光刻膠:技術封鎖下,國內行業難以突破的壁壘

3月19日,據日本共同社報道,以美國為首的《瓦森納協定》正在著手擴大半導體技術出口管制範圍,這個幾乎是為我國“量身打造”的協定曾在去年11月份限制了ASML對中芯國際的EUV光刻機的出口,並引發了外交部強烈的不滿和抗議。此次擴大半導體出口管制範圍,極有可能是針對日本對中國的半導體光刻機及光刻膠的出口限制。

眾所周知,高端光刻機的製造長期被荷蘭廠商ASML所壟斷,目前有能力完成7nm以下晶圓製程的光刻機全部出自ASML之手。

如果說荷蘭的ASML是行業的翹楚,那麼日本的光刻機廠商就是行業的基石,因為除了ASML外,能夠生產光刻機的廠商只有尼康和佳能,但真正令人擔憂的是光刻膠的出口限制,以日本JSR、東京應化、日本信越等日廠壟斷了72%的市場份額,中國大陸所佔市場份額不足10%,且僅應用於低端產品。

為什麼產業鏈全球化的今天,單一產品能夠限制整個行業的技術發展?讓我們來梳理一下光刻膠的前世今生。

電子化學產業的皇冠明珠

在芯片製造中,包含光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入等十幾道工藝,工序更是多達2000-5000道,但僅僅是光刻工藝就約佔整個成本的35%,耗時佔整個芯片工藝的40-60%,因此,光刻工藝是半導體制造中最核心的工藝。

而光刻工藝中最重要的耗材就是光刻膠。光刻膠是一種具有光化學敏感性的功能性化學材料,是由光引發劑、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑組成的對光敏感的混合液體。它能通過光化學反應改變自身在顯影液中的溶解性,通過將光刻膠均勻塗布在硅片、玻璃和金屬等不同的襯底上,利用它的光化學敏感性,通過曝光、顯影、刻蝕等工藝過程,將設計在掩膜版上的圖形轉移到襯底上。

光刻膠自1959年被髮明以來,就一直與光刻機和光刻工藝緊密相關,是精細化工行業技術壁壘最高的材料,被譽為是電子化學產業的皇冠明珠。

摩爾定律的“絆腳石”

“當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍”這條由戈登·摩爾提出的定律在過去的50餘年裡被一次又一次的證實,但這一定律可能會因為光刻膠的技術瓶頸而被打破。

據科技媒體DeepTech報道,2019年在一場位於硅谷的光刻技術研討會中,業界提出半導體工藝藍圖在未來10年可以一路推進至10nm,卻可能因光刻膠材料的瓶頸,讓工藝發展到3nm節點是就出現警訊。

光刻膠:技術封鎖下,國內行業難以突破的壁壘

這一觀點也得到資深從業人士的肯定,“理論上來說,ASML的極紫外光EUV技術是能夠實現1nm製程的,但受限於光刻膠,臺積電的5nm工藝幾乎就已經是芯片製程的天花板了”。

DeepTech在報道中提到,Lam Research提出的乾式光刻膠可能會成為突破技術瓶頸的解決方案。但上述從業人士對這一技術前景並不樂觀,“乾式光刻膠在成本上應該會有很大優勢,但是對於分辨率和敏感度上恐怕很難有質的提升”。

艱難起步的國內產業

早在2005年,中國就已經立項光刻膠研究,但這些年始終未能取得重大突破。

其原因在於光刻膠成產工藝複雜,且需要大筆的資金投入和長期的技術積累,這對於起步階段的國內光刻膠產業來說實在是舉步維艱。

光刻膠市場按下游應用領域分類可以分為三類:半導體光刻膠、LCD光刻膠和PCB光刻膠。從技術水平來看,PCB光刻膠由於技術門檻較低,國產化速度相對較快,已經能對主流廠商大批量供貨。

技術門檻更高的LCD光刻膠在近些年也有所突破,目前永太科技CF光刻膠已通過華星光電的認證,部分產品性能已接近國際主流水準。

至於技術難度最高的半導體光刻膠,國內產商僅僅在低端的G線和I線有產品進入下游供應鏈,6英寸晶圓所用的光刻膠自給率大概在20-30%%,而高端的12英寸晶圓所用的光刻膠基本全部依賴進口,國內廠商在高端半導體光刻膠上幾乎全軍覆沒。

中國產業信息網數據顯示,中國 PCB光刻膠產值佔比為94.4%,而 LCD 和半導體光刻膠產值佔比分別僅為2.7%和1.6%。

機遇下的內生外延

儘管國內光刻膠產業起步較晚,但市場爆發式的增長給了國內光刻膠產業良好的發展機會。

根據前瞻產業研究院的數據,2012-2018年中國大陸的半導體市場銷售規模由2158億元迅速增長至6531億元,年複合增速高達20.27%,遠超全球其他地區,全球半導體產業加速向大陸轉移。

光刻膠:技術封鎖下,國內行業難以突破的壁壘

伴隨著全球半導體行業的快速發展,全球半導體光刻膠市場持續增長。2018年全球半導體光刻膠市場規模20.29億美元,同比增長15.83%。其中,中國半導體光刻膠規模佔全球比重最大,達到32%。

LCD光刻膠的發展前景則更為明朗。

隨著日韓面板產能的退出,以京東方和華星光電為代表的國內面板企業迅速崛起。面板產能擴張也促進了LCD光刻膠需求的增長。中信證券的研報預測,2019-2023年中國LCD光刻膠市場規模將從40億元增至69億元,國產化率也有望從5%快速提升至40%。

受此影響,國內LCD光刻膠企業開始走上了一條“內生外延”的道路。

2月26日,雅克科技宣佈旗下子公司斯洋國際有限公司與LG化學簽署《業務轉讓協議》,以580億韓元(摺合人民幣約3.35億元)購買其下屬的彩色光刻膠事業部的部分經營性資產,並在交割後於韓國投資建設彩色光刻膠工廠,成為 LGD的長期供應商。

雅克科技選擇了外延,博硯電子則選擇了內生。通過引進經驗豐富的日、韓行業專家參與LCD光刻膠的研發。據悉,博硯電子已經完成了BM光刻膠的開發和中試工作,現已擁有1000噸/年黑色光刻膠產能,成功打破國外壟斷。

面對一次又一次的封鎖禁售,光刻機和光刻膠的國產化已勢在必行,不過,這條路註定要比芯片國產化難走得多。


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