精密動(dòng)態(tài)控制零部件， 助推先進(jìn)制程升級(jí)
根據(jù)SEMI國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)在7月份發(fā)布的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，2025年全球半導(dǎo)體制造設(shè)備銷售額將同比增長7.4%至1,255億美元，創(chuàng)下歷史新高;在先進(jìn)邏輯、存儲(chǔ)和技術(shù)轉(zhuǎn)型等因素的帶動(dòng)下，2026年半導(dǎo)體制造設(shè)備銷售額有望進(jìn)一步提高至1,381億美元(如圖1所示)。同時(shí)，隨著芯片構(gòu)架復(fù)雜性顯著增加， AI性能和高頻寬內(nèi)存(HBM)需求強(qiáng)勁，2025年半導(dǎo)體后段測試設(shè)備將有望同比增長23.2% (2024年增長率為25.4%)至93億美元，封裝設(shè)備銷售額有望同比增長7.7%至54億美元;2026年測試設(shè)備和封裝設(shè)備銷售額將再分別增長5%及15%。
從地區(qū)來看，2025年二季度，中國大陸銷售額達(dá)113.6億美元，同比下滑2%，環(huán)比增長11%，以約34.4%的份額穩(wěn)居全球第一大半導(dǎo)體設(shè)備市場。排名第二的是中國臺(tái)灣，銷售額為87.7億美元， 同比增長24%，環(huán)比增長125%。排名第三的是韓國，銷售額為59.1億美元，同比下滑23%，環(huán)比增長31%(如圖2所示)。預(yù)計(jì)到2026年，中國大陸、中國臺(tái)灣和韓國仍將是設(shè)備支出的前三大目的地。在預(yù)測期內(nèi)，中國大陸繼續(xù)領(lǐng)先所有地區(qū)，但預(yù)計(jì)該地區(qū)的銷售額將比2024年創(chuàng)紀(jì)錄的495億美元投資有所下降;預(yù)計(jì)從2025年開始，除歐洲外，所有其他地區(qū)的設(shè)備支出都將大幅增加。
供應(yīng)鏈本地化向前道制程滲透
半導(dǎo)體芯片制造工廠大致上可以分為兩大塊，即：晶圓廠和后道封測廠。早期，大部分工控零部件廠商主要集中在半導(dǎo)體后道工藝的封測環(huán)節(jié);在當(dāng)前國際形勢(shì)復(fù)雜嚴(yán)峻、不穩(wěn)定不確定因素增多的環(huán)境下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的安全正面臨著巨大的挑戰(zhàn)，本土AI芯片供應(yīng)商有望加速供應(yīng)鏈自主化進(jìn)程，特別是在半導(dǎo)體制造的前道工藝制程上取得突破。
中國大陸目前主要的晶圓代工廠包括中芯國際、華虹半導(dǎo)體、晶合集成、芯聯(lián)集成以及武漢新芯等。北方華創(chuàng)、中微、拓荊科技、華海清科、至純、盛美、屹唐、合肥御微、中科飛測、天芯微、邑文科技、上海精測等都是現(xiàn)階段重要的國內(nèi)半導(dǎo)體前道設(shè)備供應(yīng)商，近年來，該領(lǐng)域冒升起來的一顆新星則是——新凱來，其是由深圳國資委控股的獨(dú)立企業(yè)，并與華為存在著技術(shù)淵源和人員關(guān)聯(lián)性。在今年3月上海半導(dǎo)體設(shè)備展上，新凱來首次公開亮相就一口氣推出了覆蓋擴(kuò)散、刻蝕、薄膜等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的31款設(shè)備，隨后在10月灣芯展上，新凱來旗下公司啟云方發(fā)布了兩款擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)EDA軟件，而另一家子公司萬里眼也同期推出了全球領(lǐng)先技術(shù)的90GHz國產(chǎn)示波器，標(biāo)志著我國朝著構(gòu)建從設(shè)計(jì)到測試的完整技術(shù)鏈又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。
在核心零部件環(huán)節(jié)，從目前情況來看，國內(nèi)在90納米以下先進(jìn)制程的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和工藝系統(tǒng)部分主要依賴進(jìn)口廠商，如刻蝕、CVD工藝主要被發(fā)那科、歐姆龍等進(jìn)口運(yùn)動(dòng)控制廠商所占據(jù)，傳片機(jī)構(gòu)主要被布魯克斯、Yaskawa安川等國際廠商所壟斷，伺服控制部件則較多采用的是ACS、 Aerotech、Beckhoff、Elmo、科爾摩根等。
對(duì)于本土企業(yè)來說，半導(dǎo)體前道設(shè)備領(lǐng)域的市場機(jī)會(huì)開始顯現(xiàn)，但由于前道業(yè)務(wù)的生態(tài)準(zhǔn)入門檻較高，客戶認(rèn)證周期較長，因此大多數(shù)半導(dǎo)體前道設(shè)備企業(yè)更多還處于開發(fā)的前期階段，仍在等待批量進(jìn)入的機(jī)會(huì)節(jié)點(diǎn)，一些較具實(shí)力的工控部件廠商也逐漸在前道工藝設(shè)備段嶄露頭角。
固高科技多年來在半導(dǎo)體高端制造領(lǐng)域積極探索，協(xié)同設(shè)備廠商進(jìn)行共同研發(fā)，從公司公布的信息來看，2024年，固高科技在半導(dǎo)體/泛半導(dǎo)體領(lǐng)域的營收占比大概為14%左右，其中多為封測等后道設(shè)備業(yè)務(wù)(鍵合、固晶、劃片、貼裝等)。去年起，固高科技在前道晶圓制造先進(jìn)制程中的測試與沉積兩大工藝上已有具體的產(chǎn)品型號(hào)獲得一定的放量， 目前正進(jìn)入批量循環(huán)，其他如光刻、清洗等節(jié)點(diǎn)的前道工藝則還處在測試驗(yàn)證階段，等待配合客戶完成驗(yàn)證和機(jī)型上量。
匯川技術(shù)在近期也表示，公司在半導(dǎo)體領(lǐng)域持續(xù)耕耘，主要提供包括驅(qū)動(dòng)和部分控制類產(chǎn)品及解決方案， 目前已切入前道高端應(yīng)用場景，今年1至9月，公司半導(dǎo)體行業(yè)訂單體量約為兩到三億元，在通用自動(dòng)化板塊的占比還比較小，但得益于國產(chǎn)化的趨勢(shì)，公司在該行業(yè)的拓展仍有較好的成長空間。
直驅(qū)方案賦能微納先進(jìn)制程
半導(dǎo)體/泛半導(dǎo)體設(shè)備是非常典型的微納加工精度應(yīng)用場景，特別是在現(xiàn)階段半導(dǎo)體工藝向先進(jìn)制程演進(jìn)的過程中，半導(dǎo)體制造未來的發(fā)展重點(diǎn)將會(huì)從單純依賴光刻機(jī)來縮小特征尺寸，轉(zhuǎn)向更復(fù)雜、更關(guān)鍵的刻蝕及薄膜沉積工藝。例如，晶體管結(jié)構(gòu)從平面轉(zhuǎn)向3D立體(如GAA晶體管)，需要刻蝕設(shè)備能夠精確地三維“雕刻”，以形成復(fù)雜的納米線、片狀結(jié)構(gòu)，薄膜沉積設(shè)備能在復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)均勻地沉積多層薄膜;同時(shí)伴隨制程微縮，光刻機(jī)的能力已逼近物理極限，普遍要用到多重曝光技術(shù)，這就需要刻蝕設(shè)備可以通過多次刻蝕，將一幅光刻圖案“拆分”成更密集的圖形，因而步驟數(shù)大幅增加，而在多重曝光的側(cè)墻沉積等步驟中，需要采用原子層沉積(ALD)等精密技術(shù)。此外，在存儲(chǔ)芯片向3D NAND(超千層)發(fā)展、先進(jìn)封裝(如HBM)采用硅通孔(TSV)等尖端科技的影響下，需要刻蝕出極高深寬比的深孔和溝槽結(jié)構(gòu)，并且還要在極深孔道內(nèi)進(jìn)行無縫隙、高均勻性的薄膜填充動(dòng)作。
在本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈奮力追趕國際領(lǐng)先水平的趨勢(shì)下，對(duì)設(shè)備的精密度、一致性提出了前所未有的要求，其中，支持精密、動(dòng)態(tài)控制的工控核心零部件同樣具有決定性作用，它們能夠?yàn)楦鞣N高端半導(dǎo)體制造設(shè)備的精度、速度、安全、效率等多個(gè)維度的性能提供底層的技術(shù)支撐。
以濕法刻蝕工藝為例，一般來說，半導(dǎo)體客戶對(duì)這類刻蝕設(shè)備的主要要求包括均勻性和加工精度兩大技術(shù)指標(biāo)，均勻性指的是在樣品表面的不同區(qū)域上蝕刻速率的一致性，確保加工后的樣品具有較高的一致特性;加工精度則表示的是刻蝕機(jī)可以實(shí)現(xiàn)的最小加工尺寸，其對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的制備和加工的精確性十分重要。為滿足客戶的上述要求，刻蝕機(jī)電機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)控制性能非常關(guān)鍵，尤其是對(duì)于豎直方向控制樣品或工作臺(tái)在蝕刻過程中的移動(dòng)性能，客戶往往要求運(yùn)動(dòng)每次位移在0.002mm~0.1mm之間，速度在0.02~0.1mm/s，重復(fù)定位精度在0.001mm以內(nèi)，以保證達(dá)到最終所需的加工效果。
為此，科爾摩根提供的KBM系列無框力矩電機(jī)直驅(qū)方案，能夠精準(zhǔn)滿足客戶在均勻性和加工精度這兩方面的需求。KBM系列無框力矩電機(jī)可直接內(nèi)置于機(jī)器中，利用機(jī)器自身的軸承來支撐轉(zhuǎn)子，和負(fù)載直接連接，零背隙提供了更好的系統(tǒng)性能，降低了機(jī)器的整體尺寸，并可支持定制化開
發(fā)。與此同時(shí)，采用科爾摩根AKD伺服驅(qū)動(dòng)器，擁有16K的電流環(huán)刷新周期和8K的速度環(huán)刷新周期，配置BiSS-C協(xié)議反饋裝置，分辨率高達(dá)100nm，能夠?qū)崿F(xiàn)微米級(jí)別的位置控制，確保加工過程中樣品的位置變化極小;保證了工作臺(tái)或樣品在蝕刻過程中位置控制的卓越精確度，在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，每次位置指令變化20um，運(yùn)動(dòng)過程中最大的位置偏差控制在0.5um以內(nèi)，確保了加工的高精度和高穩(wěn)定性。
AI助推先進(jìn)制程需求強(qiáng)勁
半導(dǎo)體行業(yè)歷來遵循“一代產(chǎn)品、 一代工藝、 一代設(shè)備”的發(fā)展規(guī)律，晶圓制造作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，需要超前于下游應(yīng)用開發(fā)新一代工藝，而半導(dǎo)體設(shè)備則要超前于晶圓制造開發(fā)新一代設(shè)備，因此，半導(dǎo)體設(shè)備的技術(shù)水平直接決定了芯片制造的先進(jìn)性。特別是近兩年，AI人工智能應(yīng)用的迅速普及加速推動(dòng)了技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)先進(jìn)半導(dǎo)體制程的需求強(qiáng)勁，同時(shí)催生了巨大的先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)備市場空間。
先進(jìn)制程指的是當(dāng)前技術(shù)前沿的半導(dǎo)體制造工藝，通常以晶體管柵極最小線寬(如7nm及以下)為標(biāo)志，其核心特征包括：使用FinFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)或GAA(環(huán)柵晶體管)等三維結(jié)構(gòu)、極紫外光刻(EUV)技術(shù)的普及、高晶體管密度(每平方毫米數(shù)億個(gè)晶體管)等等，而這些技術(shù)趨勢(shì)對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體制造供應(yīng)鏈的構(gòu)建和技術(shù)產(chǎn)品的迭代都將帶來深遠(yuǎn)的影響。
以先進(jìn)封裝為例，目前，帶有倒裝芯片(FC)結(jié)構(gòu)封裝、晶圓級(jí)封裝(WLP)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)、硅通孔技術(shù)(TSV)、2.5D封裝、3D封裝等均被認(rèn)為屬于先進(jìn)封裝的范疇。固高科技在FC封裝設(shè)備中為客戶提供GSNE系列高性能多軸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制卡+GSHD系列高性能伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)解決方案，運(yùn)動(dòng)控制卡和伺服驅(qū)動(dòng)器通過固高自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的gLink-II千兆等環(huán)網(wǎng)通訊協(xié)議相連，實(shí)現(xiàn)高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸，且兼容性強(qiáng)、高響應(yīng)、調(diào)試便捷，確保了系統(tǒng)的精度與穩(wěn)定性。
在半導(dǎo)體設(shè)備中常用到的龍門平臺(tái)、多軸同步控制場景中，Elmo將龍門控制算法底層植入驅(qū)動(dòng)器層面，實(shí)現(xiàn)了“執(zhí)行層同步”，消除了通信延遲帶來的誤差，使得雙軸乃至多軸能夠在微秒級(jí)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)同步。針對(duì)貼片機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、晶圓傳輸平臺(tái)等高動(dòng)態(tài)設(shè)備，Elmo Titanium系列驅(qū)動(dòng)器采用了氮化鎵(GaN)與碳化硅(SiC)為代表的第三代半導(dǎo)體工藝，使得產(chǎn)品開關(guān)頻率與伺服電流環(huán)響應(yīng)速度上取得突破性進(jìn)展，更高的開關(guān)頻率帶來更平滑的轉(zhuǎn)矩輸出與更低的諧波損耗，而電流環(huán)響應(yīng)能力的提升，則直接增強(qiáng)了系統(tǒng)在高速高精場景下的動(dòng)態(tài)性能。在半導(dǎo)體前道檢測、晶圓對(duì)位等制造環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)定位始終是核心挑戰(zhàn)，為此， Elmo的運(yùn)動(dòng)控制器Titanium Maestro全面轉(zhuǎn)向x86架構(gòu)，顯著提升了CPU與GPU的綜合算力，并首次在控制器層級(jí)通過算法支持視覺處理，使得設(shè)備能夠在本地直接完成圖像識(shí)別、定位與軌跡規(guī)劃任務(wù)，無需依賴外接工控機(jī)，讓“視覺+運(yùn)動(dòng)”的整合更加簡單。
為了幫助半導(dǎo)體客戶解決高速動(dòng)態(tài)下的精準(zhǔn)定位難題， ACS精心開發(fā)的先進(jìn)力控制算法專為滿足高精度、高吞吐量的力控應(yīng)用而打造，ACS力控制系統(tǒng)兼具卓越性能與靈活適配性，支持多款伺服驅(qū)動(dòng)型號(hào)，實(shí)時(shí)算法在伺服驅(qū)動(dòng)器上直接運(yùn)行;可配置接觸檢測，優(yōu)化軟著陸性能;支持分段鍵合工藝的可編程壓力曲線;具備力傳感器信號(hào)校準(zhǔn)功能，提升精度;支持彈簧配重補(bǔ)償機(jī)制，提高控制精度;最高支持16位力傳感器輸入(視驅(qū)動(dòng)型號(hào)而定) ;適用于基于力傳感與無傳感器兩種場景;兼容音圈平臺(tái)及直線電機(jī)平臺(tái)。
產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新成為當(dāng)務(wù)之急
半導(dǎo)體制造工藝復(fù)雜，市場潛力巨大，但展望未來，則是挑戰(zhàn)大于機(jī)遇，供應(yīng)鏈本地化開發(fā)正進(jìn)入“深水區(qū)”。對(duì)此，有資深專業(yè)人士分析道，就中國半導(dǎo)體制造設(shè)備來講目前有兩大趨勢(shì)，一是競爭格局已經(jīng)形成，二是合縱連橫式發(fā)展將成為主流。
前者的原因是——做先進(jìn)工藝設(shè)備的廠商必須要和一流客戶緊密合作，但在當(dāng)前的國際貿(mào)易環(huán)境和產(chǎn)業(yè)形勢(shì)下，中國設(shè)備公司很難和包括中國臺(tái)灣公司在內(nèi)的國際先進(jìn)12英寸廠家緊密合作;這時(shí)候中國設(shè)備公司要想在先進(jìn)工藝上取得突破，就必須和中國大陸僅有的幾家做先進(jìn)工藝的主體結(jié)為緊密合作關(guān)系，因此說半導(dǎo)體設(shè)備市場的競爭格局已經(jīng)形成。而后者——合縱連橫的原因則是，設(shè)備公司的競爭正朝著平臺(tái)化發(fā)展，在國際市場，單項(xiàng)冠軍可以活得很好，但在中國的產(chǎn)業(yè)競爭體系中，單項(xiàng)冠軍很難生存，必須要平臺(tái)化成為全能型企業(yè)，而在這個(gè)過程中，設(shè)備公司之間的并購整合會(huì)是接下來的重要趨勢(shì)。
尤其是在當(dāng)前受到海外技術(shù)封鎖與出口管制的影響下，中國半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)鏈本地化的需求急升，迫切要求半導(dǎo)體工藝向更小制程(FinFET、GAA)、更高性能、更先進(jìn)的設(shè)備(如高精度光刻機(jī)、納米級(jí)檢測設(shè)備等)方向升級(jí)。另一方面，近年來國內(nèi)設(shè)備公司和國際設(shè)備公司之間的交流和互動(dòng)也越來越少，實(shí)現(xiàn)從消化、吸收到創(chuàng)新，最終再到內(nèi)生、源頭式創(chuàng)新模式，可能會(huì)是接下來本土半導(dǎo)體設(shè)備廠商要經(jīng)歷的一個(gè)艱辛過程，工控核心零部件企業(yè)必須要緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展，與半導(dǎo)體各個(gè)工藝段的設(shè)備廠商攜手，共同破局創(chuàng)新。
