光刻胶:技术封锁下,国内行业难以突破的壁垒

3月19日,据日本共同社报道,以美国为首的《瓦森纳协定》正在着手扩大半导体技术出口管制范围,这个几乎是为我国“量身打造”的协定曾在去年11月份限制了ASML对中芯国际的EUV光刻机的出口,并引发了外交部强烈的不满和抗议。此次扩大半导体出口管制范围,极有可能是针对日本对中国的半导体光刻机及光刻胶的出口限制。

众所周知,高端光刻机的制造长期被荷兰厂商ASML所垄断,目前有能力完成7nm以下晶圆制程的光刻机全部出自ASML之手。

如果说荷兰的ASML是行业的翘楚,那么日本的光刻机厂商就是行业的基石,因为除了ASML外,能够生产光刻机的厂商只有尼康和佳能,但真正令人担忧的是光刻胶的出口限制,以日本JSR、东京应化、日本信越等日厂垄断了72%的市场份额,中国大陆所占市场份额不足10%,且仅应用于低端产品。

为什么产业链全球化的今天,单一产品能够限制整个行业的技术发展?让我们来梳理一下光刻胶的前世今生。

电子化学产业的皇冠明珠

在芯片制造中,包含光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入等十几道工艺,工序更是多达2000-5000道,但仅仅是光刻工艺就约占整个成本的35%,耗时占整个芯片工艺的40-60%,因此,光刻工艺是半导体制造中最核心的工艺。

而光刻工艺中最重要的耗材就是光刻胶。光刻胶是一种具有光化学敏感性的功能性化学材料,是由光引发剂、光刻胶树脂、单体、溶剂和其他助剂组成的对光敏感的混合液体。它能通过光化学反应改变自身在显影液中的溶解性,通过将光刻胶均匀涂布在硅片、玻璃和金属等不同的衬底上,利用它的光化学敏感性,通过曝光、显影、刻蚀等工艺过程,将设计在掩膜版上的图形转移到衬底上。

光刻胶自1959年被发明以来,就一直与光刻机和光刻工艺紧密相关,是精细化工行业技术壁垒最高的材料,被誉为是电子化学产业的皇冠明珠。

摩尔定律的“绊脚石”

“当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍”这条由戈登·摩尔提出的定律在过去的50余年里被一次又一次的证实,但这一定律可能会因为光刻胶的技术瓶颈而被打破。

据科技媒体DeepTech报道,2019年在一场位于硅谷的光刻技术研讨会中,业界提出半导体工艺蓝图在未来10年可以一路推进至10nm,却可能因光刻胶材料的瓶颈,让工艺发展到3nm节点是就出现警讯。

光刻胶:技术封锁下,国内行业难以突破的壁垒

这一观点也得到资深从业人士的肯定,“理论上来说,ASML的极紫外光EUV技术是能够实现1nm制程的,但受限于光刻胶,台积电的5nm工艺几乎就已经是芯片制程的天花板了”。

DeepTech在报道中提到,Lam Research提出的干式光刻胶可能会成为突破技术瓶颈的解决方案。但上述从业人士对这一技术前景并不乐观,“干式光刻胶在成本上应该会有很大优势,但是对于分辨率和敏感度上恐怕很难有质的提升”。

艰难起步的国内产业

早在2005年,中国就已经立项光刻胶研究,但这些年始终未能取得重大突破。

其原因在于光刻胶成产工艺复杂,且需要大笔的资金投入和长期的技术积累,这对于起步阶段的国内光刻胶产业来说实在是举步维艰。

光刻胶市场按下游应用领域分类可以分为三类:半导体光刻胶、LCD光刻胶和PCB光刻胶。从技术水平来看,PCB光刻胶由于技术门槛较低,国产化速度相对较快,已经能对主流厂商大批量供货。

技术门槛更高的LCD光刻胶在近些年也有所突破,目前永太科技CF光刻胶已通过华星光电的认证,部分产品性能已接近国际主流水准。

至于技术难度最高的半导体光刻胶,国内产商仅仅在低端的G线和I线有产品进入下游供应链,6英寸晶圆所用的光刻胶自给率大概在20-30%%,而高端的12英寸晶圆所用的光刻胶基本全部依赖进口,国内厂商在高端半导体光刻胶上几乎全军覆没。

中国产业信息网数据显示,中国 PCB光刻胶产值占比为94.4%,而 LCD 和半导体光刻胶产值占比分别仅为2.7%和1.6%。

机遇下的内生外延

尽管国内光刻胶产业起步较晚,但市场爆发式的增长给了国内光刻胶产业良好的发展机会。

根据前瞻产业研究院的数据,2012-2018年中国大陆的半导体市场销售规模由2158亿元迅速增长至6531亿元,年复合增速高达20.27%,远超全球其他地区,全球半导体产业加速向大陆转移。

光刻胶:技术封锁下,国内行业难以突破的壁垒

伴随着全球半导体行业的快速发展,全球半导体光刻胶市场持续增长。2018年全球半导体光刻胶市场规模20.29亿美元,同比增长15.83%。其中,中国半导体光刻胶规模占全球比重最大,达到32%。

LCD光刻胶的发展前景则更为明朗。

随着日韩面板产能的退出,以京东方和华星光电为代表的国内面板企业迅速崛起。面板产能扩张也促进了LCD光刻胶需求的增长。中信证券的研报预测,2019-2023年中国LCD光刻胶市场规模将从40亿元增至69亿元,国产化率也有望从5%快速提升至40%。

受此影响,国内LCD光刻胶企业开始走上了一条“内生外延”的道路。

2月26日,雅克科技宣布旗下子公司斯洋国际有限公司与LG化学签署《业务转让协议》,以580亿韩元(折合人民币约3.35亿元)购买其下属的彩色光刻胶事业部的部分经营性资产,并在交割后于韩国投资建设彩色光刻胶工厂,成为 LGD的长期供应商。

雅克科技选择了外延,博砚电子则选择了内生。通过引进经验丰富的日、韩行业专家参与LCD光刻胶的研发。据悉,博砚电子已经完成了BM光刻胶的开发和中试工作,现已拥有1000吨/年黑色光刻胶产能,成功打破国外垄断。

面对一次又一次的封锁禁售,光刻机和光刻胶的国产化已势在必行,不过,这条路注定要比芯片国产化难走得多。


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