SK海力士及其韩国合作伙伴TEMC开发的氖气回收工艺(图源:SK海力士)
目前,芯片制造商在光刻工艺中使用后,会将氖气释放到空气中。SK海力士和TEMC通过洗涤器(一种过滤和去除半导体生产过程中产生的废气的装置)将排出的氖气收集到收集罐中,然后通过TEMC的气体处理工艺提取纯化的氖气以进行再利用。SK海力士表示,氖气回收技术当前的回收率为72.7%,并计划很快将其提高至77%。
今年2月,SK海力士公布了在芯片生产中使用回收材料的路线图。根据计划,其目标是到2025年将芯片产品中回收材料的使用率提高到25%,到2030年将这一比例提高到30%。氖气回收技术的发展将为这一目标的视线发挥关键作用。
SK海力士FAB负责原材料采购的副总经理尹弘成曾表示:“在国际局势不稳定、供应不稳定的情况下,与国内公司的合作,为稳定供求关系做出了巨大贡献。未来将通过持续合作,加强半导体原材料供应链。”
据了解,这个与三星电子和SK海力士积极合作的TEMC公司,其主要产品是半导体工艺中使用的氖(Ne)、氙(Xe)、氪(Kr)等稀有气体和蚀刻用特种气体。这些稀有气体的主要来源是中国、美国、俄罗斯和乌克兰,TEMC从各国进口气体原料,进行精炼,供应给三星电子、SK海力士和台积电。
近年来,半导体专用气体生产商TEMC稀有气体相关的销售额出现了爆炸式增长,
晶圆代工厂,纷纷行动
除了三星电子和SK海力士的纷纷布局外,晶圆厂则以实际行动“先下手为强”。
早在2022年,就有消息透露,台积电正在与多家气体供应商合作,在三到五年内探索在中国台湾本地生产氖气。
当时报道指出,台积电正在评估供应链风险,并制定了大约未来五年的连续性计划,以确保能够采购2000多种芯片制造所需的材料和化学品,以满足建厂和扩充产能计划。
但台积电信息技术、材料管理和风险管理高级副总裁JK Lin强调,虽然增加本地采购很重要,但该战略也有局限性。半导体仍然是一个非常全球化的行业,全球合作至关重要,没有人可以完全靠自己和本地制造任何东西。
值得注意的是,全球主要的半导体生产商都开始寻求稀有气体自产或本地化供应的厂商。
据台湾经济日报报道,台积电、联电、南亚科均透露已增加关键气体备货量,同时提高供应商多样性,短期可避开地缘事件影响。
其中,联电已与氖气供应商泰实科技签订长约,提前锁定产能、锁定价格,联电也是首家提前以下手保证关键气体供应的晶圆代工厂。
存储大厂美光也声明称,氖气供应可能中断的风险令半导体行业感到担忧。不过美光表示,公司在惰性气体的采购上已多元化,主要来自欧盟、美国和亚洲等各地供应商。此外,公司还保持了适当的惰性气体库存,并与主要供应商签订了多项长期供应协议。
可见,目前大部分晶圆厂都已经部署了双重气体供应来源,或在探寻氖气回收技术等新路径,来保障成本和供应链的稳定。
事实上,两大光刻机光源供应商Cymer和Gigaphoton,早在2014、2015年的氖气紧缺阶段后,就针对性优化了其产品中氖气使用效率,乃至开发氖气回收循环利用技术。
以Cymer为例,该公司通过其GLX解决方案,通过硬件、材料乃至信号处理与气体控制算法的整合优化,声称可较未优化的光源节约40%以上氖气消耗,而其回收装置则是依托高精度气体分析仪,在废气中过滤去除杂质,将混合光刻气重新恢复至半导体级纯度,据称可进一步减少90%以上的氖气消耗,随着氖气供应形势持续紧张,下游厂商或将有更高意愿承担相应解决方案的设备改造成本。
综合来看,氖气回收技术旨在稳定氖气价格、确保供应链稳定和可靠性、减少碳足迹,以应对全球供应波动对半导体产业带来的潜在影响。
国产半导体材料,迎来新机遇
通常来看,电子特气存在技术壁垒,对气体纯度,混合气体配比精度等具有极高要求,导致很多厂商不会轻易更换电子特气供应商。
但从另一个角度来看,俄乌局势下,全球产业的多米诺骨牌被推倒,氖气供应风险已越来越不容忽视,新的产业生态正在重建。
氖气供应链的潜在风险,对“近水楼台”的国内半导体产业界而言,也是一个难得的发展机遇。
近年来受国际局势影响,日本、韩国以及东南亚厂商加大了从中国半导体进口量,许多特气厂商销售大涨。对于国内电子特气行业来说,这或许是历史赋予的机遇。
但在半导体电子特气领域,目前我国国产化率不高。据民生证券数据,目前集成电路领域电子特气的国产率在15%-20%,相较于2018年10%左右已经实现较大增长,但整体国产化进程仍处于初期阶段,未来还有很长的路要走。
但经过氖气危机的洗礼后,必将加速国内企业的成长步伐。
因为在此形势下,行业整体环境正发生变化,有能力提供半导体级氖气的本土厂商,将获得进入下游客户供应链的理想机会。在此之前,国内厂商的市场拓展则往往受限于漫长严苛的导入验证过程,以及各大海外特气巨头构筑的牢固商务壁垒。相较于以前国内气体企业缺少认证量产的机会,现在下游晶圆厂积极配合客户端的认证,推动特气国产化。
与此同时,本土晶圆厂扩产也给上游材料企业带来了历史性机遇。部分国产特气企业陆续突破了关键技术,开始逐步进入主流客户供应链。
曾几何时,技术研发和产品导入是摆在所有国产电子气体企业面前的两座大山。而如今,随着供应链不确定性增加,国产化进程加速,国产半导体材料企业有望实现突围。
未来,能否利用技术优势成功挤进下游供应链,成为本土企业真正在市场站稳脚跟的关键。