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日本|日本半导体设备和材料为何那么强？

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 。

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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 。
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 。

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