半导体零部件主要分类与产业主要特点

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。

国内半导体零部件产业起步较晚，我国半导体零部件产业总体水平偏低，高端产品供给能力不足，产品可靠性、稳定性和一致性较差的问题日益凸显。在全球宏观政治经济日益复杂，美国不断打压遏制我国高技术产业战略崛起的背景下，产业被“卡脖子”的现象较为突出，这不仅严重制约我国半导体产业向高级化高端化发展，同时对我国数字经济、民生经济和国防安全也带来不可低估的风险。

（1）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，国产化相对容易，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，因此国产化难度较高。

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。

▲表1-1. 主要零部件产品及其主要服务的半导体设备

（2）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。

a. 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。

b. 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。

c. 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。

审核编辑 ：李倩