铜抛掉，这就需要核心工艺——抛光。公司的抛光设备对应市场空间大约为2亿美金以上。

公司产品优势：目前现阶段的抛光采用的是机械化学研磨（CMP），而传统的化学研磨面临着一个问题，即耗材的成本问题。而盛美采用了一种复合式的湿法电抛光技术，首先对铜膜进行90%的电抛光，继而再进行10%的化学机械研磨（CMP）, 再用湿法刻蚀去除阻挡层。由于电抛光的化学液可以重复循环使用，这样可以节省80%以上的耗材费用。目前只有盛美能够做到，这也是盛美为未来的先进封装所储备的技术。

四、高温硫酸清洗设备UltraC Tahoe

市场空间及产品意义：清洗设备是公司的传统的核心产品。公司新设备的一大特点就是能大大地节省化学液，可以减少90%的硫酸使用量，减少对环境的影响。这也是盛美半导体的独家发明，全世界首台。目前主要对应全球20%左右的清洗设备市场，约6亿美元。

公司产品优势：该设备将传统的槽式清洗和单片清洗融合，硅片先在槽式清洗机里用高温硫酸洗涤，再进行单片洗涤，减少90%的硫酸使用量。根据王博士的举例，目前上海的晶圆厂每年有6万吨的硫酸使用量，对应10万片晶圆产量；如果采用盛美的设备，同等硫酸量可生产100万片晶圆，企业每年也将至少节省1200万美元成本。