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  • 未来的蓝海？半导体石英部件占比石英市场约70%
      • 未来的蓝海？半导体石英部件占比石英市场约70%
        • 2024-09-13 09:50:15
        • 石英石网
        • 石英
      • 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。




        石英部件在半导体领域应用情况

        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。



        表1 集成电路制造用石英部件的主要应用

        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。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千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。

        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。




        全球半导体石英部件行业发展情况

        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）。



        图 2 全球石英制品市场竞争格局

        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%。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。



        图 3 石英部件主要应用市场规模占比

        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。



        图 4 半导体领域主要产品市场规模占比

        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、上游石英材料市场情况
        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。






        半导体领域石英部件行业趋势

        1、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。



        表9石英玻璃主要生产工艺

        2、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。


        结论

        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。