|
來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察 任何電子產(chǎn)品都逃不開電子氣體，它是重要的基礎(chǔ)性原材料，由于可用于光刻、刻蝕、外延、摻雜等工藝中，電子氣體被喻為工業(yè)制造的“血液”或“糧食”，其重要性不言而喻。 總體來說，在半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)，電子氣體是僅次于硅片/硅基材料的第二大市場需求所在，其在半導(dǎo)體材料市場占比約14%。 近年來，伴隨下游晶圓廠的加速擴(kuò)張，電子氣體市場景氣度向好，需求量有望持續(xù)提升。 2022年，隨著俄烏沖突的爆發(fā)，行業(yè)調(diào)研機(jī)構(gòu)TECHCET率先向全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界發(fā)出了相關(guān)預(yù)警，梳理出了氖氣、鈀、六氟-1,3-丁二烯（C4F6）等高度依賴該地區(qū)供應(yīng)的特種材料清單。 一時(shí)間，相關(guān)半導(dǎo)體材料價(jià)格紛紛異動(dòng)，尤以氖氣最為明顯，成為業(yè)界熱門話題。 如今2年時(shí)間倏然而逝，俄烏沖突仍未看到�；鸬嫩E象。 而有關(guān)氖氣市場，尤其是半導(dǎo)體行業(yè)中要用到的氖氣，在經(jīng)歷了行業(yè)波動(dòng)之后，正在呈現(xiàn)出怎樣的態(tài)勢？行業(yè)廠商又在如何應(yīng)對產(chǎn)業(yè)余波？ 氖氣供需風(fēng)暴，持續(xù)發(fā)酵 氖氣是一種稀有的惰性氣體，也是光刻工藝中不可或缺的原材料，主要使用在DUV曝光環(huán)節(jié)用于產(chǎn)生激光，是激光器中氬氣(Ar)和氪氣(Kr)的緩沖氣體，以將電路圖案轉(zhuǎn)移到基板上。在ArF準(zhǔn)分子激光器中使用的氬/氟/氖氣體中，氖氣占激光氣體混合物的96%以上。并且氖氣不僅廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)，還廣泛應(yīng)用于顯示領(lǐng)域等其他領(lǐng)域。 從市場布局來看，烏克蘭是氖氣的主要生產(chǎn)國，為全球供應(yīng)了接近70%比例的氖氣（另有數(shù)據(jù)稱50%左右），但由于國內(nèi)危機(jī)持續(xù)不斷，氖氣供應(yīng)成為一個(gè)突出問題引發(fā)業(yè)界普遍擔(dān)憂。 2022年，在地緣政治摩擦和俄烏沖突影響下，導(dǎo)致氖氣價(jià)格飆升20多倍。 擔(dān)憂的原因不僅在于氖氣價(jià)格上漲，也包括供應(yīng)短缺問題。由于烏克蘭是全球半導(dǎo)體制造用特種氣體生產(chǎn)大國，因此在俄烏沖突下，包括氖氣在內(nèi)的部分半導(dǎo)體制造所需的特種氣體或出現(xiàn)短缺。 如果拉長周期觀察氖氣市場供需，可以看到冷戰(zhàn)后前蘇聯(lián)出于軍事用途大量建設(shè)的氖、氦等稀有氣體空分、純化產(chǎn)能進(jìn)入民用市場，使多年來氖氣處于供過于求的狀態(tài)，盡管2014、2015年曾經(jīng)因東烏局勢以及部分東歐大型空分裝置老化退役而出現(xiàn)供應(yīng)萎縮，價(jià)格也隨之飆升，但隨后中國等地區(qū)粗氖氣新增產(chǎn)能較為及時(shí)的釋放，使這次波動(dòng)最終成為“虛驚一場”。 根據(jù)TECHCET的測算，實(shí)際上當(dāng)時(shí)氖氣供應(yīng)仍然略超出總需求，也就是說，盡管供應(yīng)趨緊，但總體上尚未出現(xiàn)需求缺口。 而相比之下，這一次俄烏局勢帶來的供給側(cè)沖擊，遠(yuǎn)比2014-2015年嚴(yán)重的多。由于氖氣供應(yīng)不足，造成半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈斷裂的風(fēng)險(xiǎn)加劇，氖氣價(jià)格提升的幅度和可能性也更高。 此外在動(dòng)亂期間，由于政治和經(jīng)濟(jì)原因，俄羅斯開始限制向“不友好”國家出口惰性氣體，包括氖、氬和氦等，這一限制措施加劇了全球芯片屆對供應(yīng)鏈的擔(dān)憂。 在此形勢下，全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈因其氖氣生產(chǎn)設(shè)施的破壞或關(guān)閉而中斷，氖氣的市場價(jià)格受到震蕩，半導(dǎo)體行業(yè)囤積的氖氣被暫時(shí)設(shè)想為一種權(quán)宜之計(jì)。 一場氖氣市場的“風(fēng)暴”，似乎正在供需兩端持續(xù)醞釀，并隨著俄烏沖突的延宕，全球芯片制造商開始轉(zhuǎn)向其他供應(yīng)商，或采取新的應(yīng)對舉措。 如何應(yīng)對氖氣市場波動(dòng)？ 氖氣作為半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵原料，其供應(yīng)一直受到國際政治局勢的制約，價(jià)格飆升和供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)成為行業(yè)痛點(diǎn)。 在本次局勢升級之前，三星電子、SK海力士、臺積電、英特爾等大多數(shù)芯片制造商仍處于觀望狀態(tài)。而隨著疫情及此前日韓政治問題等多項(xiàng)事件的影響，多數(shù)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈多樣化，對供應(yīng)抱有信心。另一方面，也有廠商如ASML、美光對供應(yīng)表示擔(dān)憂，透露正在尋求氖氣新的替代來源。 近日，三星電子、SK海力士再傳出新動(dòng)態(tài)，或憑借新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)氖氣的穩(wěn)定供應(yīng)。 三星電子，首當(dāng)其沖 據(jù)最新消息稱，三星計(jì)劃在芯片生產(chǎn)中使用回收的氖氣，此舉將使其成為業(yè)界第一家在光刻工藝中使用回收氖氣的公司。 據(jù)透露，三星電子已成功將回收的氖氣用于芯片量產(chǎn)，且不會降低芯片質(zhì)量。三星此舉旨在穩(wěn)定稀有惰性氣體的成本和供應(yīng)。 此前，三星電子完全依賴從烏克蘭、俄羅斯和中國進(jìn)口氖氣。但自2022年俄烏戰(zhàn)爭爆發(fā)以來，其價(jià)格因供應(yīng)短缺而暴漲，從2021年的每升58美元飆升至2022年的每升1612美元。 價(jià)格的驚人上漲促使三星電子尋找供應(yīng)替代方案，包括從激光廢料流中回收稀有惰性氣體。據(jù)悉，三星正在與本土企業(yè)TEMC緊密合作，開發(fā)可立即用于芯片制造的高質(zhì)量回收氖氣。經(jīng)過多次試驗(yàn)與驗(yàn)證，再生氖氣的性能已達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即在三星完成氣體回收后，再由合作伙伴進(jìn)行純化處理，以確保其質(zhì)量和穩(wěn)定性，預(yù)計(jì)不會對產(chǎn)品效能產(chǎn)生任何影響。 通過回收的氖氣，三星電子計(jì)劃從明年開始使用回收氣體來滿足光刻工藝75%的氖氣需求（包括存儲芯片和代工業(yè)務(wù)），從而大幅減少對進(jìn)口氖氣的依賴。 此舉不僅有助于降低氖氣這一稀有原料的取得成本，穩(wěn)定供應(yīng)鏈，還能顯著減少三星的碳足跡，推動(dòng)公司向更加環(huán)保和可持續(xù)的方向發(fā)展。 據(jù)芯片行業(yè)稱，首先，通過降低記憶芯片和晶圓的生產(chǎn)成本，三星將能夠提升產(chǎn)品的競爭力，進(jìn)一步鞏固其在全球市場的領(lǐng)先地位；其次，減少氖氣的進(jìn)口需求將有助于穩(wěn)定供應(yīng)鏈，降低因供應(yīng)短缺帶來的風(fēng)險(xiǎn)；此外，通過回收利用氖氣，三星將能夠大幅減少其碳足跡，為應(yīng)對全球氣候變化和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。據(jù)稱，回收氖氣可以減少氖氣凈化過程中高達(dá)95%的碳排放。 綜合來看，三星電子在芯片生產(chǎn)過程中使用回收氖氣的舉措，展示了其在技術(shù)創(chuàng)新和資源回收利用方面領(lǐng)先地位的同時(shí)，也為整個(gè)電子行業(yè)樹立了一個(gè)積極的榜樣。隨著這一技術(shù)的推廣和應(yīng)用，相信未來會有更多企業(yè)加入到資源回收利用的行列中來，共同推動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 SK海力士，緊隨其后 早在2022年，SK海力士就表示成功實(shí)現(xiàn)氖氣的首次國產(chǎn)化，當(dāng)時(shí)工藝引進(jìn)比重已擴(kuò)大到40%。也就是說，在不穩(wěn)定的國際局勢下，不僅能夠穩(wěn)定地供應(yīng)氖氣，還大幅節(jié)省了費(fèi)用。SK海力士計(jì)劃到2024年為止，將氖國產(chǎn)化比重提高到100%。 在這個(gè)過程中，SK海力士與半導(dǎo)體用氣體制造企業(yè)TEMC、浦項(xiàng)制鐵合作，一直在摸索在韓國國內(nèi)生產(chǎn)氖氣的方法。 近日有報(bào)道稱，繼三星電子之后，SK海力士和TEMC也在共同開發(fā)氖氣回收技術(shù)，據(jù)SK海力士預(yù)計(jì)，通過減少對氖氣進(jìn)口的依賴，該技術(shù)每年可節(jié)省3000萬美元。 據(jù)悉，SK海力士和特種氣體生產(chǎn)商TEMC已經(jīng)合作一年多來開發(fā)氖氣回收技術(shù)。 
SK海力士及其韓國合作伙伴TEMC開發(fā)的氖氣回收工藝（圖源：SK海力士） 目前，芯片制造商在光刻工藝中使用后，會將氖氣釋放到空氣中。SK海力士和TEMC通過洗滌器（一種過濾和去除半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣的裝置）將排出的氖氣收集到收集罐中，然后通過TEMC的氣體處理工藝提取純化的氖氣以進(jìn)行再利用。SK海力士表示，氖氣回收技術(shù)當(dāng)前的回收率為72.7%，并計(jì)劃很快將其提高至77%。 今年2月，SK海力士公布了在芯片生產(chǎn)中使用回收材料的路線圖。根據(jù)計(jì)劃，其目標(biāo)是到2025年將芯片產(chǎn)品中回收材料的使用率提高到25%，到2030年將這一比例提高到30%。氖氣回收技術(shù)的發(fā)展將為這一目標(biāo)的視線發(fā)揮關(guān)鍵作用。 SK海力士FAB負(fù)責(zé)原材料采購的副總經(jīng)理尹弘成曾表示：“在國際局勢不穩(wěn)定、供應(yīng)不穩(wěn)定的情況下，與國內(nèi)公司的合作，為穩(wěn)定供求關(guān)系做出了巨大貢獻(xiàn)。未來將通過持續(xù)合作，加強(qiáng)半導(dǎo)體原材料供應(yīng)鏈�！� 據(jù)了解，這個(gè)與三星電子和SK海力士積極合作的TEMC公司，其主要產(chǎn)品是半導(dǎo)體工藝中使用的氖(Ne)、氙(Xe)、氪(Kr)等稀有氣體和蝕刻用特種氣體。這些稀有氣體的主要來源是中國、美國、俄羅斯和烏克蘭，TEMC從各國進(jìn)口氣體原料，進(jìn)行精煉，供應(yīng)給三星電子、SK海力士和臺積電。 近年來，半導(dǎo)體專用氣體生產(chǎn)商TEMC稀有氣體相關(guān)的銷售額出現(xiàn)了爆炸式增長， 晶圓代工廠，紛紛行動(dòng) 除了三星電子和SK海力士的紛紛布局外，晶圓廠則以實(shí)際行動(dòng)“先下手為強(qiáng)”。 早在2022年，就有消息透露，臺積電正在與多家氣體供應(yīng)商合作，在三到五年內(nèi)探索在中國臺灣本地生產(chǎn)氖氣。 當(dāng)時(shí)報(bào)道指出，臺積電正在評估供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，并制定了大約未來五年的連續(xù)性計(jì)劃，以確保能夠采購2000多種芯片制造所需的材料和化學(xué)品，以滿足建廠和擴(kuò)充產(chǎn)能計(jì)劃。 但臺積電信息技術(shù)、材料管理和風(fēng)險(xiǎn)管理高級副總裁JK Lin強(qiáng)調(diào)，雖然增加本地采購很重要，但該戰(zhàn)略也有局限性。半導(dǎo)體仍然是一個(gè)非常全球化的行業(yè)，全球合作至關(guān)重要，沒有人可以完全靠自己和本地制造任何東西。 值得注意的是，全球主要的半導(dǎo)體生產(chǎn)商都開始尋求稀有氣體自產(chǎn)或本地化供應(yīng)的廠商。 據(jù)臺灣經(jīng)濟(jì)日報(bào)報(bào)道，臺積電、聯(lián)電、南亞科均透露已增加關(guān)鍵氣體備貨量，同時(shí)提高供應(yīng)商多樣性，短期可避開地緣事件影響。 其中，聯(lián)電已與氖氣供應(yīng)商泰實(shí)科技簽訂長約，提前鎖定產(chǎn)能、鎖定價(jià)格，聯(lián)電也是首家提前以下手保證關(guān)鍵氣體供應(yīng)的晶圓代工廠。 存儲大廠美光也聲明稱，氖氣供應(yīng)可能中斷的風(fēng)險(xiǎn)令半導(dǎo)體行業(yè)感到擔(dān)憂。不過美光表示，公司在惰性氣體的采購上已多元化，主要來自歐盟、美國和亞洲等各地供應(yīng)商。此外，公司還保持了適當(dāng)?shù)亩栊詺怏w庫存，并與主要供應(yīng)商簽訂了多項(xiàng)長期供應(yīng)協(xié)議。 可見，目前大部分晶圓廠都已經(jīng)部署了雙重氣體供應(yīng)來源，或在探尋氖氣回收技術(shù)等新路徑，來保障成本和供應(yīng)鏈的穩(wěn)定。 事實(shí)上，兩大光刻機(jī)光源供應(yīng)商Cymer和Gigaphoton，早在2014、2015年的氖氣緊缺階段后，就針對性優(yōu)化了其產(chǎn)品中氖氣使用效率，乃至開發(fā)氖氣回收循環(huán)利用技術(shù)。 以Cymer為例，該公司通過其GLX解決方案，通過硬件、材料乃至信號處理與氣體控制算法的整合優(yōu)化，聲稱可較未優(yōu)化的光源節(jié)約40%以上氖氣消耗，而其回收裝置則是依托高精度氣體分析儀，在廢氣中過濾去除雜質(zhì)，將混合光刻氣重新恢復(fù)至半導(dǎo)體級純度，據(jù)稱可進(jìn)一步減少90%以上的氖氣消耗，隨著氖氣供應(yīng)形勢持續(xù)緊張，下游廠商或?qū)⒂懈咭庠赋袚?dān)相應(yīng)解決方案的設(shè)備改造成本。 綜合來看，氖氣回收技術(shù)旨在穩(wěn)定氖氣價(jià)格、確保供應(yīng)鏈穩(wěn)定和可靠性、減少碳足跡，以應(yīng)對全球供應(yīng)波動(dòng)對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來的潛在影響。 國產(chǎn)半導(dǎo)體材料，迎來新機(jī)遇 通常來看，電子特氣存在技術(shù)壁壘，對氣體純度，混合氣體配比精度等具有極高要求，導(dǎo)致很多廠商不會輕易更換電子特氣供應(yīng)商。 但從另一個(gè)角度來看，俄烏局勢下，全球產(chǎn)業(yè)的多米諾骨牌被推倒，氖氣供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)已越來越不容忽視，新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在重建。 氖氣供應(yīng)鏈的潛在風(fēng)險(xiǎn)，對“近水樓臺”的國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界而言，也是一個(gè)難得的發(fā)展機(jī)遇。 近年來受國際局勢影響，日本、韓國以及東南亞廠商加大了從中國半導(dǎo)體進(jìn)口量，許多特氣廠商銷售大漲。對于國內(nèi)電子特氣行業(yè)來說，這或許是歷史賦予的機(jī)遇。 但在半導(dǎo)體電子特氣領(lǐng)域，目前我國國產(chǎn)化率不高。據(jù)民生證券數(shù)據(jù)，目前集成電路領(lǐng)域電子特氣的國產(chǎn)率在15%-20%，相較于2018年10%左右已經(jīng)實(shí)現(xiàn)較大增長，但整體國產(chǎn)化進(jìn)程仍處于初期階段，未來還有很長的路要走。 但經(jīng)過氖氣危機(jī)的洗禮后，必將加速國內(nèi)企業(yè)的成長步伐。 因?yàn)樵诖诵蝿菹�，行業(yè)整體環(huán)境正發(fā)生變化，有能力提供半導(dǎo)體級氖氣的本土廠商，將獲得進(jìn)入下游客戶供應(yīng)鏈的理想機(jī)會。在此之前，國內(nèi)廠商的市場拓展則往往受限于漫長嚴(yán)苛的導(dǎo)入驗(yàn)證過程，以及各大海外特氣巨頭構(gòu)筑的牢固商務(wù)壁壘。相較于以前國內(nèi)氣體企業(yè)缺少認(rèn)證量產(chǎn)的機(jī)會，現(xiàn)在下游晶圓廠積極配合客戶端的認(rèn)證，推動(dòng)特氣國產(chǎn)化。 與此同時(shí)，本土晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)也給上游材料企業(yè)帶來了歷史性機(jī)遇。部分國產(chǎn)特氣企業(yè)陸續(xù)突破了關(guān)鍵技術(shù)，開始逐步進(jìn)入主流客戶供應(yīng)鏈。 曾幾何時(shí)，技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品導(dǎo)入是擺在所有國產(chǎn)電子氣體企業(yè)面前的兩座大山。而如今，隨著供應(yīng)鏈不確定性增加，國產(chǎn)化進(jìn)程加速，國產(chǎn)半導(dǎo)體材料企業(yè)有望實(shí)現(xiàn)突圍。 未來，能否利用技術(shù)優(yōu)勢成功擠進(jìn)下游供應(yīng)鏈，成為本土企業(yè)真正在市場站穩(wěn)腳跟的關(guān)鍵。 |
