產業脈動｜全球半導體設備關鍵模組產業趨勢
摘要：半導體設備關鍵模組包括真空模組、光學模組、電源與反應氣體模組、流體模組、晶圓和光罩傳送模組、熱處理模組等。2022年全球關鍵模組的總銷售額約229億美元，成長率為15.2%，與半導體設備市場的發展趨勢緊密相關。半導體設備關鍵模組的發展逐漸受到國內業者重視，本文分析半導體設備中的關鍵模組種類、次品項、銷售額、主要廠商，以及說明未來關鍵模組的產業趨勢，希望可以提供給我國產研單位，更明確的研究發展方向。
Abstract：Semiconductor equipment includes vacuum modules, optical modules, electrical and reactive gas modules, fluid modules, wafer and mask transfer modules, heat treatment modules group etc. In 2022, the total sales of global key modules will be approximately US$22.9 billion, with a growth rate of 15.2%, which is closely related to the development trend of the semiconductor equipment market. The development of key modules of semiconductor equipment has gradually been valued by Taiwan players. This article analyzes the types of key modules, detailed items, sales, and major manufacturers in semiconductor equipment industry, and explains the industry trends of key modules in the future. It is hoped that it can be provided to Taiwanese research and industry with a clearer development direction.
關鍵詞：電子設備產業、半導體產業、半導體設備關鍵模組
Keywords：Electronic equipment industry, Semiconductor industry, Semiconductor equipment key modules
前言
全球半導體設備市場受惠於科技發展和晶片銷售額成長，在2022年上看110,343百萬美元。前三大設備市場長期為臺灣、韓國和中國大陸，各占20%左右。隨著新興科技帶動晶片需求成長，以及全球各大經濟體系鼓勵晶片自主，因此半導體設備成為各國關鍵物資。觀察國家結盟、限制法令、國家和企業領導人的往來、企業併購和海外佈局等政經活動，都比過去更為熱絡，以保護國家半導體產業發展，和增加設備供應鏈彈性為目標。
近期國際設備大廠海外擴廠，建置研發、物流、生產製造、維修和培訓中心，強化當地客戶服務便捷性，以及提高供應鏈順暢。半導體設備關鍵模組的供應鏈自主化，也逐漸受到我國國內政府和業者重視，外商來台供應鏈在地化已經是政府強力推動方向。經濟部技術處透過提供外商「大A+計畫高科技研發中心」和「A+ 計畫全球研發創新夥伴計畫」等鼓勵機制，配合工業局「半導體設備整機驗證計畫」，促進國內半導體設備和關鍵模組產研能量升級。
2022年全球關鍵模組的總銷售額約229億美元，成長率為15.2%，與半導體設備市場的發展趨勢緊密相關。臺灣半導體設備需求龐大，隨著半導體領導設備業者近年擴大在臺灣投資，增加在地供應鏈的需求，促使我國產研單位朝向關鍵模組開發。
電子設備關鍵模組銷售趨勢
電子設備包括半導體設備、面板設備、電動車製造設備、智慧醫療等，是我國高科技產業發展的基礎，也帶動許多相關的機械加工、系統整合等模組和零組件製造技術升級。蔡總統曾表示未來要把臺灣打造成為「亞洲高階製造中心」和「半導體先進製程中心」，擴大半導體設備、高階載板、micro LED設備自主化，透過廠商、協會和政府共同努力，讓臺灣高科技設備產業得以高速穩健地發展。
電子設備是由多種關鍵模組整合而成的複雜且龐大的系統，電子設備關鍵模組主要應用在半導體、面板、光伏設備系統中，其中包括真空模組、光學模組、電源與反應氣體模組、流體控制模組、熱處理模組、晶圓傳送模組和整合製程診斷模組等。
真空模組包括乾式真空泵、渦輪分子泵、低溫泵、壓力計、真空/隔離/傳送閥門等；光學模組包括光源系統、光學元件(透鏡/反射鏡/光柵)、光纖、光偵測器、對焦系統等；電源與反應氣體模組包括DC電源供應器、RF電源供應器、RF電源匹配網絡、微波電源產生器、遠距電漿系統(RPS)、電力儀表等；流體控制模組包括氣體傳送控制器(MFC)、液體傳送控制器、流量流速量測、化學液混合和調配系統、流體泵、純化與過濾裝置、流體噴灑模組等；熱處理模組包括冷卻系統、加熱系統、冷熱交換器、熱電偶量測裝置、光纖測溫儀等；晶圓傳送模組包括機台內的真空/大氣/溼環境機械手臂、線性位移平台、晶圓定位、承載系統等；整合製程診斷模組包括殘氣分析儀、流體成份分析儀、顆粒量測儀、機載基板顆粒污染量測模組等。
根據TechInsights研調報告，整體電子設備關鍵模組市場預估在2023年達到18,914百萬美元，在未來5年年受惠於新興產品如電動車、人工智慧、物聯網的應用，將持續推動整體關鍵模組市場，估計2023年到2027年的年複合成長率為12% [1]。
以應用層面來看，半導體設備是電子設備關鍵模組最主要的應用。2022年電子設備模組的銷售額為22,861百萬美元，其中92%是應用在半導體設備領域，大約是半導體設備市場的1/4；6%是應用在面板製造設備； 2%是應用在光伏元件製造設備。預估到2027年，整體模組的銷售額為29,839百萬美元，其中93%是應用在半導體設備領域；6%是應用在面板製造設備；1%是應用在光伏元件製造設備。
以成長率而言，2023年到2027年，用於半導體設備的關鍵模組年複合成長率為13%為最高；用於面板製造設備的關鍵模組年複合成長率為7%；用於光伏元件製造設備的關鍵模組年複合成長率為2%。可見得未來電子設備關鍵模組在半導體的應用占比將擴大，可能原因是半導體技術持續精進，在控制、診斷模組的規格將持續提高，單價和需求量都不斷地增加。因此未來模組業者在開發新產品或業務時，也應考量優先朝向半導體相關領域拓展。
半導體設備關鍵模組銷售分析
2022年TechInsights發布全球最佳設備供應商共22間，其中可看出相較於2021年，關鍵模組廠商的比例從21%提升到32%，其中包括VAT(瑞士)、MKS Instruments(美國)、Edwards(英國)、Horiba(日本)等，顯見關鍵模組廠商的能見度、客戶有感程度、重要性提高[2]。
2023年到2027年，整體半導體應用的關鍵模組年複合成長率為13%。前三大模組分別為：電源與反應氣體模組，成長率18%；真空模組，成長率16%；熱處理模組，成長率15%。
電源與反應氣體模組的定義為電源、匹配網絡、儀器儀表和相關產品，用於生成、控制和測量輸送到製程腔體的電源，該部分還包括反應氣體發生子系統，使用RF或MW功率在遠端製程腔體的地方產生反應氣體。其具有高成長率，原因主要來自於先進製程節點對於蝕刻設備、晶圓清洗、沉積和去光阻的需求提高，尤其是10奈米以下的複雜製程，為了增加蝕刻效率的穩定度和可重複性，RF系統需要更精準的功率控制、即時的電漿狀態監測、快速的感測和反應時間，使得RF系統成為蝕刻設備關鍵要角，帶動電源與反應氣體模組的高成長率。
電源與反應氣體模組中各次品項，2023年和2027年市占率最高的前三大次品項分別為：RF Power Supplies、RF Power Matching Networks和Remote Plasma Sources，三者總市占將近九成。這三個次品項也是2023年到2027年複合成長率前三名，分別為18.6%、18.5%、18.1%。主要供應商為Advanced Energy英國、MKS Instruments美國、Comet美國、TRUMPF Huettinger德國、New Power Plasma韓國、Daihen日本等。
電源與反應氣體模組同時也是未來半導體設備在節能減排效率改善的關鍵模組之一，根據台積電企業社會責任報告書，電源供應器被列為減排發展項目的其中之一。
真空模組的成長率則來自於先進製程中薄膜、表面處理、蝕刻、微影等設備。由於不論是真空鍍膜、半導體製程或是表面分析等作業，都需要在真空腔體內完成，因此隨著製程節點的演進，對真空度的要求更高，減少晶圓被微污染物干擾而影響產品品質。真空模組自2023年到2027年預估將以16%的年複合成長率成長，並且穩居銷售額第一的關鍵模組。
真空模組全球供應商主要來自歐洲、日本、和美國。以市場銷售額來看，歐洲廠商占比約52%，日商約25%，美商約12%。整體來看，真空模組的前5大供應商為Edwards(英國)、VAT(瑞士)、EBARA(日本)、MKS Instruments(美國)、Kashiyama(日本)、LOT Vacuum(南韓)。
其中真空與廢氣處理商Edwards，以透過乾式泵浦和廢氣減排設備，是ASML長期的合作夥伴。Edward 和ASML合作餘20年，研發氫氣循環再生的技術，讓EUV製程中產生的廢氫可以直接在廠務端就循環成製程可再利用的純氫。公司產品EUV Zenith H2D，搭配自家乾式泵浦，透過再利用系統本身的熱排，處理EUV製程過程中產生的廢氫，每年可為每台EUV減少210噸的碳排。另一個產品EUV Zenith (Gen 3)系統搭配的乾式泵浦，每年更可為每台EUV製程設備減少至少150噸的碳排[3]。
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