半导体设备零部件：国产替代核心赛道，六大环节全梳理
半导体设备是IC制造环节的硬件基础，其资本开支在半导体中占比高达70—80%，在整个半导体产业链中占据重要地位。
半导体设备中零部件是重要的一环，制程升级很大程度依赖于精密零部件的技术突破。
半导体零部件行业特点表现为高技术密集、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。需满足高精密、高洁净等众多要求，且认证周期长。
在技术和客户的双重壁垒下，设备零部件成为半导体产业中的“卡脖子”环节，国产替代空间广阔。
根据SEMI关于全球半导体设备市场规模的预测，预计半导体设备零部件市场规模2023年约为456亿美元。
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半导体设备零部件产业链
半导体设备零部件产业链主要由上游原材料、半导体设备零部件、半导体设备、晶圆厂四个环节组成。
上游原材料主要是铝合金材料及其他金属非金属原材料；半导体设备包括光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、薄膜沉积设备、离子注入设备、机械抛光设备、封测设备；晶圆厂有三星、英特尔等IDM厂商，以及中芯国际、台积电等专业代工厂。
从半导体设备零部件国产化角度来看，根据芯谋研究数据，石英、反应腔喷淋头、边缘环自给率超过10%；泵和陶瓷件自给率5-10%；射频发生器）、机械臂和气体流量计自给率1-5%；阀门、测量仪和O形密封圈自给率不足1%。
资料来源：芯谋研究
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半导体设备零部件核心环节
半导体零部件按照类型分，可以分为6类：分别为机械类、电气类、机电一体类、气体/液体/真空系统类、仪器仪表类、光学类。
半导体设备零部件市场情况：
1. 机械类
机械类零部件约占半导体设备零部件的20%-30%，下游满足半导体所有设备的应用。
机械类零部件在设备中起到构建整体框架、基础结构、晶圆反应环境和实现零部件特殊功能的作用，保证反应良率，延长设备使用寿命。
主要包括：
金属工艺件：反应腔、传输腔、过渡腔、内衬、匀气盘等。
金属结构件：托金属工艺件：反应腔、传输腔、过渡腔、内衬、匀气盘等金属结构件：托盘、冷却板、底座、铸钢平台等。
非金属机械件：石英、陶瓷件、硅部件、静电吸盘、橡胶密封件等盘、冷却板、底座、铸钢平台等。
该环节是半导体零部件中应用最广，市场份额最大的零部件类别。
机械类零部件国产化率较高，但高端产品国产化率较低。
国产化程度主要由技术壁垒决定，当前应用于高制程设备的产品技术突破难度仍较高。
该领域国产环节主要厂商包括富创精密、神工股份（硅部件）、江丰电子（少量产品）、靖江先锋、托伦斯、菲利华、华亚智能等。
2. 电气类
电气零部件约占半导体设备零部件的15%-25%，作为控制工艺制程的核心部件，技术突破难度较大。
电气零部件主要包括射频电源、射频匹配器、远程等离子源、供电系统、工控电脑等。
其中，射频电源是重要的电气类零部件产品，具有较高的技术难度和壁垒。
美国两大厂商MKS Instrument（万机仪器）和Advanced Energy（先进能源工业）是半导体射频电源市场的领导者。
对于核心模块（射频电源等），中国企业尚未进入国际半导体设备厂商，少量应用于中国半导体设备厂商，主要应用于光伏、LED 等泛半导体设备，国产化率低，高端产品尚未国产。
该环节厂商中英杰电气、北方华创（旗下的北广科技）等已经有产品在给国内设备厂商供货。
射频电源发展史：
资料来源：OFweek
3. 机电一体类
机电一体类零部件在设备中起到实现晶圆装载、传输、运动控制、温度控制的作用，部分产品包含机械类产品，价值量占比10%-20%。
该环节应用于所有设备，其中双工机台和浸液系统仅用于光刻设备。
主要包括EFEM、机械手、加热带、腔体模组、阀体模组、双工机台、浸液系统、温控系统等。
大多品类中国厂商主要供应中国半导体设备厂商，整体国产化率不高，功能复杂的高端产品未国产。
该环节主要厂商包括富创精密、华卓精科（双工机台）、新松机器人（机械手）、京仪自动化（温控系统）等。
新松真空机械手ARCHER 系列产品：
资料来源：新松机器人官网
4. 气体 / 液体 / 真空系统类
气体/液体/真空系统类零部件在设备中起到传输和控制特种气体、液体和保持真空的作用。
主要应用于薄膜沉积设备、刻蚀设备和离子注入设备等干法设备；气动液压系统类主要应用于化学机械抛光设备、清洗设备等湿法设备。
为了将半导体制造过程控制在更小的尺寸上，半导体工艺需要在真空环境中运行。因此，真空泵和真空阀是重要的真空系统类零部件。
真空泵为集成电路制造前道工序的四大核心设备中的薄膜、刻蚀设备、离子注入设备（约占主要工艺过程的70%）提供制造工艺所必需的超洁净真空环境，完成物理和化学气相沉积、刻蚀、离子注入等超微加工。
全球半导体真空泵市场由海外厂商占据95%的市场份额，其中Atlas占据48%的市场份额。国内厂商市场份额不到5%，目前汉钟精机、中科仪等国产厂商已取得突破。
半导体阀市场方面来看，全球主要被欧美日厂商占据，最大的半导体阀供应商是瑞士的VAT，占近半壁江山。
国内少数企业通过自研或收购部分产品已进入国际半导体设备厂商，整体国产化率处于中等水平，大部分品类的高端产品未国产化。
整体来看，该环节主要厂商包括富创精密、万业企业（收购的Compart System）、新莱应材、沈阳科仪、中科仪等。
5. 光学类
光学类零部件在光学设备中起到控制和传输光源的作用，对光学性能要求高，主要包括光学元件、光栅、激光源、物镜等。
鉴于光刻设备国际市场高度垄断，高端产品一家独大。
中国光刻设备尚在发展，相应配套光学零部件国产化率低，技术突破难度较高。
中国企业尚未进入国际半导体设备厂商，已少量应用于中国光刻设备，国产化率较低，高端产品尚未国产。
光学类零部件目前炬光科技有部分产品在进行国产替代，总体上光学类零部件在国产化方面相对薄弱。
该环节厂商还包括北京国望光学科技有限公司、长春国科精密光学技术有限公司等。
6. 仪表仪器类
仪器仪表类对测量的精准度要求高，国产化率低，技术突破难度较高。
仪器仪表类中国企业通过收购进入国际半导体设备厂商，中国企业自研产品仅少量用于中国半导体设备厂商，由于产品成本占比较低，中国企业主要以采购进口产品为主，国产化率低，高端产品尚未国产化。
该领域中，北方华创（旗下的七星流量计）和万业企业（收购的Compart System）有一定的国产化能力；测量仪表主要有上海振太等厂商。
03
全球半导体零部件市场格局
相较于全球半导体设备零部件行业500亿美元左右的市场规模，单个龙头企业的规模相对不大，反应了半导体设备零部件行业整体分散、细分领域集中的特点。
在全球半导体零部件厂商市场格局中，主要以欧洲、美国、日本企业为主。
根据TechInsights数据，全球Top 10零部件厂商分别为蔡司、MKS、爱德华、先进能源、Horiba、VAT、Ichor、超科林、ASML、荏原。
近年来，零部件行业头部厂商集中度稳步提升并趋于平稳，全球前10大零部件厂商市占率已经稳定在50%左右。
国外龙头厂商成长逻辑主要是产品品类和应用领域的拓展，并购是实现扩张的较好方式。
MKS仪器和超科林产品品类较多，它们是通过并购不断拓展产品线实现成长；Edwards、Advanced Energy、VAT专注于单一产品，分别为真空泵、射频电源、真空阀市场的领导者，它们通过应用领域的扩展来实现成长
虽然目前零部件国产化率不高，但同样需要认识到，半导体零部件技术难度大，对精密机械制造技术、表面处理特种工艺技术、焊接技术等要求较高。
因此，企业需要不断研发生产工艺技术以满足产品高精密、高洁净、超强耐腐蚀能力、耐击穿电压的要求，并实现较高的生产效率，从而满足半导体设备的工程化和量产化。
此外，半导体设备厂商为了降低成本和提升生产效率，将会简化零部件供应链，并对标准化、模块化、流程化、精密度、洁净度等提出更高要求，未来能提供多种工艺、多品类产品、生产更加智能化的零部件厂商将会具备更强的竞争力。