半导体零部件的艰难突围

半导体产业有这样一条纪律，“一代手艺、一代工艺、一代装备”，先研发脱手艺，然后形成工艺,最后再形成装备。由于不停有新手艺泛起，发生了新工艺，新的装备才会有企业买。

而半导体装备的升级迭代，很洪水平上有赖于周详零部件的要害手艺突破。周详零部件不仅是半导体装备制造中难度较大、手艺含量较高的环节之一，也是海内半导体装备“卡脖子”的环节之一，也支持着整个半导体芯片制造和现代电子信息产业。

根据通用性划分，半导体零部件可以分为周详机加件和通用外购件。

周详机加件一样平常由各装备公司工程师自行设计，委外加工，一样平常只用于本公司生产装备，如工艺腔室、传输腔室。这种零部件的国产化相对容易，但对外面处置、周详机加工等手艺要求较高。

而通用外购件一样平常是经由耐久验证，获得众多装备商、晶圆制造厂普遍认可的零部件，加倍尺度化，应用数目也更大，不仅装备商会采购，晶圆厂也会采购此类部件作为耗材和备件使用，例如石英件、射频电源、泵、阀门、密封圈、流量计、陶瓷件等。这类零部件需要较强的通用性和一致性，且要获得装备商、晶圆厂的认证，因此国产化难度较大。

静电卡盘就属于开发手艺难度较大的一种。

在先进的大规模集成电路制造历程中有着几百种工艺步骤，晶圆片需要在多达几百种的工艺装备之间往返传输并举行加工检测。在加工历程中，晶圆片必须被十分平稳、牢固地安放在工艺装备上。

完成这一系列操作就需要用到卡盘，凭证事情原理、结构形式、夹紧方式等方面的差异，卡盘主要分为机械卡盘、真空卡盘、静电卡盘三种类型。其中静电卡盘由于其对工件损伤小、精度高等特点，被普遍运用于半导体制造工艺等需要周详加工的场景。

1、半导体工艺牢固晶圆的“无形之手”

静电卡盘（Electrostatic Chuck，简称E-Chuck），其原理是行使静电吸附原理将待加工晶圆吸附在其外面，使晶圆保持较好的平展度，可以抑制晶圆在工艺中的变形，而且可以通过背吹气体来控制晶圆外面温度。

相较于机械卡盘，静电吸盘削减了机械运动部件，降低了颗粒污染，增大晶片的有用面积。与真空吸盘相比，静电吸盘可用于低压强（真空）环境，适用于需要行使卡盘控制晶片温度的场所。

依附这些特征，静电卡盘被普遍用于PVD、刻蚀机、离子注入机等装备，其在半导体制造工艺的多个环节饰演着主要作用。

现代半导体工艺中包罗晶圆的洗濯、氧化、光刻、刻蚀、沉积等环节，每个环节中又涉及到多种工序，这其中离子掺杂、离子注入、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等工序均需要保证晶圆的平稳牢固，因此都需要静电卡盘来举行夹持。

在半导体制造工艺中，晶圆的平整度与清洁度对整个半导体制造的精度与良率至关主要，相较于传统的机械卡盘与真空卡盘，静电卡盘因吸附力平均、污染小、可作用于真空环境等优势也就成了不二之选。

而静电卡盘的要害与难点则在于温度控制。

半导体工艺中对晶圆的温度控制至关主要，以干法刻蚀为例，需要将晶圆控制在100°C到-70°C的某一特定温度下以维持某种刻蚀特征，因此需要通过静电卡盘对晶圆举行加热或散热，从而对晶圆温度举行精准控制。

随着新一代半导体手艺的生长，低温刻蚀与沉积等工艺通常需要晶圆到达更低的温度，因此对静电卡盘的散热性能就提出了更高的要求。

从手艺角度看，除所承载晶圆规格尺寸逐步增大之外，静电卡盘的生长趋势主要显示为温度平均性控制需求提升，即分区温控温区数目逐渐提高。

2000年前后，分区温控温区数目一样平常为2区，2000年至2005年时代，分区温控温区数目一样平常为4区，而在现阶段，已有跨越100温区的静电卡盘产物被研发生产并投入现实应用。

2、美日垄断严重

半导体装备的种类大致分为机械类、电气类、机电一体类等大类，但由于半导体装备周详度高、结构庞大，需要的零部件种类及数目极其重大，在每一个大类中也有较多的细分品类，导致市场高度碎片化。

据芯谋研究数据，2020年中国晶圆厂商采购的8-12寸晶圆装备零部件产物结构占对照大的划分为石英件、射频发生器、泵、阀门、吸盘、反映腔喷淋头等，划分占比11%、10%、10%、9%、9%、8%。

由于细分品类的高度碎片化，而且差异零部件之间存在着一定的差异性和手艺壁垒，因此半导体零部件市场并未泛起一个垄断型的大型供应商，各赛道的龙头供应商大多是专长于单一或少数品类。

例如ZEISS专长光学部件，Edwards、日本荏原的真空泵，AE结构射频发生器，VAT的阀门零部件等。主要龙头厂商收入体量大多在几亿美元到十几亿美元的体量，相较数百亿美元的总市场规模，各自在总体市场中份额都不高。

据VLSI Research数据，近10年里，半导体零部件市场前十大供应商的市场份额总和稳固在50%左右。

从地域漫衍上看，除了光刻机零部件市场以ASML和其全球供应链供应商组成以外，其他通用型零部件市场主要由美国、日本供应商主导。海内暂无规模相当的零部件厂商泛起。

静电卡盘就是其中一个典型的细分零部件市场。

美国的静电卡盘制造商包罗Applied Materials与Lam Research等，日本的静电卡盘制造商包罗Shinko、TOTO、NTK、Creative Technology Corporation等。

据QYResearch数据，Applied Materials、Lam Research与Shinko三家公司，占有了2021年全球静电卡盘市场销售额前三位，占比划分为43.86%、31.42%、10.20%，合计占比85.48%。

从健力宝到元气森林，谁在对功能饮料着迷？

从健力宝到元气森林，谁在对功能饮料着迷？,功能饮料这个品类，似乎天生就自带一种矛盾属性，那就是饮料的功能性越强，使用场景越明确，大众化也就越难，可以说是“成也功能，败也功能”。

此外，2021年海内静电卡盘市场也主要由上述的美、日厂商垄断，其中前三大厂商销售份额占比跨越93.52%，高于全球CR3，垄断水平更高。

而静电卡盘又是半导体制造工艺装备中价值量占比相对较高的焦点零部件。

据拓荆科技招股说明书，2019年至2021年Q1-Q3静电卡盘所属的机械类零部件占拓荆科技焦点原质料采购额比重维持在25%以上，且一直处于所有零部件大类采购额比重的*位。据珂玛科技通告，静电卡盘占刻蚀机原质料采购成本的12.7%。

但现在我国静电卡盘的自主水平及国产化率，与其它半导体零部件、要害原质料的处境一致，用低情商的说法是容易被卡脖子，高情商的说法就是可替换空间大。

3、突围艰难

今年5月23日，日本经济产业省正式宣布了《外汇法》法律修正案，将先进芯片制造所需的23个品类的半导体装备列入出口治理的管制工具，其中包罗具有20个以上温控区静电卡盘的各向异性刻蚀装备。

似曾相识的一幕曾经也在三星身上上演，2019年日本宣布限制对韩国出口光刻胶、氟化聚酰亚胺和氟化氢三种要害的半导体质料，铁锤刚砸下三天，三星掌门李在镕如坐针毡，专程赶赴日本乞求松口。

但背后的缘由并不相同，换言之，日本宣布半导体零部件卡我们的脖子，我们除了振奋图强没其余设施。

针对潜在的静电卡盘断供风险，现在已有多家海内制造商睁开了静电卡盘的相关结构，并已取得了许多实质性的希望。好比已实现小规模量产的华卓精科和取得突破性希望的中瓷电子。

这种单点的突破仅限于单一层面的从0到1，而放眼整个半导体零部件市场，想要周全或者部门的突围，难度依旧很大。

主要在于半导体零部件产业是一个高度涣散但又有手艺壁垒的市场，且有国产替换和用国产替换又是两回事。而详细到半导体零部件的卡脖子现状，仍有5个需要解决的要害点：

1 对质料的性能要求高

我国机械加工产业成熟，但质料产业基础较为微弱，详细指标尚待精进。

如周详陶瓷件对质料要害指标的要求较高，需要高纯度、高周详度、异常平均且稳固的组织结构，海内质料厂尚处于研发环节；

2 后工序处置难度大

半导体装备周详零部件产物具备高周详、高清洁、高耐侵蚀、耐击穿电压等性能，因此在加工件中，形状加工仅是基础，仅知足形状精度要求，后端的外面处置与洗濯工艺中有更多的手艺积累。

例如对于反映腔而言，需要同时具备耐侵蚀、耐击穿、高清洁度，并能实现高密封性和高真空度；

3 庞大电气类产物的开发研制难度高

半导体装备是庞大的机电一体化系统，其中涉及到大量的电气组件使用，相较金属加工件，电气类组件的结构更庞大，海内相关厂商仍处于起步阶段。

例如泵产物，虽然沈阳科仪已成为海内晶圆线干泵的主要供应商之一，但半导体级的高真空度冷凝泵和涡轮泵国产化率依旧较低；

4 认证系统庞大，周期长

半导体装备行业内有较为严酷的认证系统和供应商资质认证系统，若要进入海内外装备厂商的供应链，需要经由耐久且严苛的客户认证，获得认证后也要延续举行不定期的资质复审，才气与下游客户确立耐久稳固的相助关系；

5 市场碎片化

例如Gauge、MFC、O-ring等零部件，不仅对精度和质料的要求高，而且半导体级产物的市场规模很小，各品类下的厂商体量都较小。通常用于食物、医药等领域的产物不知足半导体级规格，半导体级产物存在较多手艺壁垒、软实力要求高，有许多Know-How。

4、尾声

许多时刻，有一种声音说国产半导体是“被逼着”生长的。着实这话说对了一半，海内半导体生长简直是受到制裁后才突入民众视野，但我们着实在2014年就加泰半导体投资力度了。

像以碳化硅、氮化镓为主的第三代半导体，早在2013年科技部就在国家能手艺研究生长设计(863设计)中列了出来，前一段时间又限制了镓和锗的出口，本质上这也是一种自我珍爱和产业升级。

2021年10月29日，在华为军团组建确立大会上，任正非喊出了“没有退路就是胜利之路”的宣言，着实也同样适用于海内众多的半导体零部件厂商。

再说，缓慢的提高也是提高。

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