芯片封鎖升級(jí)，國(guó)內(nèi)的光刻膠夠不夠用？

撰文 | 古? 芯

編輯 | 李信馬

題圖 | IC Photo

國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的壓力更大了。

5月23日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布出口貿(mào)易管制令征求意見稿結(jié)果，明確對(duì)6大類23項(xiàng)半導(dǎo)體設(shè)備限制出口，具體為3項(xiàng)清洗設(shè)備、11項(xiàng)成膜設(shè)備、1項(xiàng)熱處理設(shè)備、4項(xiàng)曝光設(shè)備、3項(xiàng)蝕刻設(shè)備、1項(xiàng)測(cè)試設(shè)備。

相較于3月31日的征求意見稿，正式版的限制范圍基本一致，較多細(xì)節(jié)和技術(shù)參數(shù)限制更為明確，適用范圍包括中國(guó)在內(nèi)的160多個(gè)國(guó)家及地區(qū)，但美國(guó)、韓國(guó)、新加坡等40余個(gè)國(guó)家獲得豁免，正式實(shí)施日期為7月23日。

對(duì)此，我國(guó)商務(wù)部新聞發(fā)言人公開表態(tài)，日本政府正式出臺(tái)針對(duì)23種半導(dǎo)體制造設(shè)備的出口管制措施，這是對(duì)出口管制措施的濫用，是對(duì)自由貿(mào)易和國(guó)際經(jīng)貿(mào)規(guī)則的嚴(yán)重背離，中方對(duì)此堅(jiān)決反對(duì)。

日本此次禁運(yùn)的23種半導(dǎo)體設(shè)備中，中微公司生產(chǎn)的5nm制程光刻機(jī)已經(jīng)進(jìn)入臺(tái)積電生產(chǎn)鏈，熱處理、前道涂膠顯影設(shè)備、清洗、檢測(cè)等設(shè)備均有企業(yè)推出符合市場(chǎng)要求的產(chǎn)品，唯獨(dú)國(guó)產(chǎn)高端光刻膠屬于空白領(lǐng)域，在此背景下，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈正謀求合力突破高端光刻膠封鎖。

01、光刻膠市場(chǎng)格局

光刻膠又稱光致抗蝕劑，是指通過紫外光、電子束、離子束、X 射線等照射或輻射使其溶解度發(fā)生變化的耐蝕劑刻薄膜材料。

據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SEMI）數(shù)據(jù)顯示，光刻膠市場(chǎng)占到晶圓制造材料總市場(chǎng)份額的7%左右，雖然在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中占比較小，但光刻膠貫穿半導(dǎo)體光刻工藝中涂膠、曝光+顯影、刻蝕、清洗等主要流程，所以光刻膠的質(zhì)量直接決定了半導(dǎo)體產(chǎn)品的質(zhì)量。

而且伴隨半導(dǎo)體制程的提升，光刻膠需要經(jīng)受更多的刻蝕次數(shù)。65nm制程的刻蝕次數(shù)是20次，而5nm制程刻蝕次數(shù)增加至160次，復(fù)雜度提升了8倍，因此也對(duì)高端光刻膠的研制提出更高要求。2019年一季度，中國(guó)臺(tái)積電就曾因?yàn)楣饪棠z質(zhì)量問題導(dǎo)致10萬片晶圓報(bào)廢。

根據(jù)顯影原理，光刻膠可分為負(fù)性光刻膠和正性光刻膠。在實(shí)際生產(chǎn)中，正性光刻膠的應(yīng)用更為廣泛。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，光刻膠可分為印制電路板（PCB）光刻膠、顯示面板（LCD）光刻膠及半導(dǎo)體光刻膠等，廣泛用于信息通訊、顯示、新能源等多個(gè)領(lǐng)域。

現(xiàn)階段，全球光刻膠市場(chǎng)被5家日本企業(yè)壟斷，分別JSR、東京應(yīng)化、信越化學(xué)、住友化學(xué)、富士膠片，累計(jì)占據(jù)90%的市場(chǎng)份額，尤其是高端光刻膠市場(chǎng)，日本處于絕對(duì)壟斷地位。韓國(guó)雖然近兩年有所突破，但是依舊需要大量進(jìn)口日本高端光刻膠以滿足生產(chǎn)需求。

日本企業(yè)壟斷光刻膠市場(chǎng)有兩個(gè)主要原因，一是日本手握全球7成以上的光刻膠專利，二是因?yàn)槠鸩皆?，日本具有完整的光刻膠生產(chǎn)鏈。

國(guó)產(chǎn)光刻膠起步較晚，專利儲(chǔ)備量?jī)H占全球光刻膠專利總量的7%，在無法從外部獲取高端光刻膠專利的情況下，國(guó)內(nèi)企業(yè)研制高端光刻膠時(shí)需要反復(fù)試驗(yàn)配方比例，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量及其穩(wěn)定性。目前國(guó)產(chǎn)光刻膠企業(yè)，主要集中在技術(shù)壁壘較低的PCB光刻膠和LCD光刻膠，國(guó)產(chǎn)PCB光刻膠份額占比為63%，高端干膜光刻膠主要以進(jìn)口為主；LCD光刻膠市場(chǎng)方面，彩色和黑色光刻膠市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化率較低，僅為6.36%、13.08%左右，觸控屏光刻膠逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代，國(guó)產(chǎn)化率在30%-40%左右。

在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域，28nm以上成熟制程半導(dǎo)體所需的光刻膠國(guó)產(chǎn)化率較高，7nm-28nm先進(jìn)制程半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域有所突破，但尚不足以自給，7nm及更先進(jìn)制程光刻膠處于空白階段。

成熟制程半導(dǎo)體方面，上海新陽(yáng)、徐州博康、北京科華三家公司布局較為完善，覆蓋G/I線、KrF、ArF四種產(chǎn)品，可滿足65nm以上制程半導(dǎo)體制造，除上述三家企業(yè)外，東材科技、廣信材料、強(qiáng)力新材等企業(yè)也在上述領(lǐng)域有所布局。

國(guó)內(nèi)可以生產(chǎn)28nm及以上制程半導(dǎo)體高端光刻膠的企業(yè)，目前僅有上海新陽(yáng)、徐州博康兩家，北京科華正在發(fā)力攻克ArFi光刻膠。對(duì)比目前大陸晶圓代工廠的實(shí)際需求，光刻膠研發(fā)進(jìn)程已經(jīng)明顯落后。據(jù)中芯國(guó)際透露，其14nm制程半導(dǎo)體良率已經(jīng)可以對(duì)標(biāo)臺(tái)積電，且于2020年就為華為代工14nm制程麒麟710A芯片并量產(chǎn)，這意味著大陸廠商已經(jīng)掌握先進(jìn)制程半導(dǎo)體加工流程，只需相關(guān)半導(dǎo)體設(shè)備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，就可生產(chǎn)高端半導(dǎo)體產(chǎn)品。

02、合力突破光刻膠封鎖

由于光刻膠研發(fā)需要大量資金投入，為吸引資金，加速國(guó)產(chǎn)光刻膠研發(fā)進(jìn)程，國(guó)內(nèi)光刻膠企業(yè)近年來愈發(fā)抱團(tuán)，受限制影響最大的華為近年來也在布局光刻膠領(lǐng)域，與相關(guān)企業(yè)形成合力，共同突破光刻膠封鎖。

回顧上述公司發(fā)展歷程，上海新陽(yáng)在光刻膠方面的探索源于2016年，自研過程較曲折，于是2017年試圖在韓國(guó)設(shè)立子公司，從事面板顯示用黑色光刻膠開發(fā)，主要出發(fā)點(diǎn)在于色漿和顏料分散控制技術(shù)都在日韓企業(yè)手中，但是進(jìn)度慢于預(yù)期，以至于不得不終止在韓業(yè)務(wù)。

2021年1月，上海新陽(yáng)與北方集成電路技術(shù)創(chuàng)新中心（北京）有限公司合作搭建光刻膠驗(yàn)證平臺(tái)，該平臺(tái)由ArF光刻機(jī)（上海新陽(yáng)負(fù)責(zé)提供）和涂膠顯影機(jī)（北方集成負(fù)責(zé)提供）組成，用于驗(yàn)證先進(jìn)光刻膠。

另一家研制ArF、ArFi光刻膠的徐州博康，在2020年通過債轉(zhuǎn)股的形式引入上市企業(yè)華懋科技，后者當(dāng)年買入徐州博康26.2%股權(quán)。2021年,華為旗下的哈勃投資斥資3億,助力其在光刻膠的研發(fā)，這也是華為在半導(dǎo)體領(lǐng)域單筆最大投資。

2022年以來，徐州博康在光刻膠相關(guān)的技術(shù)與工藝環(huán)節(jié)突破不斷，有多款高端光刻膠產(chǎn)品分別獲得了國(guó)內(nèi)12寸晶圓廠的相關(guān)訂單，其中，ArF-immersion產(chǎn)品已經(jīng)適用于28-45nm制程。截止2023年3月末，徐州博康及其子公司擁有發(fā)明專利60余項(xiàng)，承擔(dān)了國(guó)家02專項(xiàng)重點(diǎn)突破EUV光刻膠、國(guó)家產(chǎn)業(yè)振興和技術(shù)改造項(xiàng)目、江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化等項(xiàng)目，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)光刻膠全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋。

除完全自主研發(fā)外，國(guó)內(nèi)光刻膠企業(yè)還聯(lián)手韓國(guó)，布局高端光刻膠材料的合成與純化業(yè)務(wù)。

主營(yíng)業(yè)務(wù)為新能源材料的東材科技，2022年順利完成“年產(chǎn)2萬噸MLCC及PCB用高性能聚酯基膜項(xiàng)目”，今年2月公告稱出資5500萬元，與韓國(guó)Chemax、種億化學(xué)共同簽署投資協(xié)議，計(jì)劃合資設(shè)立成都東凱芯半導(dǎo)體材料有限公司，正式切入高端光刻膠領(lǐng)域。

東材科技還與KIM SUNG JU、KIM DONG JAE、韓國(guó)Chemax共同簽署投資協(xié)議，擬以自有資金2000萬元人民幣增資入股韓國(guó)Chemax，認(rèn)購(gòu)其增發(fā)股份6000股，占其增資后總股本的9.09%，有望以此為契機(jī)，推動(dòng)高端光刻膠研發(fā)進(jìn)程。

不過值得注意的是，想要證明光刻膠研制成功，必須經(jīng)過對(duì)應(yīng)制程的光刻機(jī)驗(yàn)證?？紤]到現(xiàn)階段購(gòu)入海外高端光刻機(jī)難度極大，國(guó)產(chǎn)高端光刻膠研發(fā)進(jìn)程，或許會(huì)受限于國(guó)產(chǎn)高端光刻機(jī)研發(fā)進(jìn)程。

在中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)企業(yè)共同協(xié)同下，相關(guān)企業(yè)2021年就已經(jīng)掌握制造光刻機(jī)必需的四大件，分別為光源、物鏡、工件臺(tái)、EDA配套，其中清華大學(xué)和華卓精科合作研發(fā)出光刻機(jī)雙工作臺(tái)已經(jīng)突破10nm制程，國(guó)內(nèi)企業(yè)啟爾機(jī)電在浸液控制系統(tǒng)上取得了重大突破。

目前我國(guó)光刻機(jī)國(guó)產(chǎn)化率僅為14.29%，但上海微電子此前已經(jīng)推出90nm整機(jī)，正在推進(jìn)28nm制程光刻機(jī)商用。阿斯麥現(xiàn)任總裁溫克寧曾公開表示，“物理定律在全球各地都是一樣的，中國(guó)自己造出光刻機(jī)也不是不可能?！?/p>

伴隨著中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)的不斷努力，高端光刻機(jī)、光刻膠實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代指日可待。

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