手握3D IC独特清洗技术专利 盛美半导体助台优化先进制程良率
- 尤嘉禾／台北
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中美贸易摩擦正炽与不断袭来的智能化浪潮，让半导体的重要性不断攀升，即便Covid-19疫情反覆不定，但半导体这两年仍逆势上扬，尤其是5BG、服务器、处理器、存储器的芯片需求，更带动了相关设备的成长，国内厂商近期有后来居上之势，目前全球市占率已达20%，盛美半导体作为全球半导体设备大厂，长年深耕半导体设备领域，除了提供国内当地半导体大厂相关设备外，也开始着手强化台湾市场的布局，董事长王晖指出，初期将先强化业务能量，未来再进一步扩大其他服务。
2005年成立于上海的盛美半导体，是集研发、设计、制造、销售于一体的半导体设备公司，主要产品包括半导体清洗、电镀、立式炉管与先进封装制程设备，晶圆制造客户包括海力士、华虹半导体、长江存储、中芯国际、合肥长鑫，先进封装制程则有长电科技、通富微电、中芯长电、Nepes，半导体芯片制造部分，则有台湾的合晶科技与昇阳国际半导体。
2020年营收超过新台币42亿元，其中清洗设备的营收贡献为83.69%，王晖透露国内存储器大厂长江存储的60k？90k的存储器制程，就有45%的清洗设备就是采用该公司产品，由此可见盛美半导体在此领域的技术能力，下一步目标将是50%以上的国内市占率，至于国际市场，盛美半导体则将透过SAPS、TEBO两项万亿声波清洗与Tahoe单片槽式组合清洗设备等三大设备创造差异化，这些设备的技术不但都是盛美半导体首创，并且握有专利权，将在新时代半导体制程中占有巨大优势。
在介绍盛美半导体的三大技术之前，王晖先解释清洗设备对半导体的重要性。他指出一般而言半导体制程越精细，所需的清洗程序就越多，20纳米之后的晶圆制程中，有1/3以上的环节均围绕在清洗设备周围，部分关键制程更是每两个步骤就须清洗一次，进入14纳米制程后，芯片结构渐趋复杂、线路越来越细小，且结构逐渐走向3D立体化，因此半导体业者对清洗技术的要求也同步提升，若能导入更有效清洗微小颗粒及沾污的设备，制程良率将可大幅提升，也因此各大半导体设备厂纷纷着手研发新技术，万亿声波就是其一。
拥有三大先进清洗技术专利
万亿声波的好处是可以利用气泡振荡精准清除2D表面及3D立体空间内颗粒及沾污，从2000年开始，全球大型半导体设备商纷纷投入研发，不过万亿声波有能量均匀度难以控制与破坏芯片3D结构的问题，因此各设备厂在2010年左右陆续放弃。盛美半导体则是在2008年发明了可解决万亿声波均匀度问题的SAPS技术。
SAPS(空间交变相位移)技术是透过万亿声波的交替相位变化，控制发声器与晶圆的间距，相较于以往的万亿声波设备的固定式发生器，SAPS会在晶圆旋转时上下往复移动，因此即便晶圆形状翘曲，各点接仍能接收到均匀的万亿声波能量。
另外SAPS的清洗效率也远较传统万亿声波高，不仅不会损伤芯片表面，对平坦晶圆表面和深孔内的微小颗粒去除有卓越表现。在此技术优势下，盛美半导体在2011年拿下海力士的订单，将之应用于45纳米制程产线，直到现在17纳米与15纳米制程几十步工艺上仍使用此设备。
除此之外，继SAPS之后，2015年盛美半导体解决万亿声波清洗的第二道难题，研发出全球首创的TEBO万亿声波清洗技术。TEBO的中文是「时序能激气穴震荡」，此技术对芯片的损伤极低，同时也是目前唯一清洗3D IC内部结构线路的万亿声波清洗技术。
王晖表示，半导体制程逐渐逼近物理极限，未来发展先进制程的难度与成本将大幅提升，3D IC成为必然趋势，不过现在的清洗技术对3D IC结构内的盲孔与沟槽束手无策，以储存芯片与逻辑芯片为例，储存芯片从2D进化到3D时，其高深宽比大幅提升，逻辑芯片则是进入FinFET结构，这些立体结构的清洗难度极高，TEBO万亿声波是唯一可清洗的技术，通过控制气穴的温度进而避免气穴内爆，实现3D结构内颗粒的无损伤清洗，盛美半导体则有此技术的专利。
至于Tahoe单片槽式组合清洗设备，则是针对产线的量产需求而设计，这项设备主要应用于光阻剂去除、蚀刻与晶圆平坦化的清洗制程，王晖表示这些制程以往都要使用大量硫酸，处理废硫酸向来是半导体的棘手难题，美国业者采用掩埋方式，国内、台湾、韩国业者则多数都采用高温纯化，不过这两者都会影响环境，前者是造成土地污染，后者则会耗费能源且排放温室气体。
过去半导体业者是使用槽式与单片两者之一的清洗方式，不过槽式清洗难以满足28纳米以下的制程性能需求，单片清洗的效率虽佳，但需使用大量硫酸，对此盛美半导体将两者整合，研发出Tahoe单片槽式组合清洗设备，此设备整合了两种模块，半导体业者可依照不同产品需求选择槽式或单片清洗方式，不仅效率高，且硫酸用量可节省80%以上。
创新技术提供客户最大价值
王晖坦言，相较于传统的清洗设备，盛美半导体先进清洗设备的售价偏高，不过半导体产业着重的整体价值，他以DRAM为例，每十万片产能的产线需要两台盛美半导体的清洗设备，设备成本合计约700万美元，但导入后的制程良率可提升1.5%，换算的利润为5,000万？7,000万美元，且随着芯片制程不断微缩、架构走向复杂化，清洗设备对产线良率的重要性将会快速增加，因此他提醒业者不能只考虑售价，而须从整体价值考量。
除了清洗设备外，盛美半导体的半导体电镀也有布局，其产品包括前道铜互连电镀设备与后道先进封装电镀设备。王晖表示，为了满足电动车、5G与射频等领域的功率、温度、电流密度与高频需求，SiC(碳化矽)、GaN(氮化镓)、GaAs(砷化镓)等化合物半导体成为近年产业焦点，盛美的Ultra ECP GIII电镀设备可将金(Au)镀到芯片背面深孔，其电镀均匀性和阶梯覆盖率可低于3%，同时配备全自动平台，可支持6寸晶圆平边与V型槽晶圆的批量生产，此外盛美半导体的第二阳极和高速栅板技术，也可让效能最佳化。目前Ultra ECP GIII电镀设备已于2021年第3季交货。
在炉管设备部分，盛美半导体继2020年推出搭载氧化物、氮化矽(SiN)低压化学气相沉积(LPCVD)和合金退火制程功能的立式炉管系列设备后，2021年又有新设备问世。此设备以立式炉管系列设备为基础，开发出可应用于非掺杂多晶矽沉积、掺杂多晶矽沉积、栅极氧化物沉积、高温氧化和高温退火制程等新应用功能。
此设备的独特控制演算法可稳定控制温度，大幅提升晶圆制程良率，目前已交货给客户，并正进行验证中，王晖透露，盛美半导体已可进行50%以上的批式热制程，此外该公司团队也正着手研发ALD(原子层沉积)立式炉管设备，预计于2022年上半年问世。
完整产品线布局全球
目前盛美半导体的企业总部设置于美国，主要客户则为中、韩两国的半导体业者，为提供更周全、快速的服务，已于这两地设有研发中心。王晖进一步指出半导体设备与其制程紧密嵌合，必须与客户的制程部门共同调整设备的架构与功能，因此盛美半导体让研发与生产都在地化，协助客户尽快解决问题，让设备可以快速上线使用。
至于服务的客户类型，现在则聚焦于半导体制造与封测，在封测领域，现在则有清洗、涂胶、去胶、显影、蚀刻、镀铜、抛光等全套先进封装生产线，相较于其他业者多仅有其中一部分，盛美拥有全球半导体产业中最齐全的封装设备线。近年受到疫情影响，半导体供应链各环节都出现缺货状况，为满足市场需求，半导体制造业者积极扩厂提供更庞大的产能，因此2021年全球半导体设备的需求成长50%。
不过由于设备业者在供应机台的同时，也须向上游业者采购零组件，因此也具需求者角色，这波缺货潮同样影响到设备商，对此盛美半导体长期与上游供应商紧密合作的效益浮现，零组件缺货的影响并不大，仍可顺利出货给各地客户。
另外盛美半导体也着手扩厂，今年先将上海生产基地的面积从1万平方米扩大至1万5千平方米，2022年再扩大至2万平方米，扩充后的年产量将达6.25亿美元。另外2022年底另一结合研发与生产的10万平方米基地也将完工，此基地的产能将达15亿美元，可满足全球半导体客户的设备需求。
王晖希望透过技术与产能两端的强化，突破目前半导体设备由全球少数几家大厂寡占的局面，他指出半导体制程不断精进，因此客户端会选择具有未来性的合作夥伴，透过彼此技术的同步成长，确保未来的竞争优势，虽然目前半导体业者的设备采购对象仍以欧美品牌为主，不过在清洗设备部分，盛美半导体的市占率正逐渐攀升，逐渐成为业界的重量级厂商，高盛集团的研究报告就指出，盛美半导体在3D IC独特的清洗技术将翻转现有供应链局面，未来盛美设备的可服务市场有机会达到100亿美元以上。
力助台湾优化先进制程良率
至于在台湾的半导体市场布局，王晖指出台湾在全球半导体产业的地位极其重要，在先进制程与成熟制程都是业界领导者，以台积电为例，台积电虽积极布局全球，但仍有95%的营收来自台湾厂区，另外高盛集团日前的研究报告也指出，2023年全球处理器中，台积电的3纳米制程市占率将达80%，除了台积电外，联电、力晶的新产品也将扩大其营收，台湾半导体在未来10年仍将是一片荣景。
王晖透露，已有台湾半导体业的国内厂房，在盛美半导体研发与生产团队的协助下顺利导入清洗设备，且运作成效十分良好，由于目前市场上仅有盛美拥有3D IC清洗技术，而此3D结构又是半导体必走之路，因此双方未来的合作必然越来越紧密。
接下来盛美半导体计划将此成功合作经验辐射回台湾本地市场。现在盛美半导体在台湾仅有业务团队提供相关服务，王晖计划先加强业务面的服务能量，未来则视状况设立研发中心，提供台湾半导体厂商实时服务。
王晖最后表示，投资先进制程设备将是半导体业者维持竞争力的关键，观察全球半导体趋势，由于Covid-19疫情反覆，实体经济在短期内无法回复，电商、网络游戏、影音串流...等零接触应用仍将大行其道，这些线上应用对高速运算芯片、存储器与服务器的需求将持续攀升，进而推动高效能芯片的问世时程。
因此各大大半导体业者近两年都大幅增加制程设备的资本支出，强化后疫情时代布局，在先进制程中，TEBO万亿声波清洗将成为下一时代半导体清洗制程的必要关键技术，盛美已掌握的热IPA乾燥及超临界乾燥专利技术，将可协助台湾半导体业者顺利跨入此制程，除了现有技术外，该公司也持续投入大量资源进行各种创新研发，成为半导体客户扩充产能、提升良率的坚实后盾。
