突破芯片“卡脖子”，國產光刻膠已經邁出第一步_風聞

2019年，日本、韓國因歷史遺留問題爆發了爭端。為了爭取更多談判籌碼，日本向韓國半導體產業“痛下殺手”。

當年7月，日本方面宣佈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的三項重要半導體及OLED面板原材料。這一舉措，讓包括三星在內的韓國半導體企業遭受沉重打擊。

對於當時的三星來説，所需要的EUV光刻膠僅有合成橡膠、東京應化、信越化學三家日本企業能夠量產，光刻膠斷供可能導致整個芯片產業鏈癱瘓。經過多次斡旋，日韓最終達成一致，韓國企業重新獲得了日本企業的出口，三星的芯片才不受影響。

經此一役，三星開始認識到光刻膠的重要性，在韓國開始謀求半導體材料的自主化，尤其是EUV光刻膠的自主生產。兩年多的努力下，在2021年底，韓國東進半導體自研產品終於通過三星電子EUV光刻膠可靠性測試，實現了巨大突破。

日韓EUV光刻膠的競爭，説明了兩件事：

第一，在半導體領域，實現全產業鏈自主生產無比困難，連韓國這個全球第二半導體大國都要陷入“卡脖子”的困境。第二，即使有巨大困難，實現光刻膠這樣的半導體關鍵領域自主生產是完全必要的，只有這樣才能最大程度擺脱“卡脖子”的命運。

這也是國產光刻膠所面臨的挑戰和機遇。

光刻膠雖小，但在晶圓製造過程中卻有着不可替代的重要作用，甚至已經成為中國芯片自主化的關鍵，有着極為重要的戰略意義和實際價值。

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必須爭奪的6%

2020年，全球光刻膠市場的規模僅為18.33億美元，對於行業規模超4000億美元的半導體行業而言，這樣的份額顯得微不足道。

在整個晶圓製造製造的鏈條中，光刻膠這一環節的規模佔比僅為6%，是主要材料中佔比僅高於濺射靶材的種類。但就是這小小的6%，卻是我們必須爭奪的6%。

半導體晶圓製造中，光刻環節最為關鍵。它利用光化學反應原理，承擔着將事先製備在掩模上的圖形轉化到晶圓的重要功能。

這個環節上，分辨率和聚焦深度是衡量整個曝光系統的兩大核心參數。分辨率決定了晶圓成像的清晰度，這個參數主要受光刻機影響。

而聚焦深度則標誌着成像質量和晶圓表面位置的關係，只有聚焦深度遠大於晶圓表面的不平整度，才能保證光刻工藝的良率。這個參數則受光刻機、掩模和光刻膠共同決定。

對於差之毫釐謬以千里的芯片製造業來説，這小小的光刻膠決定了芯片的最終質量。

實際上，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。在這裏，我們僅討論半導體光刻環節所需的IC光刻膠的市場情況。

在全球18.33億美元的光刻膠市場規模中，細分市場規模最大的是用於248nm光刻工藝的KrF光刻膠和用於193nm的ArF/ArFi光刻膠，市場規模分別為6.12和7.1億美元。

此外，用於435nm及365nm光刻工藝半導體產品的g線/i線光刻膠市場規模約2.9億美元， EUV光刻膠市場規模為0.27億美元，市場規模整體較小。

目前，全球光刻膠市場被日美廠商壟斷，國產化率極低。長期以來，日本合成橡膠、東京應化、杜邦、信越化學、富士電子五大廠商壟斷了85%的市場份額，日本的四家佔據超過70%。在目前EUV光刻膠領域，量產的僅有日本合成橡膠、東京應化、信越化學三家企業。

基於此，除在低端的G線和I線上有部分光刻膠產品實現自主量產外，目前國內其他光刻膠產品基本完全依賴進口。

如果不能有效突破，那麼我們的半導體產業將會始終受制於人。

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一個遠甚於筆尖鋼的問題

國內光刻膠發展不起來，有其歷史原因。

在半導體領域，我國起步較晚，光刻膠也是如此。過去幾十年中，全球形成了分工協同的大格局，半導體產業鏈更是全球分佈，這種態勢下，依賴進口並不是大問題。

但時移世易，當貿易保護主義抬頭，就連韓國這個半導體大國都會受制於此，因此國內自研光刻膠更是必然大勢。但目前來看，國產光刻膠仍然任重道遠。

光刻膠的差距，本質上是精細化工基礎的差距。光刻膠的研發模式雖然可以理解為一個不斷進行配方調整的方法學過程，但在光刻膠成分中，成本佔比高達60%-70%的樹脂依然高度依賴進口，光引發劑也是如此，目前國內尚無量產產品。

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

我國雖是化工大國，但行業結構嚴重不合理。以合成樹脂為例，低端產品嚴重過剩，通用性聚乙烯等產品利潤附加值極低；高端產品嚴重缺乏，電子級環氧樹脂、動力電池用聚偏氟乙烯隔膜等高端產品大量依賴進口。

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

從“量”到“質”正是我國化工行業轉型的方向。

對於國內光刻膠廠商而言，目前普遍選擇與國際化工巨頭合作來試圖實現突破。如上海新陽與德國賀利氏合作、北京科華與杜邦戰略合作，其實更多的是原料供應上的合作。

19世紀初期，人類發明了鋼筆，並在20世紀初期引入中國，但直到2017年我們才由太鋼集團實現鋼筆筆尖鋼的自主突破。在鋼筆依賴進口的時候，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。

因此光刻機突破，是一個遠勝於筆尖鋼的問題。它不僅需要光刻膠企業的努力，也需要國內精細化工產業的崛起。

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漫長自主路

光刻膠本身的配置難度是非常巨大的，這個過程主要由光刻膠企業自行研發，是一項對資金和技術實力都有較高要求的工作。

光刻膠的配置，需要進行無數次調配，最終追求的是數十個參數評估的實際效果。因此，光刻膠企業同時需要購置光刻膠、勻膠顯影機、掃描電鏡、台階儀等設備，以及特種氣體、抗反射塗層等光刻材料，對資本要求較高。

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，並非是標準化的產品，每家光刻膠廠商產品都各具特色，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品。

正如前面提到的，光刻膠、光刻機、掩模等共同組成了光刻系統，光刻又是晶圓製造靠前的步驟，更換光刻膠通常會引發連鎖反應。它不僅對後續刻蝕或離子注入工藝有直接影響，更重要的是，其影響可能會在十幾道甚至幾十道工藝以後才會顯現出來。

這就導致研發之後，等待光刻膠國產替代的過程仍然漫長。

整體來看，對晶圓廠來説，更換光刻膠需要投入大量的時間和金錢。因此，在更換某款光刻膠之前，晶圓廠一般會進行嚴苛的光刻膠產品的驗證及工廠資質的驗證。

其中光刻膠驗證根據驗證階段分為 PRS（光刻膠性能測試）、STR(小試)、MSTR(批量驗證）及 Release（通過驗證）；工廠（產線） 資質驗證方面，主要在質量體系、供貨穩定性、工廠（產線）產能等幾方面進行驗證。

在工廠（產線）資質驗證通過以及產品驗證通過後，可實現對客户的正式供貨。這些驗證週期通常為 6-24 個月。

可以説，從研發，到調試，再到驗證，光刻膠的量產供貨是一個對技術、資本和時間都有極高要求的過程。想要實現光刻膠的國產替代，必須考慮到整個晶圓製造層面的嚴重對外依賴，這一過程將更為漫長。

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KrF光刻膠：國產化的下一個主戰場

目前來説，國產光刻膠廠商僅在較低端的G線和I線光刻膠上實現了量產突破。G線和I線光刻膠用量最大，但前面説過，附加值不高，整體市場較小。

根據晶瑞電材，G線和I線光刻膠國產化率在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，但均未披露相關半導體光刻膠產品具體營收情況。

這也是光刻膠企業的真實現狀。一方面，半導體光刻膠產品市場不大，且國產化率低，企業往往並不專注於半導體光刻膠這一單一領域。另一方面，想要打入晶圓廠供應鏈，往往需要其他配套材料和設備。因此，目前資本市場上並沒有以半導體光刻膠為主業的上市公司。

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

今年以來，北京科華KrF供貨進程加快。在2021年前三季度，北京科華半導體光刻膠等業務訂單銷售9375.85萬元，同比增長51.6%。半導體用G/I線光刻膠同比增長61.78%，KrF光刻膠產品同比增長226.69%。

而徐州博康光刻膠產品主要為KrF光刻膠，2021年上半年營收達到415.89萬元。

值得一提的是，徐州博康主營業務即是光刻膠單體。據其官網介紹，其已實現從單體、光刻膠專用樹脂、光酸劑及光刻膠的國產化自主可控的供應鏈。也正是憑藉此項優勢，徐州博康在2021年8月獲得華為哈勃3億元投資。

至於ArF和EUV光刻膠，目前國內尚無量產產品。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相關產品正在研發、認證、測試或小批量生產階段，距離量產還有一段路要走。

以各大光刻膠企業實際情況來看，KrF光刻膠有望成為光刻膠國產替代的下一個主戰場。

這個市場規模較大，同時能夠應用於國內晶圓廠更為擅長、佈局更廣的成熟製程以及3D NAND堆疊架構。更重要的是，目前已有多個廠商實現相關產品量產。從營收數據看，在2021年其KrF產品增速有顯著提升趨勢。

可以看到，國產光刻膠企業已經在日美壟斷下打開了一個突破口，堅實地邁出了第一步。隨着國內精細化工轉型加速，光刻膠國產替代將成為必然大勢。