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等離子體射頻電源系統為我國半導體“卡脖子”最嚴重環節之一 行業國產替代空間廣

一、等離子體射頻電源系統是半導體制造中關鍵核心零部件,其作用日益凸顯

根據觀研報告網發布的《中國等離子體射頻電源系統行業現狀深度研究與發展前景預測報告(2025-2032)》顯示,等離子體射頻電源系統是半導體制造中極其關鍵的專用電源系統,是薄膜沉積設備、刻蝕設備等多種半導體工藝設備的核心零部件,主要由等離子體射頻電源和匹配器組成。等離子體射頻電源系統通過精確控制電流頻率和功率,指揮著半導體制造過程中的等離子體變化,確保在晶圓表面精確、均勻地沉積出薄膜層、精細地刻蝕出復雜圖形和去除光刻膠等。等離子體由于具有獨特的光、熱、電物理特性以及高活性、高能量的特點,為半導體精密制造提供了不可替代的工藝基礎。

等離子體射頻電源系統被廣泛應用于半導體工藝中的薄膜沉積、刻蝕、離子注入、清洗去膠、鍵合等環節,以及光伏電池片的薄膜沉積、顯示面板鍍膜、精密光學鍍膜、常壓等離子體清洗等工業生產環節,并且隨著先進封裝技術的發展應用于更多工藝環節中。預計隨著芯片結構的不斷復雜化、半導體工藝制程的持續演進,等離子體工藝的關鍵作用將愈發凸顯。

等離子體射頻電源系統應用領域

行業領域

半導體領域

非半導體領域

工藝流程

薄膜沉積

刻蝕

離子注入

清洗去膠

鍵合

真空鍍膜

等離子體清洗

設備類型

PVD、PECVD、PEALD、LPCVD、HDPCVD等設備

ICP刻蝕機、CCP刻蝕機

離子注入機

去膠機

鍵合設備

PECVD、PEALD、PVD等設備

等離子體清洗機

資料來源:公開資料,觀研天下整理

二、行業起步晚發展快,預計到2028年我國離子體射頻電源系統市場規模將達到188.6億元

雖然相比歐美等發達國家,我國大陸等離子體射頻電源系統行業起步比較晚,但近年來展現出了快速的發展勢頭。數據顯示,2019-2023 年,我國大陸等離子體射頻電源系統市場規模從60.4億元增長到了 112.6 億元,年復合增速達 16.9%。預計到2028年,我國大陸等離子體射頻電源系統市場規模將達到188.6億元。

數據來源:弗若斯特沙利文,觀研天下整理

根據市場分析,近年推動我國我國大陸等離子體射頻電源系統行業快速發展的因素主要有以下幾點:

一是國家產業政策的鼓勵與支持。等離子體射頻電源系統是我國半導體設備產業的基礎零部件之一,是半導體設備關鍵核心技術攻堅的重要一環。近年來,國家頒布了一系列政策支持,鼓勵包括等離子體射頻電源系統在內的半導體零部件行業的發展。例如2021 年 12 月,國務院發布的《“十四五”數字經濟發展規劃》提出,要提升核心產業競爭力,著力提升基礎軟硬件、核心電子元器件、關鍵基礎材料和生產裝備的供給水平,強化關鍵產品自給保障能力。實施產業鏈強鏈補鏈行動,加強面向多元化應用場景的技術融合和產品創新,提升產業鏈關鍵環節競爭力,完善 5G、集成電路、新能源汽車、人工智能、工業互聯網等重點產業供應鏈體系。

2023 年 12 月,國家發改委發布《產業結構調整指導目錄(2024 年本)》,鼓勵發展集成電路線寬小于 65 納米(含)的邏輯電路、存儲器生產,集成電路裝備及關鍵零部件制造。持續增強集成電路制造業核心競爭力,不斷引領產業向中高端躍升,加快推進產業基礎再造和重大技術裝備攻關,提升戰略性資源供應保障能力。

2024 年 7 月,二十屆中央委員會第三次全體會議作出《中共中央關于進一步全面深化改革 推進中國式現代化的決定》,強調要健全提升產業鏈供應鏈韌性和安全水平制度。抓緊打造自主可控的產業鏈供應鏈,健全強化集成電路、工業母機、醫療裝備、儀器儀表、基礎軟件、工業軟件、先進材料等重點產業鏈發展體制機制,全鏈條推進技術攻關、成果應用。

二是應用較為廣泛,下游需求不斷增長。等離子體射頻電源系統的應用較為廣泛,除了半導體、光伏和顯示面板等主要的應用領域,還包括精密光學領域、科研領域、航天領域、醫療等其他領域。隨著上述市場不斷發展,對等離子體射頻電源系統需求也在不增加。

例如在半導體市場:我國大陸將半導體產業作為戰略性新興產業,出臺《國家集成電路產業發展推進綱要》等政策,從資金、稅收、人才等多方面給予支持,為等離子體射頻電源系統在半導體領域的發展營造了良好政策環境。此外,本土晶圓廠積極擴產,增加對半導體設備的采購,作為薄膜沉積設備、刻蝕設備等關鍵零部件的等離子體射頻電源系統的需求也隨之增長。據弗若斯特沙利文數據統計,我國大陸半導體行業等離子體射頻電源系統市場從 2019 年到 2023 年,市場規模由 31.7 億元增長至58.4億元,年均復合增長率達到 16.5%。

數據來源:弗若斯特沙利文,觀研天下整理

光伏市場:等離子體射頻電源系統在光伏電池片的鍍膜環節中起到了關鍵作用,尤其是在 Topcon、HJT XBC 等新技術產品的擴產過程中,等離子體射頻電源系統的需求逐步放量。目前我國是全球最大的光伏電池片市場,而這也為等離子體射頻電源系統帶來了廣闊的需求空間。根據數據顯示,?2024年我國電池片產量約為654GW?,同比增長10.6%。20251-5月,我國電池片累計產量為568.1GWh,累計同比增長62.6%??。?

數據來源:公開數據,觀研天下整理

三是半導體先進制程中的技術迭代,為等離子體射頻電源系統帶來長期、持續的發展驅動力。半導體制程微縮化趨勢和 3D 芯片結構的時代到來,使得芯片制造工藝設備中的等離子體射頻電源系統面臨在復雜工藝過程中功率輸送的一致性與準確性問題。各工藝步驟間的功率水平、氣體流量、壓力變化不一,使得等離子體阻抗急劇變化,若無法保持穩定,將降低晶圓良率。因此,等離子體射頻電源系統的創新必須與工藝創新保持同步。半導體薄膜沉積和刻蝕等設備在先進制程中的技術迭代為等離子體射頻電源系統的發展賦予了長期、持續的發展驅動力。

三、半導體是目前我國大陸等離子體射頻電源系統行業最大的下游應用領域,占比達到51.9%

目前等離子體射頻電源系統行業主要應用在半導體、光伏、顯示面板、光學鍍膜、醫療設備和科研儀器等領域。其中,半導體是我國大陸等離子體射頻電源系統行業最大的下游應用領域,2023年占比達到了51.9%。

數據來源:弗若斯特沙利文,觀研天下整理

四、離子體射頻電源系統是我國半導體被“卡脖子”最嚴重環節之一,其國產化率不足7%,未來國產替代空間廣闊

等離子體射頻電源系統是半導體設備零部件國產化最難關卡之一,其國產化率極低。根據弗若斯特沙利文統計,2023年我國大陸半導體領域等離子體射頻電源系統的國產化率不足7%,屬于被“卡脖子”最嚴重的環節之一。這主要是因為半導體設備及零部件行業具有“精確復制”的要求,以保障晶圓廠在產能快速擴張下的芯片品質,而在此情況下,等離子體射頻電源系統的量產必須確保高度穩定和可重復的生產工藝,并且需經過精密的校準和嚴格的測試流程,以保證性能的一致性和長期穩定性。

資料來源:公開資料,觀研天下整理

等離子體射頻電源系統作為半導體中薄膜沉積、刻蝕、離子注入、清洗去膠、鍵合等設備的關鍵核心零部件,其自主可控化對推動我國新一代信息技術和高端裝備等戰略新興產業的發展,保障我國在半導體領域核心零部件的自主化供給具有重要作用。在上述背景下,我國等離子體射頻電源系統國產化和自給自足勢在必行,國產替代有著廣闊的發展空間。

因此,為實現等離子體射頻電源系統自給自足,近年國內相關企業逐漸加大對其相關技術的攻關,并取得較大的發展。例如深圳市恒運昌真空技術股份有限公司歷經十年,先后推出CSL、Bestda、Aspen三代產品系列,成功打破了美系兩大巨頭MKSAE長達數十年在國內的壟斷格局,具備了與國際先進企業同臺競爭的能力。公司自主研發的第二代產品Bestda系列可支撐28納米制程,第三代產品Aspen系列可支撐14納米先進制程,達到國際先進水平,填補國內空白。

不過,雖然近年我國等離子體射頻電源系統取得的不小的發展,但等離子體射頻電源系統國產替代難度極高,通過等離子體工藝實現各種半導體復雜工藝的技術仍不成熟。目前國內只有恒運昌等極少數企業的等離子體射頻電源系統產品達到與國外對標產品相同、近似的性能、功能指標,市場仍呈現海外巨頭MKSAE高度壟斷的競爭格局。因此可見,未來我國等離子體射頻電源系統國產替代仍有著較大提升空間。

目前國產等離子體射頻電源系統相較于國際頭部廠商的產品在電源波形、頻率和功率,以及精準控制等離子體濃度、均勻度等方面存在差距,特別在阻抗的高速匹配、多頻率電源、應用于先進刻蝕工藝的偏置裁剪波電源等產品上,國產射頻電源發展滯后,具體如下表:

目前國產射頻電源發展滯后方面

問題

具體內容

阻抗的高速匹配

半導體生產工藝各步驟之間的轉換可能導致功率、氣體流量和壓力迅速發生改變,并使等離子體阻抗急劇變化,這對等離子體射頻電源系統頻率調諧的靈活

性和快速性提出了極高要求。一方面要求電源系統具有極快的數據處理能力;另一方面要求電源廠商具備完善的數據收集、處理和傳輸能力,能以構建數據庫的方式為半導體設備商提供數據分析、預測及個性化定制服務。以 AE 為例,其等離子體射頻電源和匹配網絡采用全數字集成控制技術,能實現阻抗的快速匹配。而目前國產射頻電源以模擬控制為主,響應較慢。

多頻率電源

國外一線等離子體射頻電源系統通常使用Source RFBias RF兩個甚至多個電源,可相對獨立控制等離子體密度和離子能量,可實現更高的刻蝕速率、更大的工藝自由度和更高的良率水平。我國等離子體射頻電源種類較為單一,寬頻帶電源、高功率等離子體射頻電源的比重不足 5%。

應用于先進刻蝕工藝的偏置裁剪波電源

10 納米以下的工藝節點下,刻蝕工藝的偏置電源需要精準的控制離子能量密度分布,傳統的射頻多頻疊加偏置電源很難達到理想的工藝效果,因為產生恒定的等離子體鞘層電場需要特殊的裁剪波形來抵消電荷在硅片表面累計的反向電場。偏置裁剪波電源是非對稱的偏置波形發生器,基于等離子體的離子能量分布刻蝕工藝,能實現對晶圓表面電壓的直接控制,可顯著提高刻蝕選擇性,以及在更少功率下實現更高的刻蝕率。我國尚無類似功能的產品。

資料來源:深圳市恒運昌真空技術股份有限公司招股說明書,觀研天下整理(WW

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