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半导体设备零部件:国产替代核心赛道,六大环节全梳理
不见利就追
公社达人
2023-03-20 12:58:48
半导体设备是IC制造环节的硬件基础,其资本开支在半导体中占比高达70—80%,在整个半导体产业链中占据重要地位。
半导体设备中零部件是重要的一环,制程升级很大程度依赖于精密零部件的技术突破。

半导体零部件行业特点表现为高技术密集、学科交叉融合、市场规模占比小且分散,但在价值链上却举足轻重。
需满足高精密、高洁净等众多要求,且认证周期长。

在技术和客户的双重壁垒下,设备零部件成为半导体产业中的“卡脖子”环节,国产替代空间广阔。
根据SEMI关于全球半导体设备市场规模的预测,预计半导体设备零部件市场规模2023年约为456亿美元。

01

半导体设备零部件产业链


半导体设备零部件产业链主要由上游原材料、半导体设备零部件、半导体设备、晶圆厂四个环节组成。
上游原材料主要是铝合金材料及其他金属非金属原材料;半导体设备包括光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、薄膜沉积设备、离子注入设备、机械抛光设备、封测设备;晶圆厂有三星、英特尔等IDM厂商,以及中芯国际、台积电等专业代工厂。

 
从半导体设备零部件国产化角度来看,根据芯谋研究数据,石英、反应腔喷淋头、边缘环自给率超过10%;泵和陶瓷件自给率5-10%;射频发生器)、机械臂和气体流量计自给率1-5%;阀门、测量仪和O形密封圈自给率不足1%。

 资料来源:芯谋研究


02

半导体设备零部件核心环节


半导体零部件按照类型分,可以分为6类:分别为机械类、电气类、机电一体类、气体/液体/真空系统类、仪器仪表类、光学类。
半导体设备零部件市场情况:

 

1. 机械类

机械类零部件约占半导体设备零部件的20%-30%,下游满足半导体所有设备的应用。
机械类零部件在设备中起到构建整体框架、基础结构、晶圆反应环境和实现零部件特殊功能的作用,保证反应良率,延长设备使用寿命。
主要包括:
金属工艺件:反应腔、传输腔、过渡腔、内衬、匀气盘等。
金属结构件:托金属工艺件:反应腔、传输腔、过渡腔、内衬、匀气盘等金属结构件:托盘、冷却板、底座、铸钢平台等。
非金属机械件:石英、陶瓷件、硅部件、静电吸盘、橡胶密封件等盘、冷却板、底座、铸钢平台等。
该环节是半导体零部件中应用最广,市场份额最大的零部件类别。
机械类零部件国产化率较高,但高端产品国产化率较低。
国产化程度主要由技术壁垒决定,当前应用于高制程设备的产品技术突破难度仍较高。
该领域国产环节主要厂商包括富创精密、神工股份(硅部件)、江丰电子(少量产品)、靖江先锋、托伦斯、菲利华、华亚智能等。

2. 电气类

电气零部件约占半导体设备零部件的15%-25%,作为控制工艺制程的核心部件,技术突破难度较大。
电气零部件主要包括射频电源、射频匹配器、远程等离子源、供电系统、工控电脑等。
其中,射频电源是重要的电气类零部件产品,具有较高的技术难度和壁垒。
美国两大厂商MKS Instrument(万机仪器)和Advanced Energy(先进能源工业)是半导体射频电源市场的领导者。
对于核心模块(射频电源等),中国企业尚未进入国际半导体设备厂商,少量应用于中国半导体设备厂商,主要应用于光伏、LED 等泛半导体设备,国产化率低,高端产品尚未国产。
该环节厂商中英杰电气、北方华创(旗下的北广科技)等已经有产品在给国内设备厂商供货。
射频电源发展史:

 资料来源:OFweek

3. 机电一体类

机电一体类零部件在设备中起到实现晶圆装载、传输、运动控制、温度控制的作用,部分产品包含机械类产品,价值量占比10%-20%。
该环节应用于所有设备,其中双工机台和浸液系统仅用于光刻设备。
主要包括EFEM、机械手、加热带、腔体模组、阀体模组、双工机台、浸液系统、温控系统等。
大多品类中国厂商主要供应中国半导体设备厂商,整体国产化率不高,功能复杂的高端产品未国产。
该环节主要厂商包括富创精密、华卓精科(双工机台)、新松机器人(机械手)、京仪自动化(温控系统)等。
新松真空机械手ARCHER 系列产品:

 资料来源:新松机器人官网

4. 气体 / 液体 / 真空系统类

气体/液体/真空系统类零部件在设备中起到传输和控制特种气体、液体和保持真空的作用。
主要应用于薄膜沉积设备、刻蚀设备和离子注入设备等干法设备;气动液压系统类主要应用于化学机械抛光设备、清洗设备等湿法设备。
为了将半导体制造过程控制在更小的尺寸上,半导体工艺需要在真空环境中运行。因此,真空泵和真空阀是重要的真空系统类零部件。
真空泵为集成电路制造前道工序的四大核心设备中的薄膜、刻蚀设备、离子注入设备(约占主要工艺过程的70%)提供制造工艺所必需的超洁净真空环境,完成物理和化学气相沉积、刻蚀、离子注入等超微加工。
全球半导体真空泵市场由海外厂商占据95%的市场份额,其中Atlas占据48%的市场份额。国内厂商市场份额不到5%,目前汉钟精机、中科仪等国产厂商已取得突破。
半导体阀市场方面来看,全球主要被欧美日厂商占据,最大的半导体阀供应商是瑞士的VAT,占近半壁江山。
国内少数企业通过自研或收购部分产品已进入国际半导体设备厂商,整体国产化率处于中等水平,大部分品类的高端产品未国产化。
整体来看,该环节主要厂商包括富创精密、万业企业(收购的Compart System)、新莱应材、沈阳科仪、中科仪等。

5. 光学类

光学类零部件在光学设备中起到控制和传输光源的作用,对光学性能要求高,主要包括光学元件、光栅、激光源、物镜等。
鉴于光刻设备国际市场高度垄断,高端产品一家独大。
中国光刻设备尚在发展,相应配套光学零部件国产化率低,技术突破难度较高。
中国企业尚未进入国际半导体设备厂商,已少量应用于中国光刻设备,国产化率较低,高端产品尚未国产。
光学类零部件目前炬光科技有部分产品在进行国产替代,总体上光学类零部件在国产化方面相对薄弱。
该环节厂商还包括北京国望光学科技有限公司、长春国科精密光学技术有限公司等。

6.  仪表仪器类

仪器仪表类对测量的精准度要求高,国产化率低,技术突破难度较高。
仪器仪表类中国企业通过收购进入国际半导体设备厂商,中国企业自研产品仅少量用于中国半导体设备厂商,由于产品成本占比较低,中国企业主要以采购进口产品为主,国产化率低,高端产品尚未国产化。
该领域中,北方华创(旗下的七星流量计)和万业企业(收购的Compart System)有一定的国产化能力;测量仪表主要有上海振太等厂商。

03

全球半导体零部件市场格局


相较于全球半导体设备零部件行业500亿美元左右的市场规模,单个龙头企业的规模相对不大,反应了半导体设备零部件行业整体分散、细分领域集中的特点。
在全球半导体零部件厂商市场格局中,主要以欧洲、美国、日本企业为主。
根据TechInsights数据,全球Top 10零部件厂商分别为蔡司、MKS、爱德华、先进能源、Horiba、VAT、Ichor、超科林、ASML、荏原。
近年来,零部件行业头部厂商集中度稳步提升并趋于平稳,全球前10大零部件厂商市占率已经稳定在50%左右。
国外龙头厂商成长逻辑主要是产品品类和应用领域的拓展,并购是实现扩张的较好方式。
MKS仪器和超科林产品品类较多,它们是通过并购不断拓展产品线实现成长;Edwards、Advanced Energy、VAT专注于单一产品,分别为真空泵、射频电源、真空阀市场的领导者,它们通过应用领域的扩展来实现成长
虽然目前零部件国产化率不高,但同样需要认识到,半导体零部件技术难度大,对精密机械制造技术、表面处理特种工艺技术、焊接技术等要求较高。
因此,企业需要不断研发生产工艺技术以满足产品高精密、高洁净、超强耐腐蚀能力、耐击穿电压的要求,并实现较高的生产效率,从而满足半导体设备的工程化和量产化。
此外,半导体设备厂商为了降低成本和提升生产效率,将会简化零部件供应链,并对标准化、模块化、流程化、精密度、洁净度等提出更高要求,未来能提供多种工艺、多品类产品、生产更加智能化的零部件厂商将会具备更强的竞争力。

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