日本人還沒封死的光刻膠，我們已經(jīng)火燒眉毛了！
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7月23日起，日本針對尖端半導(dǎo)體制造設(shè)備出口的限制措施正式生效。
這一次共有6大類23種設(shè)備被納入出口限制，覆蓋了芯片光刻、刻蝕、檢測各個環(huán)節(jié)。
如果這些設(shè)備要想出口，就得向日本政府申請出口許可證，獲批以后才能出口到特定國家和地區(qū)。
這一次日本人的出口限制針對的都是設(shè)備，沒有在半導(dǎo)體材料方面動心思，比如這幾年大家一直擔(dān)心的光刻膠，就是日本壟斷的一大強(qiáng)項。
但他們真的沒動這個歪心眼嗎？顯然不是。
就在最近，日本產(chǎn)業(yè)革新投資機(jī)構(gòu)（JIC）同意要收購全球最大的日本光刻膠巨頭JSR，它擁有全球3成左右的光刻膠市場份額。
收購價接近1萬億日元（9093億日元），約合464億人民幣。 而這家投資機(jī)構(gòu)的背后，就是日本政府。 翻譯一下，日本人要把全球第一的光刻膠企業(yè)進(jìn)行“國有化”。 有人猜想，未來日本政府甚至有可能逐一收購半導(dǎo)體材料企業(yè)，把它變成一個大型集團(tuán)。 而國有化以后，你認(rèn)為日本人還能給中國進(jìn)口日本光刻膠留下多大的機(jī)會窗口呢？ 這個東西，產(chǎn)值不算大，也就占全球半導(dǎo)體市場規(guī)模的1%，卻對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。 三星集團(tuán)的CEO就曾表示:“如果光刻機(jī)缺少了光刻膠，那么光刻機(jī)就是一堆廢鐵。”全世界的光刻膠，前五占了80%左右的份額，除了一家美國企業(yè)羅門哈斯，剩下四家全是日本企業(yè)。
現(xiàn)在10nm制程以下的光刻膠，基本上只有日企能夠生產(chǎn)。
在半導(dǎo)體材料方面，前段工序常用的材料一共19種，其中14種都由日本企業(yè)主導(dǎo)。
而在集成電路當(dāng)中，光刻工藝是最核心、最重要的加工環(huán)節(jié)，耗時達(dá)到整個芯片工藝的40%~50%。 光刻膠又是光刻工藝中最為核心的材料之一，它的純度、質(zhì)量都直接決定芯片的良率。 雖然現(xiàn)在日本人還沒卡死光刻膠出口，但我們必須得加緊國產(chǎn)化的研制。為啥呢？ 因為光刻膠儲存難度很大，保質(zhì)期只有6個月。 你光刻機(jī)被卡了，還能淘個二手貨拉過來湊活用。光刻膠被卡了，那就只有干瞪眼的份兒了。 不管是哪個國家的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，光刻膠一旦被人斷供，那斷供方可真是四兩撥千斤，打蛇打七寸。2019年日本跟韓國翻臉，日本人不準(zhǔn)給韓國出口光刻膠。 結(jié)果三星半導(dǎo)體第一代3納米制程的芯片良率只有10%~20%，其中一個重要原因就是三星這次用上的光刻膠材料純度不夠。 這一下倒是把韓國人給逼出來了，到2022年12月，三星宣布，韓國的東進(jìn)半導(dǎo)體研發(fā)的EUV光刻膠成功應(yīng)用到芯片生產(chǎn)線上了，東進(jìn)也是第一家把EUV光刻膠本土化到量產(chǎn)水平的韓國公司。
說了這么多，光刻膠到底是干嘛用的呢？它的作用就是“轉(zhuǎn)移圖形”。好比說你要往墻上刷標(biāo)語，于是你事先用報紙剪好了窟窿，往墻上一貼，再拿油漆一噴，報紙揭下來就大功告成了。 
現(xiàn)在半導(dǎo)體硅片就是墻，掩膜就是報紙，光線就是油漆，那么光刻膠就是墻體表面（刷的這層白色底漆）。經(jīng)過曝光、前烘、顯影、刻蝕等一系列步驟，就能把想要的電路圖案轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶圓上了。
熟悉“國產(chǎn)替代”這個話題的朋友都清楚，咱們國家替代啥都是從低端到高端，一步步慢慢來的。 光刻膠也一樣。
除了半導(dǎo)體集成電路，其實印刷電路板（PCB），還有顯示面板產(chǎn)業(yè)，都需要用光刻膠，而且市場規(guī)模分布比較均勻。
這兩類比半導(dǎo)體要容易一些，國產(chǎn)化率也高一點。 而在半導(dǎo)體光刻膠內(nèi)部，又可以分出三六九等。 不同制程的光刻機(jī)，對應(yīng)著不同波長的光線，對應(yīng)著就得使用不同種類的光刻膠。
比如大家最關(guān)心的EUV光刻機(jī)，最先進(jìn)，用于7納米以下支撐，極紫外光的波長小于13.5納米，就得用EUV光刻膠。 稍微容易一點，DUV光刻機(jī)，用的是深紫外光，波長193納米，得用ArF光刻膠（或者ArFi光刻膠），也可以簡稱“A膠”。再容易一點，制程都不是納米，到了微米級別了，光的波長248納米，得用KrF光刻膠，或者叫“K膠”。 相對來說最容易的，就是g線和i線的光刻膠，波長436納米和365納米。 價格上大致來說，g線/i線光刻膠2~3萬元/瓶，K膠4~5萬元/瓶，A膠6~8萬元/瓶，EUV光刻膠10~20萬元/瓶。國產(chǎn)替代的過程就是從易到難的，現(xiàn)在g線和i線的光刻膠市場都有點飽和了，國產(chǎn)化率也比較高。國產(chǎn)替代剛剛走到了K膠和A膠的這一步，而且國產(chǎn)化率極低。
國內(nèi)企業(yè)量產(chǎn)EUV光刻膠這件事，國內(nèi)企業(yè)幾乎連門都還沒摸到。
或者換句話說，幾乎我們所有人的智能手機(jī)，都是用進(jìn)口光刻膠制成的手機(jī)芯片。 具體的壁壘在于：高端光刻膠需要嚴(yán)格控制金屬雜質(zhì)含量，但國內(nèi)精細(xì)化工方面水平不足，金屬雜質(zhì)含量比要求的大好幾個數(shù)量級。 另外高端光刻膠生產(chǎn)時要用到反應(yīng)釜，反應(yīng)釜需要鍍膜，防止金屬離子析出，但國內(nèi)工藝水平較低，相關(guān)設(shè)備就得從國外進(jìn)口。而且由于這個市場太小，國內(nèi)企業(yè)對研發(fā)反應(yīng)釜鍍膜技術(shù)的意愿不強(qiáng)烈。 另外就是上游的材料，比如A膠用的溶劑，就得從國外進(jìn)口。 本土企業(yè)提供的絕大多數(shù)光刻膠都用在了PCB上，半導(dǎo)體光刻膠本就很少，高端產(chǎn)品自然更少了。
不過好在整個半導(dǎo)體光刻膠市場中，EUV只占到1%，真正的大頭還在A膠和K膠，合計占了82%，這也是我們現(xiàn)階段努力攻破的重點。
數(shù)據(jù)來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，果殼硬科技制圖比如A膠，主要用在130納米到7納米制程的多重曝光過程中，所以需求量是普通光刻膠的2~4倍。而日本人要國有化的JSR這一家企業(yè)，就占據(jù)了全球A膠39%的市場。 所以有時候看到大家挺激動的，我的心情也比較復(fù)雜。 比如最近這條新聞：
激動歸激動，作為酷玩的粉絲，你可以進(jìn)一步追問： 如果某某芯片是國產(chǎn)的，那么做芯片的設(shè)備有多少是國產(chǎn)的？設(shè)備當(dāng)中的零部件有多少是國產(chǎn)的？零部件當(dāng)中要用的原材料，又有多少是國產(chǎn)的？ 制造過程中要用的各種材料（比如光刻膠）有多少是國產(chǎn)的？制造這些材料過程中用到的原料，又有多少是國產(chǎn)的？咱們不是說最后必須全盤100%國產(chǎn)化，必須“眼睛里不揉沙子”。但是咱們應(yīng)該關(guān)注，有哪些東西，中國人造不出來是很危險的，你得給自己準(zhǔn)備好Plan B。 因為卡脖子問題不是只發(fā)生在你手機(jī)里的那一枚芯片上。 
中國半導(dǎo)體材料的自給率只有10%~15%。 卡脖子的問題十分嚴(yán)峻，它可能發(fā)生在這條芯片供應(yīng)鏈上下游任何一個你聞所未聞的環(huán)節(jié)當(dāng)中。 現(xiàn)在在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域，中國有幾家企業(yè)已經(jīng)跑在了前頭，但無論是營收規(guī)模，還是產(chǎn)品對應(yīng)制程的先進(jìn)程度，都還稱不上是“巨頭”和“龍頭”，大家可以長期關(guān)注他們的發(fā)展進(jìn)程。 比如“南大光電”，這是一家南京大學(xué)的校辦企業(yè)，他們一開始并不是做光刻膠的。 十幾年前，南大光電承接了一個國家攻關(guān)項目，做高純砷烷和磷烷的產(chǎn)業(yè)化，這是兩種在航天和國防領(lǐng)域重要的電子材料，長期被西方壟斷。 結(jié)果南大光電做成了，現(xiàn)在砷烷產(chǎn)量是世界第一，磷烷世界第二。因為這個項目的成功，國家有意再給他們“壓擔(dān)子”，把光刻膠的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化交給了南大光電來做。 當(dāng)時有股東擔(dān)心這個項目風(fēng)險太大，給公司帶來損失，但是南京大學(xué)作為南大光電的大股東，校領(lǐng)導(dǎo)做出了指示： 南大的使命就是要攻克世界級難題，完全支持公司去承擔(dān)先進(jìn)光刻膠項目。 為了爭取領(lǐng)導(dǎo)專家對這個項目的支持，南大光電的技術(shù)總監(jiān)許從應(yīng)把自己所有家產(chǎn)投入到這個項目中。 
到2020年12月底，南大光電成功研發(fā)出我國自主開發(fā)的第一款A(yù)rF光刻膠，并通過客戶驗證。
據(jù)悉南大光電已經(jīng)向中芯國際批量供應(yīng)55納米與28納米A膠，每個月700~800瓶，還有1款14納米A膠尚處于中試階段，一個月50~100瓶。 在研發(fā)光刻膠的過程中，南大光電離不開國家的大力支持。當(dāng)年有一個“02專項”，說的就是《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》16個重大專項，其中第2項“極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝”項目，里面就包含光刻膠的攻關(guān)項目。
因為半導(dǎo)體材料客戶認(rèn)證過程漫長，中間也容易出問題，再加上材料價格對集成電路產(chǎn)品成本影響不大，所以很多半導(dǎo)體下游企業(yè)不愿意主動更換材料新品進(jìn)行試用。 但是這樣的話，國產(chǎn)化的光刻膠搞出來也會被束之高閣，無人問津。 02專項就針對這個痛點，要求1家公司承擔(dān)研發(fā)光刻膠的任務(wù)，另一家芯片廠就要承接、評測光刻膠，有購買國產(chǎn)光刻膠的義務(wù)。 也就是說承接了02專項以后，南大光電對應(yīng)出貨的光刻膠專供02專項的客戶。
為了更好地把控光刻膠產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，南大光電用到的一些主要原材料是自己開發(fā)生產(chǎn)的。 其實光刻膠行業(yè)也越來越重視上下游“垂直一體化”的水平，也就是光刻膠企業(yè)在多大程度上能自己搞定上游的原材料。 目前徐州博康就是國內(nèi)唯一一家能夠完全實現(xiàn)上游材料國產(chǎn)化的公司，也是最受華為青睞的光刻膠公司。 創(chuàng)始人傅志偉也是南大出身，學(xué)的是生物制藥，原本在一家上市的醫(yī)藥企業(yè)工作。 
后來在客服記錄查詢單中，他偶然發(fā)現(xiàn)了一個頻繁出現(xiàn)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，來自日本，后來才知道這種東西叫光刻膠，是電子化學(xué)品。 他想在公司內(nèi)部立項研發(fā)，但被否決了，于是2004年他決定自己創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)辦了博康。 當(dāng)時資金緊張，實驗室建在上海的染料廠里面，實驗臺貼的都是白瓷磚，日本團(tuán)隊來考察，以為他們是騙子。 他還有過一段非常屈辱的經(jīng)歷—— 當(dāng)時博康和一家光刻膠企業(yè)到國際頂級晶圓廠拜訪，博康是這家光刻膠企業(yè)的上游供應(yīng)商。但對方跟晶圓廠面談的時候，要求博康的人出去，遇到不懂的問題再叫他們進(jìn)來。 “甚至我們剛一踏入會議室，他們就立即拔掉U盤。” 經(jīng)過8年的艱苦研發(fā)，數(shù)千批次的反應(yīng)試驗，他們成功實現(xiàn)了193納米光刻膠單體研發(fā)和規(guī)模化生產(chǎn)，在上游材料方面，至今已成功開發(fā)出50多款半導(dǎo)體光刻膠樹脂。
2022年以來徐州博康有多款高端光刻膠產(chǎn)品獲得了國內(nèi)12寸晶圓廠的相關(guān)訂單，其中ArFi光刻膠已經(jīng)適用于28-45nm制程。 華為哈勃2021年投資了這家企業(yè)，除此之外還有幾十家著名的風(fēng)投機(jī)構(gòu)也是博康的投資方。 華為哈勃的投資從側(cè)面證明了，這不是一場純粹的財務(wù)投資，而是要讓博康融入華為的整個供應(yīng)鏈生產(chǎn)體系當(dāng)中。 除了南大光電和徐州博康以外，還有多家國內(nèi)光刻膠企業(yè)在半導(dǎo)體領(lǐng)域用量最大的K膠、A膠方面取得了階段性突破。 也確實有一部分光刻膠企業(yè)同博康一樣，（創(chuàng)始人）曾經(jīng)從事過醫(yī)藥行業(yè)，因為光刻膠的結(jié)構(gòu)與聚苯乙烯的結(jié)構(gòu)比較相似，而且醫(yī)藥工作者對化學(xué)合成分解方面的知識有一定積累。 因為這個東西難就難在配方上，為了成功研制出一款半導(dǎo)體光刻膠，往往需要幾千次配方試驗，什么樹脂配什么光引發(fā)劑配什么溶劑，每種原料各放多少。
僅僅樹脂這一項，就需要光刻膠廠商和樹脂廠商通力配合，明確樹脂的結(jié)構(gòu)、分子量、范圍，提出合成路線與合成技術(shù)。如果廠商缺乏經(jīng)驗，就要反復(fù)嘗試各種分子量和范圍種類，開發(fā)速度就會慢。
有點類似于中國人做菜。 一道西紅柿炒雞蛋，每家每戶做出來味道都不一樣。 雞蛋、西紅柿的來源不一，而且放不放鹽、放不放醬油、放不放糖，風(fēng)味都不同。 在菜譜上你只能看到兩種描述：“少許”和“適量”，剩下您自己琢磨去。 
有中國做光刻膠的企業(yè)試圖通過挖海外光刻膠人才來破解配方奧秘。 但其實大家的防守反擊狀態(tài)都差不多——全公司只有最高層的那么幾個人知道全部配方，這些人你挖不走；剩下的兵，每個人最多只知道一部分配方。 不同制程的光刻膠之所以配方不同，最重要的是要在三個指標(biāo)上實現(xiàn)相應(yīng)制程的目標(biāo)：分辨率、粗糙度和光敏性。
所謂分辨率，就是光刻膠可以得到的最小圖案尺寸。 光敏性就是光刻膠形成圖形所需的最小能量。 粗糙度就是光刻圖案邊緣的粗糙程度。 一般來說，這三個參數(shù)就像個“三角形”，你只能做到兩方面最優(yōu)。 就像小朋友描線畫一樣，要描的圖案越小，邊緣描得越精細(xì)，就要耗費更多的精力和運筆的力道。
不管大家在光刻膠領(lǐng)域看到多么復(fù)雜的分子式、用了什么沒聽說過的化學(xué)物質(zhì)，最核心的就是希望光刻膠能在這三方面達(dá)到理想的目標(biāo)。 當(dāng)然，作為一種復(fù)雜的半導(dǎo)體材料，它還有很多其他的參數(shù)指標(biāo)也要滿足一定要求。
即便你搞出了配方，即便你做出了所謂“國產(chǎn)替代”的光刻膠，從客戶驗證到走向量產(chǎn)的周期也長達(dá)2~3年。 一般來說，如果想在半導(dǎo)體晶圓廠替換掉國外的1款光刻膠，先要把光刻膠的性能參數(shù)發(fā)給晶圓廠，他們跟國外光刻膠做對比，如果性能完全相同，進(jìn)入下一步評測階段，制作實驗片，再向他們的下游客戶申請?zhí)鎿Q。 客戶關(guān)心的是產(chǎn)品良率，如果良率符合要求，可以進(jìn)行替換。
然后進(jìn)行小批量量產(chǎn)，在一個產(chǎn)品上替換，比如小于10片，測試0.5年，觀察產(chǎn)品穩(wěn)定性，如果穩(wěn)定性良好，那么漸漸放量。 一款高端光刻膠，客戶提出替換需求到評測通過，可能要一年半。 評測通過了，從客戶同意到替換規(guī)模漸漸擴(kuò)大，需要三年左右。 所以請大家重新理解一下“國產(chǎn)替代”。 它不是某一個時間點，不是誰發(fā)個新聞稿，某公司做出來一款東西，就叫“國產(chǎn)替代”了。 對于某些關(guān)鍵產(chǎn)品來說，它可能是一個長達(dá)數(shù)年的進(jìn)行時。 而且說實話，很多老晶圓廠替換光刻膠的意愿未必很強(qiáng)烈，倒是一些新建的晶圓廠更容易接受光刻膠新品的推薦和試用。 另外一些終端客戶要求供應(yīng)商雙軌制，就得選至少一家國產(chǎn)供應(yīng)商作為備選，也給國產(chǎn)光刻膠企業(yè)帶來了新的機(jī)遇。 一般來說，我們說一個東西實現(xiàn)“國產(chǎn)替代”了，一大優(yōu)勢是能比進(jìn)口的東西便宜。 但在光刻膠領(lǐng)域，說實話，下游芯片廠商最在乎的真的不是成本，光刻膠成本可能只占到芯片總成本的6%。
關(guān)鍵是東西得穩(wěn)定使用，不出事兒。省那點錢如果換來更低劣的芯片質(zhì)量和良率，他們是一定不會妥協(xié)的。 如果說先進(jìn)制程的光刻機(jī)是半導(dǎo)體在設(shè)備領(lǐng)域最難突破的“國王”，那么先進(jìn)制程的光刻膠就是半導(dǎo)體在材料領(lǐng)域最難突破的“王后”。 除了材料、配方技術(shù)突破以外，還有很多現(xiàn)實因素摻雜其中。 全世界掌握最多光刻膠技術(shù)專利的，就是日本、美國和韓國這三大半導(dǎo)體國家，中國只能排在第四位。
我們不僅占比低，而且有很多做光刻膠的企業(yè)，光刻膠也并不是他們的主營業(yè)務(wù)。 因為這塊蛋糕太小了，這幾年半導(dǎo)體這么蓬勃發(fā)展，全中國光刻膠也就是100億人民幣左右的市場規(guī)模，其中半導(dǎo)體光刻膠只有30多億的規(guī)模。
像中芯國際這么大的廠子，一年光刻膠采購額也就4~5個億。 而且干這行要擔(dān)的風(fēng)險跟要花的錢、跟能掙的錢都不成正比。 為了做光刻膠，你得買光刻機(jī)啊。 先進(jìn)制程的光刻機(jī)，要么買不到，要么死貴死貴的。 以晶瑞電材為例，為了一個A膠的研發(fā)項目，買光刻機(jī)要花1.5億元，相當(dāng)于他們2020年凈利潤0.8億元的兩倍。 而且一旦下游客戶用你的光刻膠出了問題，那是要巨額索賠的。 2019年臺積電曾因光刻膠受到光阻原料污染導(dǎo)致上萬片12英寸晶圓報廢，直接損失達(dá)5.5億美元。有的天價索賠會讓光刻膠企業(yè)傾家蕩產(chǎn)。 所以這個行業(yè)，從商業(yè)角度來說，真不算什么“好生意”： 市場小，頭部集中壟斷、下游客戶面窄、技術(shù)門檻高、研發(fā)投入大、失敗風(fēng)險高、驗證周期長……現(xiàn)在還得再加一條：地緣政治風(fēng)險高。
好在一些國產(chǎn)光刻膠廠商，一邊在研發(fā)高端光刻膠產(chǎn)品，另一邊在拿中低端或其他產(chǎn)業(yè)的光刻膠產(chǎn)品營收支撐這些研發(fā)。 比如容大感光，最早是做PCB光刻膠的，第二步做的是顯示面板光刻膠，第三步才進(jìn)軍半導(dǎo)體光刻膠，是國內(nèi)為數(shù)不多的覆蓋三大類光刻膠產(chǎn)品的企業(yè)。 現(xiàn)在國內(nèi)幾家頭部液晶面板企業(yè)，比如京東方、華星光電、深天馬，都在使用或測試容大感光的產(chǎn)品。 在半導(dǎo)體光刻膠方面，他們與北京師范大學(xué)和中科院長春應(yīng)化所黃埔先進(jìn)材料研究院展開產(chǎn)學(xué)研合作。 資本積累、技術(shù)積累、客戶積累，要一步步地來。 包括南大光電都是這樣，他們在年報中都不列出“光刻膠”產(chǎn)品的營收，只把它列入了“其他”的范圍，合計占比只有10%左右。
我們現(xiàn)在還處在一個“高筑墻、廣積糧、緩稱王”的階段。 在更上游，生產(chǎn)光刻膠的原材料方面，中國也有企業(yè)在行動。 圣泉、強(qiáng)力新材等在逐步布局光刻膠樹脂。 強(qiáng)力新材、久日新材等企業(yè)也具備光刻膠引發(fā)劑量產(chǎn)能力 生產(chǎn)溶劑的企業(yè)就更多了，因為溶劑主要是PGMEA（1,2-丙二醇甲醚乙酸酯），國內(nèi)自給率較高。
經(jīng)過多年技術(shù)積累，國內(nèi)已經(jīng)形成一定光刻膠用電子化學(xué)品產(chǎn)能，相關(guān)公司的市場份額逐步提升，國產(chǎn)替代正持續(xù)進(jìn)行。 我們面對的海外競爭是非常激烈的，我們不僅要加速跑，還要跑得比外國對手更快才行。 比如上個月，東進(jìn)世美肯就宣布正在開發(fā)2nm半導(dǎo)體工藝核心材料High NA光刻膠。 而臺積電也在從5納米、4納米的制程邁向3納米制程的過程中。 他們在5納米制程中已經(jīng)用到了多達(dá)14層的EUV光刻，3納米制程對EUV光刻的需求量只會更多，要求也只會更高。
有些產(chǎn)業(yè)就是這樣，保障它的供應(yīng)安全，比用它本身能掙到多少錢更重要，我們必須把它放到整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中去考量，而不能只把它看做一個百來億規(guī)模的“小產(chǎn)業(yè)”。會不會做，是有和無的問題。高端低端，是優(yōu)和劣的問題。產(chǎn)量大小，是多和少的問題。因為國際形勢的復(fù)雜嚴(yán)峻，今天的中國光刻膠產(chǎn)業(yè)，必須同時去努力解決這三方面的問題。我們需要像重視光刻機(jī)一樣重視光刻膠。來源：科工力量
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