半导体零部件产业现状及发展前景「半导体器件的发展趋势」

今天带来半导体零部件产业现状及发展前景「半导体器件的发展趋势」，关于半导体零部件产业现状及发展前景「半导体器件的发展趋势」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

引言：半导体零部件是指在材料、结构、工艺、品质和精度、可靠性及稳定性等性能方面达到了半导体设备及技术要求的零部件，如O-Ring密封圈、EFEM (传送模块)、RF Gen射频电源、ESC静电吸盘、Si硅环等结构件、Pump真空泵、MFC气体流量计、精密轴承、ShowerHead气体喷淋头等。半导体设备由成千上万的零部件组成，零部件的性能、质量和精度直接决定着设备的可靠性和稳定性，也是我国在半导体制造能力上向高端化跃升的关键基础要素。

一、半导体零部件主要分类和主要特点

（一）半导体零部件主要分类

半导体零部件是半导体设备的关键构成，据不完全统计，目前行业里关于半导体零部件的种类划分尚未形成标准，目前主要有以下几种分类方法。

按照典型集成电路设备腔体内部流程来分，零部件可以分为五大类：电源和射频控制类、气体输送类、真空控制类、温度控制类、传送装置类。其中电源和射频控制类包括射频发生器和匹配器、直流/交流电源等。气体输送类主要包括流量控制器、气动部件、气体过滤器等。真空控制类包括干泵/冷泵/分子泵等各种真空泵、控制阀/钟摆阀等各类阀件、压力计以及O-Ring密封圈。温度控制类则包括加热盘/静电吸盘、热交换器及升降组件。传送装置类包括机械手臂、EFEM、轴承、精密轨道、步进马达等。

按照半导体零部件的主要材料和使用功能来分，可以将其分为十二大类，包括硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、金属件、石墨件、塑料件、真空件、密封件、过滤部件、运动部件、电控部件以及其他部件。其中各大类零部件还包括若干细分产品，例如在真空件里就包括真空规（测量工艺真空）、真空压力计、气体流量计（MFC）、真空阀件、真空泵等多种关键零部件。

按照半导体零部件服务对象来分，半导体核心零部件可以分为两种，即精密机加件和通用外购件。精密机加件通常由各个半导体设备公司的工程师自行设计，然后委外加工，只会用于自己公司的设备上，如工艺腔室、传输腔室等，一般对其表面处理、精密机加工等工艺技术的要求较高；通用外购件则是一些经过长时间验证，得到众多设备厂和制造厂广泛认可的通用零部件，更加具有标准化，会被不同的设备公司使用，也会被作为产线上的备件耗材来使用，例如硅结构件、O-Ring密封圈、阀门、规（Gauge）、泵、Face plate、气体喷淋头Shower head等，由于这类部件具备较强的通用性和一致性，并且需要得到设备、制造产线上的认证。

表1-1 主要零部件产品及其主要服务的半导体设备

（表1-1 总结了在设备及产线上应用数量较多的主要零部件产品以及其主要服务的半导体设备。网络信息整理）

（二）半导体零部件产业主要特点

半导体零部件产业通常具有高技术密集、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等特点。一般而言，设备零部件占设备总支出的70%左右，以刻蚀机为例，十种主要关键部件占设备总成本的85%。是半导体产业赖以生存和发展的关键支撑，其水平直接决定我国在半导体产业创新方面的基础能级。

1.技术密集，对精度和可靠性要求较高。

相比于其他行业的基础零部件，半导体零部件由于要用于精密的半导体制造，其尖端技术密集的特性尤其明显，有着精度高、批量小、多品种、尺寸特殊、工艺复杂、要求极为苛刻等特点。由于半导体零部件的特殊性，企业生产经常要兼顾强度、应变、抗腐蚀、电子特性、电磁特性、材料纯度等复合功能要求。同样一个部件，如果用在传统工业中可行，但是用在半导体业中，对关键零部件在原材料的纯度、原材料批次的一致性、质量稳定性、机加精度控制、棱边倒角去毛刺、表面粗糙度控制、特殊表面处理、洁净清洗、真空无尘包装、交货周期等方面要求就更高，造成了极高的技术门槛。例如随着半导体加工的线宽越来越小，光刻工艺对极小污染物的控制苛刻到极致，不光对颗粒严格控制，严控过滤产品的金属离子析出，这对半导体用过滤件生产制造提出了极高的要求。目前半导体级别滤芯的精度要求达到1纳米甚至以下，而在其他行业精度则要求在微米级。同时半导体用过滤件还需要保障的一致性，以及耐化学和耐热性，极强的抗脱落性等，从而实现半导体制造中需要的可重复高性能，一致的质量和超纯的产品清洁度等高要求。

2.多学科交叉融合，对复合型技术人才要求高。

半导体零部件种类多，覆盖范围广，产业链很长，其研发设计、制造和应用涉及到材料、机械、物理、电子、精密仪器等跨学科、多学科的交叉融合，因此对于复合型人才有很大需求。以半导体制造中用于固定晶圆的静电吸盘为例，其本身是以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为主体材料，但同时还需加入其他导电物质使得其总体电阻率满足功能性要求，这就需要对陶瓷材料的导热性，耐磨性及硬度指标非常了解，才能得到满足半导体制造技术指标的基础原材料；其次陶瓷内部有机加工构造精度要求高，陶瓷层和金属底座结合要满足均匀性和高强度的要求，因此对于静电吸盘的结构设计和加工，需要精密机加工方面的技能和知识；而静电吸盘表面处理后要达到0.01微米左右的涂层，同时要耐高温，耐磨，使用寿命大于三年以上，因此，对表面处理技术的掌握与应用的要求也比较高。由此可见，复合型、交叉型技术人才是半导体零部件产业的基础保障。

3.碎片化特征明显，国际领军企业以跨行业多产品线发展和并购策略为主。

相比半导体设备市场，半导体零部件市场更细分，碎片化特征明显，单一产品的市场空间很小，同时技术门槛又高，因此少有纯粹的半导体零部件公司。国际领军的半导体零部件企业通常以跨行业多产品线发展策略为主，半导体零部件往往只是这些大型零部件厂商的其中一块业务。例如MKS仪器公司，在气体压力计/反应器、射频/直流电源、真空产品、机械手臂等产品线均占据主要市场份额，除了半导体行业的应用，还广泛地应用于工业制造、生命与健康科学等领域。而不断的进行并购和整合也是国际领军半导体零部件企业用来壮大规模的主要手段，例如国际领先的工业设备公司Atlas（阿特拉斯科普柯，瑞典）为持续做大其半导体用真空泵业务，继2014年收购Edwards后，又于2016年收购了另一家真空技术领域的领导者德国leybold（莱宝），并于2017年单独设立真空技术部门，2019年7月Atlas又再次收购了Brooks（布鲁克斯）的低温业务，此次收购包括低温泵运营公司、以及Brooks在爱发科低温真空（Ulvac Cryogenics）有限公司50%的股份，进一步增强了其半导体领域真空业务的全球竞争力。

三、半导体零部件市场规模和发展格局

全球半导体零部件市场按照服务对象不同，主要包括两部分构成。一是全球半导体设备厂商定制生产或采购的零部件及相关服务。根据VLSI提供的数据，2020年半导体设备的子系统市场销售规模接近100亿美元，其中维修 支持服务占46%，零部件产品销售占32%及替换 升级占22%。二是全球半导体制造厂直接采购的作为耗材或者备件的零部件及相关服务。

尽管半导体零部件市场总体规模仅为到全球半导体接近5000亿美元市场规模的不足5%，但零部件的价值通常是自身价格的几十倍，具有很强的产业辐射能力和影响力。另外，半导体零部件关键技术反映一个国家工业和半导体设备的技术水平，具有十分重要的战略地位，其技术进步是影响到下游数字经济和信息应用行业技术创新的先决条件。

根据VLSI的数据，2020年全球半导体零部件领军供应商前10中（见表2-1），包括有蔡司ZEISS（光学镜头），MKS仪器（MFC、射频电源、真空产品），英国爱德华Edwards（真空泵），Advanced Energy（射频电源），Horiba（MFC），VAT（真空阀件），Ichor（模块化气体输送系统以及其他组件），Ultra Clean Tech（密封系统），ASML（光学部件）及EBARA（干泵）。

表2-1 全球前十大半导体零部件厂商排名

（数据来源：各公司年报、网络信息整理）

根据图2-1中VLSI数据，近10年里，前十大供应商的市场份额总和趋于稳定在50%左右。但由于半导体零部件对精度和品质的严格要求，就单一半导体零部件而言，全球也仅有少数几家供应商可以提供产品，这也导致了尽管半导体零部件全行业集中度仅有50%左右，但细分品类的集中度往往在80%-90%以上，垄断效应比较明显。例如在静电吸盘领域，基本由美国和日本半导体企业主导（见表2-2），市场份额占95%以上，主要有美国AMAT（应用材料）、美国LAM（泛林集团），以及日本企业Shinko（新光电气）、TOTO、NTK等。

（图2-1 全球前十大半导体零部件厂商市场份额占比稳定在50%左右，数据来源：VLSI）

表2-2 主要零部件产品的全球领先企业名单

（数据来源：江丰电子、网络信息整理）

四、对我国发展半导体零部件产业的建议

（一）重视顶层设计，引导产业发展

半导体零部件领域，属于长期对美日等先进国家依赖严重的重点“卡脖子”环节，需要更加注重顶层设计。建议通过制定半导体零部件产业发展专项规划、计划或路线图，确定产业发展的长期战略框架，并在不同时期根据国内外发展状况制定适宜的政策和规划从而有序引导产业发展，也引起全社会尤其是市场化资本对半导体零部件产业的重视。

（二）设立产业专项，激发创新活力

要实现半导体零部件产业的快速发展和繁荣，最根本的是要增强自主创新能力，目前我国在半导体零部件领域仅靠模仿和跟踪的技术之路，只有通过自主创新才能实现超越。建议在国家科技计划中单独设立半导体零部件产业专项，联合国内半导体零部件龙头企业，筹建国家级的零部件技术创新平台或者研究院，聚集优势力量瞄准突破口和主攻方向，坚持自主创新研发，着力攻克一批工业基础件的关键核心技术，建立起以企业为主体、产学研用相结合的技术创新体系，从国家层面引导半导体零部件领域前沿技术、基础性技术、关键共性技术的研发。

（三）补足政策缺口，加强投资引导

半导体零部件行业是一个市场竞争充分的行业，国内零部件企业的规模小、数量多、产品利润薄，新产品新技术的研发投入无法与国际大企业相比。在当前的国际地缘政治背景情况下，需要政府实施相关专项政策加以引导和扶持。鼓励国内各类产业基金和社会化资本，积极投向半导体零部件企业，通过资本市场助力国内半导体零部件企业发展。

（四）加大人才引培，强化人才供给

全面加强对半导体零部件相关领域的工程型、科研型、以及复合型人才的培养和引进。鼓励大型科研机构建立半导体零部件方向的研究生教育和博士后工作站。倡导企业、学校及科研机构联合开展职业教育和在职培训，积极推广校企合作共同培养技能人才的模式，通过校企间开展订单教育、集中培训、定向培养或委托培训的方式，大量培养半导体零部件的技能人才，加强人才供给。采取多种方式积极引进海外工程科技领军及紧缺人才，鼓励地方政府出台面向半导体零部件领域核心技术骨干和领军企业家的人才政策，不断完善人才激励机制，激发产业发展活力。

（五）推进机件联动，保障供应

推动半导体基础供应链“机件联动”，彻底扭转零部件产品与设备、制造业脱节的局面，鼓励国内晶圆厂和设备厂切实发挥大生产线组织协调的作用，协同本土零部件厂商通过揭榜挂帅、赛马、定向攻关等多种方式加强产业链的合作，实现主机与基础件的协调发展。

文章来源：CIC集成电路