芯片封鎖升級，國內的光刻膠夠不夠用？

撰文 | 古 芯

編輯 | 李信馬

題圖 | IC Photo

國內半導體行業的壓力更大瞭。

5月23日，日本經濟產業省發佈出口貿易管制令征求意見稿結果，明確對6大類23項半導體設備限制出口，具體為3項清洗設備、11項成膜設備、1項熱處理設備、4項曝光設備、3項蝕刻設備、1項測試設備。

相較於3月31日的征求意見稿，正式版的限制范圍基本一致，較多細節和技術參數限制更為明確，適用范圍包括中國在內的160多個國傢及地區，但美國、韓國、新加坡等40餘個國傢獲得豁免，正式實施日期為7月23日。

對此，我國商務部新聞發言人公開表態，日本政府正式出臺針對23種半導體制造設備的出口管制措施，這是對出口管制措施的濫用，是對自由貿易和國際經貿規則的嚴重背離，中方對此堅決反對。

日本此次禁運的23種半導體設備中，中微公司生產的5nm制程光刻機已經進入臺積電生產鏈，熱處理、前道塗膠顯影設備、清洗、檢測等設備均有企業推出符合市場要求的產品，唯獨國產高端光刻膠屬於空白領域，在此背景下，國產半導體產業鏈正謀求合力突破高端光刻膠封鎖。

01 光刻膠市場格局

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生變化的耐蝕劑刻薄膜材料。

據國際半導體產業協會（SEMI）數據顯示，光刻膠市場占到晶圓制造材料總市場份額的7%左右，雖然在半導體產業鏈中占比較小，但光刻膠貫穿半導體光刻工藝中塗膠、曝光+顯影、刻蝕、清洗等主要流程，所以光刻膠的質量直接決定瞭半導體產品的質量。

而且伴隨半導體制程的提升，光刻膠需要經受更多的刻蝕次數。65nm制程的刻蝕次數是20次，而5nm制程刻蝕次數增加至160次，復雜度提升瞭8倍，因此也對高端光刻膠的研制提出更高要求。2019年一季度，中國臺積電就曾因為光刻膠質量問題導致10萬片晶圓報廢。

根據顯影原理，光刻膠可分為負性光刻膠和正性光刻膠。在實際生產中，正性光刻膠的應用更為廣泛。根據應用場景不同，光刻膠可分為印制電路板（PCB）光刻膠、顯示面板（LCD）光刻膠及半導體光刻膠等，廣泛用於信息通訊、顯示、新能源等多個領域。

現階段，全球光刻膠市場被5傢日本企業壟斷，分別JSR、東京應化、信越化學、住友化學、富士膠片，累計占據90%的市場份額，尤其是高端光刻膠市場，日本處於絕對壟斷地位。韓國雖然近兩年有所突破，但是依舊需要大量進口日本高端光刻膠以滿足生產需求。

日本企業壟斷光刻膠市場有兩個主要原因，一是日本手握全球7成以上的光刻膠專利，二是因為起步早，日本具有完整的光刻膠生產鏈。

國產光刻膠起步較晚，專利儲備量僅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，國內企業研制高端光刻膠時需要反復試驗配方比例，從而影響產品質量及其穩定性。目前國產光刻膠企業，主要集中在技術壁壘較低的PCB光刻膠和LCD光刻膠，國產PCB光刻膠份額占比為63%，高端幹膜光刻膠主要以進口為主；LCD光刻膠市場方面，彩色和黑色光刻膠市場國產化率較低，僅為6.36%、13.08%左右，觸控屏光刻膠逐步實現國產化替代，國產化率在30%-40%左右。

在半導體光刻膠領域，28nm以上成熟制程半導體所需的光刻膠國產化率較高，7nm-28nm先進制程半導體光刻膠領域有所突破，但尚不足以自給，7nm及更先進制程光刻膠處於空白階段。

成熟制程半導體方面，上海新陽、徐州博康、北京科華三傢公司佈局較為完善，覆蓋G/I線、KrF、ArF四種產品，可滿足65nm以上制程半導體制造，除上述三傢企業外，東材科技、廣信材料、強力新材等企業也在上述領域有所佈局。

國內可以生產28nm及以上制程半導體高端光刻膠的企業，目前僅有上海新陽、徐州博康兩傢，北京科華正在發力攻克ArFi光刻膠。對比目前大陸晶圓代工廠的實際需求，光刻膠研發進程已經明顯落後。據中芯國際透露，其14nm制程半導體良率已經可以對標臺積電，且於2020年就為華為代工14nm制程麒麟710A芯片並量產，這意味著大陸廠商已經掌握先進制程半導體加工流程，隻需相關半導體設備實現國產替代，就可生產高端半導體產品。

02 合力突破光刻膠封鎖

由於光刻膠研發需要大量資金投入，為吸引資金，加速國產光刻膠研發進程，國內光刻膠企業近年來愈發抱團，受限制影響最大的華為近年來也在佈局光刻膠領域，與相關企業形成合力，共同突破光刻膠封鎖。

回顧上述公司發展歷程，上海新陽在光刻膠方面的探索源於2016年，自研過程較曲折，於是2017年試圖在韓國設立子公司，從事面板顯示用黑色光刻膠開發，主要出發點在於色漿和顏料分散控制技術都在日韓企業手中，但是進度慢於預期，以至於不得不終止在韓業務。

2021年1月，上海新陽與北方集成電路技術創新中心（北京）有限公司合作搭建光刻膠驗證平臺，該平臺由ArF光刻機（上海新陽負責提供）和塗膠顯影機（北方集成負責提供）組成，用於驗證先進光刻膠。

另一傢研制ArF、ArFi光刻膠的徐州博康，在2020年通過債轉股的形式引入上市企業華懋科技，後者當年買入徐州博康26.2%股權。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，這也是華為在半導體領域單筆最大投資。

2022年以來，徐州博康在光刻膠相關的技術與工藝環節突破不斷，有多款高端光刻膠產品分別獲得瞭國內12寸晶圓廠的相關訂單，其中，ArF-immersion產品已經適用於28-45nm制程。截止2023年3月末，徐州博康及其子公司擁有發明專利60餘項，承擔瞭國傢02專項重點突破EUV光刻膠、國傢產業振興和技術改造項目、江蘇省科技成果轉化等項目，已經實現光刻膠全產業鏈覆蓋。

除完全自主研發外，國內光刻膠企業還聯手韓國，佈局高端光刻膠材料的合成與純化業務。

主營業務為新能源材料的東材科技，2022年順利完成“年產2萬噸MLCC及PCB用高性能聚酯基膜項目”，今年2月公告稱出資5500萬元，與韓國Chemax、種億化學共同簽署投資協議，計劃合資設立成都東凱芯半導體材料有限公司，正式切入高端光刻膠領域。

東材科技還與KIM SUNG JU、KIM DONG JAE、韓國Chemax共同簽署投資協議，擬以自有資金2000萬元人民幣增資入股韓國Chemax，認購其增發股份6000股，占其增資後總股本的9.09%，有望以此為契機，推動高端光刻膠研發進程。

不過值得註意的是，想要證明光刻膠研制成功，必須經過對應制程的光刻機驗證。考慮到現階段購入海外高端光刻機難度極大，國產高端光刻膠研發進程，或許會受限於國產高端光刻機研發進程。

在中國半導體產業鏈內企業共同協同下，相關企業2021年就已經掌握制造光刻機必需的四大件，分別為光源、物鏡、工件臺、EDA配套，其中清華大學和華卓精科合作研發出光刻機雙工作臺已經突破10nm制程，國內企業啟爾機電在浸液控制系統上取得瞭重大突破。

目前我國光刻機國產化率僅為14.29%，但上海微電子此前已經推出90nm整機，正在推進28nm制程光刻機商用。阿斯麥現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，中國自己造出光刻機也不是不可能。”

伴隨著中國半導體企業的不斷努力，高端光刻機、光刻膠實現國產替代指日可待。