一、半导体设备零部件行业概述及市场规模
半导体设备零部件是指在材料、结构、工艺、品质、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,作为半导体设备的重要组成部分,零部件的质量、性能和精度优劣直接决定了半导体设备的可靠性和稳定性,是半导体设备产业中最为重要的一环,也是半导体设备不断向先进制程精进的具体载体。从产业链角度,零部件位于半导体设备上游,零部件上游则为铝合金材料以及其他金属/非金属原材料等。
图表:半导体设备零部件行业产业链

相较于一般的机械设备零部件,半导体设备零部件通常有着精度高、批量小、多品种、尺寸特殊、工艺复杂、要求较高等特点,需要兼顾强度、应变、耐腐蚀性、电子特性、电磁特性、材料纯度等复合功能要求,对厂商有着较高的技术挑战。从主要材料和使用功能的角度,半导体设备零部件的主要类别包括金属件、硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、真空件和密封件等。
半导体设备零部件行业整体集中度较为分散,目前行业内领先企业主要来自欧洲、美国和日本等地区及国家。根据QYResearch数据,2023年全球前五大半导体设备零部件厂商分别为ZEISS、Entegris、MKSInstrument、AltasCopco、Trumpf。
图表:全球前五大半导体设备零部件厂商主要产品及收入规模

数据来源:公司财报等公开数据
目前,在晶圆代工厂日常运营过程中领用的零部件(包括维保更换和失效更换的零部件)种类繁多,但国产占有率低,半导体设备精密零部件生产主要由美国、日本和欧洲企业主导。不过,由于半导体设备精密零部件种类纷繁复杂,制作工艺差异巨大,因此即使是全球行业领先的头部企业,也只能专注于个别生产工艺,行业相对分散,这也使得国产替代成为可能。
近年来,随着美国对中国半导体行业的封锁愈演愈烈,国产替代已成为行业内部亟待解决的需求,对应零部件厂商也积极加大研发力度,不断提升研发水平和产能,虽然目前仍然与国际龙头企业有一定差距,但国产厂商已经在多个领域实现了突破,包括公司在内如富创精密、珂玛科技、江丰电子、新莱应材和晶盛机电等厂商已经实现相关零部件产品的量产,并且未来还将进一步拓宽品类、扩大产能、一方面提高成熟制程零部件的使用周期和良率,一方面向先进制程精进。随着国家对产业链安全更加重视,将促进内资半导体精密零部件制造企业的进一步发展。
半导体设备零部件市场空间广阔,近年来市场规模增速明显。根据SEMI数据,2023年全球半导体设备市场规模达1,063亿美元,2023年国内半导体设备市场规模为366亿美元。
二、行业技术现状及技术特点
1.技术密集,生产精度及可靠性高
相比于其他行业的基础零部件,半导体零部件需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、耐腐蚀性、电子特性、电磁特性、材料纯度等复合功能要求。应用于半导体设备中的同一类型部件,相较于传统工业而言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、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更高,形成了极高的技术门槛。以刻蚀工艺为例,随着芯片制程的提升,受到光刻机波长的限制,往往需要采用多次曝光,才能得到要求的线宽,实现更小的尺寸。这对刻蚀速率、各向异性、刻蚀偏差、选择比、深宽比、均匀性、残留物、等离子体引起的敏感器件损伤、颗粒沾污等指标都提出了更高的要求。
2.多学科交叉融合,复合技术人才需求高
半导体设备零部件种类多,覆盖范围广,产业链较长,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,耐磨性及硬度指标的细致了解,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,同时应具备耐高温,耐磨的特性,使用寿命大于三年。因此,半导体设备零部件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,不同工艺种类间壁垒高
相较于半导体设备市场,半导体零部件市场分支领域更多,碎片化特征明显,单一产品的市场空间很小,同时技术门槛较高,半导体零部件公司多专注于某一细分工艺或产品,呈现“小而精”的特点。半导体设备零部件生产工艺对于研发周期和资金投入要求较高,因此拓展制造工艺和产品种类不仅是限制半导体设备零部件厂商发展的技术因素,同时也是行业发展的重点与难点。
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