專注于膠粘劑的研發(fā)制造
2021年2月，位于日本東北地區(qū)最南部的福島縣發(fā)生了一場7.3級地震。這場地震雖沒有像2011年那場9級地震一樣導(dǎo)致核電廠泄漏，但卻造成了設(shè)立在福島縣周邊半導(dǎo)體工廠的數(shù)日停產(chǎn)。
汽車芯片大廠瑞薩電子的那坷工廠、位于宮城縣的索尼半導(dǎo)體工廠，與福島鄰近的巖手、群馬等地，也匯集了MLCC廠商TDK和太陽誘電，以及存儲器廠商鎧俠，勝高的山形米澤廠、信越的福島白河廠皆在影響范圍內(nèi)。
工廠停產(chǎn)的代價(jià)蔓延至下游，就是汽車缺芯、晶圓廠缺光刻膠。所以業(yè)內(nèi)一直有這樣的說法，地震是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最大的不確定性。
這種不確定性在福島地震之后三個(gè)月顯現(xiàn)，占據(jù)全球光刻膠市場份額超兩成的信越化學(xué)向中國大陸多家一線晶圓廠限制供貨KrF光刻膠?！?/span>
光刻膠作為芯片制造環(huán)節(jié)最重要的原材料之一，信越化學(xué)的斷供無疑給中國仍在起步階段的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蒙上了一層陰影，同時(shí)也再次敲響了警鐘。
斷供事件后，加速「自救」被放到首要位置。
中國大陸多家晶圓廠開始加速驗(yàn)證導(dǎo)入本土廠商的KrF光刻膠。相關(guān)投資也在增多，去年8月華為哈勃3億元增資了一家光刻膠企業(yè)徐州博康，為其歷史上最大單筆半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈投資。
這場地震所引發(fā)的蝴蝶效應(yīng)，不一定能改變半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的格局，但卻提供了一個(gè)契機(jī)。只是光刻膠是只靠砸錢就能出成效的行業(yè)嗎？我們的國產(chǎn)替代又走到哪一步了？
高端光刻膠，我們也就1%
先用通俗語言介紹下什么是光刻膠。
大家都聽過摩爾定律：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可以容納元器件數(shù)目，每隔18-24個(gè)月便會增加一倍，性能也將提升一倍。而保持摩爾定律「生命力」的基石之一就是光刻技術(shù)，每18-24個(gè)月，利用光刻工藝在集成電路板上所能形成最小圖案的特征尺寸將縮小30%。
在整個(gè)芯片制造過程中可能需要進(jìn)行數(shù)十次的光刻，光刻工藝成本占到整個(gè)芯片制造工藝的35%，耗時(shí)約占整個(gè)芯片生產(chǎn)環(huán)節(jié)的40%-50%，光刻膠材料總成本占比約為5-6%。
光刻膠是光刻工藝的核心材料，可以與光線發(fā)生反應(yīng)，讓芯片材料上出現(xiàn)所需的精密電路圖案。而光刻膠的質(zhì)量和性能，會直接影響到集成電路制造過程中的良率。
一句話概括就是，光刻出的電路圖案越精密，就代表著芯片的性能越好。
但光刻膠并非只有芯片制造一個(gè)應(yīng)用場景，按照下游應(yīng)用領(lǐng)域劃分，主要有PCB、面板、半導(dǎo)體三類，每一類光刻膠又有各自細(xì)分品類。
其中，今天的主角也就是半導(dǎo)體光刻膠，按照光源波長的從大到小，可分為紫外寬譜(300-450nm)、g線(436nm)、i線(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、EUV(13.5nm)等主要品類，每一種品類的組分、適用的IC制程技術(shù)節(jié)點(diǎn)也不盡相同。
PCB、LCD、半導(dǎo)體三種主要的應(yīng)用場景，對光刻膠每年的需求量基本一致。所以光刻膠整體市場規(guī)模增長趨于穩(wěn)定，據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2019年全球光刻膠市場為82億美元，預(yù)計(jì)2026年有望達(dá)123億美元，2019-2026年年復(fù)合增速約為6%。
而光刻膠的研發(fā)難度和技術(shù)門檻孰低孰高，從國產(chǎn)化程度就可以看出來：
PCB光刻膠中的濕膜光刻膠，幾乎能做到50%以上國產(chǎn)；
LCD光刻膠中的彩色光刻膠和黑色光刻膠，5%左右能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代；
半導(dǎo)體光刻膠中的KrF、ArF作為高端光刻膠，我國的市占率僅1%，而更高端的EUV光刻膠目前處于研發(fā)階段。
半導(dǎo)體光刻膠作為國產(chǎn)化最低的原材料之一，首先要承認(rèn)的一點(diǎn)就是，它是一個(gè)技術(shù)壁壘高、產(chǎn)業(yè)高度集中，且有寡頭壟斷的產(chǎn)業(yè)。相比美日韓發(fā)展幾十年的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，我國在這方面的基礎(chǔ)相對薄弱，彎道超車基本不可能，只能死命投入研發(fā)、做足縱深，通過時(shí)間獲得技術(shù)積累。
但我們也不是一點(diǎn)方向沒有，鄰國日本恰恰提供了一個(gè)可參照的范本。
我們能學(xué)習(xí)什么？
半導(dǎo)體光刻膠是一個(gè)高度集中的市場，市場格局可以用八個(gè)字概括：日本稱霸，寡頭壟斷。
半導(dǎo)體光刻膠市場的前五中除了美國杜邦，其余四家均為日本企業(yè)。其中JSR、TOK的產(chǎn)品可以覆蓋所有半導(dǎo)體光刻膠品種，是絕對的龍頭，尤其在高端EUV市場高度壟斷。
但縱觀光刻膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史，日本的壟斷地位也是后來居上才獲得的。
1950年，柯達(dá)就開發(fā)出了KTFR光刻膠，到1980年IBM突破KrF光刻技術(shù)，之后15年IBM領(lǐng)導(dǎo)并壟斷了KrF光刻膠。但1986年半導(dǎo)體市場進(jìn)入萎靡周期，這讓美國的半導(dǎo)體企業(yè)慘遭重創(chuàng)。
而日本的奮起反擊，則從1976年開始。在日本通信產(chǎn)業(yè)省的VLSI項(xiàng)目下，尼康和佳能開始了各自的光刻機(jī)研發(fā)任務(wù)。
到1980年，尼康推出了自己的首臺步進(jìn)式光刻機(jī)。自此，事情開始出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，1985年尼康正式超過GCA成為業(yè)界第一大光刻機(jī)供應(yīng)商。
1980年2月，NSR-1010G問世
與此同時(shí)，日本政企也緊抓市場機(jī)遇，其龍頭化工企業(yè)基于自身在基礎(chǔ)化工領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)積累和政府的大力扶持，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)光刻膠產(chǎn)品的不斷研發(fā)突破。1926年成立的信越化學(xué)最初以氮肥料為主營業(yè)務(wù)，二戰(zhàn)后就是在日本政府的支持下開始向半導(dǎo)體材料領(lǐng)域拓展。
此后日本涌現(xiàn)出了一批光刻膠企業(yè)，東京應(yīng)化更是于1995年研發(fā)出KrF光刻膠并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，標(biāo)志著光刻膠正式進(jìn)入日本廠商的霸主時(shí)代。2011年，JSR與SEMATECH聯(lián)合開發(fā)出EUV光刻膠，已經(jīng)站上了金字塔的頂端。
復(fù)盤光刻膠產(chǎn)業(yè)從美國轉(zhuǎn)移到日本并由日本企業(yè)主導(dǎo)，市場份額變化背后是一套極其復(fù)雜且龐大的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，涉及到政策、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)等多方面因素。
比如上文提到的光刻機(jī)技術(shù)，是光刻膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必備條件。同時(shí)技術(shù)迭代周期也十分重要，東京應(yīng)化1995年研發(fā)出KrF光刻膠雖然比IBM晚了15年，但也正好契合當(dāng)時(shí)芯片制造工藝制程需求。
1995年之前，下游應(yīng)用制程的特征尺寸仍集中在0.35μm以上，i線光刻膠更具性價(jià)比，KrF的優(yōu)勢并不明顯。之后，i線光刻極限無法滿足制程節(jié)點(diǎn)需求，KrF光刻膠就此發(fā)展起來。
除了積累的技術(shù)、專利、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)等壁壘外，日本光刻膠企業(yè)依然屹立不倒，主要在于產(chǎn)業(yè)鏈上下游分工明確、高度協(xié)同、緊密配合。上游原材料生產(chǎn)企業(yè)中，日企數(shù)量近半，產(chǎn)業(yè)鏈集群優(yōu)勢明顯。
在確立光刻膠領(lǐng)先地位后，日本繼續(xù)采取產(chǎn)官學(xué)一體化進(jìn)行國家級基礎(chǔ)攻關(guān)研究，持續(xù)積累光刻膠技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，不斷鞏固領(lǐng)先地位。
所以，往美好說，第三次半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移給了我們國產(chǎn)替代的巨大想象空間，下游智能終端的大量需求像極了80年代日本的家電繁榮，但往現(xiàn)實(shí)說，我們今天遇到的技術(shù)封鎖要遠(yuǎn)比當(dāng)時(shí)的日本嚴(yán)重，比如晶瑞電材買臺光刻機(jī)都只能買到韓國SK海力士淘汰下來的二手貨。
當(dāng)然可以參考日本光刻膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，但不能全盤照抄，因?yàn)闀r(shí)代不一樣了。
國產(chǎn)替代，征途漫漫
從半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史看，每一次半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移都是在新興終端市場需求崛起下，國家政策強(qiáng)力扶持，再配合區(qū)域經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)分工縱化實(shí)現(xiàn)后來者趕超。
但為什么光刻膠產(chǎn)業(yè)沒有像其他產(chǎn)業(yè)一樣從美國轉(zhuǎn)移到日本再轉(zhuǎn)移到中國大陸呢？主要因?yàn)楣饪棠z并不是人力密集型產(chǎn)業(yè)，而且發(fā)展光刻膠需要配套的光刻機(jī)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈集群。
復(fù)盤日本光刻膠企業(yè)的成功，離不開市場支持、基礎(chǔ)化工領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)積累和長期持續(xù)的技術(shù)投入等多因素共振。我們想要從日本布下的天羅地網(wǎng)中突圍，很難，但也不是一定機(jī)會都沒有。
我國在這方面也出臺了具體措施和各種產(chǎn)業(yè)扶持，將光刻膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展提升到了國家戰(zhàn)略層面。
2019年，光刻膠入選《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2019版)》，同時(shí)國務(wù)院、發(fā)改委等部門相繼出臺多份支持性文件，為光刻膠技術(shù)突破、產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供大方向上的政策引導(dǎo)和保障。
與此同時(shí)，大基金與產(chǎn)業(yè)基金入局，為光刻膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供長線資金支持。
國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（大基金）作為我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基金的國家隊(duì)代表，其投資布局正是為了扶持我國大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展,加速半導(dǎo)體核心領(lǐng)域的國產(chǎn)替代進(jìn)程。
一期基金以制造環(huán)節(jié)為主，主要投向下游各產(chǎn)業(yè)鏈龍頭，而二期基金則以設(shè)備、材料為投資重點(diǎn),主要投資短板明顯的半導(dǎo)體設(shè)備、材料領(lǐng)域，方向集中于完善半導(dǎo)體行業(yè)的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈。
本土光刻膠產(chǎn)業(yè)先驅(qū)晶瑞電材就承擔(dān)并完成了國家重大科技項(xiàng)目02專項(xiàng)「i 線光刻膠產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化」項(xiàng)目，產(chǎn)品已供應(yīng)給中芯國際、合肥長鑫等大尺寸半導(dǎo)體廠商。以及，大基金二期1.83 億元投資的南大光電子公司南大材料，2020 年和2021年，其ArF光刻膠產(chǎn)品分別通過了企業(yè)認(rèn)證。
此外，文章開頭提及的華為哈勃，正是以企業(yè)為代表的產(chǎn)業(yè)基金也正在積極布局光刻膠板塊，為光刻膠國產(chǎn)替代提供資金幫助。
而中資晶圓廠的快速崛起則為國產(chǎn)光刻膠提供了廣闊市場空間和驗(yàn)證導(dǎo)入機(jī)會。
根據(jù)IC Views 統(tǒng)計(jì)顯示，2021年我國大陸半導(dǎo)體公司在生產(chǎn)線投資總金額達(dá)1900億，其中中芯國際在北京、上海、浙江、廣東、天津五地都有布局、投資總額超760億。未來中資晶圓廠在逐步完成供應(yīng)鏈自主化過程中，國產(chǎn)光刻膠將迎來確定性替代機(jī)會。
至此，我國大陸半導(dǎo)體光刻膠產(chǎn)業(yè)自主化路線圖就清晰了不少，整體可分三步走：
首先在成熟制程實(shí)現(xiàn)面向中資晶圓廠的驗(yàn)證導(dǎo)入，形成對日美光刻膠供應(yīng)商的部分替換；
然后在先進(jìn)新建產(chǎn)線與中資晶圓廠配套研發(fā)，實(shí)現(xiàn)工藝向前靠攏；
最后再逐步完成全產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控。
尾聲
華為被美國制裁，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)引發(fā)全民討論熱潮時(shí)，曾經(jīng)有一個(gè)很經(jīng)典的問題：造原子彈和造光刻機(jī)哪個(gè)難？
在半導(dǎo)體的很多分工環(huán)節(jié)上，技術(shù)突破往往解決的是從0到1，而從1到100，所依賴的往往是成本控制、良率提升和市場反饋，說白了也就是產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同。
從中興、華為被制裁開始的這一輪半導(dǎo)體軍備競賽，本質(zhì)上是為大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)造了一個(gè)關(guān)鍵的窗口期。各種因素導(dǎo)致的內(nèi)需和內(nèi)研形成了特殊情況下的快速調(diào)配，同時(shí)因?yàn)橛衼碜皂攲拥恼吆唾Y金支持，無論是工藝的改進(jìn)、還是成本的優(yōu)化、或是良率的提升，都給了供應(yīng)商與品牌長期協(xié)作磨合的時(shí)間與機(jī)會。
而目前國產(chǎn)半導(dǎo)體光刻膠已經(jīng)取得了里程碑式的突破，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀企業(yè)。
有彤程新材（KrF光刻膠批量供應(yīng)中芯、長存等多家下游客戶，G線光刻膠的市場占有率達(dá)到60%），晶瑞電材（g/i線批量供應(yīng)多年，KrF已通過測試），上海新陽（KrF形成銷售，ArF研發(fā)進(jìn)展順利），華懋科技（投資徐州博康，擁有光刻膠全產(chǎn)業(yè)鏈能力），2022年國產(chǎn)半導(dǎo)體光刻膠有望開花結(jié)果實(shí)現(xiàn)放量。
所以，為了不再受制于人，光刻膠國產(chǎn)化是大勢所趨。但在實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的目標(biāo)中，我們依舊有很長的路要走。
已經(jīng)形成星星之火的國內(nèi)頭部企業(yè)，且行且珍惜。
參考資料：
[1] 國產(chǎn)光刻膠：破曉而生，踏浪前行，德邦證券
[2] 信越限供中國光刻膠背后，日本半導(dǎo)體材料的可怕實(shí)力，icad
[3] 光刻膠的崛起之路，沒那么容易，星空財(cái)富
[4] 半導(dǎo)體材料景氣持續(xù)，國產(chǎn)替代正當(dāng)時(shí)，華創(chuàng)證券
[5] 半導(dǎo)體材料系列報(bào)告（一）：光刻膠篇國產(chǎn)替代道阻且長，國內(nèi)光刻膠企業(yè)砥礪前行，平安證券
[6] 光刻膠行業(yè)深度報(bào)告：光刻核心材料亟需替代，國產(chǎn)光刻膠黃金發(fā)展機(jī)遇已至，中泰證券
