来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自eetimes.jp，作者：汤之上隆、龟和田忠司，谢谢。

12月17日，在“SEMICONJapanHybrid”的SemiTechnologySymposium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。

图1：半导体的生产工艺、在SEMICONJapan上演讲工作的分配。（图片出自：eetimes.jp）

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一一1,（甚至更多）道工艺，但是工艺却很简单（下图2）。首先以直径为毫米一一毫米的硅晶圆（SiliconWafer）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（LithographyPatterning）→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。

图2：前段工序的简单概要。

（图片出自：eetimes.jp）

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,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（CoaterDeveloper，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TOP1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。

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。笔者根据野村证券的数据制作了此图。（图片出自：eetimes.jp）

然而，日本企业在干蚀（DryEtching）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。

图4：在半导体前段工序中，各家企业在各类材料中的占比，以及日本企业的占比。制作此图笔者得到了诸多日本材料厂家的协助。（图片出自：eetimes.jp）

如上所示，日本企业在设备方面的占比尤其高，即使是占比较低的设备，其采用的零部件也多为日本制造。此外，就大部分材料而言，日本企业的占比是比较高的。根据以上内容，我们将日本占比较高的、较低的产品进行分类。

对日本企业占比较高的设备、材料、零部件进行分类

如果对日本企业占比较高的设备、材料、零部件进行分类，可以得出下图5，其要点有二、如下所示。

第一，日本企业在液体（或者气体、流体）等相关的设备、材料方面的占比较高。

第二，日本企业在加热后凝固的材料和零部件方面的占比较高。

图5：将日本企业占比较高的设备、材料、零部件进行分类。（图片出自：eetimes.jp）

第一类下有两小类，其一，旋转晶圆的单片式设备和相关液体材料。具体而言，涂覆显影设备（CoaterDeveloper）、光刻胶（Resist）、CMP（ChemicalMechanicalPolishing，化学机械抛光，用于逻辑半导体）和浆液、单片式清洗设备和各类药液。上图中黄色箭头为相关关系。

其二，另一种设备是晶圆本身不旋转，气体和液体在设备内部循环（即为旋转），主要为批量式清洗设备和纵型扩散炉。

就纵型扩散炉而言，大多采用石英零部件。而日本企业在石英材料中的占比极高。类似的还有硅晶圆和各类陶瓷产品。这些产品的共同点如下：加热后凝固的材料、零部件。

如上所示，我们对日本企业占比较高的设备、材料、零部件进行分类后发现，日本企业在化学领域（而不是物理）发挥了充分的优势。

将日本企业占比较低的设备进行分类

我们将日本企业占比较低的设备进行分类后，如下图6所示，一言以蔽之，日本企业基本上是在“干（Dry）设备”方面的占比较低（除去ArF液浸），此处主要有两点。

图6：日本企业占比较低的设备的特点。

（图片出自：eetimes.jp）

1.在使用了光、电子束（Beam）的设备方面，日本企业的占比较低，这些属于检测设备、曝光设备。但是日本企业在CD-SEM方面的占比较高，因此此处为例外。

2.在使用了等离子（Plasma）的真空设备方面，日本企业的占比较低，具体而言，有干蚀刻（DryEtching）设备、CVD设备、PVD设备（溅射设备），此外，最先进的曝光设备一一EUV（极紫外光）曝光设备也隶属于此范畴。

以上这些设备的特点如下：不是把晶圆卡（Chuck）在Stage上移动，即使晶圆移动了，也仅有XY轴方向的移动，不会旋转晶圆。此外，可以断言，日本企业在“物理（而非化学）”相关的设备方面占比较低。

比较、分析日本企业占比较高的领域和较低的领域

至此，我们已经展示并归类了日本企业占比较高的领域和较低的领域。下面我们分析一下为什么会出现这种现象。

为了完成分析，我们采访了20位生产设备、材料领域的专家一一“为什么这个领域的设备、材料的占比高或者低”？当时，我们聆听到了丰富的见解。笔者将搜集到的见解和自己的认知汇总出下图7。

图7：比较日本企业占比较高的领域和占比较低的领域。（图片出自：eetimes.jp）

首先，日本企业占比较高的产品有以下：液体、流体、粉末，产品最初的形状不是固定的，且“质地柔软”。因此实现优化的标准非常多，且非常复杂。在这种情况下，日本人基于自己的经验和直觉，得出最合适的见解。即，很多无法实现标准化的“隐性知识”、“技巧”最终演变成了“匠人、工匠精神”。

此外，以上这些领域都需要在车间里不断的改善和改良，且认真、极具忍耐力的日本人优化了每个细节。最终，以自下而上（BottomUp）的方式，生产出设备、材料、零部件。因此，可以说这就是日本企业占比较高的根本原因所在。

欧美人是如何研发设备的？

另一方面，在日本企业占比较低的领域，即AMAT（美国应用材料）、LamResearch（Lam，泛林集团）、KLA（科磊）、ASML（阿斯麦）四家欧美企业是如何研发的呢？

首先，他们根据市场（Marketing），把握需求（Needs）。而且，各类设备在最初研发阶段都有科技（Science）成分存在。在需求（Needs）和科技（Science）的引领下，根据强有力的自上而下（TopDown）的领导方式，构架整个设备。且多以模组化（Module）的形式呈现。

另外，在研发设备的各个阶段，进行模拟（Simulation）实验。同时，将技术（Technology）和技巧（KnowHow）“软件化”，融入设备。最后，将以上元素汇聚于一体，生产出拥有全球标准的设备。因此，可以看出，欧美社会的“坚硬强势”的“契约精神”被反映得淋漓尽致。

总体而言，大部分日本的设备厂家是为各个半导体厂家“量身定制”设备，而欧美的设备厂家基本上是仅生产一种具有全球标准的设备。总而言之，在设备研发方面，日本企业呈发散趋势、欧美企业呈集约趋势，大相径庭。因此，日本企业在液体、流体等形状不固定的材料方面占有较高比例，而欧美厂家在使用光、电子束（Beam）、等离子的真空设备方面占有较高比较的原因正在于此。

但是，还有更重要的部分！

日本人、欧美人在思维和行动方式上的不同点

至此，我们论述了日本人和欧美人在设备研发等方面的不同点。日本人、欧美人在思维方式和行动方式方面的差异，直接影响了他们对设备的研发。

首先，欧美人是理论先行。而且，在研发初期，进行充分的讨论，然后才固定一条方针。在此基础上，创造规则（Rule）、情节（Story）、逻辑（Logic）。反过来说，欧美技术人员的下属们比较笨拙、做实验的水平也不高（倒不如说，欧美的文化就是技术人员不做任何实验，而是把实验交给一种被称为Technician（技师）的人员）。

另一方面，日本的技术人员以出色的感知和经验为基础，直接亲自动手做实验。此外，日本人很擅长在固定的框架内优化某个项目。但是，日本人不擅长制作规则和规定。

如上所述，日本人和欧美人在思维方式、行动方式方面大相径庭，且这与他们在设备等领域的占比有很大的关系。

至此，就半导体生产的前段工序，我们分析了日本企业占比较高（较低）的领域、具体比例、分类、原因。

接下来，我们论证后段工序。在论述后段工序之前，我们会先谈以下内容：随着3D封装（3DPacking，以下简称为“3DIC”）时代的到来，在前段工序、后段工序（封装）中间，出现了ParadigmShift（典范转移）。

3DIC时代的ParadigmShift（典范转移）

在笔者担任微缩化加工技术员的年一一2年期间，并没有特别在意后段工序和封装领域。此外，在笔者担任同志社大学经营学教师的3年一一8年期间，计划对后段工序进行调查时，相关人士说：“您知道《士农工商、后段工序》吗”？

即，在半导体工艺的世界里，有明确的“等级制度（Hierachy）”（如下图8）。在年前后，半导体前段工序处于绝对优势。其中，光刻技术人员是所谓的“香饽饽”，甚至出现了以下言论：“没有光刻、就不会有蚀刻”、“只要做好光刻，就会通过后面的工艺自动做成晶体管”。

图8：前段工序和后段工序的ParadigmShift（典范转移）。（图片出自：eetimes.jp）

此外，甚至都没有把后段工序（封装）放入前段工序的“士农工商”序列，正如日本江户时代的“最底层的贱民”一样，被看做是位于社会底层的最底层（笔者认为自己也是其中的一员）。

然而，如今时代变了！在现代社会的尖端半导体中，各家Foundry代工厂（如TSMC等）、英特尔和三星电子等IDM（IntegratedDeviceManufacturer，垂直整合型）厂家、OSAT（OutsourcedSemiconductorAssemblyandTest，外包半导体产品封装和测试）厂家都竞相开始研发3DIC。

就3DIC研发而言，最先进行研发的是封装设计。融入3DIC的SoC（SystemonChip，系统级芯片）、GPU、DRAM等芯片已经实现商品化。要生产出以上“商品”，需要前段工序的技术要素。这样，前段工序和后段工序（封装）之间就出现了ParadigmShift（典范转移）现象。

可想而知，后段工序（封装）开始引起人们的

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