半導(dǎo)體閥的國(guó)產(chǎn)替代

• 柯壯賓 2023年5月10日 來源：中研網(wǎng) 359 16
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閥門為真空和流體系統(tǒng)核心零部件之一，要求極為嚴(yán)苛。閥門是半導(dǎo)體真空系統(tǒng)和流體系統(tǒng)中的核心元件，起到開閉、控制流量/流向、調(diào)節(jié)壓力等作用。閥門種類眾多，如真空閥按作用可分為隔離閥、控制閥、傳輸閥等，按工作方式則包括閘閥、角閥、蝶閥、擺閥、球閥等；流體系

閥門作為一種常見機(jī)械裝置，除工業(yè)生產(chǎn)、生活等應(yīng)用領(lǐng)域外，也普遍應(yīng)用于各種半導(dǎo)體設(shè)備之中，是其真空系統(tǒng)和流體系統(tǒng)中核心的系統(tǒng)元件之一。閥門作為隔斷/接通管路、控制流體流量/壓力/流向的裝置，可以起到啟閉作用、調(diào)節(jié)作用、節(jié)流作用等。

根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，閥門類型主要有閘閥、截止閥、節(jié)流閥、蝶閥、球閥、止回閥、控制閥（調(diào)節(jié)閥）、隔膜閥、旋塞閥、排污閥、柱塞閥、減壓閥、蒸汽疏水閥、排氣閥、安全閥等。

閥門按公稱壓力可分為真空閥、低壓閥、中壓閥、高壓閥、超高壓閥等，真空還可以進(jìn)一步劃分為低真空、中真空、高真空、超高真空、極高真空等。按介質(zhì)溫度可分為普通閥門、高溫閥門、超高溫閥門、低溫閥門、超低溫閥門等，具體數(shù)值界限視不同國(guó)家或情景下標(biāo)準(zhǔn)不同可能會(huì)有所差異。

表：真空的壓力范圍劃分

真空的通俗定義指的是空間中的壓力低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力時(shí)的狀態(tài)。真空閥指的是用在真空系統(tǒng)中的閥門，其作用通常為隔離真空區(qū)域（如工藝腔室）或控制氣體進(jìn)出量。由于真空環(huán)境基本貫穿半導(dǎo)體制造過程始終，因此真空閥在半導(dǎo)體設(shè)備中也有著普遍而廣泛的應(yīng)用。

真空閥和普通閥門在類型上沒有本質(zhì)區(qū)別，按作用劃分主要有隔離閥、控制閥（調(diào)節(jié)閥）、傳輸閥、泄壓閥/排氣閥、氣體計(jì)量閥、止回閥等，在半導(dǎo)體設(shè)備的真空系統(tǒng)中尤其是隔離閥、控制閥、傳輸閥應(yīng)用較多；其中，隔離閥和控制閥根據(jù)工作方式又包括閘閥、角閥、蝶閥、球閥、擺閥等。

具體來看，隔離閥起隔絕/接通作用，如可用于連接真空泵，在其運(yùn)作與否時(shí)起到禁止/允許氣體進(jìn)入真空泵系統(tǒng)的作用；控制閥主要起到控制氣體流量和壓力的作用；傳輸閥則可用于晶圓在腔體之間或腔體和LoadLock之間的傳輸。

從實(shí)際應(yīng)用來看，隔離閥采用最多的主要為角閥和閘閥。閘閥的啟閉件為閘板，閘板運(yùn)動(dòng)方向與介質(zhì)流動(dòng)方向垂直，通過閘板的升降可以起到隔絕/接通作用，通常只作全開/全閉狀態(tài)，是隔離閥的理想選擇，而較少用作控制作用。閘閥可用于腔體和真空泵之間。

角閥的氣體通路通常呈直角，主要可用于真空系統(tǒng)中的排氣管路和抽氣系統(tǒng)等的連接，如用于主泵（通常為分子泵）和前級(jí)泵（通常為干泵）之間（即前級(jí)管路）或腔體和前級(jí)泵之間（即粗抽或預(yù)真空管路）。角閥常作為隔離閥，尤其適用于嚴(yán)苛的環(huán)境下，并具有出色的可靠性，也可具備控制作用。

控制閥用在真空腔體和分子泵之間，起到調(diào)節(jié)流量和壓力的作用?？刂崎y采用最多的主要為擺閥（鐘擺閥），而蝶閥等也可以起到控制作用。

擺閥的啟閉件通過如鐘擺般的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)隔離和控制作用，具有設(shè)計(jì)緊湊、振動(dòng)小、啟閉平穩(wěn)、能有效避免產(chǎn)生顆粒的特點(diǎn)，被廣泛用作控制閥。

此外，球閥的啟閉件是帶有圓形通道的球體，繞垂直于通道的軸線旋轉(zhuǎn)，球體隨閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到啟閉通道的目的。球閥適用的壓力范圍廣，從高真空到低真空等均可使用，同時(shí)在帶有腐蝕性介質(zhì)的或者高溫的系統(tǒng)中也均可適用。

傳輸閥是用于連接真空腔室的長(zhǎng)方形截面的閥門，可將物體（如晶圓）從一個(gè)腔室傳送到另一個(gè)腔室，尤其是在傳輸腔和工藝腔之間需要用到，因此傳輸閥是多腔室系統(tǒng)的理想選擇。

真空系統(tǒng)包括各種不同的零部件，如腔體、泵、閥等等，基本都有著嚴(yán)苛的參數(shù)指標(biāo)要求和較高的研發(fā)生產(chǎn)難度，僅在材料選擇上便需要結(jié)合應(yīng)用、環(huán)境條件及要實(shí)現(xiàn)的真空度而考慮諸多因素。且還需要進(jìn)行復(fù)雜而精密的焊接、表面處理、清潔等工藝，都需要行業(yè)中較長(zhǎng)時(shí)間的積累。

而具體到真空閥產(chǎn)品來看，優(yōu)異的密封性、精確的流量控制、最小的顆粒產(chǎn)生、最小的振動(dòng)和沖擊、穩(wěn)定性和可重復(fù)性等也都是至關(guān)重要的特性，尤其是在半導(dǎo)體制造這種對(duì)于工藝環(huán)境的純度、化學(xué)和物理穩(wěn)定性有極高要求的領(lǐng)域，其要求會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)真空閥更高。

表：半導(dǎo)體真空閥需滿足的要求

據(jù)瑞士VAT公司整理，2021年VAT公司占全球半導(dǎo)體真空閥的份額約75%，假設(shè)2022年其市占率保持穩(wěn)定，結(jié)合公司2022年半導(dǎo)體真空閥7.165億瑞士法郎（按1.05匯率假設(shè)約為7.5億美元），則全球半導(dǎo)體真空閥市場(chǎng)規(guī)模約10億美元；類似地，可測(cè)算出全球泛半導(dǎo)體真空閥市場(chǎng)規(guī)模約12.7億美元。

真空閥市場(chǎng)格局集中，除了瑞士VAT占據(jù)主導(dǎo)地位以外，MKS公司（美國(guó)）、V-TEX（日本）、CKD（日本）、SMC（日本）、Ulvac（日本）等廠商也都占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。

圖：全球真空閥主要廠商與市場(chǎng)份額情況

瑞士VAT作為全球真空閥龍頭，2022年實(shí)現(xiàn)收入11.45億瑞士法郎，其中閥門產(chǎn)品收入9.33億瑞士法郎，服務(wù)收入2.13億瑞士法郎。閥門產(chǎn)品收入進(jìn)一步劃分，則半導(dǎo)體為最大下游應(yīng)用，收入為7.17億瑞士法郎，其余則為先進(jìn)工業(yè)、顯示&太陽能應(yīng)用。

VAT公司擁有全面的隔離閥、控制閥、傳輸閥、快速關(guān)閉閥等產(chǎn)品組合，可為各種應(yīng)用領(lǐng)域提供最佳解決方案，其真空閘閥、角閥、蝶閥、擺閥等產(chǎn)品為各領(lǐng)域的真空閥解決方案設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)。公司在隔離閥、控制閥、傳輸閥都有較高的行業(yè)地位，尤其是控制閥和傳輸閥領(lǐng)域占據(jù)行業(yè)領(lǐng)先份額。

除在真空系統(tǒng)中大量應(yīng)用外，閥門同樣是半導(dǎo)體行業(yè)高純流體系統(tǒng)中核心的系統(tǒng)元件，主要起著流體的開關(guān)截止、流體的流量調(diào)節(jié)、流體的流向改變等三大作用。在半導(dǎo)體制造工藝設(shè)備內(nèi)部的氣體管路系統(tǒng)中和半導(dǎo)體工藝設(shè)備的供氣系統(tǒng)中，均需要大量的高純閥門參與控制。

其中，供氣系統(tǒng)指的是電子氣體由氣源送往工藝設(shè)備端的系統(tǒng)，具體來看，電子氣體先由氣柜（GasCabinets）出來經(jīng)過分配，然后通過多功能閥箱/閥盤（ValveManifoldBoxes/Panels）及二次配閥盤（Hookup），通往工藝設(shè)備端，在這個(gè)過程中的幾個(gè)主要環(huán)節(jié)基本都需要用到閥門產(chǎn)品。

存儲(chǔ)廠短期擴(kuò)產(chǎn)部分受限，中長(zhǎng)期產(chǎn)能提升空間巨大。美國(guó)在2022年10月公布了對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步制裁，其中重點(diǎn)新增限制了存儲(chǔ)先進(jìn)制程的制造能力。長(zhǎng)江存儲(chǔ)和長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)是國(guó)內(nèi)在存儲(chǔ)芯片3DNAND、DRAM領(lǐng)域各自的代表廠商，經(jīng)過多年的技術(shù)積累后，長(zhǎng)江存儲(chǔ)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)232L3DNAND工藝的量產(chǎn)，長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)19nmDRAM工藝的量產(chǎn)，其中，尤其主要是長(zhǎng)江存儲(chǔ)在被限制后短期擴(kuò)產(chǎn)確實(shí)受到一定影響。但國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)廠商產(chǎn)能在全球占比依然極小，和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求嚴(yán)重不匹配，中長(zhǎng)期來看產(chǎn)能提升空間十分巨大。

邏輯先進(jìn)制程擴(kuò)產(chǎn)受限，成熟制程擴(kuò)產(chǎn)確定性依然較強(qiáng)。中芯國(guó)際自2020年被美國(guó)加入實(shí)體清單后，戰(zhàn)略方向逐漸向成熟制程擴(kuò)產(chǎn)傾斜，本次限制節(jié)點(diǎn)對(duì)其并無進(jìn)一步影響。中芯國(guó)際2021年以來先后發(fā)布公告將分別在北京、深圳、上海、天津加大投資進(jìn)行成熟制程擴(kuò)產(chǎn)，且2022年業(yè)績(jī)說明會(huì)上重申了擴(kuò)產(chǎn)的意志和決心，對(duì)2023年資本開支也給出了和2022年高基數(shù)相當(dāng)?shù)闹敢?，因此預(yù)計(jì)中芯國(guó)際未來2-3年擴(kuò)產(chǎn)節(jié)奏和資本開支依然會(huì)較為樂觀。

自主可控持續(xù)推進(jìn)，國(guó)產(chǎn)化比例有望快速提升。美國(guó)不斷加深對(duì)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的限制，并拉攏日本和荷蘭也跟進(jìn)限制，但從目前限制的實(shí)際范圍和力度來看不必過于悲觀。以尤為關(guān)鍵的光刻機(jī)環(huán)節(jié)為例，據(jù)ASML官網(wǎng)公布，在具體細(xì)則出臺(tái)之前，公司自己將會(huì)受到出口管制的“最先進(jìn)工具”定義為TWINSCANNXT：2000i及之后的浸沒式光刻機(jī)，而不被限制的1980Di已經(jīng)可以滿足邏輯成熟制程和3DNAND先進(jìn)制程需求。

而且，限制的不斷加深進(jìn)一步凸顯了自主可控的重要性和緊迫性，國(guó)內(nèi)晶圓廠存儲(chǔ)廠近年在擴(kuò)產(chǎn)過程中正逐漸提升產(chǎn)線中設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化比例，預(yù)計(jì)未來會(huì)進(jìn)一步較快提升。因此，國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商國(guó)產(chǎn)化空間依然較大，在國(guó)產(chǎn)化加速下仍有望保持較快增長(zhǎng)。

當(dāng)前趨勢(shì)下美國(guó)不斷加大對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的限制，尤其是半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)口受到明顯影響，而作為半導(dǎo)體設(shè)備上游的零部件環(huán)節(jié)，其供應(yīng)穩(wěn)定性也在逐漸面臨越來越大的風(fēng)險(xiǎn)，因此設(shè)備廠商對(duì)于零部件自主可控的緊迫性也愈發(fā)凸顯。

而從當(dāng)前的國(guó)產(chǎn)化情況來看，目前國(guó)內(nèi)晶圓廠產(chǎn)線中半導(dǎo)體閥門的采購(gòu)仍較大程度上依賴于海外廠商。具體來看，真空閥市場(chǎng)主要由瑞士VAT主導(dǎo)，流體閥主要由美國(guó)Swagelok、美國(guó)ParkerHannifin、日本Fujikin等廠商主導(dǎo)，相對(duì)來說流體閥要求更為嚴(yán)苛、且美廠主導(dǎo)格局下國(guó)產(chǎn)替代緊迫性尤為明顯。而國(guó)內(nèi)已有廠商具備良好國(guó)產(chǎn)替代基礎(chǔ)，如新萊應(yīng)材已在閘閥等多種真空閥產(chǎn)品對(duì)國(guó)內(nèi)主流客戶實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)，在隔膜閥等氣體閥也已實(shí)現(xiàn)銷售突破并迎來快速放量。

表：半導(dǎo)體閥的國(guó)內(nèi)外供應(yīng)商梳理

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