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正文
摘要
静电卡盘是提高半导体加工精度和良率的关键设备，全球市场被美日厂商垄断，国内企业需加快研发进度。华卓精科、中瓷电子、珂玛科技等已在静电卡盘国产化替代方面取得进展，未来有望为国产半导体设备领域打开新的增长空间。不过，国内静电卡盘研发进度不及预期，下游需求或不足，投资者需注意风险。
详情
静电卡盘是一种通过静电力将工件吸附固定在卡盘表面的夹具，被广泛运用于精密加工的场景。静电卡盘对多个半导体制造工艺的良率提升起重要作用。全球静电卡盘市场规模持续增长，但由美系、日系制造商垄断，国内厂商处于起步阶段
1.
静电卡盘是一种将工件通过静电力吸附固定在卡盘表面的夹具。相较于传统的机械卡盘与真空卡盘，静电卡盘对工件损伤小、精度高等特点，被广泛运用于精密加工的场景。静电卡盘对多个半导体制造工艺的良率提升起重要作用。现代半导体工艺中需要保证晶圆的平稳固定。静电卡盘由于吸附均匀、污染小、可作用于真空环境，优势明显。
2.
静电卡盘在半导体制造工艺中对晶圆固定和温度控制起到重要作用。静电卡盘保证晶圆固定，吸附均匀、污染小、可作用于真空环境，优势明显。同时半导体工艺中对晶圆温度控制是影响良率的关键，因此需要通过静电卡盘对晶圆进行加热或散热，从而对晶圆温度进行精准控制。可通过增加温控区的方式，对每一温控区进行单独温度控制，从而实现晶圆整体的均热性，提高半导体工艺的良率。
3.
静电卡盘市场规模持续增长，但由美系、日系制造商垄断，国内厂商处于起步阶段。据
QYResearch
数据，
2017-2021
年全球静电卡盘市场销售额从
15.5
亿美元增长至
17.1
亿美元，
CAGR
为
2.5%
。
QYResearch
预计
2022-2028
年全球静电卡盘市场销售额将由
17.9
亿美元增长至
24.1
亿美元，
CAGR
为
5.1%
。据珂玛科技公告，静电卡盘占刻蚀机原材料采购成本的
12.7%
。受益于半导体设备市场规模持续扩张，静电卡盘市场规模持续增长。
4.
全球静电卡盘市场由美系、日系制造商高度垄断。美国的静电卡盘制造商包括
Applied Materials
与
Lam Research
等，日本的静电卡盘制造商包括
Shinko
、
TOTO
、
NTK
、
Creative Technology Corporation
等
。据
QYResearch
数据，
Applied Materials
、
Lam Research
与
Shinko
分别占据了
2021
年全球静电卡盘市场销售额前三位，各自占比分别为
43.86%/31.42%/10.20%
。
5.
国内静电卡盘市场处于起步阶段，国内厂商需要加快研发生产，以满足国内市场需求。
目前已有包括华卓精科、海拓创新、中瓷电子、富创精密、珂玛科技等国家国内企业开始了静电卡盘相关的研发生产工作
，并取得进展。其中华卓精科已开发出
12
寸
PVD
氮化铝静电卡盘，在一定程度上破除了海外厂商在静电卡盘领域的长期垄断局面，目前该产品已实现小规模量产。
6.
风险包括产品研发进度不及预期、下游需求不及预期、国产化替代不及预期等。国内厂商需要加快研发生产以满足国内市场需求。全球静电卡盘市场由美系、日系制造商高度垄断，国内厂商需要加快研发生产以拓展市场份额。
静电卡盘是夹持半导体晶圆的关键设备，通过静电吸附原理夹持工件，提高半导体加工精度和良率。静电卡盘有库仑型和
J-R
型两种类型，温度控制是其关键难点，氮化铝陶瓷是未来发展方向。
1.
静电卡盘通过静电吸附原理夹持工件。当原本内部电荷均匀分布的工件接近通电的静电卡盘后，其内部正负电荷将分别移动至与其极性相反的电极一端。通过电荷异性相吸产生的库仑力，工件将牢牢吸附于静电卡盘的表面。
2.
静电卡盘在半导体制造工艺的多个环节扮演着重要作用。每个环节中涉及到多种工序，都需要静电卡盘来进行夹持。静电卡盘的优势在于吸附力均匀、污染小、可作用于真空环境。静电卡盘在半导体制造中至关重要，保证晶圆加工精度和良率。
3.
相较于传统的机械卡盘和真空卡盘，静电卡盘有以下几个优势：
1
）吸附力均匀，保证晶圆较好的平整度，从而具有更好的加工精度；
2
）污染小，保证晶圆加工过程中具有较高的良率；
3
）可作用于真空环境，依然可以保证较好的吸附性能。
4.
静电卡盘可分为库仑型（
Coulomb type
）与
J-R
型（
Johnsen-Rahbeck type
）。其中库仑型静电卡盘使用绝缘材料作为介电层，静电力较小。
J-R
型静电卡盘的介电层具有导电性，静电吸附力大，但对卡盘表面粗糙度较敏感，且不易脱附。
5.
静电卡盘的关键难点是温度控制。
半导体工艺中对晶圆的温度控制至关重要，需要通过静电卡盘对晶圆进行加热或散热从而对晶圆温度进行精准控制。随着新一代半导体技术的发展，对静电卡盘散热性能提出了更高的要求。
6.
通常静电卡盘对晶圆的温度控制主要依靠以下两种途径：
1
）增加晶圆表面与静电卡盘表面间的气体对流以散热；
2
）通过静电卡盘表面的热传导散热。
7.
氮化铝陶瓷材质的静电卡盘导热性能更好，是未来的发展方向。
氮化铝陶瓷拥有更好的导热性能、热膨胀系数、机械性能、绝缘性，因此更适合作为半导体工艺的静电卡盘材料。但氮化铝陶瓷的烧结难度较高，工艺较复杂。
8.
目前主要的解决方案是通过在氮化铝粉末烧结时加入某些烧结助剂促进氮化铝的烧结作用，从而提高氮化铝陶瓷的导热性。随着氮化铝陶瓷烧结工艺的不断进步，未来氮化铝陶瓷的静电卡盘有望逐渐对氧化铝陶瓷的静电卡盘实现替代。
静电卡盘工艺的未来趋势是提升温控分区数量，以保证晶圆表面的均热性。静电卡盘市场前景可观，国内市场占比稳步增长。静电卡盘是半导体制造工艺设备中价值量占比相对较高的核心零部件，全球市场被美日厂商垄断，中国市场垄断程度更高。
1.
提升温控分区数量是静电卡盘工艺的未来趋势。
在半导体工艺中需要保证晶圆表面的均热性，如果晶圆表面温度分布不均则会导致晶圆变形、热应力等问题。在静电卡盘实际工作过程中，受位置偏差等因素的影响，同一温控区内的晶圆实际温度可能会有不同。因此可通过增加温控区的方式，对每一温控区进行单独温度控制，从而实现晶圆整体的均热性，提高半导体工艺的良率。
2000
年左右，静电卡盘温控区数量只有
2
区，随着对晶圆均热性要求的不断提升，截至
2022
年
9
月已有超过
100
个温控区的静电卡盘产品被成功研发并投入使用。
2.
半导体设备规模持续扩张，静电卡盘前景可观。全球半导体市场规模整体呈上升趋势，国内市场占比持续攀升。国际半导体产业协会（
SEMI
）数据显示，
2013-2022
年全球半导体设备市场规模由
318
亿美元增长至
1074
亿美元，
CAGR
为
14.5%
；同期中国大陆半导体设备规模由
34
亿美元增长至
283
亿美元，
CAGR
为
26.5%
，显著高于全球水平。据
SEMI
预计半导体设备的全球总销售额将于
2023
年下滑至
874
亿美元，但将于
2024
年恢复至
1000
亿美元。国内半导体设备市场增速整体高于全球水平。近年来年
5G
、人工智能、物联网快速发展，为满足这些新型市场的需求，各大半导体企业纷纷加大了对研发、生产的投资，因此
2019-2022
年半导体设备市场增速显著提升。其中，国内市场由于国家在政策层面对半导体产业大力扶植，国内半导体设备市场规模增速显著高于全球平均水平，市场规模比重也由
2013
年的
11%
稳步增长至
2022
年的
26%
。
3.
静电卡盘在晶圆厂零部件采购金额中占比较高。静电卡盘使用寿命约为
2
年，短于半导体腔体的使用寿命，部分晶圆厂有直接备存静电卡盘的需求。据芯谋研究统计，
2020
年我国晶圆厂采购的静电卡盘金额占所有采购零部件产品的
9%
，与石英件、射频发生器、泵、阀占比相当。
静电卡盘是半导体制造工艺设备中价值量占比相对较高的核心零部件。据拓荆科技招股说明书，
2019
年至
2021Q1-Q3
静电卡盘所属的机械类零部件占拓荆科技核心原材料采购额比重维持在
25%
以上，且一直处于所有零部件大类采购额比重的第一位。机械类零部件主要包括静电卡盘、加热盘、腔体等，其中静电卡盘的价值量相对较高。据珂玛科技公告，静电卡盘占刻蚀机原材料采购成本的
12.7%
。
4.
静电卡盘市场由美、日制造商高度垄断。美国的静电卡盘制造商包括
Applied Materials
与
Lam Research
等，日本的静电卡盘制造商包括
Shinko
、
TOTO
、
NTK
、
Creative
Technology Corporation
等。区别于日本企业静电卡盘单独售卖的销售模式，美国的静电卡盘企业通常都是综合性的半导体设备制造商，他们通过将静电卡盘与所生产的
PVD
、
CVD
等半导体设备整机配套售卖的方式将静电卡盘销售至下游客户。同时由于静电卡盘使用寿命通常不超过两年，属于消耗品，因此对静电卡盘的替换也将贡献可观的销售收入。
5.
全球静电卡盘市场被美日厂商垄断，中国市场垄断程度更高。根据芯谋研究统计，
2020
年我国晶圆厂采购的静电卡盘金额中，国内静电卡盘厂商占比高达
90%
以上。
国内静电卡盘企业数量较多，主要包括鸿利兴、珂玛科技、上海晶丰、四通精密、浙江东方光电等
。其中，鸿利兴、珂玛科技等企业拥有较强的市场竞争力，产品性能不断提升，逐渐蚕食了国际品牌在本土市场的份额。
6.
静电卡盘替换市场规模巨大。静电卡盘使用寿命短，消耗品替换市场规模巨大。芯谋研究数据显示，
2019
年全球静电卡盘替换市场规模约为
5
亿美元，
2022
年有望达到
6.4
亿美元。随着半导体产业的发展，静电卡盘替换市场规模还将持续扩大。
7.
静电卡盘市场前景预测良好。据
QYResearch
数据，
2017-2021
年全球静电卡盘市场销售额由
15.5
亿美元增长至
17.1
亿美元，复合年增长率为
2.5%
。
QYResearch
预计
2022-2028
年全球静电卡盘市场销售额将由
17.9
亿美元增长至
24.1
亿美元，年复合增长率为
5.1%
。随着半导体产业的不断发展，静电卡盘市场规模将不断扩大，市场前景广阔。
8.
静电卡盘作为半导体制造工艺设备中的核心零部件，具有巨大的市场潜力。然而，目前全球静电卡盘市场被美日厂商垄断，中国市场垄断程度更高。国内静电卡盘企业数量较多，产品性能不断提升，市场竞争力逐渐增强。随着半导体产业的不断发展，静电卡盘市场前景预测良好，市场规模将不断扩大。
2021
年全球静电卡盘市场销售额前三位分别是
Applied
Materials
、
Lam Research
与
Shinko
，国内市场也被美、日厂商垄断。国内企业需开展静电卡盘研发，华卓精科已实现小规模量产，打破海外厂商长期垄断。未来随着国家对关键半导体设备零部件研发的支持，国内制造商有望受益。
1.
据
QYResearch
数据，
2021
年全球静电卡盘市场销售额前三位分别为
Applied Materials
、
Lam Research
与
Shinko
，各自占比分别为
43.86%/31.42%/10.20%
，合计占比
85.48%
。此外，
2021
年国内静电卡盘市场也主要由上述的美、日厂商垄断，其中前三大厂商销售份额占比超过
93.52%
，高于全球
CR3
，垄断程度更高。
2.
静电卡盘存在被卡脖子风险，国产化替代需求迫切。
23
年
5
月
23
日，日本经济产业省将具有
20
个以上温控区静电卡盘的各向异性刻蚀设备列入出口管理的管制对象，国内静电卡盘的供应链由国际巨头长期把控，随着海外对我国半导体设备及零部件的出口管控逐步升级，未来我国相关半导体设备制造企业面临无盘可用的窘境。因此，我国开展静电卡盘的研发以及国产化替代迫在眉睫。
3.
华卓精科已开发出
12
寸
PVD
氮化铝静电卡盘，在一定程度上破除了海外厂商在静电卡盘领域的长期垄断局面，目前该产品已实现小规模量产。目前已有多家国内制造商展开静电卡盘的相关布局，并已取得了许多实质性的进展，包括海拓创新、中瓷电子、富创精密、珂玛科技等。
4.
华卓精科静电卡盘收入占比呈上升趋势。
21
年公司实现营业收入
3.29
亿元，同比增长
116%
；
22H1
公司实现营业收入
1.14
亿元，较上年同期增长
90%
。
21
年公司静电卡盘营收
740.8
万元，占总营收的
2.26%
；
22H1
公司静电卡盘营收
485.9
万元，占总营收的
4.27%
。
5.
华卓精科主营产品分为超精密测控设备部件与超精密测控设备整机两大类，其中部件产品包括精密运动系统、静电卡盘和隔振器等；整机产品包括晶圆级键合设备、激光退火设备等，上述主要产品的应用领域覆盖集成电路制造、超精密制造、光学、医疗、
3C
制造等行业。
6.
华卓精科通过多年在静电卡盘领域的研发，目前已取得
10
项静电卡盘相关专利，公司
12
寸
PVD
氮化铝静电卡盘已实现小规模出货，目前已向北方华创等客户供货，在一定程度上破除了海外厂商在静电卡盘领域的长期垄断局面。
7.
未来随着国家对关键半导体设备零部件研发的大力支持，美、日企业对我国静电卡盘产业链长期垄断的局面有望得到改变。随着海外对我国半导体设备及零部件的出口管控逐步升级，国内制造商有望持续受益。
珂玛科技和中瓷电子都是高科技陶瓷产品制造商。中瓷电子主营产品包括精密陶瓷零部件等，已有稳定增长和布局精密陶瓷零部件领域的计划。珂玛科技主营业务为先进陶瓷材料零部件的研发、制造、销售和服务，也在布局静电卡盘等半导体产业链产品。两家公司都有望为国产半导体设备领域打开新的增长空间。
1.
珂玛科技成立于
2009
年，主营业务为先进陶瓷材料零部件的研发、制造、销售、服务以及泛半导体设备表面处理服务。公司已拥有一条垂直集成生产线，氧化锆、氧化铝、氮化铝等材料和产品及相应技术服务已进入国内外市场。
2.22
年公司实现营收
4.61
亿元，同比增长
34%
，
19-22
年复合增长率为
38%
。公司先进陶瓷材料零部件业务增长迅速，
22
年实现营收
3.61
亿元，同比增长
74%
，
19-22
年营收占比由
57%
增长至
78%
。
3.
公司通过与下游核心客户合作等方式，积极推动陶瓷加热器、静电卡盘和超高纯碳化硅套件等半导体产业链卡脖子产品的研发，目前
8
寸刻蚀机用静电卡盘正处于客户测试阶段，相关技术指标已接近全球主流竞争对手水平。
4.
中瓷电子成立于
2009
年，主要从事电子陶瓷系列产品研发、生产和销售的高新技术企业。公司主要产品包括光通信器件外壳、无线功率器件外壳、红外探测器外壳、大功率激光器外壳、声表晶振类外壳、
3D
光传感器模块外壳、氮化铝陶瓷基板、集成式加热器、精密陶瓷零部件等。
5.22
年公司实现营收
13.05
亿元，同比增长
29%
，
16-22
年复合增长率为
33%
。
22
年公司新增精密陶瓷零部件业务，实现收入
817
万元，占总营收的
0.63%
。
6.
公司已开发了精密陶瓷零部件用氧化铝、氮化铝核心材料和配套的金属化体系，建立了完善的精密陶瓷零部件制造工艺平台，实现了加热盘和静电卡盘等技术难度高的精密零部件国产化，解决了国产半导体设备行业卡脖子问题。
7.
与国际领先厂商
NTK
的产品相比，公司的静电卡盘在体积抵抗率、介电系数、绝缘强度、热传导率等方面已达到国际同类设备的水平。
8.
在产品线种类、应用领域等方面公司的产品相较国际龙头企业仍有拓展空间。公司广泛应用于光通信、无线通信、工业激光、消费电子、汽车电子、半导体设备零部件等领域。未来随着半导体零部件国产化替代的不断推进，静电卡盘有望为公司打开新的增长空间。
国内静电卡盘研发进度不及预期，下游需求或不足，国产化替代存在风险。
1.
国内静电卡盘产品大多处于研发或客户验证阶段，技术门槛较高，存在研发进度不及预期的风险，可能对国内厂商未来业绩带来不利影响。
2.
静电卡盘主要应用于半导体设备中，若半导体设备下游行业景气度不佳，晶圆厂扩产进度放缓，则将导致静电卡盘的需求不及预期，进而对公司未来业绩产生不利影响。
3.
目前国内静电卡盘国产化率较低，且国内厂商在产品覆盖率上与国际主流厂商存在差距，如不能在成本方面建立优势，那么下游设备端国产化替代动力可能不足，国产化替代存在不及预期的风险。
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