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千亿级半导体石英市场，都有哪些高级玩家？
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- 2024-11-25 06:22:33
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引言 石英部件是以石英玻璃为材料制成的器件。石英玻璃的主要成分为二氧化硅，具有透光性高、耐高温、膨胀系数低、化学稳定性强、纯度高、电绝缘性强等优越特性，广泛应用于航空航天、光纤、半导体等高端制造领域。据相关资料显示，半导体石英部件在石英市场占比约70％，是石英制品下游市场中占比最大的应用领域。目前石英产业在高纯石英砂提纯、高端石英部件制造等方面仍存在一定技术门槛。随着半导体产业的不断发展，石英部件在产业链的重要性将更加凸显。 1.石英部件在半导体领域应用情况 1.1集成电路制造用石英部件 如表1所示，在集成电路芯片制造中，坩埚、炉管、舟架、钟罩等石英制品是难以替代的关键部件，广泛用于半导体晶圆制造的扩散、氧化、光刻、刻蚀、清洗等主要流程。所以，石英部件的质量水平对于集成电路生产线稳定生产、保证产品合格率具有重要作用。 影响石英玻璃性能稳定性的主要因素有气泡数量、金属杂质含量和羟基含量，这些相关参数是衡量石英玻璃质量的主要标准同。其中，羟基既属于杂质缺陷，又有结构缺陷的性质，影响石英玻璃的物理性能和化学性能。鉴此，石英制品在半导体领域的选用需要根据具体应用环境综合考虑耐腐蚀性、热稳定性、透光性、杂质含量等性能指标。 半导体用石英部件一般可以分为高温区器件和低温区器件，它们分别应用于扩散、氧化等高温工艺和刻蚀、封装、光刻、清洗等低温工艺。其中，高温工艺用石英部件由于需要在干度以上连续工作数小时，所以需要其具有耐高温、热稳定性好、不易变形等性能。而羟基的存在会改变石英制品的主要成分二氧化硅的键合结构，从而降低材料的热稳定性，造成石英制品的耐高温性能大幅降低。所以，高温工艺用石英部件需要经过脱羟处理。此外，高温工艺用石英部件还需具备耐腐蚀、透光性好、杂质含量低等性能。而低温工艺用石英部件由于无须经历高温过程，因此对石英材料的羟基含量无要求。 1.2光伏制造用石英部件 在光伏制造过程中，坩埚、石英舟、石英瓶等石英部件(见图1)是用于光伏单晶硅、多晶硅生产的重要耗材，例如石英坩埚在硅棒、硅锭生产中用于盛装熔融硅；石英舟、管、瓶、清洗槽等在电池片生产过程中的扩散、清洗等工艺环节中起到承载功能等。由于光伏用石英部件只经历低温过程，所以对石英材料的羟基含量无要求，只需满足耐腐蚀、透光性好、杂质含量低等要求即可。光伏用石英部件的纯度和客户认证的难易程度也相对较低，所用石英部件主要为中低端产品。 2.全球半导体石英部件行业发展情况 2.1全球石英部件市场情况 据相关资料显示，2021年全球石英制品市场规模约266亿元人民币，预计2027年全球石英制品市场将达到395亿元。其中，根据公开资料估算，日本大和热磁电子、日本泰谷诺、德国贺利氏、日本东曹占有全球石英制品市场约91％的市场份额(如图2所示)。 如图3所示，半导体(含光伏)市场占石英制品总体市场约72％；光纤、光学、电光源等领域石英制品的市场规模分别占比14％、10％、4％【3】。由于石英坩埚等石英部件是半导体制造中的核心耗材，随近年集成电路市场规模、光伏装机量的不断增长，半导体石英部件市场也在不断扩大。 在应用中，如图4所示，石英部件与半导体设备配合使用，由于不同厂商、不同型号设备所需部件参数不同，石英部件供应具有一定的定制性特点。石英器件、石英基板、石英玻璃(含坩埚)是半导体领域主要石英产品，在主要产品中分别占比约40％、30％、30％。半导体石英制品市场主要行业巨头有德国贺利氏、日本信越、韩国圆益、日本泰谷诺等，这些企业在不同细分领域具备技术优势。 由于半导体制造商对石英玻璃材料的质量稳定性和可靠性要求较高，在半导体应用的石英制品进入主流半导体石英供应链存在一定的认证壁垒。主要的认证方法是通过日本东京电子(TEL)、日立国际电气等领先的半导体设备企业认证，通过TEL认证有助于加快企业石英部件产品进入终端晶圆制造商的进程；另一种认证方法是通过终端晶圆制造商的内部认证。 2.2上游石英材料市场情况 如图5所示，石英清洗槽、石英环、石英舟、石英炉管等石英制品广泛应用于集成电路、新型显示、光伏、光纤等应用市场。在石英行业产业链中，石英清洗槽、石英环等石英部件的上游环节为石英材料行业，主要涉及石英锭／砣、石英棒、石英管、石英板等石英材料，主要的生产厂商有迈图、贺利氏、东曹株式会社等；石英材料的上游为由石英矿石经粉碎、筛选、水洗得到的石英矿砂，半导体产业主要使用高纯石英砂，生产厂商有尤尼明、挪威TQc等。上游石英原料产业的集中化和规模化的特征相对更为明显。 2.3全球主要石英部件供应商 2.3.1德国贺利氏(Heraeus) 如表3所示，德国贺利氏集团子公司贺利氏纳米是为半导体和光电子行业提供创新石英和熔融石英玻璃解决方案的供应商，主要生产半导体行业用石英空心锭、石英块、石英锭、石英板、石英管和石英棒，以及光通信行业用预制棒。除此之外，公司拥有Fluosil、HBQ和Heralux等国际知名品牌，形成较强的品牌壁垒。 2.3.2日本信越(ShinEtsu) 信越石英制品有限公司是日本信越石英株式会社和德国贺利氏集团合资兴建的现代化石英产品加工企业。拥有多处生产基地。如表4所示，产品应用于光学系统、光纤、半导体生产过程、液晶生产过程、单晶硅生长过程、太阳能电池生产过程。产品具有管，棒，板等形状，客户可定制产品的材料，尺寸和公差。 2.3.3韩国圆益(Wonik) 如表5所示，韩国圆益集团主要专注于芯片和显示器的材料和制造设备，包括原子层沉积工艺设备(ALD)、半导体及薄膜晶体管液晶显示器(TFT—LCD)生产所需核心配件、高纯特气、化学品等。其子公司Wonik Quanz专注于生产半导体晶圆所需的石英和陶瓷制品。公司除了在韩国的世界级制造基地外，还在中国台湾，德国和美国等国家和地区建立并运营石英制造基地。 2.3.4日本泰谷诺(Techno Quartz) 日本泰谷诺石英株式会社成立于1 976年，本部设在东京。公司下设三个工厂，七个营业所。如表6所示，主要以高纯度石英玻璃、结晶硅材做成精密加工部件的生产及销售作为主力事业。以高品质要求的领域培养出来的技术及经验为基础，向全世界的客户提供部件。 2.3.5中国台湾崇越科技 崇越科技股份有限公司成立于1990年，业务领域涉及半导体、LcD、LED、太阳能、环境工程、电子材料等，与日本信越石英合资成立崇越石英制造厂股份有限公司，生产半导体相关石英产品(具体见表7)。 2.3.6日本东曹株式会社 日本东曹株式会社成立于1935年。其下氯碱事业部提供化学品、聚氨酯、水泥等产品；石油化工事业部提供烯烃、聚合物等产品；功能性产品事业部提供有机化工产品、生物科学、高性能材料等产品；工程事业部提供水处理、工厂建设等服务；此外，还包括贸易、物流、分析／检查、信息系统等产品和服务。日本东曹生产的石英管、石英棒、石英坩埚等石英产品可用于半导体制造，如表8所示。 2.3.7日本艾杰旭(AGC) 日本艾杰旭株式会社(AGC)是一家日本特殊玻璃和陶瓷材料的制造公司，1907年成立。产品包括各种玻璃制造和半成品，以及少量化学品，应用于建筑、汽车、光源、面板、光伏、半导体等行业。石英产品有石英管、石英棒、石英板、石英坩埚，应用于半导体制造。 2.3.8美国CoorsTek CoorsTek是拥有110年历史的材料科学公司，开发专有技术陶瓷材料配方。公司在全球拥有制造、销售和研究设施，产品应用于航空航天、汽车和交通、电子、能源、食品与农业、医疗和半导体等行业。公司石英产品有石英管、石英棒、石英板、石英坩埚，应用于半导体制造。2022年，美国迈图收购了CoorsTek旗下的坩埚产品线。 3.半导体领域石英部件行业趋势 3.1部件研发以高端产线配套为导向 一般根据应用石英部件的生产线的晶圆尺寸来区分石英部件产品的技术水平。通常认为6英寸以下芯片生产线用及光伏用石英部件为低端产品，6英寸芯片生产线用石英部件为中端产品，8英寸及以上芯片生产线用石英部件为高端产品。由于越大尺寸的单个晶圆上可制造的芯片数量越多，单个芯片的成本越低，全球晶圆厂12英寸投产规模不断增长，对于石英部件的纯度、精度等要求也在不断提高。全球石英部件行业巨头主要以8、12英寸产品为主，并占据主要市场份额。通过研发具有更高附加值的高端产品，避免中低端竞争并满足下游应用需求，是企业主要发展方向。 3.2工艺技术进步推动石英部件发展 如表9所示，石英玻璃生产主要有两类制备方法，一类是以天然石英为原料进行熔制，称为天然石英玻璃，有电熔法、气炼法、等离子体熔制法等；第二类是以卤化硅、氧化硅、有机硅等含硅化合物为原料通过化学反应得到，称为合成石英玻璃。其中合成石英玻璃不需要使用高纯石英砂为原料，有助于降低对原料纯度的依赖，为制备大尺寸低羟基石英玻璃提供了解决方法，是当前产业重点发展方向之一。 另外，在材料性能方面，目前石英制品供应商不仅单纯关注提高石英玻璃纯度的方法，还在研究通过添加化学元素增强石英材料性能，以满足特定应用的需要，例如低膨胀系数的含二氧化锑石英玻璃、耐辐射石英玻璃、掺稀土或过渡金属元素的发光和滤光石英玻璃等。此外，企业在焊接技术、加工温度控制、智能制造等方面的技术创新，也将推进高性能石英部件发展，更好支撑下游产业的进步。 3.3行业壁垒持续存在 石英部件属于技术密集型行业，在半导体应用等高端产品领域，企业不仅需要有较长时间的技术积累，还需要具备生产制造经验丰富的专业人才队伍。而由于石英部件产业具有批量小、品种多的特点，需要面向设备厂商进行定制化生产，且下游行业对产品质量要求较高、更倾向于与领先企业合作，为新进企业开拓市场造成了一定阻碍，并形成了一定的品牌壁垒。此外，半导体用石英部件需要通过高端设备企业认证，也提高了新进企业产品进入市场的难度。 石英部件是半导体产业制造环节中的核心零部件，石英材料是战略性新兴产业发展中难以替代的重要基础材料，均在半导体产业链稳定中发挥重要作用。虽然石英部件产业存在有一定的行业壁垒，但随半导体产业的加速发展，以及5G、大数据等下游应用领域的不断扩展，作为高端制造的重要辅材，石英材料及产品市场也将快速增长，新技术、新业态将为企业发展提供潜在的市场空间。
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