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文 | 芯锂話
2019年，日本、南韓因曆史遺留問題爆發了争端。為了争取更多談判籌碼，日本向南韓半導體産業“痛下殺手”。
當年7月，日本方面宣布限制向南韓出口包括含氟聚酰亞胺、光刻膠以及高純度氟化氫在内的三項重要半導體及OLED面闆原材料。這一舉措，讓包括三星在内的南韓半導體企業遭受沉重打擊。
對于當時的三星來說，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産，光刻膠斷供可能導緻整個晶片産業鍊癱瘓。經過多次斡旋，日韓最終達成一緻，南韓企業重新獲得了日本企業的出口，三星的晶片才不受影響。
經此一役，三星開始認識到光刻膠的重要性，在南韓開始謀求半導體材料的自主化，尤其是EUV光刻膠的自主生産。兩年多的努力下，在2021年底，南韓東進半導體自研産品終于通過三星電子EUV光刻膠可靠性測試，實作了巨大突破。
日韓EUV光刻膠的競争，說明了兩件事：
第一，在半導體領域，實作全産業鍊自主生産無比困難，連南韓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，實作光刻膠這樣的半導體關鍵領域自主生産是完全必要的，隻有這樣才能最大程度擺脫“卡脖子”的命運。
這也是國産光刻膠所面臨的挑戰和機遇。
光刻膠雖小，但在晶圓制造過程中卻有着不可替代的重要作用，甚至已經成為中國晶片自主化的關鍵，有着極為重要的戰略意義和實際價值。
01 必須争奪的6%
2020年，全球光刻膠市場的規模僅為18.33億美元，對于行業規模超4000億美元的半導體行業而言，這樣的份額顯得微不足道。
在整個晶圓制造制造的鍊條中，光刻膠這一環節的規模占比僅為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%，卻是我們必須争奪的6%。
半導體晶圓制造中，光刻環節最為關鍵。它利用光化學反應原理，承擔着将事先制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。
而聚焦深度則标志着成像品質和晶圓表面位置的關系，隻有聚焦深度遠大于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。
對于差之毫厘謬以千裡的晶片制造業來說，這小小的光刻膠決定了晶片的最終品質。
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。按下遊市場需求，可以分為PCB光刻膠、FPD光刻膠、IC光刻膠三大類。在這裡，我們僅讨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于248nm光刻工藝的KrF光刻膠和用于193nm的ArF/ArFi光刻膠，市場規模分别為6.12和7.1億美元。
此外，用于435nm及365nm光刻工藝半導體産品的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，國産化率極低。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%的市場佔有率，日本的四家占據超過70%。在目前EUV光刻膠領域，量産的僅有日本合成橡膠、東京應化、信越化學三家企業。
基于此，除在低端的G線和I線上有部分光刻膠産品實作自主量産外，目前國内其他光刻膠産品基本完全依賴進口。
如果不能有效突破，那麼我們的半導體産業将會始終受制于人。
02 一個遠甚于筆尖鋼的問題
國内光刻膠發展不起來，有其曆史原因。
在半導體領域，大陸起步較晚，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，半導體産業鍊更是全球分布，這種态勢下，依賴進口并不是大問題。
但時移世易，當貿易保護主義擡頭，就連南韓這個半導體大國都會受制于此，是以國内自研光刻膠更是必然大勢。但目前來看，國産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了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，成本占比高達60%-70%的樹脂依然高度依賴進口，光引發劑也是如此，目前國内尚無量産産品。
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，能夠自産光刻膠單體和樹脂聚合。
大陸雖是化工大國，但行業結構嚴重不合理。以合成樹脂為例，低端産品嚴重過剩，通用性聚乙烯等産品利潤附加值極低；高端産品嚴重缺乏，電子級環氧樹脂、動力電池用聚偏氟乙烯隔膜等高端産品大量依賴進口。
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”正是大陸化工行業轉型的方向。
對于國内光刻膠廠商而言，目前普遍選擇與國際化工巨頭合作來試圖實作突破。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，并在20世紀初期引入中國，但直到2017年我們才由太鋼集團實作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、原子筆代替，但在光刻膠這件事上，我們沒有第二選擇，必須迎難而上。
是以光刻機突破，是一個遠勝于筆尖鋼的問題。它不僅需要光刻膠企業的努力，也需要國内精細化工産業的崛起。
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。是以，光刻膠企業同時需要購置光刻膠、勻膠顯影機、掃描電鏡、台階儀等裝置，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，并非是标準化的産品，每家光刻膠廠商産品都各具特色，甚至同一廠商旗下都有多款配比不同、性能不同的光刻膠産品。
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，光刻又是晶圓制造靠前的步驟，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。
這就導緻研發之後，等待光刻膠國産替代的過程仍然漫長。
整體來看，對晶圓廠來說，更換光刻膠需要投入大量的時間和金錢。是以，在更換某款光刻膠之前，晶圓廠一般會進行嚴苛的光刻膠産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（産線） 資質驗證方面，主要在品質體系、供貨穩定性、工廠（産線）産能等幾方面進行驗證。
在工廠（産線）資質驗證通過以及産品驗證通過後，可實作對客戶的正式供貨。這些驗證周期通常為 6-24 個月。
可以說，從研發，到調試，再到驗證，光刻膠的量産供貨是一個對技術、資本和時間都有極高要求的過程。想要實作光刻膠的國産替代，必須考慮到整個晶圓制造層面的嚴重對外依賴，這一過程将更為漫長。
04 KrF光刻膠：國産化的下一個主戰場
目前來說，國産光刻膠廠商僅在較低端的G線和I線光刻膠上實作了量産突破。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。
根據晶瑞電材，G線和I線光刻膠國産化率在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産，但均未披露相關半導體光刻膠産品具體營收情況。
這也是光刻膠企業的真實作狀。一方面，半導體光刻膠産品市場不大，且國産化率低，企業往往并不專注于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鍊，往往需要其他配套材料和裝置。是以，目前資本市場上并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作量産，上海新陽産品開始獲得訂單，晶瑞電材産品尚在測試階段。
今年以來，北京科華KrF供貨程序加快。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光刻膠産品同比增長226.69%。
而徐州博康光刻膠産品主要為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，其已實作從單體、光刻膠專用樹脂、光酸劑及光刻膠的國産化自主可控的供應鍊。也正是憑借此項優勢，徐州博康在2021年8月獲得華為哈勃3億元投資。
至于ArF和EUV光刻膠，目前國内尚無量産産品。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産品正在研發、認證、測試或小批量生産階段，距離量産還有一段路要走。
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産替代的下一個主戰場。
這個市場規模較大，同時能夠應用于國内晶圓廠更為擅長、布局更廣的成熟制程以及3D NAND堆疊架構。更重要的是，目前已有多個廠商實作相關産品量産。從營收資料看，在2021年其KrF産品增速有顯著提升趨勢。
可以看到，國産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。随着國内精細化工轉型加速，光刻膠國産替代将成為必然大勢。