国产半导体设备厂商如何筑起专利墙？

在2019年3月20日的盛美半导体设备（下简称“盛美”）新品发布会上，公司董事长兼首席执行官王晖博士提到最多的一个词就是“专利”。专利和技术铁定是半导体设备市场占有率的核心，据美国半导体产业调查公司VLSI Research前不久发布的“2018年全球半导体生产设备厂商排行榜”来看，这TOP15的榜单，只有一家中国企业上榜。

2018年的全球半导体生产设备厂商的销售额排名Top15，销售额的单位是百万美金。（图片源自：VLSI Research）

这组数据的关键显然不仅仅是只有一家中国企业上榜这么简单，同比增长的数据也是值得深思的。我们可以从中看出，大部分的公司都有两位数的成长，一些公司的同比增长率甚至超过了50%。这似乎只有具有垄断性的排行榜才有这样的夸张数据，也从侧面反应了半导体设备市场是一个门槛极高的领域。犹记得2018年11月举行的“2018年中国半导体制造装备战略峰会暨第六届半导体设备市场年会”上，有一组数据显示——2017年国产半导体设备国内市场的占有率为14.3%，这个数据在2020年有望达到20%左右。另外据SEMI统计，中国本土厂商的半导体设备，只占全球市场份额的1~2%。

盛美半导体设备董事长兼首席执行官王晖博士

在盛美提供的资料中，笔者又发现了这样的两段话：

全球半导体芯片制造中心经历了多次地区转移，从70-80年代的美国到80年代后期-90年代的日本，再到90年代后期的中国台湾和韩国，而在未来十年，中国将成为全球半导体芯片制造的中心；

由于半导体制造技术日趋成熟，在这波兴起的中国芯片制造潮流中，只有拥有革命性、颠覆性技术的公司才有可能成为全球半导体设备市场上升起的中国明星。

这两段话如果和本文开篇的排行榜一对比，显得有些弱不禁风。有个问题非常突出，中国要有半导体设备领域的明星企业，凭什么？有一组数据至少很乐观，SEMI的统计显示，2017年，中国大陆占全球半导体设备销售量的15%，排在全球第3。而到2019年，中国大陆在半导体设备方面的投资将有望上升到全球第2的位置。这组数据来自“2018中国集成电路创新应用高峰论坛”，SEMI中国区总裁居龙的演讲PPT里。

也就是说，大量需求可能会带动上游玩命搞技术。盛美的资料里也提到这个方式“在亚洲建立强大的业务并且与国内客户间紧密联系，奠定了中国半导体设备企业未来的发展的坚实基础。”如果说这是基础环境需要的条件，那盛美口中那句“具有革命性、颠覆性的技术公司”从何而来？

从王晖表现的非常自信的演讲中，笔者似乎看到一点关于筑专利墙的“技巧”——从细节入手。

1，第一个设备是多阳极局部电镀铜设备——Ultra ECP map Tool，该设备针对晶圆制造，先进工艺需要超薄籽晶铜设备，尤其是局部镀铜设备面临镀铜均匀性等挑战。王晖表示，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，在这一块独占鳌头，并有多个专利保护。采用盛美半导体的局部镀铜技术，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，在未来，盛美将继续往更小的工艺节点推进，在14nm、12nm及更小节点。

关于市场，王晖分析道：“目前的全球前道镀铜市场大约为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。”而盛美的专利细节捕捉在多阳极局部镀铜这一块。

2，第二个设备是先进封装抛铜设备—Ultra SFP-Advanced Packaging。

在讲解抛铜的概念之前，他首先介绍了封装技术。随着今后如AI等技术的发展，芯片的管脚会越来越多，怎样封装堆叠具有成千上万个管脚的芯片，目前已有2.5D封装技术。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。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，这样节省80%以上的耗材费用。

对此，王晖表示：“这是盛美的核心专利产品，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。”

3，高温硫酸清洗设备——Ultro C-Tahoe。

取名Tahoe也是有很深的渊源，据王晖博士介绍，Tahoe是位于硅谷东北面的一条非常漂亮、水非常清澈的湖，中文名为太浩湖。为这个设备取名为Tahoe，就是希望这个设备的推广可以减少排放，保护Fab厂周边的水质能像太浩湖一样清澈、明亮。所以这个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。王晖称：“这是盛美半导体的独家发明，全世界首台。”显然，专利细节捕捉在解决硫酸使用量上。

关于这三款设备实际情况，王晖表示：“目前这三个设备都有订单，一般来说我们设备首先会送给第一个客户，做得好交钱，做不好拉回来，这的确存在一些风险，到目前为止，我们送了那么多，没有一台被退的。”

正如王晖所说：“半导体生产线太贵了，一个便宜的生产线就能达到30亿美金。现在3nm、5nm的能达到200亿美金，比金砖还要贵。这条线上任何一个设备就是一个环节，如果这个环节不过硬，生产线就会乱，所以厂商买每一个设备非常小心。而半导体销售是一个长期的过程，刚才一个记者问我，这几年怎么做，我说我们不是做成的，我们是熬成的，熬出来的，只是做的时间够长，熬出来的。”高门槛的半导体设备的熬，也只能从一点点专利细节入手，某一个步骤做到“全球首家”，才能慢慢盘活整个企业和市场。