半导体零部件之射频电源行业动态报告：半导体制程设备核心零部件射频电源，国产验证与替代加速-20230605-光大证券-32页

行业研究：半导体射频电源国产化替代加速

核心内容概述

射频电源是半导体制造设备中的核心零部件，主要用于产生等离子体，广泛应用于PVD、PECVD、刻蚀、离子注入、清洗等工艺设备。其主要由射频信号源、功率放大器和阻抗匹配器组成，工作频率通常在2MHz至60MHz之间。射频电源技术壁垒高，对参数稳定性、控制精度与阻抗匹配要求严格，尤其在3D IC制造中，需实现功率输送的一致性和准确性。

主要观点

• 射频电源的应用广泛：用于半导体制造的多个关键工艺，如薄膜沉积、刻蚀、离子注入、清洗等，其性能直接影响制造良率。
• 核心技术难点：包括电源波形、频率和功率稳定性，以及等离子体浓度、均匀度和控制精度，对薄膜沉积和深孔刻蚀尤为关键。
• 国际厂商主导市场：全球射频电源市场由美国、日本、德国的头部厂商主导，如MKS、AE、Kyosan、Huttinger等，2021年全球前五大厂商占据约80.47%的市场份额。
• 国产替代加速：国内厂商如英杰电气、恒运昌、北方华创等在射频电源领域逐步实现突破，2021年国产化率已提升至11.71%，但仍低于10%。
• 市场增长预期：全球射频电源市场规模预计从2022年的26.43亿美元增长至2028年的50.62亿美元，CAGR为11.44%。

关键信息

射频电源组成与原理

射频电源主要由以下模块构成：

• 直流供电电源模块：为内部控制线路板供电。
• 震荡电路模块：产生正弦波信号。
• 功率放大模块：将高频信号进行功率放大。
• 射频功率检测模块：检测反射和入射功率，实现PID控制。
• 射频互锁控制模块：提供安全互锁功能，如射频输出线互锁、高压互锁等。

射频电源通过产生高频交流电（>2MHz）驱动等离子体生成，利用阻抗匹配器实现最大功率输出。

射频电源在不同工艺中的应用

1. PECVD（等离子体增强化学气相沉积）：在低压下产生等离子体，促进薄膜沉积，提高沉积速率与质量。
2. 刻蚀设备：通过两个射频电源（sourceRF与biasRF）协同工作，分别控制等离子体密度与离子轰击能量，提高刻蚀速率和良率。
3. 离子注入机：射频电源用于离子源的激活，产生高离子束电流，提升注入效率。
4. 等离子清洗设备：利用射频电源产生的高压交变电场，实现物理与化学清洗的结合，提升清洗精度与效率。

国际厂商领先优势

• MKS Instruments：全球射频电源市场领先者，产品覆盖从2MHz到100MHz，功率范围达3KW至13KW，具有高传输效率和先进的DFT算法。
• Advanced Energy：射频电源全球市占率连续多年领先，产品线丰富，涵盖从低频到高频电源，应用于半导体制造全流程。
• TRUMPF Hüttinger：提供13.56MHz射频电源，搭载CombineLine技术，具有高能量转换率和智能自动频率调谐功能。

国产厂商进展

• 英杰电气：已为中微公司提供MOCVD直流电源，射频电源处于研发验证阶段。
• 恒运昌：已实现PECVD射频电源批量供货，2022年获得拓荆科技增资。
• 北方华创：通过收购北广科技，增强射频电源研发能力。
• 其他厂商：如神州半导体、吉兆源、华鑫晶造、瀚强科技等，也在射频电源领域取得进展。

市场格局

• 全球市场：由美日德企业主导，2021年全球前五大厂商占80.47%市场份额。
• 中国市场：2021年占全球市场份额15.78%，预计2022-2028年CAGR为10.33%，2028年市场规模将达7.15亿美元。
• 技术差距：国产射频电源多采用电子管或混合电路，体积较大，控制精度较低，而国际厂商已实现晶体管射频电源的广泛应用与自动阻抗匹配技术。

风险提示

• 研发验证不及预期：可能影响国产射频电源的市场接受度。
• 科技封锁加剧：可能延缓国产替代进程。
• 市场竞争加剧：国际厂商技术优势明显，国内厂商面临较大竞争压力。

市场趋势与前景

• 射频电源市场需求持续增长，预计到2028年全球市场规模将达50.62亿美元。
• 国产替代进程加快，但技术瓶颈仍未完全突破。
• 3D IC等先进制程对射频电源的稳定性与一致性提出更高要求，推动技术革新。

总结

射频电源作为半导体制造的核心零部件，其性能直接影响工艺质量与良率。尽管国际厂商占据主导地位，但国内厂商在技术突破和市场拓展方面取得显著进展，国产化率逐步提升。随着技术进步和市场需求增长，射频电源行业前景广阔，但国产替代仍需时间，技术与市场双重挑战依然存在。