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來源：半導體行業觀察 任何電子產品都逃不開電子氣體，它是重要的基礎性原材料，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制造的“血液”或“糧食”，其重要性不言而喻。 總體來說，在半導體制造環節，電子氣體是僅次于硅片/硅基材料的第二大市場需求所在，其在半導體材料市場占比約14%。 近年來，伴隨下游晶圓廠的加速擴張，電子氣體市場景氣度向好，需求量有望持續提升。 2022年，隨著俄烏沖突的爆發，行業調研機構TECHCET率先向全球半導體產業界發出了相關預警，梳理出了氖氣、鈀、六氟-1,3-丁二烯（C4F6）等高度依賴該地區供應的特種材料清單。 一時間，相關半導體材料價格紛紛異動，尤以氖氣最為明顯，成為業界熱門話題。 如今2年時間倏然而逝，俄烏沖突仍未看到停火的跡象。 而有關氖氣市場，尤其是半導體行業中要用到的氖氣，在經歷了行業波動之后，正在呈現出怎樣的態勢？行業廠商又在如何應對產業余波？ 氖氣供需風暴，持續發酵 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曝光環節用于產生激光，是激光器中氬氣(Ar)和氪氣(Kr)的緩沖氣體，以將電路圖案轉移到基板上。在ArF準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用于半導體行業，還廣泛應用于顯示領域等其他領域。 從市場布局來看，烏克蘭是氖氣的主要生產國，為全球供應了接近70%比例的氖氣（另有數據稱50%左右），但由于國內危機持續不斷，氖氣供應成為一個突出問題引發業界普遍擔憂。 2022年，在地緣政治摩擦和俄烏沖突影響下，導致氖氣價格飆升20多倍。 擔憂的原因不僅在于氖氣價格上漲，也包括供應短缺問題。由于烏克蘭是全球半導體制造用特種氣體生產大國，因此在俄烏沖突下，包括氖氣在內的部分半導體制造所需的特種氣體或出現短缺。 如果拉長周期觀察氖氣市場供需，可以看到冷戰后前蘇聯出于軍事用途大量建設的氖、氦等稀有氣體空分、純化產能進入民用市場，使多年來氖氣處于供過于求的狀態，盡管2014、2015年曾經因東烏局勢以及部分東歐大型空分裝置老化退役而出現供應萎縮，價格也隨之飆升，但隨后中國等地區粗氖氣新增產能較為及時的釋放，使這次波動最終成為“虛驚一場”。 根據TECHCET的測算，實際上當時氖氣供應仍然略超出總需求，也就是說，盡管供應趨緊，但總體上尚未出現需求缺口。 而相比之下，這一次俄烏局勢帶來的供給側沖擊，遠比2014-2015年嚴重的多。由于氖氣供應不足，造成半導體產業供應鏈斷裂的風險加劇，氖氣價格提升的幅度和可能性也更高。 此外在動亂期間，由于政治和經濟原因，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鏈的擔憂。 在此形勢下，全球半導體供應鏈因其氖氣生產設施的破壞或關閉而中斷，氖氣的市場價格受到震蕩，半導體行業囤積的氖氣被暫時設想為一種權宜之計。 一場氖氣市場的“風暴”，似乎正在供需兩端持續醞釀，并隨著俄烏沖突的延宕，全球芯片制造商開始轉向其他供應商，或采取新的應對舉措。 如何應對氖氣市場波動？ 氖氣作為半導體制造的關鍵原料，其供應一直受到國際政治局勢的制約，價格飆升和供應風險成為行業痛點。 在本次局勢升級之前，三星電子、SK海力士、臺積電、英特爾等大多數芯片制造商仍處于觀望狀態。而隨著疫情及此前日韓政治問題等多項事件的影響，多數企業已實現供應鏈多樣化，對供應抱有信心。另一方面，也有廠商如ASML、美光對供應表示擔憂，透露正在尋求氖氣新的替代來源。 近日，三星電子、SK海力士再傳出新動態，或憑借新技術來實現氖氣的穩定供應。 三星電子，首當其沖 據最新消息稱，三星計劃在芯片生產中使用回收的氖氣，此舉將使其成為業界第一家在光刻工藝中使用回收氖氣的公司。 據透露，三星電子已成功將回收的氖氣用于芯片量產，且不會降低芯片質量。三星此舉旨在穩定稀有惰性氣體的成本和供應。 此前，三星電子完全依賴從烏克蘭、俄羅斯和中國進口氖氣。但自2022年俄烏戰爭爆發以來，其價格因供應短缺而暴漲，從2021年的每升58美元飆升至2022年的每升1612美元。 價格的驚人上漲促使三星電子尋找供應替代方案，包括從激光廢料流中回收稀有惰性氣體。據悉，三星正在與本土企業TEMC緊密合作，開發可立即用于芯片制造的高質量回收氖氣。經過多次試驗與驗證，再生氖氣的性能已達到行業標準，即在三星完成氣體回收后，再由合作伙伴進行純化處理，以確保其質量和穩定性，預計不會對產品效能產生任何影響。 通過回收的氖氣，三星電子計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務），從而大幅減少對進口氖氣的依賴。 此舉不僅有助于降低氖氣這一稀有原料的取得成本，穩定供應鏈，還能顯著減少三星的碳足跡，推動公司向更加環保和可持續的方向發展。 據芯片行業稱，首先，通過降低記憶芯片和晶圓的生產成本，三星將能夠提升產品的競爭力，進一步鞏固其在全球市場的領先地位；其次，減少氖氣的進口需求將有助于穩定供應鏈，降低因供應短缺帶來的風險；此外，通過回收利用氖氣，三星將能夠大幅減少其碳足跡，為應對全球氣候變化和推動可持續發展做出積極貢獻。據稱，回收氖氣可以減少氖氣凈化過程中高達95%的碳排放。 綜合來看，三星電子在芯片生產過程中使用回收氖氣的舉措，展示了其在技術創新和資源回收利用方面領先地位的同時，也為整個電子行業樹立了一個積極的榜樣。隨著這一技術的推廣和應用，相信未來會有更多企業加入到資源回收利用的行列中來，共同推動全球經濟的可持續發展。 SK海力士，緊隨其后 早在2022年，SK海力士就表示成功實現氖氣的首次國產化，當時工藝引進比重已擴大到40%。也就是說，在不穩定的國際局勢下，不僅能夠穩定地供應氖氣，還大幅節省了費用。SK海力士計劃到2024年為止，將氖國產化比重提高到100%。 在這個過程中，SK海力士與半導體用氣體制造企業TEMC、浦項制鐵合作，一直在摸索在韓國國內生產氖氣的方法。 近日有報道稱，繼三星電子之后，SK海力士和TEMC也在共同開發氖氣回收技術，據SK海力士預計，通過減少對氖氣進口的依賴，該技術每年可節省3000萬美元。 據悉，SK海力士和特種氣體生產商TEMC已經合作一年多來開發氖氣回收技術。 
SK海力士及其韓國合作伙伴TEMC開發的氖氣回收工藝（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體生產過程中產生的廢氣的裝置）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行再利用。SK海力士表示，氖氣回收技術當前的回收率為72.7%，并計劃很快將其提高至77%。 今年2月，SK海力士公布了在芯片生產中使用回收材料的路線圖。根據計劃，其目標是到2025年將芯片產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%。氖氣回收技術的發展將為這一目標的視線發揮關鍵作用。 SK海力士FAB負責原材料采購的副總經理尹弘成曾表示：“在國際局勢不穩定、供應不穩定的情況下，與國內公司的合作，為穩定供求關系做出了巨大貢獻。未來將通過持續合作，加強半導體原材料供應鏈。” 據了解，這個與三星電子和SK海力士積極合作的TEMC公司，其主要產品是半導體工藝中使用的氖(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從各國進口氣體原料，進行精煉，供應給三星電子、SK海力士和臺積電。 近年來，半導體專用氣體生產商TEMC稀有氣體相關的銷售額出現了爆炸式增長， 晶圓代工廠，紛紛行動 除了三星電子和SK海力士的紛紛布局外，晶圓廠則以實際行動“先下手為強”。 早在2022年，就有消息透露，臺積電正在與多家氣體供應商合作，在三到五年內探索在中國臺灣本地生產氖氣。 當時報道指出，臺積電正在評估供應鏈風險，并制定了大約未來五年的連續性計劃，以確保能夠采購2000多種芯片制造所需的材料和化學品，以滿足建廠和擴充產能計劃。 但臺積電信息技術、材料管理和風險管理高級副總裁JK Lin強調，雖然增加本地采購很重要，但該戰略也有局限性。半導體仍然是一個非常全球化的行業，全球合作至關重要，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，全球主要的半導體生產商都開始尋求稀有氣體自產或本地化供應的廠商。 據臺灣經濟日報報道，臺積電、聯電、南亞科均透露已增加關鍵氣體備貨量，同時提高供應商多樣性，短期可避開地緣事件影響。 其中，聯電已與氖氣供應商泰實科技簽訂長約，提前鎖定產能、鎖定價格，聯電也是首家提前以下手保證關鍵氣體供應的晶圓代工廠。 存儲大廠美光也聲明稱，氖氣供應可能中斷的風險令半導體行業感到擔憂。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商。此外，公司還保持了適當的惰性氣體庫存，并與主要供應商簽訂了多項長期供應協議。 可見，目前大部分晶圓廠都已經部署了雙重氣體供應來源，或在探尋氖氣回收技術等新路徑，來保障成本和供應鏈的穩定。 事實上，兩大光刻機光源供應商Cymer和Gigaphoton，早在2014、2015年的氖氣緊缺階段后，就針對性優化了其產品中氖氣使用效率，乃至開發氖氣回收循環利用技術。 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化，聲稱可較未優化的光源節約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，將混合光刻氣重新恢復至半導體級純度，據稱可進一步減少90%以上的氖氣消耗，隨著氖氣供應形勢持續緊張，下游廠商或將有更高意愿承擔相應解決方案的設備改造成本。 綜合來看，氖氣回收技術旨在穩定氖氣價格、確保供應鏈穩定和可靠性、減少碳足跡，以應對全球供應波動對半導體產業帶來的潛在影響。 國產半導體材料，迎來新機遇 通常來看，電子特氣存在技術壁壘，對氣體純度，混合氣體配比精度等具有極高要求，導致很多廠商不會輕易更換電子特氣供應商。 但從另一個角度來看，俄烏局勢下，全球產業的多米諾骨牌被推倒，氖氣供應風險已越來越不容忽視，新的產業生態正在重建。 氖氣供應鏈的潛在風險，對“近水樓臺”的國內半導體產業界而言，也是一個難得的發展機遇。 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體進口量，許多特氣廠商銷售大漲。對于國內電子特氣行業來說，這或許是歷史賦予的機遇。 但在半導體電子特氣領域，目前我國國產化率不高。據民生證券數據，目前集成電路領域電子特氣的國產率在15%-20%，相較于2018年10%左右已經實現較大增長，但整體國產化進程仍處于初期階段，未來還有很長的路要走。 但經過氖氣危機的洗禮后，必將加速國內企業的成長步伐。 因為在此形勢下，行業整體環境正發生變化，有能力提供半導體級氖氣的本土廠商，將獲得進入下游客戶供應鏈的理想機會。在此之前，國內廠商的市場拓展則往往受限于漫長嚴苛的導入驗證過程，以及各大海外特氣巨頭構筑的牢固商務壁壘。相較于以前國內氣體企業缺少認證量產的機會，現在下游晶圓廠積極配合客戶端的認證，推動特氣國產化。 與此同時，本土晶圓廠擴產也給上游材料企業帶來了歷史性機遇。部分國產特氣企業陸續突破了關鍵技術，開始逐步進入主流客戶供應鏈。 曾幾何時，技術研發和產品導入是擺在所有國產電子氣體企業面前的兩座大山。而如今，隨著供應鏈不確定性增加，國產化進程加速，國產半導體材料企業有望實現突圍。 未來，能否利用技術優勢成功擠進下游供應鏈，成為本土企業真正在市場站穩腳跟的關鍵。 |
