光刻膠(Photoresist)又稱光致抗蝕劑、光阻劑,是一種對光敏感的有機混合物,可以阻擋光線照射,用于微細圖形加工。如果把芯片生產比作刻印版畫,光刻膠就是刻印過程中使用的“油墨”,是芯片生產中不可或缺的一環(huán),光刻膠質量也將直接影響芯片良率。
在全球芯片缺貨潮的影響下,芯片產業(yè)鏈上游出現原材料供應緊張的情況。根據央視財經在3月22日的報道,進口光刻膠不僅價格上漲,而且可采購量也比往年大幅縮水。在這樣的情況下,提高光刻膠的國產化率成為業(yè)界共識,國內也涌現出以晶瑞股份為代表的一批優(yōu)秀光刻膠生產企業(yè)。
光刻機對于芯片生產的重要性不言而喻,而與光刻機息息相關的光刻膠,則被看作推進芯片工藝制程的“燃料”。與光刻機卡脖的情況類似,國內的光刻機市場也主要被日本和美國的企業(yè)壟斷,國產光刻膠則主要應用于低端生產線,自給率僅10%左右。
在集成電路領域,上游設備和材料方面的落后,是目前中國被海外卡脖子的關鍵所在。受起步晚、基礎薄弱的影響,國產芯片設備和相關材料的市場占有率極低。即便有些國產產品能夠被規(guī)模應用,也僅限于中低端市場,例如光刻機和光刻膠。
有媒體報道,當前制造芯片的材料產能緊缺,企業(yè)進口光刻膠困難。據了解,此前半導體企業(yè)每次能采購到100多公斤光刻膠,而現在每次只能采購到10-20公斤,同時光刻膠的價格也在上漲。
光刻膠根據用途主要可分為以下幾類:半導體光刻膠、LCD光刻膠、PCB光刻膠以及其他光刻膠。其中,半導體光刻膠約占27%,LCD光刻膠和PCB光刻膠分別各占24%,其他光刻膠產品占據25%。
在2019年7月份的時候,日本對韓國半導體進行了打壓,對包括光刻膠在內的三種半導體材料對韓國出口進行了限制,一時之間讓韓國產導體產業(yè)緊張不已。光刻膠是用來干什么的?為何一禁韓國就緊張了?光刻膠是芯片制造過程中必不可少的一種材料,硅晶圓光刻前,都要涂上光刻膠,沒有光刻膠就無法光刻,從而無法實現芯片的生產。
目前市場上的光刻膠,主要被日本、美國企業(yè)壟斷,這兩國的企業(yè)占了全球85%的份額,而日本一家占了70%的份額,可以說全球的芯片制造企業(yè)的脖子,都被日美卡著的。
對于國內企業(yè)來說,砸錢購買光刻機來研發(fā)國產光刻膠,成為彎道超車的主要途徑。1月19日,國內光刻膠龍頭企業(yè)晶瑞股份發(fā)布公告,表示公司已經從ASML購入ArF浸入式光刻機一臺,將主要用于國產高端光刻膠的研發(fā)。
而從光刻膠的分類來看,主要有g線、i線、KrF、ArF等,前兩種是最常見的,最低端光刻膠。而KrF、ArF等則是比較高端,且光刻分辨率較高的光刻膠,基本被美日壟斷。而高分辨率的光刻膠是半導體化學品中技術壁壘最高的材料,有業(yè)內人士甚至曾說,日美企業(yè)技術領先國內企業(yè)二十年至三十年。
材料是半導體大廈的地基,不過,目前中國的這一地基對國外依存度還很高。2019年,日韓發(fā)生沖突,日本封鎖了三種關鍵的半導體材料,分別是氟化氫、聚酰亞胺和光刻膠。這三種材料韓國,中國都可以制造,但關鍵在于能造是一回事,能用是另一回事,這其實也是半導體材料產業(yè)的核心問題所在。
如今的光刻技術已經進入EUV時代,臺積電、英特爾和三星紛紛積極導入EUV技術,與之對應的是EUV光刻膠的需求上升,與ArF浸沒式光刻相比,EUV光刻技術有很高的圖形保真度和設計靈活性,所需的光掩模數量很少,顯示出明顯的優(yōu)勢。但國產光刻膠企業(yè)想要突破它,不僅面臨原材料、純度等難題,還面臨強大的專利壁壘。從全球EUV光刻膠專利的申請量上來看,1998年EUV光刻膠專利的申請量只有6件,此后十年間,大多數時候都是年平均兩位數的申請量。
從2010年開始的四年間,申請數量破百,并且持續(xù)增長,到2013年到達頂峰。當年的申請量有164件,此后又逐步回落至兩位數,到2017年,EUV光刻膠專利的申請量只有15件。這一趨勢說明,在本世紀前13年里,EUV光刻膠的技術在不斷的進步,各大廠商都在積極探索EUV光刻膠技術,所以專利數才會不斷上升,而在2013年之后,該項技術走向成熟,由此專利數量開始急劇減少。
此外,出于戰(zhàn)略層面的考慮,中國政府的大力支持和中國企業(yè)、人才的家國情懷,也是促進光刻膠國產化的一大動力。據中信證券的研報預測,中國LCD光刻膠市場規(guī)模,在2019到2023年將從40以增殖69億元,國產化率也有望從5%提升至40%。
總而言之,在全國上下的共同努力下,包括光刻膠在內的,半導體產業(yè)核心技術的自主化、核心設備和材料的國產化勢在必行。