炉门密封件(芯谋研报｜国内半导体石英制品市场发展情况)

Posted 2023-06-01

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炉门密封件(芯谋研报｜国内半导体石英制品市场发展情况)

近一个月，半导体产业中的一关键零部件——石英制品，引起产业和资本关注。今年3月，北京凯德正式登陆北交所；菲利华石创和宁波云德获得巨额资本融资。然而此前，市场和大众的关注视角很少放在石英制品这类耗材上，殊不知，这些关键零部件可以“以小制大”，以“不起眼”的姿态卡了半导体产业的脖子。

如今，石英制品走到了产业前台，本文将从概念、市场规模、重要玩家、发展不足和建议，全面阐述国内半导体石英制品市场。

国内半导体石英行业概述

1.1 国内半导体零部件发展态势

半导体产业是当前全球科技竞争的关键，也是我国构建科技实力自立自强的核心支撑产业。在全球晶圆扩产的大背景下，半导体设备迎来了需求高峰。然而，多家国际设备厂商已表示设备产能紧缺将是长期的。对于国内设备厂商，政治因素之所以能够成为掣肘，根源在于半导体零部件国产化水平较低。半导体零部件虽不若设备整机的市场规模大，却是典型的以小制大的卡脖子环节。

半导体设备由成千上万的零部件组成，其材料、结构、工艺、品质和精度直接决定着设备的可靠性和稳定性。按主要材料和使用功能来分，半导体零部件可分为十二大类，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。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。

从全球市场格局来看，半导体零部件产业高度集中在美国、日本。中国的半导体核心零部件高度依赖进口，但已初步形成了国产化趋势，其中就包含半导体石英产业。

1.2 半导体石英产业发展态势

石英是由二氧化硅组成的矿物，化学式为SiO2，二氧化硅含量达99.5%以上的非晶态石英，被称为石英玻璃，其硬度可达莫式七级，具有良好的耐热性、耐腐蚀性、透光性、电气绝缘性和化学稳定性。

人类应用石英玻璃的历史长达170余年，20世纪50年代随着半导体技术和新型电光源的发展，石英玻璃才迅速发展起来。因石英光学、机械和热学性能独特，广泛用于航空航天、半导体、核能激光等高端工业领域。

在半导体行业，石英玻璃被广泛应用，高纯石英制品更是晶圆生产中的重要耗材。生产硅单晶的坩埚、晶舟、扩散炉炉芯管等石英部件必须使用高纯石英玻璃制品。石英部件在半导体领域主要目标市场应用为晶圆代工中扩散和刻蚀工艺，分为原装和替换两种需求。应用于刻蚀工艺的石英部件主要有石英环、石英防护罩等；应用于扩散工艺的石英部件主要有石英舟、石英炉管、石英挡板、套管等目标应用设备包括刻蚀设备，炉管设备，外延设备（EPI），快速热处理设备（RTP）等。

国内石英产业始于20世纪90年代，成长至今，期间不断发展，时至今日已具有数十亿元规模。近年来全球晶圆代工厂产线扩产，设备需求扩大，进一步传导到上游石英制品供应端，石英制品原装市场容量也随之增加。随产能利用率提升，物料损耗增加，带来耗材需求的增长，石英制品替换市场稳步上升。产业链景气度延续，国内市场叠加产业链自主可控的国家战略要求，半导体石英制品的黄金时刻已至，上游的石英砂供应商、中游的石英制品生产商和下游的应用商将大为受益。

1.3 当前国内半导体石英市场发展不足

1）原材料石英砂供应高度垄断

从市场情况看，国内高纯石英砂呈现高度垄断的态势。在上游石英砂产业中，高纯石英砂生产与高品质矿源密切相关，低品质矿源提纯较为困难，需要发掘优质矿源，或实现提纯工艺的突破。

2）石英制品国产化率低

目前国内石英制品主流供应商大部分为外资企业，占据着国内半导体高端石英市场的主要份额。国内石英制品的加工能力相比国际领先水平还有一定的差距，主要表现为材料纯度水平不高、产品质量不够稳定、先进产品不具备自主生产技术等。

3）进入设备厂商认证环节难

因设备厂商需求的高度定制化，石英制品是高度客户导向性产业。打入石英制品原装市场，最重要的就是获得设备厂商的认证。与晶圆生产类似，石英制品高度强调产品的精密性和稳定性，差之毫厘就会造成重大损失。因此，石英制品厂商想要打入设备厂商的供应链，必须要先迈过设备厂商的验证关卡，这对石英制品厂商的工艺水平、管理水平都是极大的挑战。

4）国产石英制品利润率较低

半导体石英制品的验证难，使得国内石英制品厂商的产品大部分用于光伏领域，用于半导体制造的高端产品比重较低。相比于半导体石英制品，光伏石英制品的附加值低，这也导致国产石英制品整体的利润率低于海外市场。

半导体石英的市场规模

2.1整体市场

从总体市场来看，2017年全球石英玻璃市场规模超过了200亿元，到2021年石英玻璃市场已经达到了260亿元，5年间全球石英玻璃市场增长了14%。根据相关测算显示，每生产1亿美元的电子信息产品，平均需要消耗价值50万美元的石英玻璃。照此测算，随着未来电子信息产品的增长，石英玻璃市场规模将在未来5年内突破300亿元。

数据来源：芯谋研究

石英玻璃优异的综合性能使其他材料难以替代。高纯度石英玻璃的技术含量更高，产品附加值更高，这类石英制品在半导体、光通信、航空航天以及新型电光源等高科技领域被更广泛地应用。

石英制品可分为两类，一类是半导体石英制品，另一类是非半导体石英制品。其中，半导体是最大的石英制品市场，占比超50%且其占比还在逐年递增。从2021年的数据来看，半导体石英制品占总体石英市场的68%。非半导体石英制品占比为32%。

数据来源：芯谋研究

按照半导体石英制品的历年占比，从2017年到2021年全球半导体石英制品的市场规模保持在140亿元-200亿元之间。

数据来源：芯谋研究

2.2 国内半导体石英制品细分市场情况

石英制品属于半导体工艺中的关键耗材。用于半导体的石英玻璃制品具有高纯度、无污染、耐高温等优良特性，其应用贯穿半导体产业链的各个环节。总体来看，石英制品可用于扩散、氧化、沉积、光刻、蚀刻、清洗环节等关键过程。

从产品结构来看，半导体石英器件、半导体石英基板、半导体石英玻璃(含坩埚)是石英制品在半导体领域的主要产品，三类产品的全球市场规模大致按4/3/3的占比分布。

具体来看，单晶生长需要用到石英坩埚和石英器件。晶圆加工环节，刻蚀、扩散、氧化、退火等步骤中需要用到大量的辅材石英制品，如石英片、石英环、石英舟等高纯度石英制品。

国内半导体领域石英制品的主要供应商

石英制品的制造过程非常复杂，以石英砂为原料，先经过气炼熔融制作为石英锭，然后经热改型和冷加工，制成石英筒、石英管、石英板等材料和制品。按照工艺或加工技术来划分：石英制品的制造可分为火加工和机加工两大类型。

火加工是以氢氧气为燃料，需石英技师手工进行操作，对产品进行吹制、焊接或依靠可转动的玻璃车床进行二次整型、成型、抛光等操作。目前国内厂商火加工主要用于光伏等领域，利润较低。

机加工则是则依靠不同机器的组合来完成石英制品的成型和抛光，对人力依赖较小。机加工主要用于生产规模较大的耗材型产品，或刻蚀层数较多，对产品一致性和稳定性要求较高的高附加值，毛利较高的产品，多用于高精尖的半导体设备领域。随着国内半导体产业的大发展，石英制品机加工的需求将快速增长。

3.1 主要厂商及技术能力

国内石英制造市场以火加工为主，机加工行业正在逐步兴起。国内典型的火加工企业有：沈阳贺利氏信越、沈阳汉科、菲利华石创、北京凯德与上海强华等；典型的机加工企业有：杭州大和热磁、杭州泰谷诺与宁波云德半导体等。

1.沈阳贺利氏信越

沈阳贺利氏信越成立于1988年，是德国贺利氏石英集团和日本信越石英株式会社合资兴建的现代化石英产品加工企业，是目前中国生产石英产品规模较大、技术较先进的生产制造基地。虽拥有合资母公司的材料和技术优势，但贺利氏信越主要以火加工产品为主，机加工能力较弱。

2.沈阳汉科

沈阳汉科是新加坡汉民和英国YE联合投资组建的半导体材料公司，成立于2006年。其主要开发生产半导体6英寸、8英寸晶圆制造所需的石英制品和太阳能电池片用的整套石英玻璃器件。沈阳汉科的产线较全，加工经验丰富，火加工和机加工产线都有涉足，但机加工市场规模远不及火加工。

3.菲利华石创

菲利华石创，成立于2001年，以火加工工艺为主，提供各种规格的石英玻璃制品精密加工服务。其产品面向于半导体、光学、光通讯、光伏、LED等多个应用行业。半导体刻蚀系列产品包括遮蔽环、石英钟罩、绝缘环和晶圆承载环等。

4.北京凯德

北京凯德成立于1997年，2022年在北交所上市。其拥有成熟的火加工技术，广泛应用于光伏太阳能行业、半导体芯片领域及其他领域。客户涉及国内半导体知名企业，为其提供火加工产品，尚未涉足机加工领域。

5.上海强华实业

上海强华实业，成立于1999年，主要从事半导体、光伏及光纤等行业的高纯度石英玻璃制品的加工业务。上海强华主要以火加工产品为主，涉及少部分机加工产品，其产品主要有超大直径石英玻璃扩散管，石英舟石英承载器（舟架、舟车）、石英炉门、匀流板、源瓶、废液瓶、石英筒等。

6.杭州大和热磁

杭州大和热磁电子，成立于1992年，是由日本磁性流体技术株式会社在华投资的全资子公司。杭州大和主要从事磁性流体、热电半导体致冷材料与器件、精密石英、陶瓷部品、精密真空零部件、太阳能发电材料等应用产品的研发生产和销售。杭州大和是国内市场规模最大的企业，以机加工为主实现了火加工和机加工产线全覆盖，产品种类多，加工经验丰富，目前已进入平稳增长期。

7.杭州泰谷诺

杭州泰谷诺，成立于2002年，是一家日商独资企业，主要生产半导体、太阳电池、液晶、发光二极管、理化学机器等制造装置用石英夹具、硅产品、碳化硅、氧化铝等陶瓷产品等。杭州泰谷诺的加工经验丰富，火加工和机加工产线全面覆盖，业绩持续稳步增长。

8.宁波云德半导体

宁波云德半导体，成立于2018年，是国内机加工规模最大的内资企业，主要从事半导体专用材料研发、生产与销售，拥有超百台加工机台，目前所生产的石英制品均为半导体级。成立四年来，云德成长快速，2021年营收实现翻倍增长。现已同步涉足半导体级高端火加工品生产，产品已经打入多家知名半导体设备公司供应链，客户口碑良好，是内资少有的同时具备大规模石英机加工和高端火加工能力的厂商，在半导体关键零部件领域潜力很大。

2021年国内石英制品市场企业规模及排名情况如下图，本排名仅统计排名前十的国内石英制品企业。

数据来源：芯谋研究

在上述排名榜单中，外资企业占据前四，杭州大和热磁、杭州泰谷诺、沈阳贺利氏信越、沈阳汉科占据前四席位，营收规模也高于内资企业；内资企业方面，菲利华石创、北京凯德、宁波云德业绩较高占据排名中间三席，苏州富同、东海奥博、上海强华三家紧随其后。

目前，国内大部分厂商以火加工为主，涉足机加工的企业较少。相比于火加工对石英技师的人数和经验的依赖更大，机加工对人力的要求大大降低，对机器的质量、规模、工艺技术有较高要求。在加工产品上，机加工产品常被用来加工高耗材、一致性要求较高的高附加值石英制品，还可用来加工硅基、陶瓷等半导体零部件和材料，市场延展空间更广。

数据来源：芯谋研究

上图是2021年国内石英制品机加工市场分布情况。杭州大和热磁以60.87%的市场规模占据第一位；宁波云德以10.43%的市场占比排名第三位，是国内机加工市场最大的内资企业。

3.2 主要厂商的客户关系

上图是国内主要石英制品供应厂商与设备原厂和国内几大制造工厂的关系。一般来说，石英制品与半导体设备配合使用，因不同厂商、不同型号的设备制造有所区别，石英制品具有一定的定制性特点。并且作为晶圆制造中的高耗材型产品，石英制品的一致性和稳定性要求较高。这也导致了在设备厂商下单之前要经过严格的产品验证。

石英制品厂商向设备厂商定制化供货被称为石英制品的原装市场。目前全球半导体设备厂商高度集中，也导致只有少数的石英制品厂商可以拿到设备厂商的认证。随着国内几家设备厂商如北方华创、中微半导体等逐渐崛起，国内石英制品厂商正加强与之合作。

半导体制造设备已经进入晶圆生产线上，在生产制造的过程中，因磨损、腐蚀、干裂等问题石英制品会是一项重要的耗材，石英制品的替换市场也就此诞生。在替换市场上，晶圆制造商往往会选择设备厂商搭配推荐的石英制品企业，因其产品经过验证具有稳定性，但也有选择非认证石英制品厂商的情况，被业内称为“海盗品”。

国内石英制品行业发展趋势

4.1 国内石英制品行业的增长点

半导体设备需求量增加刺激了石英制品市场的增长。全球芯片产能紧缺，晶圆代工产业进入新一轮的建厂扩产周期，在此期间对于半导体设备的采购需求猛增。芯谋研究预计，到2021年全球半导体设备采购将达到907亿美元，2023年将达到1013亿美元，增长11.7%。石英制品作为半导体设备中的一种耗材，其市场需求也有望得到大幅增长。

在半导体设备领域技术不断突破下，全球半导体设备市场规模持续增长，中国大陆已成为全球第二大半导体设备市场。芯谋研究预计，2021年国内半导体设备采购达到251亿美元，未来几年中，国内半导体设备采购总数也将持续保持在百亿美元以上。在国产化的需求下，国内半导体设备产业会迎来繁荣，并带动国内石英制品市场的发展。

目前，国内厂商所生产的石英制品仍较为落后，受制于国外厂商的技术垄断，我国高端石英制品主要依靠进口，国产化程度较低，需要国产厂商重视石英制品领域的发展。

4.2 石英制品市场的发展和变化

石英制品在半导体生产线中属于消耗品，且随着晶圆尺寸的增加，刻蚀次数的增加，石英制品的种类和数量在半导体生产线中的使用也相应增加。

作为半导体工艺中的关键耗材，石英制品需要对上游厂商进行资质认证，才能进入对方供应链采购目录，认证路径主要分为晶圆厂自主认证和设备原厂认证和授权。海外或国内外资企业由于起步早，发展时间长，技术先进均获得TEL等国际大厂认证。而中资企业起步整体较晚，打通上下游产业合作还需要时日，大多数石英制品企业还处于认证阶段。

石英制品市场是由产品规模主导的市场。目前，国内公司与国外知名石英制品生产厂商相比，公司的规模还较小，资金实力较弱，需要资金支持，扩大生产能力。

未来采用机加工的石英制品市场规模将会更大。机加工做的耗材消耗速度远大于火加工，且机加工在成本和生产效率方面更具优势。但由于机加工技术方面的挑战，国内只有杭州大和热磁电子、杭州泰谷诺与宁波云德半导体等少数几家厂商具有机加工能力。向机加工方向发展是国内石英制品厂商一个重点。

设备是机加工的核心生产力，机加工设备数量是衡量石英制品厂商实力的重要的数据之一。据芯谋研究调研，宁波云德半导体机加工设备已超过100台，今年有望超过200台，是国内内资石英制品领域当中拥有机加工设备最多的厂商。

火加工石英制品需要向中高端迈进，重点在于火加工工艺。国内火加工石英制品主要应用在光伏领域，半导体产业所需的石英制品精密度更高，在加工工艺上与光伏领域有所区别。目前国内火加工石英制品多是中低端产品，研发火加工先进工艺，转向利润更高中高端产品，扩大市场规模，是国内石英制品厂商抢占市场的必经之路。菲利华石创、北京凯德、宁波云德均有计划在此方向上加大投入力度。

4.3 国内石英制品厂商如何应对产业发展

1）瞄准石英制品领域痛点：石英制品作为重要的消耗型半导体设备零部件，市场规模是抢占市场的关键之一。

2）布局机加工市场：机加工石英制品的市场规模大于火加工，国内石英制品厂商应推动石英制品的机加工技术发展。

3）多点布局：火加工石英制品依旧是半导体设备产业中的另一大市场，尤其是在火加工高端领域，我国还需要继续探索。

4）突破认证难题：在生产过程中，保持良率和一致性，维护稳定的工艺管理，保证石英制品的产品品质；提高公司管理能力，形成稳定的供货状态；国内石英制品厂商需要与晶圆厂和设备厂商建立合作，进而达成规模效应。

5）认识潜在风险，与客户建立战略合作关系：由于中美关系原因，石英制品上下游厂商的供货链稳定性存在一定的潜在风险。要建立与大体量代工厂和设备原厂的战略合作关系，跟踪配合客户需求，第一时间给予组合方案，为客户解决难题。

6）积极拓展国内合作厂商：与国内半导体清洗、刻蚀、炉管等设备厂商建立合作，支持国内新兴半导体设备制造厂商的研发需要，建立深度合作关系。