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2019年，日本、韓國因歷史遺留問題爆發(fā)了爭端。為了爭取更多談判籌碼，日本向韓國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“痛下殺手”。

當(dāng)年7月，日本方面宣布限制向韓國出口包括含氟聚酰亞胺、光刻膠以及高純度氟化氫在內(nèi)的三項(xiàng)重要半導(dǎo)體及OLED面板原材料。這一舉措，讓包括三星在內(nèi)的韓國半導(dǎo)體企業(yè)遭受沉重打擊。

對(duì)于當(dāng)時(shí)的三星來說，所需要的EUV光刻膠僅有合成橡膠、東京應(yīng)化、信越化學(xué)三家日本企業(yè)能夠量產(chǎn)，光刻膠斷供可能導(dǎo)致整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)鏈癱瘓。經(jīng)過多次斡旋，日韓最終達(dá)成一致，韓國企業(yè)重新獲得了日本企業(yè)的出口，三星的芯片才不受影響。

經(jīng)此一役，三星開始認(rèn)識(shí)到光刻膠的重要性，在韓國開始謀求半導(dǎo)體材料的自主化，尤其是EUV光刻膠的自主生產(chǎn)。兩年多的努力下，在2021年底，韓國東進(jìn)半導(dǎo)體自研產(chǎn)品終于通過三星電子EUV光刻膠可靠性測試，實(shí)現(xiàn)了巨大突破。

日韓EUV光刻膠的競爭，說明了兩件事：

第一，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈自主生產(chǎn)無比困難，連韓國這個(gè)全球第二半導(dǎo)體大國都要陷入“卡脖子”的困境。第二，即使有巨大困難，實(shí)現(xiàn)光刻膠這樣的半導(dǎo)體關(guān)鍵領(lǐng)域自主生產(chǎn)是完全必要的，只有這樣才能最大程度擺脫“卡脖子”的命運(yùn)。

這也是國產(chǎn)光刻膠所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

光刻膠雖小，但在晶圓制造過程中卻有著不可替代的重要作用，甚至已經(jīng)成為中國芯片自主化的關(guān)鍵，有著極為重要的戰(zhàn)略意義和實(shí)際價(jià)值。

／ 01 ／

必須爭奪的6％

2020年，全球光刻膠市場的規(guī)模僅為18．33億美元，對(duì)于行業(yè)規(guī)模超4000億美元的半導(dǎo)體行業(yè)而言，這樣的份額顯得微不足道。

在整個(gè)晶圓制造制造的鏈條中，光刻膠這一環(huán)節(jié)的規(guī)模占比僅為6％，是主要材料中占比僅高于濺射靶材的種類。但就是這小小的6％，卻是我們必須爭奪的6％。

半導(dǎo)體晶圓制造中，光刻環(huán)節(jié)最為關(guān)鍵。它利用光化學(xué)反應(yīng)原理，承擔(dān)著將事先制備在掩模上的圖形轉(zhuǎn)化到晶圓的重要功能。

這個(gè)環(huán)節(jié)上，分辨率和聚焦深度是衡量整個(gè)曝光系統(tǒng)的兩大核心參數(shù)。分辨率決定了晶圓成像的清晰度，這個(gè)參數(shù)主要受光刻機(jī)影響。

而聚焦深度則標(biāo)志著成像質(zhì)量和晶圓表面位置的關(guān)系，只有聚焦深度遠(yuǎn)大于晶圓表面的不平整度，才能保證光刻工藝的良率。這個(gè)參數(shù)則受光刻機(jī)、掩模和光刻膠共同決定。

對(duì)于差之毫厘謬以千里的芯片制造業(yè)來說，這小小的光刻膠決定了芯片的最終質(zhì)量。

實(shí)際上，光刻膠是一類材料的總稱，指的是通過紫外光等光線照射或輻射下，其溶解度發(fā)生變化的耐刻蝕薄膜材料。按下游市場需求，可以分為PCB光刻膠、FPD光刻膠、IC光刻膠三大類。在這里，我們僅討論半導(dǎo)體光刻環(huán)節(jié)所需的IC光刻膠的市場情況。

在全球18．33億美元的光刻膠市場規(guī)模中，細(xì)分市場規(guī)模最大的是用于248nm光刻工藝的KrF光刻膠和用于193nm的ArF／ArFi光刻膠，市場規(guī)模分別為6．12和7．1億美元。

此外，用于435nm及365nm光刻工藝半導(dǎo)體產(chǎn)品的g線／i線光刻膠市場規(guī)模約2．9億美元， EUV光刻膠市場規(guī)模為0．27億美元，市場規(guī)模整體較小。

目前，全球光刻膠市場被日美廠商壟斷，國產(chǎn)化率極低。長期以來，日本合成橡膠、東京應(yīng)化、杜邦、信越化學(xué)、富士電子五大廠商壟斷了85％的市場份額，日本的四家占據(jù)超過70％。在目前EUV光刻膠領(lǐng)域，量產(chǎn)的僅有日本合成橡膠、東京應(yīng)化、信越化學(xué)三家企業(yè)。

基于此，除在低端的G線和I線上有部分光刻膠產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自主量產(chǎn)外，目前國內(nèi)其他光刻膠產(chǎn)品基本完全依賴進(jìn)口。

如果不能有效突破，那么我們的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將會(huì)始終受制于人。

／ 02 ／

一個(gè)遠(yuǎn)甚于筆尖鋼的問題

國內(nèi)光刻膠發(fā)展不起來，有其歷史原因。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，我國起步較晚，光刻膠也是如此。過去幾十年中，全球形成了分工協(xié)同的大格局，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈更是全球分布，這種態(tài)勢下，依賴進(jìn)口并不是大問題。

但時(shí)移世易，當(dāng)貿(mào)易保護(hù)主義抬頭，就連韓國這個(gè)半導(dǎo)體大國都會(huì)受制于此，因此國內(nèi)自研光刻膠更是必然大勢。但目前來看，國產(chǎn)光刻膠仍然任重道遠(yuǎn)。

光刻膠的差距，本質(zhì)上是精細(xì)化工基礎(chǔ)的差距。光刻膠的研發(fā)模式雖然可以理解為一個(gè)不斷進(jìn)行配方調(diào)整的方法學(xué)過程，但在光刻膠成分中，成本占比高達(dá)60％－70％的樹脂依然高度依賴進(jìn)口，光引發(fā)劑也是如此，目前國內(nèi)尚無量產(chǎn)產(chǎn)品。

縱觀國際光刻膠巨頭，信越化學(xué)、東京應(yīng)化和日本合成橡膠本身就是化工行業(yè)全球巨頭，又與三菱化學(xué)、美源商社、住友電木等優(yōu)質(zhì)的化工原料巨頭合作密切。而杜邦本身更是一個(gè)巨無霸，能夠自產(chǎn)光刻膠單體和樹脂聚合。

我國雖是化工大國，但行業(yè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不合理。以合成樹脂為例，低端產(chǎn)品嚴(yán)重過剩，通用性聚乙烯等產(chǎn)品利潤附加值極低；高端產(chǎn)品嚴(yán)重缺乏，電子級(jí)環(huán)氧樹脂、動(dòng)力電池用聚偏氟乙烯隔膜等高端產(chǎn)品大量依賴進(jìn)口。

雖然在過去幾十年間，我們依靠“量”的爆發(fā)，在全球化工市場有了一定影響力，但聚焦高端市場，拼“質(zhì)”的時(shí)候卻無能為力。

從“量”到“質(zhì)”正是我國化工行業(yè)轉(zhuǎn)型的方向。

對(duì)于國內(nèi)光刻膠廠商而言，目前普遍選擇與國際化工巨頭合作來試圖實(shí)現(xiàn)突破。如上海新陽與德國賀利氏合作、北京科華與杜邦戰(zhàn)略合作，其實(shí)更多的是原料供應(yīng)上的合作。

19世紀(jì)初期，人類發(fā)明了鋼筆，并在20世紀(jì)初期引入中國，但直到2017年我們才由太鋼集團(tuán)實(shí)現(xiàn)鋼筆筆尖鋼的自主突破。在鋼筆依賴進(jìn)口的時(shí)候，我們可以用鉛筆、圓珠筆代替，但在光刻膠這件事上，我們沒有第二選擇，必須迎難而上。

因此光刻機(jī)突破，是一個(gè)遠(yuǎn)勝于筆尖鋼的問題。它不僅需要光刻膠企業(yè)的努力，也需要國內(nèi)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)的崛起。

／ 03 ／

漫長自主路

光刻膠本身的配置難度是非常巨大的，這個(gè)過程主要由光刻膠企業(yè)自行研發(fā)，是一項(xiàng)對(duì)資金和技術(shù)實(shí)力都有較高要求的工作。

光刻膠的配置，需要進(jìn)行無數(shù)次調(diào)配，最終追求的是數(shù)十個(gè)參數(shù)評(píng)估的實(shí)際效果。因此，光刻膠企業(yè)同時(shí)需要購置光刻膠、勻膠顯影機(jī)、掃描電鏡、臺(tái)階儀等設(shè)備，以及特種氣體、抗反射涂層等光刻材料，對(duì)資本要求較高。

一般而言，不同的光刻膠涉及到樹脂、光敏劑、溶劑和其他助劑的配比各有差異，并非是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，每家光刻膠廠商產(chǎn)品都各具特色，甚至同一廠商旗下都有多款配比不同、性能不同的光刻膠產(chǎn)品。

正如前面提到的，光刻膠、光刻機(jī)、掩模等共同組成了光刻系統(tǒng)，光刻又是晶圓制造靠前的步驟，更換光刻膠通常會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)。它不僅對(duì)后續(xù)刻蝕或離子注入工藝有直接影響，更重要的是，其影響可能會(huì)在十幾道甚至幾十道工藝以后才會(huì)顯現(xiàn)出來。

這就導(dǎo)致研發(fā)之后，等待光刻膠國產(chǎn)替代的過程仍然漫長。

整體來看，對(duì)晶圓廠來說，更換光刻膠需要投入大量的時(shí)間和金錢。因此，在更換某款光刻膠之前，晶圓廠一般會(huì)進(jìn)行嚴(yán)苛的光刻膠產(chǎn)品的驗(yàn)證及工廠資質(zhì)的驗(yàn)證。

其中光刻膠驗(yàn)證根據(jù)驗(yàn)證階段分為 PRS（光刻膠性能測試）、STR（小試）、MSTR（批量驗(yàn)證）及 Release（通過驗(yàn)證）；工廠（產(chǎn)線） 資質(zhì)驗(yàn)證方面，主要在質(zhì)量體系、供貨穩(wěn)定性、工廠（產(chǎn)線）產(chǎn)能等幾方面進(jìn)行驗(yàn)證。

在工廠（產(chǎn)線）資質(zhì)驗(yàn)證通過以及產(chǎn)品驗(yàn)證通過后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶的正式供貨。這些驗(yàn)證周期通常為 6－24 個(gè)月。

可以說，從研發(fā)，到調(diào)試，再到驗(yàn)證，光刻膠的量產(chǎn)供貨是一個(gè)對(duì)技術(shù)、資本和時(shí)間都有極高要求的過程。想要實(shí)現(xiàn)光刻膠的國產(chǎn)替代，必須考慮到整個(gè)晶圓制造層面的嚴(yán)重對(duì)外依賴，這一過程將更為漫長。

／ 04 ／

KrF光刻膠：國產(chǎn)化的下一個(gè)主戰(zhàn)場

目前來說，國產(chǎn)光刻膠廠商僅在較低端的G線和I線光刻膠上實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)突破。G線和I線光刻膠用量最大，但前面說過，附加值不高，整體市場較小。

根據(jù)晶瑞電材，G線和I線光刻膠國產(chǎn)化率在10％左右，晶瑞電材旗下蘇州瑞紅、容大感光和彤程新材旗下北京科華均有量產(chǎn)，但均未披露相關(guān)半導(dǎo)體光刻膠產(chǎn)品具體營收情況。

這也是光刻膠企業(yè)的真實(shí)現(xiàn)狀。一方面，半導(dǎo)體光刻膠產(chǎn)品市場不大，且國產(chǎn)化率低，企業(yè)往往并不專注于半導(dǎo)體光刻膠這一單一領(lǐng)域。另一方面，想要打入晶圓廠供應(yīng)鏈，往往需要其他配套材料和設(shè)備。因此，目前資本市場上并沒有以半導(dǎo)體光刻膠為主業(yè)的上市公司。

在KrF光刻膠上，目前北京科華和徐州博康實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，上海新陽產(chǎn)品開始獲得訂單，晶瑞電材產(chǎn)品尚在測試階段。

今年以來，北京科華KrF供貨進(jìn)程加快。在2021年前三季度，北京科華半導(dǎo)體光刻膠等業(yè)務(wù)訂單銷售9375．85萬元，同比增長51．6％。半導(dǎo)體用G／I線光刻膠同比增長61．78％，KrF光刻膠產(chǎn)品同比增長226．69％。

而徐州博康光刻膠產(chǎn)品主要為KrF光刻膠，2021年上半年?duì)I收達(dá)到415．89萬元。

值得一提的是，徐州博康主營業(yè)務(wù)即是光刻膠單體。據(jù)其官網(wǎng)介紹，其已實(shí)現(xiàn)從單體、光刻膠專用樹脂、光酸劑及光刻膠的國產(chǎn)化自主可控的供應(yīng)鏈。也正是憑借此項(xiàng)優(yōu)勢，徐州博康在2021年8月獲得華為哈勃3億元投資。

至于ArF和EUV光刻膠，目前國內(nèi)尚無量產(chǎn)產(chǎn)品。在ArF光刻膠上，南大光電、徐州博康、上海新陽、北京科華等光刻膠企業(yè)相關(guān)產(chǎn)品正在研發(fā)、認(rèn)證、測試或小批量生產(chǎn)階段，距離量產(chǎn)還有一段路要走。

以各大光刻膠企業(yè)實(shí)際情況來看，KrF光刻膠有望成為光刻膠國產(chǎn)替代的下一個(gè)主戰(zhàn)場。

這個(gè)市場規(guī)模較大，同時(shí)能夠應(yīng)用于國內(nèi)晶圓廠更為擅長、布局更廣的成熟制程以及3D NAND堆疊架構(gòu)。更重要的是，目前已有多個(gè)廠商實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品量產(chǎn)。從營收數(shù)據(jù)看，在2021年其KrF產(chǎn)品增速有顯著提升趨勢。

可以看到，國產(chǎn)光刻膠企業(yè)已經(jīng)在日美壟斷下打開了一個(gè)突破口，堅(jiān)實(shí)地邁出了第一步。隨著國內(nèi)精細(xì)化工轉(zhuǎn)型加速，光刻膠國產(chǎn)替代將成為必然大勢。

       原文標(biāo)題 : 突破芯片“卡脖子”，國產(chǎn)光刻膠已經(jīng)邁出第一步