芯片封锁升级，国内的光刻胶够不够用？
撰文 | 古 芯
编辑 | 李信马
题图 | IC Photo
国内半导体行业的压力更大了。
5月23日，日本经济产业省发布出口贸易管制令征求意见稿结果，明确对6大类23项半导体设备限制出口，具体为3项清洗设备、11项成膜设备、1项热处理设备、4项曝光设备、3项蚀刻设备、1项测试设备。
相较于3月31日的征求意见稿，正式版的限制范围基本一致，较多细节和技术参数限制更为明确，适用范围包括中国在内的160多个国家及地区，但美国、韩国、新加坡等40余个国家获得豁免，正式实施日期为7月23日。
对此，我国商务部新闻发言人公开表态，日本政府正式出台针对23种半导体制造设备的出口管制措施，这是对出口管制措施的滥用，是对自由贸易和国际经贸规则的严重背离，中方对此坚决反对。
日本此次禁运的23种半导体设备中，中微公司生产的5nm制程光刻机已经进入台积电生产链，热处理、前道涂胶显影设备、清洗、检测等设备均有企业推出符合市场要求的产品，唯独国产高端光刻胶属于空白领域，在此背景下，国产半导体产业链正谋求合力突破高端光刻胶封锁。
01、光刻胶市场格局
光刻胶又称光致抗蚀剂，是指通过紫外光、电子束、离子束、X 射线等照射或辐射使其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料。
据国际半导体产业协会（SEMI）数据显示，光刻胶市场占到晶圆制造材料总市场份额的7%左右，虽然在半导体产业链中占比较小，但光刻胶贯穿半导体光刻工艺中涂胶、曝光+显影、刻蚀、清洗等主要流程，所以光刻胶的质量直接决定了半导体产品的质量。
而且伴随半导体制程的提升，光刻胶需要经受更多的刻蚀次数。65nm制程的刻蚀次数是20次，而5nm制程刻蚀次数增加至160次，复杂度提升了8倍，因此也对高端光刻胶的研制提出更高要求。2019年一季度，中国台积电就曾因为光刻胶质量问题导致10万片晶圆报废。
根据显影原理，光刻胶可分为负性光刻胶和正性光刻胶。在实际生产中，正性光刻胶的应用更为广泛。根据应用场景不同，光刻胶可分为印制电路板（PCB）光刻胶、显示面板（LCD）光刻胶及半导体光刻胶等，广泛用于信息通讯、显示、新能源等多个领域。
现阶段，全球光刻胶市场被5家日本企业垄断，分别JSR、东京应化、信越化学、住友化学、富士胶片，累计占据90%的市场份额，尤其是高端光刻胶市场，日本处于绝对垄断地位。韩国虽然近两年有所突破，但是依旧需要大量进口日本高端光刻胶以满足生产需求。
日本企业垄断光刻胶市场有两个主要原因，一是日本手握全球7成以上的光刻胶专利，二是因为起步早，日本具有完整的光刻胶生产链。
国产光刻胶起步较晚，专利储备量仅占全球光刻胶专利总量的7%，在无法从外部获取高端光刻胶专利的情况下，国内企业研制高端光刻胶时需要反复试验配方比例，从而影响产品质量及其稳定性。目前国产光刻胶企业，主要集中在技术壁垒较低的PCB光刻胶和LCD光刻胶，国产PCB光刻胶份额占比为63%，高端干膜光刻胶主要以进口为主；LCD光刻胶市场方面，彩色和黑色光刻胶市场国产化率较低，仅为6.36%、13.08%左右，触控屏光刻胶逐步实现国产化替代，国产化率在30%-40%左右。
在半导体光刻胶领域，28nm以上成熟制程半导体所需的光刻胶国产化率较高，7nm-28nm先进制程半导体光刻胶领域有所突破，但尚不足以自给，7nm及更先进制程光刻胶处于空白阶段。
成熟制程半导体方面，上海新阳、徐州博康、北京科华三家公司布局较为完善，覆盖G/I线、KrF、ArF四种产品，可满足65nm以上制程半导体制造，除上述三家企业外，东材科技、广信材料、强力新材等企业也在上述领域有所布局。
国内可以生产28nm及以上制程半导体高端光刻胶的企业，目前仅有上海新阳、徐州博康两家，北京科华正在发力攻克ArFi光刻胶。对比目前大陆晶圆代工厂的实际需求，光刻胶研发进程已经明显落后。据中芯国际透露，其14nm制程半导体良率已经可以对标台积电，且于2020年就为华为代工14nm制程麒麟710A芯片并量产，这意味着大陆厂商已经掌握先进制程半导体加工流程，只需相关半导体设备实现国产替代，就可生产高端半导体产品。
02、合力突破光刻胶封锁
由于光刻胶研发需要大量资金投入，为吸引资金，加速国产光刻胶研发进程，国内光刻胶企业近年来愈发抱团，受限制影响最大的华为近年来也在布局光刻胶领域，与相关企业形成合力，共同突破光刻胶封锁。
回顾上述公司发展历程，上海新阳在光刻胶方面的探索源于2016年，自研过程较曲折，于是2017年试图在韩国设立子公司，从事面板显示用黑色光刻胶开发，主要出发点在于色浆和颜料分散控制技术都在日韩企业手中，但是进度慢于预期，以至于不得不终止在韩业务。
2021年1月，上海新阳与北方集成电路技术创新中心（北京）有限公司合作搭建光刻胶验证平台，该平台由ArF光刻机（上海新阳负责提供）和涂胶显影机（北方集成负责提供）组成，用于验证先进光刻胶。
另一家研制ArF、ArFi光刻胶的徐州博康，在2020年通过债转股的形式引入上市企业华懋科技，后者当年买入徐州博康26.2%股权。2021年,华为旗下的哈勃投资斥资3亿,助力其在光刻胶的研发，这也是华为在半导体领域单笔最大投资。
2022年以来，徐州博康在光刻胶相关的技术与工艺环节突破不断，有多款高端光刻胶产品分别获得了国内12寸晶圆厂的相关订单，其中，ArF-immersion产品已经适用于28-45nm制程。截止2023年3月末，徐州博康及其子公司拥有发明专利60余项，承担了国家02专项重点突破EUV光刻胶、国家产业振兴和技术改造项目、江苏省科技成果转化等项目，已经实现光刻胶全产业链覆盖。
除完全自主研发外，国内光刻胶企业还联手韩国，布局高端光刻胶材料的合成与纯化业务。
主营业务为新能源材料的东材科技，2022年顺利完成“年产2万吨MLCC及PCB用高性能聚酯基膜项目”，今年2月公告称出资5500万元，与韩国Chemax、种亿化学共同签署投资协议，计划合资设立成都东凯芯半导体材料有限公司，正式切入高端光刻胶领域。
东材科技还与KIM SUNG JU、KIM DONG JAE、韩国Chemax共同签署投资协议，拟以自有资金2000万元人民币增资入股韩国Chemax，认购其增发股份6000股，占其增资后总股本的9.09%，有望以此为契机，推动高端光刻胶研发进程。
不过值得注意的是，想要证明光刻胶研制成功，必须经过对应制程的光刻机验证。考虑到现阶段购入海外高端光刻机难度极大，国产高端光刻胶研发进程，或许会受限于国产高端光刻机研发进程。
在中国半导体产业链内企业共同协同下，相关企业2021年就已经掌握制造光刻机必需的四大件，分别为光源、物镜、工件台、EDA配套，其中清华大学和华卓精科合作研发出光刻机双工作台已经突破10nm制程，国内企业启尔机电在浸液控制系统上取得了重大突破。
目前我国光刻机国产化率仅为14.29%，但上海微电子此前已经推出90nm整机，正在推进28nm制程光刻机商用。阿斯麦现任总裁温克宁曾公开表示，“物理定律在全球各地都是一样的，中国自己造出光刻机也不是不可能。”
伴随着中国半导体企业的不断努力，高端光刻机、光刻胶实现国产替代指日可待。