辟新路,中国半导体设备及零部件出海
根据海关总署数据显示,2024 年中国半导体设备及零件出口总额为 370.8 亿元,出口方式以一般贸易为主。
本文引用地址:https://www.eepw.com.cn/article/202504/470042.htm中国半导体设备及零部件市场现状
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,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。
根据 SEMI 的分类,半导体设备主要包括晶圆制造设备、封装设备、测试设备以及其他辅助设备。其中,晶圆制造设备包括光刻、刻蚀、沉积、离子注入、清洗、量测等设备;封装设备包括切割、键合、封装成型、分选等设备;测试设备包括测试机、探针台、分选机等;其他辅助设备包括晶圆减薄、研磨、化学机械抛光(CMP)等。
根据相关数据显示,2024 年中国大陆半导体晶圆制造设备市场规模达 2300 多亿元,达到历史高点,全年市场规模总体保持上涨趋势,同比增长 19.4%。此外,2024 年中国晶圆制造设备综合本土化率达 25%,其中清洗、CMP、PVD 设备本土化率超 35%。到 2025 年,SEMI 预测国产芯片设备自给率将达 50%,14nm 工艺实现全覆盖,初步摆脱对美日欧设备的依赖。
2024 年中国大陆主要晶圆制造设备本土化率情况,数据来源 MIR DATABANK
中国半导体设备及零部件出海情况
据了解,2024 年中国半导体设备及零部件企业数量约为 1 万-1.6 万家,其中上市公司 20 余家,头部企业如北方华创、中微公司、拓荆科技等在刻蚀、薄膜沉积、清洗设备等领域实现突破。
根据相关统计,2022 年至 2024 年,中国半导体设备及零件出口总额呈上升趋势,从 2022 年的 40.9 亿美元,上升至 2024 年的 52.1 亿美元。具体到各个公司出海情况到底如何呢?笔者翻看了国内半导体设备及零部件厂商的最新财报,并将其中部分公司的出海收入编制到下表之中。
值得注意的是,中国半导体设备厂商的海外收入占比不是很高。2024 年全球半导体设备支出中,中国贡献了 496 亿美元,占比高达 42.4%,同比增长 35%。但是有一个残酷的事实是国产设备自给率不足 30%,这意味着中国采购的 496 亿美元设备中,超过 350 亿美元依赖进口。如此境况下,中国半导体设备厂商优先国内市场自然也不奇怪了。
那么,中国半导体设备及零部件主要出海哪些地区呢?根据相关统计,2024 年中国半导体设备及零件主要出口至美国、印度、新加坡等地区,三地区合计占出口总量的 35%。此外,俄罗斯是去年出口增量比较大的地区。
值得一提的是,俄罗斯在进口关税方面,对用于半导体生产的关键设备和材料,实施差别化关税政策。对于国内无法生产的先进设备,关税有所降低,如在 2024 年,先进光刻设备的进口关税从之前的 15% 降至 8%。同时,俄罗斯政府设立专项基金,鼓励企业进口技术和设备用于本土半导体研发与生产。2023-2024 年间,俄罗斯半导体进口额增长约 12%,其中用于国内半导体项目建设的进口占比明显增加。
中国半导体设备及零部件最新突破
DUV 光源突破:全固态 DUV 光源技术
中国科学院发布了突破性成果,全固态 DUV 光源技术,彻底改写了光刻机核心光源的底层逻辑。该技术完全基于固态设计,由自制的 Yb:YAG 晶体放大器生成 1030nm 的激光,在通过两条不同的光学路径进行波长转换。
一路采用四次谐波转换 (FHG),将 1030nm 激光转换为 258nm,输出功率 1.2W。另路径采用光学参数放大 (OPA),将 1030nm 激光转换为 1553nm,输出功率 700mW。之后,转换后的两路激光通过串级硼酸锂 (LBO) 晶体混合,生成 193nm 波长的激光光束。最终获得的激光平均功率为 70mW,频率为 6kHz,线宽低于 880MHz,半峰全宽 (FWHM) 小于 0.11pm(皮米,千分之一纳米),光谱纯度与现有商用准分子激光系统相当。
在此之前,国际主流的 DUV 光刻机都采用了氟化氙 (ArF) 准分子激光技术,通过氩、氟气体混合物在高压电场下生成不稳定分子,释放出 193nm 波长的光子,然后以高能量的短脉冲形式发射,输出功率 100-120W,频率 8k-9kHz,再通过光学系统调整,用于光刻设备。而中科院的设计可以大幅降低光刻系统的复杂度、体积,减少对于稀有气体的依赖,并大大降低能耗。
哈工大 EUV 光源突破:放电等离子体极紫外光刻光源
哈尔滨工业大学成功研发「放电等离子体极紫外光刻光源」技术,能够提供中心波长为 13.5 纳米的极紫外光,这一成果荣获黑龙江省高校和科研院所职工科技创新成果转化大赛一等奖。
该项技术基本原理是利用放电等离子体产生极紫外光。在特定的放电条件下,等离子体中的原子或离子会被激发到高能态,当它们跃迁回低能态时,会发射出极紫外波段的光,通过对放电过程的精确控制和优化,实现了中心波长为 13.5nm 的极紫外光的稳定输出。
传统 EUV 光刻技术主要依赖于激光生产等离子体方法,其过程复杂,需要高能量激光器轰击液态锡滴,从而产生等离子体。然而,中国研究团队采用了不同的方法——激光诱导放电等离子体技术。具体来说,激光首先将少量锡汽化为云状物,随后通过两个电极施加高压,将锡云转化为等离子体。在这一过程中,高价态锡离子和电子频繁碰撞并辐射,产生极紫外光。与 LPP 技术相比,LDP 方法具有更高的能量利用效率,同时成本更低。
北方华创发布首款离子注入机 Sirius MC 313
北方华创发布首款离子注入机 Sirius MC 313,正式宣布进军离子注入设备市场。
在芯片制造流程里,除了备受关注的光刻、刻蚀、薄膜沉积等环节,离子注入设备同样占据着极为关键的地位。离子注入设备能够以极高的精度和效率,将特定元素的带电离子注入半导体材料,从而精准改变材料的电性能,为芯片制造提供不可或缺的技术支撑。其工作原理是先通过离子源产生所需离子,在电场作用下加速至预定能量,再精确注入半导体材料,实现原子的替换或添加,进而调控材料性能。
据了解,北方华创在离子注入设备的束流控制、调束算法、剂量精准控制等关键技术方面取得多项突破,自主开发出具备能量精度高、剂量均匀性好、注入角度控制精度高等特性的高端离子注入设备。未来,北方华创将以实现离子注入设备全品类布局为目标,推动离子注入设备全面覆盖逻辑、存储、特色工艺及化合物半导体等领域。
中微公司发布 12 英寸晶圆边缘刻蚀设备 Primo Halona
中微公司正式发布了自主研发的 12 英寸晶圆边缘刻蚀设备 Primo Halona。
此款 12 英寸边缘刻蚀设备 Primo Halon 采用中微公司特色的双反应台设计,可灵活配置最多三个双反应台的反应腔,且每个反应腔均能同时加工两片晶圆,在保证较低生产成本的同时,满足晶圆边缘刻蚀的量产需求,从而实现更高的产出密度,提升生产效率。设备腔体均搭载 Quadra-arm 机械臂,精准灵活,腔体内部采用抗腐蚀材料设计,可抵抗卤素气体腐蚀,为设备的稳定性与耐久性提供保证。
此外,Primo Halona 配备独特的自对准安装设计方案,不仅可提高上下极板的对中精度和平行度,还可有效减少因校准安装带来的停机维护时间. 在设备智能化方面,Primo Halona 提供可选装的集成量测模块,客户通过该量测模板可实现本地实时膜厚量测,一键式实现晶圆传送的补偿校准,实现更好的产品维护性,大大提升后期维护效率。
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