【康沃真空網(wǎng)】半導(dǎo)體真空泵：百億級產(chǎn)業(yè)，需求穩(wěn)中向上
?。ㄒ唬?yīng)用在半導(dǎo)體制造多個工藝環(huán)節(jié)
真空泵應(yīng)用于單晶硅制造、晶圓加工等多個環(huán)節(jié)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)剛起步的時候，僅 有兩種處理工藝需要用到真空腔。一種是只有一層金屬的蒸鋁工藝，另一種是在硅 片背面蒸金以便將電路芯片固定在它的管殼上，那時的真空工藝是在類似鐘罩的腔 內(nèi)進行的。當前，半導(dǎo)體制造過程中的許多化學反應(yīng)都是在真空條件下進行的，使 用工藝腔來實現(xiàn)受控的真空環(huán)境。從20世紀80年代后期，工藝腔被構(gòu)造為多腔集成設(shè)備。硅片在真空環(huán)境下從一個工藝腔傳送至另一個工藝腔，避免了硅片的原始氧 化并減少了污染。
半導(dǎo)體工業(yè)是真空泵非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域，是當前主要的增長動力。目前真空泵已 經(jīng)廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體制造的多個工藝環(huán)節(jié)中，包括刻蝕、鍍膜、擴散等等。為了將制 造過程控制在更小的尺寸上，越來越需要以更高的精度和均勻性執(zhí)行更多的半導(dǎo)體 制造過程步驟。為了實現(xiàn)這一點，半導(dǎo)體工藝必須在極度受控的真空環(huán)境中運行。隨著功能和電路尺寸的減小，半導(dǎo)體制造中的工藝步驟數(shù)量將繼續(xù)增加，從而導(dǎo)致 真空設(shè)備需求的增加。此外，小型化還需要新的制造技術(shù)，如多模和EUV光刻技術(shù)， 這將進一步推動半導(dǎo)體制造商采用真空系統(tǒng)。
半導(dǎo)體制造中主要應(yīng)用的真空泵類型包括干式真空泵以及渦輪分子泵。較早時，油式真空泵是半導(dǎo)體行業(yè)中常用的真空泵種類，目前干泵成為了半導(dǎo)體行業(yè)最主要的 真空泵類型。與基于液體的水環(huán)泵、油封泵和蒸汽噴射系統(tǒng)相比，干泵設(shè)備除了能 提高速度、工藝可重復(fù)性、靈活性和生產(chǎn)率之外，還能夠顯著節(jié)省運營成本、維護成 本和安裝空間。干泵設(shè)備的關(guān)鍵優(yōu)勢，不使用水或油來進行真空階段的密封或者潤 滑，因為設(shè)備的運行成本非常經(jīng)濟，可讓用戶優(yōu)化真空工藝。另外，干泵消除了工藝 過程污染油或油搭載進入尾氣處理系統(tǒng)的風險，他們不會產(chǎn)生廢物、或者污染寶貴 的溶劑、產(chǎn)品或環(huán)境。
干式泵是一種無油的泵送機構(gòu)，用于創(chuàng)造真空環(huán)境。它們在真空抽氣機構(gòu)內(nèi)不使用 潤滑劑，并有一系列的監(jiān)測和控制選項。干泵廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，也應(yīng)用于冶 金、涂料、干燥、太陽能等工業(yè)過程。它們也用于科學儀器，如掃描電子顯微鏡。
在渦輪分子泵或渦輪泵中，渦輪轉(zhuǎn)子快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生真空。渦輪泵的主要特點是轉(zhuǎn)速 高。渦輪泵通常與主濕泵或干泵一起使用。它們通常用于半導(dǎo)體應(yīng)用和研發(fā)、工業(yè) 應(yīng)用和高能物理。
在刻蝕和薄膜沉積設(shè)備中通常使用干泵+渦輪分子泵，將大氣抽至一定真空使得符合 工藝的需求。由于干泵抽真空的能力有限，需要配上渦輪分子泵將環(huán)境抽至高真空。根據(jù)Edwards官網(wǎng)，一個月產(chǎn)4萬片的晶圓廠，需要1000個減排系統(tǒng)，2000個干泵， 以及至少500個渦輪分子泵。其中干泵和減排系統(tǒng)直接出售給鑄造廠和集成設(shè)備制造 商，供其在制造過程中使用，渦輪分子泵直接出售給設(shè)備制造商，以便集成到其工 藝工具中。
?。ǘ┌賰|級產(chǎn)業(yè)，存量市場奠定需求穩(wěn)中向上
半導(dǎo)體真空市場規(guī)模占同期半導(dǎo)體設(shè)備銷售額的3%~4%。根據(jù)SEMI（國際半導(dǎo)體 設(shè)備與材料協(xié)會），2017-2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場銷售額566/645/598/689億美 元，結(jié)合前文提到的半導(dǎo)體真空市場規(guī)模（2017-2019年約19/20/21億美元），真空 泵占同期半導(dǎo)體設(shè)備銷售額的3%~4%。真空泵還需要定期維護，服務(wù)市場也是重要 的一部分，例如Altas真空部門每年服務(wù)收入占到該部門收入的25%。根據(jù)Edwards， 公司的大多數(shù)真空泵的使用壽命在10年到20年之間，并在這段時間內(nèi)經(jīng)歷4到10次 預(yù)定的再制造過程。對于某些客戶，真空泵和減排系統(tǒng)每天24小時、每周7天運行， 因此除了再制造外，還需要定期維護。我們估計，用于超清潔環(huán)境的干泵通常需要 每4至5年維修一次，但建議在更嚴格的工藝下運行的泵每三個月進行一次維修。
進一步地，我們按照每年新增晶圓產(chǎn)能和目前裝機產(chǎn)能測算了全球半導(dǎo)體真空泵每 年增量需求與更新需求。
參考Edward的數(shù)據(jù)，我們的測算包含了以下關(guān)鍵假設(shè)：
?。?）假設(shè)每月4萬片產(chǎn)能的12寸晶圓產(chǎn)線需要干式真空泵2000臺，渦輪分子泵500 臺；（2）平均更新年限假定為10年（每年更換存量真空泵的10%）；（3）半導(dǎo)體 用干式真空泵價格假定15萬元/臺，分子泵假定12萬元/臺；（4）服務(wù)市場為總需求 規(guī)模的25%，即為設(shè)備需求1/3。（2019年Altas真空部門服務(wù)收入占總收入的25%）。（5）2025年的裝機預(yù)測取IC Insights的估計值，2021-2025年我們根據(jù)2025年的裝 機預(yù)測做了平滑處理。
測算結(jié)果如下：
?。?）存量需求占據(jù)主導(dǎo)，支撐需求穩(wěn)中向上。根據(jù)測算，存量真空泵的更新與服務(wù) 市場占整個設(shè)備市場的60%~70%左右，龐大的存量市場保證了半導(dǎo)體真空泵的穩(wěn)定 需求。
?。?）預(yù)計2025年全球半導(dǎo)體領(lǐng)域真空泵市場需求超過200億。根據(jù)IC Insights，2020 年全球裝機產(chǎn)能合計923.11萬片/月（折算成12寸晶圓，下同），預(yù)計到2025年全球 裝機產(chǎn)能1252萬片。據(jù)此測算，2019年半導(dǎo)體真空泵的設(shè)備與服務(wù)需求約130億元， 與ISVT的估計相近。預(yù)計到2025年全球半導(dǎo)體真空泵的設(shè)備與服務(wù)需求達到217億 元，其中設(shè)備需求約162億元，服務(wù)需求約54億元。
遵循同樣的思路，并對國內(nèi)裝機的全球占比作出假設(shè)，我們可以對國內(nèi)的半導(dǎo)體真 空泵市場規(guī)模進行測算，并假設(shè)國內(nèi)裝機占全球裝機的比例逐漸上升。
根據(jù)測算，2021-2025年國內(nèi)半導(dǎo)體真空泵設(shè)備的市場空間分別為33/32/35/39/43億 元；加上服務(wù)的需求，則同時期設(shè)備及服務(wù)的總需求為44/43/47/52/57億元，未來5 年復(fù)合增長率為7.5%，保持穩(wěn)定增長。
