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摘要：半导体产业是构建我国战略科技实力的核心支撑产业，而半导体零部件是决定我国半导体产业高质量发展的关键领域。尽管我国半导体产业正处于加速发展阶段，但国内半导体零部件产业仍面临国产化率低、长期扶持和投入不足、企业自主创新能力弱、上下游合作不畅等诸多问题。行业缺乏人才培养和激励机制。本文将全面总结全球半导体零部件行业的发展特点和重点企业，研究国内外市场规模和发展格局，针对目前国内半导体零部件行业面临的主要问题提出相关发展建议。

01介绍

半导体零部件是指在材料、结构、工艺、质量及精度、可靠性和稳定性等方面满足半导体装备和技术要求的零部件。例如O-Ring密封圈、EFEM（传输模块）、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气体喷头等。半导体装备由成千上万个零部件组成，零部件的性能、质量和精度直接决定了装备的可靠性和稳定性，也是我国半导体制造能力向高端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整体水平较低，高端产品供给能力不足，产品可靠性、稳定性和一致性差的问题日益突出。在全球宏观政治经济形势日趋复杂、美国打压遏制战略背景下，中国高科技产业崛起的“时代”现象更加凸显，这不仅制约了中国高端半导体产业的发展，给中国数字经济、民生经济和安全也带来了不可低估的风险。

02 半导体零件的主要分类及主要特点

(一)半导体零件主要分类

半导体零部件是半导体设备的关键部件。据不完全统计，行业内半导体零部件的分类尚未形成标准，主要有以下几种分类方法。

根据典型IC设备腔体内部工艺流程，零件可分为五类：电源及射频控制、气体输送、真空控制、温度控制、传输装置。电源及射频控制类包括射频发生器及匹配器、DC/AC电源等。气体输送主要包括流量控制器、气动元件、气体过滤器等。真空控制类包括干泵/冷泵/分子泵等真空泵、控制阀/摆阀等阀门、压力表和O型圈密封圈。温度控制包括加热板/静态杯、热交换器和提升部件。传动装置包括机械臂、EFEM、轴承、精密轨道、步进电机等。

根据半导体零件的主要材料和功能，可分为十二类，包括硅/碳化硅零件、石英零件、陶瓷零件、金属零件、石墨零件、塑料零件、真空零件、密封件、过滤零件、动零件、电控零件等零件。其中，各类零部件还包括多个细分产品，如真空零部件，包括真空表（测量过程真空）、真空压力表、气体流量计（MFC）、真空阀门、真空泵等关键零部件。

根据半导体零部件的服务对象，半导体核心零部件可分为精密机器零部件和一般外购零部件两类[1]。精密机器零件通常由各半导体设备公司的工程师设计，然后外包加工，只会用于自己公司的设备，例如工艺室、传动室等，比较容易国产化，一般在其表面处理、精密加工等技术要求高；通用外购件是指经过长期验证并得到众多设备厂、制造商广泛认可的一些通用件。它们更加标准化，会被不同的设备公司使用，也可以作为生产线的备件和消耗品。例如硅结构件、O型圈密封圈、阀门、仪表、泵、面板、燃气喷头等，由于通用性和一致性强，国产化难度较大，需要通过设备和认证。生产线。

表1-1总结了大量设备和生产线中使用的主要组件产品和半导体器件。

表 1-1。主要服务的主要零部件和半导体设备

（数据来源：网络信息整理）

（二）半导体零部件行业主要特点

半导体零部件行业通常具有技术密集、跨学科融合、市场规模小而分散的特点，但在价值链中发挥着重要作用。 一般来说，设备零部件约占设备总支出的70%左右。以蚀刻机为例，十大关键部件占设备总成本的85%。 它是半导体产业生存和发展的关键支撑，其水平直接决定我国半导体产业创新的基础水平。

A.技术密集，对精度和可靠性要求高。

与其他行业的基础零部件相比，半导体零部件由于用于精密半导体制造，具有精度高、批量小、品种多、尺寸特殊、工艺复杂、要求极其苛刻等特点。 由于半导体零部件的特殊性，企业往往会考虑强度、应变、耐腐蚀性、电子特性、电磁特性和材料纯度等复合功能要求。 同样的零部件，如果可能用在传统行业，但在半导体行业，关键零部件在原材料纯度、原材料批次一致性、质量稳定性、控制精度、边缘倒角、去毛刺、表面粗糙度及控制等方面，特殊表面处理，洁净水洗，真空无尘包装，交货期要求较高， 它造成了非常高的技术壁垒。 例如，随着半导体加工的线宽变得越来越小，光刻工艺对控制最小污染物的要求极其严格。不仅严格控制颗粒物，还严格控制过滤器产品的金属离子析出，这对半导体过滤器零件的生产制造提出了很高的要求。 目前，半导体滤波器元件的精度要求达到1纳米甚至以下，而其他行业的精度要求在微米级。 同时，半导体过滤器还需要保证一致性，以及耐化学性和耐热性、较强的抗脱落性，从而达到半导体制造需要的可重复的高性能、一致的质量和超纯的产品清洁度等高要求。

B.学科交叉融合，对复合型技术人才要求高。

半导体零部件种类繁多，覆盖面广，产业链长。其研发、设计、制造和应用涉及材料、机械、物理、电子、精密仪器等交叉学科和多学科融合，因此对复合型人才的需求很大。 以半导体制造中用于固定晶圆的静电吸盘为例。以氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷为主要材料，但同时需要添加其他导电材料，使整体电阻率满足功能要求，这就需要很好地了解陶瓷的导热性、耐磨性和硬度。陶瓷材料。 为了获得满足半导体制造技术规范的基本原材料； 其次，陶瓷内部有机加工结构要求精度高，陶瓷层与金属基体的结合需要满足均匀性和高强度的要求。因此，静电吸盘的结构设计和加工需要精密加工的技能和知识。 而静电吸盘的表面处理要达到0.01微米左右的镀层，同时要耐高温、耐磨，使用寿命在三年以上，因此，对表面处理技术的掌握和应用要求比较高。 可见，复合型、交叉型技术人才是半导体零部件产业的基本保障。

C、碎片化现象明显。国际领先企业主要采取跨行业多产品线开发和并购策略。

与半导体设备市场相比，半导体零部件市场更加细分、碎片化。单一产品市场空间较小，技术门槛较高，纯半导体零部件企业较少。 国际领先的半导体元件企业通常采取跨行业多产品线的发展策略，而半导体元件往往只是这些大型元件制造商的业务之一。 例如，MKS Instruments 在气压计/反应器、射频/直流电源、真空产品和机械臂领域拥有主要市场份额。除了半导体应用之外，MKS 仪器还广泛应用于工业制造以及生命与健康科学。 持续的并购整合也是国际领先的半导体元件企业扩大规模的主要手段。例如，国际领先的工业设备公司阿特拉斯（阿特拉斯·科普柯，瑞典）自2014年收购Edwards后，不断拓展半导体真空泵业务。 2016年，阿特拉斯收购了真空技术领域的另一家领先企业德国莱宝，并于2017年成立了独立的真空技术部门。2019年XNUMX月，阿特拉斯再次收购了布鲁克斯的低温业务。 此次收购包括低温泵运营公司和布鲁克斯在 Ulvac Cryogenics 50% 的股份，进一步增强了其真空业务在半导体领域的全球竞争力。

03 半导体元器件市场规模及发展格局

（一）全球半导体元器件市场规模及格局

全球半导体零部件市场根据服务对象不同主要分为两部分。 第一，全球半导体设备制造商定制或采购的零部件及相关服务。 据VLSI统计，10年半导体设备子系统市场销售额近2020亿美元，其中维护和支持服务占46%，零部件产品销售额占32%，更换和升级占22%。 二是全球半导体厂商直接采购的作为消耗品或备件的零部件及相关服务。 据新谋数据[2]，2020年中国大陆8英寸、12英寸晶圆线一线设备零部件采购额超过1亿美元。 中国的制造能力约占全球的12-15%。考虑到先进技术带来的高附加值零部件采购需求，全球8英寸、12英寸晶圆线一线设备的零部件采购额至少超过10亿美元。 因此，当这两个部分加起来时，全球半导体零部件市场预计可达20​​亿至25亿美元甚至更多。

虽然半导体零部件市场整体规模仅占全球近5亿美元半导体市场规模的不到500%，但零部件价值通常是其自身价格的数十倍，具有很强的产业辐射能力和影响力。 此外，半导体元器件关键技术体现了一个国家产业和半导体装备的技术水平，具有非常重要的战略地位。其技术进步是下游数字经济和信息应用产业技术创新的前提。

根据VLSI数据[3]，ZEISS（光学镜头）、MKS仪器（MFC、射频电源、真空产品）、Edwards（真空泵）、 Advanced Energy（射频电源）、Horiba (MFC)、VAT（真空阀）、Ichor（模块化气体输送系统和其他组件）、Ultra Clean Tech（密封系统）、ASML（光学组件）和 EBARA（干泵）。

表 2-1。全球10大半导体元件制造商排名

（数据来源：各公司年报、网络信息整理）

根据图2-1中的VLSI数据，过去50年，前十大供应商的市场份额总和趋于稳定在10%左右。但由于半导体元件对精度和质量的严格要求，就单一半导体元件而言，全球只有少数供应商能够提供产品，这也导致虽然各地半导体元件行业集中度仅为50%但品类细分集中度往往在80%至90%以上，垄断效应明显。例如，在静电吸盘领域，基本由美国和日本半导体企业主导（见表2-2），占据95%以上的市场份额，主要包括AMAT（应用材料）、LAM（磐林）集团）、新光（日本电气）、TOTO、NTK（日本企业）。

图 2-1。全球前10大半导体元件厂商市场份额稳定在50%左右（数据来源：VLSI）

表 2-2。主要零部件产品全球领先企业名单

（数据来源：江峰电子，网络信息整理）

（二）中国半导体元器件市场规模及格局

目前，我国半导体零部件产业尚处于起步阶段，整体规模较小。 据芯谋数据[2]，2020年中国本土晶圆厂商（主要包括中芯国际、华虹集团、华润微电子、长江存储等）以成本价采购部分8英寸、12英寸前道设备约430亿美元。 但由于中国国内晶圆制造产能快速扩张，预计到50年新增产能将增加2023%，预计半导体元件需求将保持强劲。 根据产线设备及零部件采购需求，预计8年我国半导体零部件市场规模将超过2023亿元，12年将超过2025亿元。

尽管国内半导体零部件市场快速增长，但国内零部件企业的技术能力、工艺水平、产品精度和可靠性还远远不能满足国内设备和晶圆制造商的需求，整体国产化率仍处于较低水平。 总体来说，对于采用定制设计生产的精密机械零部件，我国的国产化率比较高。 因为国产半导体设备在起步阶段，为了尽快实现量产赶上先进水平，往往采用自己设计，然后让国外（主要是日本、少数韩国）加工商加工模式。 由于半导体设备精密加工件对原材料、加工方法、表面处理和清洁包装都有特殊要求，国内加工商无法满足，另外，由于日本加工技术提供商对该类零部件加工有着丰富的经验，可以在加工过程中发现设计和调整存在一些误差。 后来，随着国内市场的逐步扩大，为了降低成本、保证供应链安全，国内少数半导体设备厂商开始逐步培育其他行业的加工商，开始致力于半导体设备精密零件加工。 因此，在设备制造商主导的精密机械零部件领域，国内零部件制造商进步很快。 但对于标准化程度较高、高度依赖市场竞争的通用外购件来说，国产化率普遍很低。 主要原因是这些通用外购件的设计和生产要求非常高。即使国内产品的样件能够达到同等水平，但仍需努力确保量产的稳定性。 同时，由于国内装备企业在国产化方面刚刚取得进展，在通用零部件采购方面仍处于被动，主要以国内成熟产品为主，不愿意大胆尝试国内新制造的产品[1]。

这些都是我国在半导体零部件核心产品上仍无法实现“自主可控”的主要原因。 据国内主流主机厂数据显示，每年日运转收到的零部件（包括维修更换和故障更换零部件）达到2,000多个，但国内市场占有率仅为8%左右。 美国和日本分别占59.7%和26.7%。 事实上，高端零部件市场主要由美国、日本和欧洲供应商占据； 低端零部件市场主要被韩国和中国台湾供应商占据。 静电吸盘是晶圆厂关键的非消耗部件，单价高达数万甚至数十万美元。目前国内尚无企业能够制造相关成熟产品，就连静电吸盘所用的氮化铝陶瓷原材料也远远达不到要求的技术指标，对外依存度达99%以上。 此外，虽然我国真空泵产业规模已达到近200亿元，但半导体用干式真空泵仍需进口爱德华兹等企业的高端产品。 然而，近年来，随着国内半导体行业新增产能和扩张速度的加快，以及因COVID-19大流行造成物流运输服务受阻，国外零部件交货持续延迟，一些国内半导体零部件高增长潜力的企业有机会加速国产半导体零部件的替代。 例如江峰电子的喷头及腔体加工业务、科百特的过滤器业务、通嘉宏锐的干式真空泵业务等。 表2-3总结了部分中国半导体元件不同领域企业。

表 2-3。国内主要半导体元件企业

（数据来源：网络信息整理）

04 半导体零部件国产化的主要问题

（一）对零部件重视不够，产业扶持政策不到位

半导体零部件产业总规模达数十亿。与半导体核心产业链相比，体量较小，产品品种规格多样，龙头企业少，产业集中度低，存在的技术问题分散，未得到足够重视许久。自2014年我国将推动半导体产业发展上升为国家战略以来，随后至少有30多个地方政府出台了支持半导体产业发展的政策[9]，但无论是国家层面还是地方层面，政策重点更多关于设计、制造、测试、设备、材料、半导体零部件行业很少涉及。在资本方面，零部件企业很少受到资本的青睐。国家集成电路产业投资基金目前对半导体零部件的投资不到100亿元。截至2020年底，以半导体零部件为主的上市公司总市值（不足30亿元）仅占所有半导体产业链企业总市值（超过1万亿元）的3%。

（二）创新能力相对落后，核心技术差距明显

由于零部件行业长期以来没有受到重视，只能庸俗增长，因此国内大部分零部件企业进入半导体行业主要是以提供维修更换服务、清洗服务为主，整体研发、创新能力较差相对落后，长期停留在低端生产水平水平并抄袭国外产品，核心技术差距明显。据国内某上市半导体零部件公司招股书显示，研发人员仅有15人，2016年至2018年研发投入总额不足20万元，年均研发投入强度不足5%。此外，我国半导体零部件行业创新能力不足还体现在行业标准体系不完善、基础工艺研究投入严重不足、工艺技术获取途径匮乏、科研与生产缺乏紧密结合等方面。生产实践等诸多问题。制约了半导体器件的结构设计技术、可靠性技术、制造技术与工艺、基础材料性能研究的创新发展。

表2-4 国内半导体元器件主要技术难点

（数据来源：中芯国际[4]、江峰电子[6]、网络信息处理）

（三）工匠供给不足，缺乏有效激励机制

目前，我国半导体行业人才缺口已达数十万人。尽管近年来我国在半导体人才培养方面出台了一系列支持措施，但大量半导体人才培养主要集中在设计、制造、设备和材料方面，对半导体零部件人才培养仍缺乏重视及其他基础产业。在教育体制改革的基础学科、专业设置、在职认证、工程教育、技术等方面缺乏统筹规划和执行，零散的专业基础和职业技能课程严重不足，而且还缺乏崇尚求精、求实、创新、善于设计、善于工匠精神的关键指导[5]。此外，半导体零部件行业还面临严重的人才激励机制不到位的问题。虽然国内半导体行业人员整体薪资水平较之前有了明显提升，但对于零部件企业所需的机械加工、精密仪器、表面处理等行业，员工薪资普遍明显低于国内半导体行业人员薪资水平。半导体行业平均水平。据国内某半导体零部件公司招股书显示，其上市前仅有15名研发人员，核心技术人员年薪仅75,000万元，普通研发人员年薪仅30,000万元。薪资水平低下导致半导体零部件企业人才流失严重，造成基础零部件行业后继无人的恶性循环。

（四）产业链环节脱节，上游支撑能力不足

半导体元件需要经过严格、复杂的验证程序，才能通过大规模生产线验证并大规模销售。因此，零部件制造商需要与下游设备和制造商充分合作。目前，我国半导体零部件在线验证程序复杂、流程较长。制造商、设备制造商和国内半导体零部件制造商之间的协调程度不高，缺乏有效的沟通和互动。导致双方都不掌握对方的工艺参数和配套能力，国内替代能力不足。此外，在长期的产品迭代过程中，现有的国外零部件厂商已经形成了大量的know-how。但在后续的仿制和试制过程中，国内厂商只能做到外观相似。由于缺乏经验和关键技术，它们在初步验证中被淘汰，无法进入大规模应用[5]。此外，国内半导体元件厂商无法获得原材料和生产设备等配套环节的支持，这也影响了其产品的竞争力。半导体零件一般是加工精度要求较高的多种产品，生产这些零件对原材料和加工设备要求较高，价格昂贵。由于长期以来形成的“重主机、轻配套”观念的影响，我国工业在零部件上下游配套领域投入严重不足，导致我国在原材料、产量等方面与国外存在差距。零件设备。例如，我国半导体金属零件常用的高精度加工中心在加工精度、加工稳定性、几何灵活性等方面均落后于国外。例如，高端金属零件制造的原材料铝合金、钨、钼以及高纯石英砂，基本被美国和日本企业垄断。原材料的垄断供应使得下游材料供应商/加工商/用户陷入被动。主要石英玻璃材料（管/棒/锚具）也来自美国、德国、日本公司。长期以来，上游加工设备和原材料的缺乏，导致我国大部分半导体零部件企业的经营处于较低的技术水平。原材料和工艺装备水平不高，先进设备缺乏且不配套，无法保证产品质量的一致性，影响产品质量的提高。

（五）制造条件有限影响高端升级

由于半导体制造过程经常处于高温、强腐蚀环境下，因此大约有一半的半导体零件需要做表面处理，以提高其耐腐蚀性能。例如，半导体刻蚀设备的等离子体刻蚀室处于高密度、高腐蚀、高活性的等离子体环境中。腔室及其部件很容易被等离子体腐蚀。为了延长这些部件的使用寿命，常在铝基材（铝及铝合金）表面采用阳极氧化。等离子体可有效减少对型腔及其他铝基材的腐蚀。而我国日益严格的环保要求，对于大多数表面处理技术如喷砂、喷涂、电镀、阳极氧化等有控制的发展，产生了一些高端表面处理技术，例如微弧氧化、高端面喷涂、Y2O3陶瓷涂层等，国内差距一直较大，也直接影响零件的性能和产品质量，虽然中国厂家可以根据图纸成型阀门零件、喷头气体喷头、陶瓷零件等零件，由于无法解决材料和表面处理的问题，其发展受到基础的制约。此外，半导体元件的一些前沿技术受到“禁运”的限制，国内企业缺乏图纸和精密数据，阻碍了其向高端技术的演进。例如，MKS生产的低压真空计一直需要申请出口许可证才能购买[6]。

05 对我国半导体零部件产业发展的建议

（一）重视顶层设计，引导产业发展

长期严重依赖美国、日本等先进国家的半导体零部件行业，需要更加注重顶层设计。建议通过制定专门的半导体元件产业发展规划、规划或路线图，确定产业发展的中长期战略框架，并在不同时期根据国内外发展情况制定相应的政策和方案，以有序推进。引导行业发展，也引起了全社会尤其是半导体元器件行业市场化资本的关注。

（二）设立产业专项，激发创新活力

要实现半导体零部件产业的快速发展和繁荣，最根本的是增强自主创新能力。目前，中国半导体零部件产业仅靠模仿和跟踪技术，无法实现半导体供应链的全面保障，只能通过自主创新。虽然部分零部件企业已获得02专项支持[7]，但还需进一步努力。建议在国家科技计划中单独设立半导体零部件专项产业，联合国内半导体零部件龙头企业、国家级技术研究院或筹建的零部件创新平台，聚集优势瞄准突破点和主攻方向，坚持自主创新创新研发，着力攻克一批关键核心技术产业化基地，建立以企业为主体、产学研用相结合的技术创新体系，引导研发国家级半导体元器件领域前沿技术、基础技术和关键共性技术。

（三）弥补政策空白，加强投资引导

半导体零部件行业是一个市场充分竞争的行业。由于国内零部件企业规模小、数量大、产品利润薄，新产品、新技术的研发投入无法与国际大企业相比，仅靠市场竞争很难取胜。但在当前国际地缘政治背景下，政府有必要实施相关专项政策引导和支持，帮助国内半导体零部件企业快速成长。建议国家和地方财政对国内半导体零部件企业自主研发的主要产品给予补贴和支持，加强自主设计产品的知识产权保护，首先将半导体零部件纳入政府采购目录放。鼓励国内各类产业基金和社会资本积极投资半导体零部件企业，通过资本市场助力国内半导体零部件企业发展。

4）加大人才引进和培养力度，加强人才供给

全面加强半导体零部件相关领域工程、研究、复合型人才的培养和引进[8]。鼓励大型研究机构设立半导体零部件领域研究生教育和博士后工作站，依托国家重大工程项目和重大科技项目，培养半导体零部件工程技术领军人才。我们倡导企业、学校、科研机构共同开展职业教育和在职培训，积极推行校企合作模式共同培养技能人才，通过校企订单教育、集中培训、定向培养或委托培养大批半导体零部件技术人才，加强人才供给。通过多种方式积极引进海外工程技术领军人才和紧缺人才，鼓励地方政府出台针对半导体元器件领域核心技术骨干和领军企业家的人才政策，不断完善人才激励机制，激发企业活力。工业发展。

（五）推动零部件联动，保障自主供应

推动以半导体为基础的供应链零部件“联动”，彻底反向脱节零部件产品与设备、制造，通过政府引导，鼓励国内晶圆厂和设备厂发挥大产线组织协调作用，协同本土零部件厂商通过捷邦1、赛马，通过多种方式进行定向研究，如加强产业链合作，实现主机与基础件的协调发展。支持国家或地方政府主导的半导体制造或装备工程项目，优先考虑国产半导体零部件产品验证机会，并给予一定的风险补贴。鼓励机械、电子、化工等装备零部件生产企业积极拓展和拓展半导体业务，立足自身技术基础，开发满足半导体装备需求的高端产品，进一步巩固和完善产品布局，增强自主研发能力。供应国产零部件。

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