全球半導(dǎo)體材料創(chuàng)新升級加速 默克在中國建立戰(zhàn)略支點(diǎn)

在進(jìn)入半導(dǎo)體材料領(lǐng)域之后，有著353年歷史的默克開始加快他們對中國市場的滲透。這家德國公司證明了中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展所帶來的機(jī)遇正在吸引全球相關(guān)產(chǎn)業(yè)的資源。

不過，默克作為一家半導(dǎo)體材料公司的歷程是從2014年收購AZ Electronic Materials(安智)才開始迅速起步的，其后該公司化工材料部門一直在進(jìn)行轉(zhuǎn)型，將其整體業(yè)務(wù)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向電子產(chǎn)業(yè)，尤其是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。2019年，默克全資收購了Versum Materials和Intermolecular兩家半導(dǎo)體材料公司，進(jìn)一步豐富了其在半導(dǎo)體領(lǐng)域的材料產(chǎn)品組合，完成向整合性、全產(chǎn)業(yè)鏈半導(dǎo)體材料供應(yīng)商的轉(zhuǎn)型。現(xiàn)在，默克需要在中國進(jìn)一步兌現(xiàn)其宣稱的“世界上幾乎每顆芯片都將使用我們的一種產(chǎn)品或服務(wù)。”

這不是一件容易的事情，Entegris、杜邦、JSR、CMC、TOK、Shin-Etsu、Air Liquide、Nissan/Brewer、DONGJIN、Tri Chemical Laboratories......在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，默克面臨很多老牌公司的競爭，但默克半導(dǎo)體材料事業(yè)部全球負(fù)責(zé)人Anand Nambiar表示,他們是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中唯一一家參與所有7大晶圓加工關(guān)鍵前道和后道工序操作的材料解決方案公司，包括摻雜、圖形化、沉積、平坦化、蝕刻和清潔，以及后期封裝。

隨著芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜度的增加,后摩爾定律推動半導(dǎo)體工藝升級,材料創(chuàng)新將成為下一個十年中半導(dǎo)體制造業(yè)持續(xù)進(jìn)步和開發(fā)生產(chǎn)下一代電子設(shè)備的關(guān)鍵推動因素。就創(chuàng)新而言，大家都處在一些新的技術(shù)節(jié)點(diǎn)上。為了滿足一系列技術(shù)和應(yīng)用的新要求，構(gòu)建芯片可能需要100多層材料，材料創(chuàng)新涉及不同方向和學(xué)科的專業(yè)知識。例如，在面臨金屬化決策和挑戰(zhàn)時，圖案轉(zhuǎn)換、3D縮放或原子集成等許多方面都需要改進(jìn)。要考慮這是硬掩模挑戰(zhàn)還是干蝕刻優(yōu)化？表面處理工藝是否正確，或者沉積工藝是否應(yīng)優(yōu)化？

再以EUV為例，該技術(shù)是整個半導(dǎo)體行業(yè)的巨大推手，也是晶圓步進(jìn)機(jī)領(lǐng)域的一個重要階段。涉及的專用技術(shù)就包括EUV沖洗、EUV底層、EUV專用金屬氧化物前體、定向自組裝(DSA)技術(shù)。

Nambiar認(rèn)為，半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的創(chuàng)新未來將越來越多地在基于材料科技的原子級超精密工藝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)。隨著摩爾定律的不斷發(fā)展，默克未來的材料創(chuàng)新方向一個是圍繞存儲、邏輯芯片結(jié)構(gòu)、以及封裝領(lǐng)域的3D結(jié)構(gòu)化趨勢，另一個是“自下而上的方法”，即通過在材料和工藝中構(gòu)建“智能”，如該公司的材料定向自主裝（DSA）技術(shù)，以此來節(jié)省時間和成本，降低復(fù)雜性。

這種方法推動并建立在自動化和數(shù)字化的基礎(chǔ)上。

過去10年，由于材料相互作用影響先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)中的設(shè)備產(chǎn)量，行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)需要新的方法。隨著該行業(yè)產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，設(shè)備制造商和材料供應(yīng)商對以可持續(xù)的方式解決這一挑戰(zhàn)的緊迫感日益增強(qiáng)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型與全產(chǎn)業(yè)鏈整體數(shù)據(jù)集相結(jié)合——包括原材料、過程參數(shù)、已完成的良率分析證書參數(shù)和相關(guān)的晶圓廠數(shù)據(jù)——被視為一種主動識別材料與設(shè)備、晶圓加工過程相互作用的方法。

通過實(shí)際操作，默克正試圖努力破解關(guān)鍵原材料和過程中參數(shù)對晶圓廠生產(chǎn)工藝的影響。這一方法也使他們能夠以可持續(xù)的方式主動推動材料質(zhì)量改進(jìn)，并凸顯了材料供應(yīng)鏈全面數(shù)字化的必要性。意識到緊迫性，默克正在為嘗試為其旗下全球主要的半導(dǎo)體材料工廠制定一個為期3年的自動化和數(shù)字化路線圖。希望可以利用更大的數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)，快速解決現(xiàn)有和新材料質(zhì)量的挑戰(zhàn)，也以此推動材料創(chuàng)新在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域未來發(fā)揮更大的推動作用。

自下而上的方法也有利于整合。由于每個制造步驟都非常不同，并且使用不同的技術(shù)場景進(jìn)行操作，參與者有不同的商業(yè)模式，進(jìn)行整合非常重要。默克正試圖通過跨越多個步驟來填補(bǔ)這一空白，目前正在對幾個用例進(jìn)行內(nèi)部實(shí)驗(yàn)，并對其進(jìn)行驗(yàn)證，希望在制造周期的不同階段整合材料、工藝、堆棧和設(shè)備的一系列技術(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新目標(biāo)，在研發(fā)上，默克每年在電子行業(yè)研發(fā)投入超過2.5億歐元。現(xiàn)在，他們開始在中國建設(shè)新的支點(diǎn)。默克意識到，今天的中國已經(jīng)處于全球數(shù)字大趨勢的前沿。在幾乎所有的核心數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域，從5G、虛擬現(xiàn)實(shí)、自動駕駛汽車、3D打印到機(jī)器人、無人機(jī)和人工智能都在穩(wěn)步發(fā)展，并已成為世界第一或前三。

“中國消費(fèi)了全球約一半的芯片，但制造量不足20%。中國正在大力投資建設(shè)半導(dǎo)體工廠。我們相信，中國半導(dǎo)體行業(yè)的黃金十年剛剛開始。” Nambiar說道，“根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，中國已成為世界上增長最快的半導(dǎo)體材料市場——2020年為9.2%，預(yù)計(jì)2021年為12%。”

默克注意到中國在第十四個五年計(jì)劃中首次出現(xiàn)一整章關(guān)于數(shù)字化的內(nèi)容，即第五章——加快數(shù)字發(fā)展，建設(shè)數(shù)字中國”，根據(jù)該計(jì)劃，中國的目標(biāo)是建設(shè)一個更加數(shù)字化和創(chuàng)新驅(qū)動的經(jīng)濟(jì)體。截止2020年，默克在中國的員工有4200多，銷售額達(dá)到25.3億歐元，較2019年增長超過10%，成為僅次于美國的全球第二大市場。從默克電子科技業(yè)務(wù)看，其中國員工超過500名，其中約200名來自原慧瞻材料。目前，默克在中國建立了3個顯示和半導(dǎo)體材料基地——上海金橋的液晶工廠、上海外高橋的交付設(shè)備工廠和倉庫、蘇州的光刻膠工廠。

截至去年，中國是默克電子科技業(yè)務(wù)全球最大的銷售市場，約占全球銷售額的1/4。其顯示材料全球銷售中約有一半來自中國市場。同時，半導(dǎo)體材料已成為默克在中國發(fā)展最快的業(yè)務(wù)之一，目前在中國為約100家芯片制造商提供150多種產(chǎn)品，涵蓋晶圓制造的每一個環(huán)節(jié)。

與之對應(yīng)的是持續(xù)的投資。過去十年中，默克中國電子行業(yè)的投資額為1.3億歐元，約合10億元人民幣。最近的一個投資是去年底宣布的，在上海金橋樞紐建設(shè)一個電子技術(shù)中心，投資額為1.4億元人民幣。這將是默克公司在全球范圍內(nèi)最新、產(chǎn)品覆蓋最全的電子材料實(shí)驗(yàn)室。該中心將擁有全方位的電子材料分析、測試和采樣能力，并將重點(diǎn)關(guān)注各類半導(dǎo)體材料和有機(jī)級發(fā)光二極管(OLED)材料。

此外，默克在中國設(shè)立了種子基金，規(guī)模1億元人民幣。該基金屬于企業(yè)內(nèi)部風(fēng)投機(jī)構(gòu)，主要面向電子科技、生命科學(xué)和醫(yī)藥健康三個領(lǐng)域。在電子科技領(lǐng)域，種子基金重點(diǎn)關(guān)注腦神經(jīng)計(jì)算、先進(jìn)封裝技術(shù)，新一代OLED顯示材料以及未來存儲技術(shù)。

在上海建立默克電子科技中國中心，是默克在中國建立的重要支點(diǎn)，和全球支點(diǎn)形成呼應(yīng)，這些支點(diǎn)各有側(cè)重，包括：德國達(dá)姆施塔特總部的電子應(yīng)用研究中心、圣何塞的原子工程卓越中心（進(jìn)行薄膜應(yīng)用研發(fā)與分子間技術(shù)相結(jié)合的研究，實(shí)現(xiàn)下一代設(shè)備新材料測試和沉積的無縫集成）、亞利桑那州Tempe的研發(fā)中心（半導(dǎo)體材料生產(chǎn)方面的研發(fā)）、日本靜岡（下一代電子產(chǎn)品前沿半導(dǎo)體和顯示材料的創(chuàng)新）、韓國Pyeongtaek技術(shù)中心（開發(fā)下一代半導(dǎo)體材料）、中國臺灣高雄（沉積材料研發(fā)）。

Nambiar相信中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)剛剛進(jìn)入爆發(fā)期，并著手推行“智慧化本土策略”，希望實(shí)現(xiàn)其成為中國最本地化的全球領(lǐng)軍企業(yè)的目標(biāo)，并期待在這一過程中可以發(fā)揮出重要的作用。