《電子技術(shù)應(yīng)用》
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必爭(zhēng)的1%:硝煙彌漫的半導(dǎo)體暗戰(zhàn)

2021-06-03
來(lái)源:百度新聞

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  5月27日,,一則日本將對(duì)中國(guó)斷供光刻膠的消息震驚資本市場(chǎng),。據(jù)外媒透露,,日本光刻膠龍頭企業(yè)信越化學(xué)將限制向中國(guó)多家一線晶圓廠供貨KrF級(jí)別光刻膠,,迫使晶圓廠恐將面臨缺失光刻膠的窘境,。

  斷供尚未正式落地,,但市場(chǎng)對(duì)斷供光刻膠的恐懼卻率先反應(yīng)的股價(jià)上,。27日收盤(pán),,容大感光,、晶瑞股份等國(guó)產(chǎn)光刻膠概念股紛紛漲停。

  從市場(chǎng)規(guī)模上看,,在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈條中,,光刻膠只不過(guò)占比不足1%的細(xì)小市場(chǎng)。數(shù)據(jù)顯示,,2020年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模4260億美元,,而應(yīng)用于半導(dǎo)體市場(chǎng)的光刻膠規(guī)模卻僅為19億元,,僅占半導(dǎo)體行業(yè)的0.4%。

  究竟市場(chǎng)為何會(huì)因?yàn)樾⌒〉墓饪棠z而引發(fā)如此震動(dòng),?投資者們又在擔(dān)心什么,?

  01 持續(xù)迭代的光刻膠

  光刻膠涉及到PCB、LCD和半導(dǎo)體三個(gè)應(yīng)用方向,,本文探討的核心就在于被市場(chǎng)關(guān)注的半導(dǎo)體光刻膠,。

  光刻工藝是芯片制造的精髓,成本約占芯片總成本的35%,,耗時(shí)約占整個(gè)芯片總耗時(shí)的50%,。光刻并非由光刻機(jī)直接用激光在硅片上雕刻而成,而是一系列復(fù)雜流程才獲得的最終結(jié)果,。

  半導(dǎo)體制作過(guò)程中,,光刻膠是必不可少的核心原料,缺了它就將讓半導(dǎo)體的光刻流程陷入癱瘓,。具體而言,,光刻會(huì)涉及七大流程:涂膠、前烘,、曝光,、顯影、豎膜,、刻蝕,、去膠。

  需要首先在硅片上涂抹一種能夠改變硅片溶解度的光致抗蝕劑,,也就是光刻膠,。然后經(jīng)過(guò)曝光(改變光刻膠溶解度)、顯影(利用顯影液溶解改性后光刻膠的可溶部分)處理,。

  由于光刻膠改變了部分溶解度,,因此沒(méi)有被涂抹的地方就會(huì)被溶解,由此形成圖案,,最終再通過(guò)刻蝕在硅片上畫(huà)出電路圖,。

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  按照成分考量,光刻膠主要由五部分組成,,分別是感光樹(shù)脂(聚合劑),、增感劑(光引發(fā)劑)、單體(活性稀釋劑),、溶劑與助劑,。

  其中,光引發(fā)劑和樹(shù)脂是光刻膠的最核心部分,樹(shù)脂起到聚合作用,,形成光刻膠的骨架,;光引發(fā)劑是光刻膠材料中的光敏成分,能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),。

  從光刻技術(shù)正式被應(yīng)用起,,整個(gè)行業(yè)就處于不斷迭代之中,光源與光刻膠是光刻技術(shù)迭代的核心,。

  就光刻膠而言,,其波長(zhǎng)由紫外寬譜向g線(436nm)、i線(365nm),、KrF(248nm),、ArF(193nm)、F2(157nm),、EUV(13.5nm)的方向轉(zhuǎn)移,并通過(guò)分辨率增強(qiáng)技術(shù)不斷提升光刻膠的分辨率水平,。

  實(shí)際上,,光刻膠的進(jìn)化趨勢(shì)與摩爾定律相匹配。1965年,,英特爾公司創(chuàng)始人戈登·摩爾提出了一個(gè)關(guān)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器發(fā)展趨勢(shì)的報(bào)告,,在其中它獲得了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn):在每個(gè)新的芯片大體上包含其前任兩倍的容量,每個(gè)芯片產(chǎn)生的時(shí)間都是在前一個(gè)芯片產(chǎn)生后的18-24個(gè)月內(nèi),。

  這就意味著處理器的工作效率翻倍,,而成本則降至至一半。對(duì)于采用光刻技術(shù)進(jìn)行加工的半導(dǎo)體而言,,光刻的線寬極限和精度直接決定了集成路的集成度,、可靠性和成本。

  根據(jù)摩爾定律,,由于光源波長(zhǎng)與加工線寬呈線性關(guān)系,,這意味著光源采用更短的波長(zhǎng)將得到更小的圖案、在單位面積上實(shí)現(xiàn)更高的電子元件集成度,,從二獲得更高的性能與更低的成本,。

  由此不難發(fā)現(xiàn),看似不起眼的光刻膠實(shí)則是一個(gè)不斷進(jìn)化中的行業(yè),。

  02 背后的密碼

  縱觀現(xiàn)階段光刻膠產(chǎn)業(yè)格局,,日本一家獨(dú)大,美國(guó)尚可自足,,中國(guó)仍處于追趕之中,。

  相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,全球光刻膠市場(chǎng)中,日本份額占比達(dá)到72%,,而中國(guó)企業(yè)的市場(chǎng)占有率不足13%,。如果進(jìn)一步聚焦生產(chǎn)難度更大的半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng),中國(guó)企業(yè)的占有率就更微乎其微,。

  追根溯源,,美國(guó)柯達(dá)其實(shí)是光刻技術(shù)的最早應(yīng)用者,而在很長(zhǎng)一段時(shí)間中,,美國(guó)企業(yè)都在光刻膠技術(shù)方面遙遙領(lǐng)先,。

  但真正的轉(zhuǎn)折點(diǎn)其實(shí)并不產(chǎn)生在光刻膠本身,而是由上游光刻機(jī)所主導(dǎo),。從1976年開(kāi)始,,日本企業(yè)尼康、佳能全面布局光刻機(jī)領(lǐng)域,,而美國(guó)光刻機(jī)龍頭就成為它們效仿的對(duì)象,。

  像很多追趕中的企業(yè)一樣,由于性能優(yōu)越,,日本光刻機(jī)很快追上了美國(guó)產(chǎn)品,。

  1986年,半導(dǎo)體市場(chǎng)大滑坡,,表現(xiàn)在公司層面就是龍頭公司巨額虧損,,裁員、降薪接踵而至,,這讓曾經(jīng)風(fēng)光無(wú)限的美國(guó)光刻機(jī)市場(chǎng)慘遭重創(chuàng),。另一方面,日本企業(yè)的崛起并在此時(shí)當(dāng)時(shí)次時(shí)代產(chǎn)品KrF光刻機(jī)實(shí)現(xiàn)趕超,。

  光刻機(jī)市場(chǎng)的反超傳導(dǎo)至配件光刻膠市場(chǎng),,1995年?yáng)|京應(yīng)化實(shí)現(xiàn)KrF光刻膠商業(yè)化,徹底打破了以IBM為首的美國(guó)企業(yè)的壟斷,。在1986年的光刻機(jī)大變局后,,日本企業(yè)代替美國(guó)企業(yè)成為了世界光刻機(jī)的焦點(diǎn),而美國(guó)則徹底淪為配角,。

  光刻膠需求量很小,,所以很少有巨頭“ALL IN”這一單品市場(chǎng),它大多數(shù)還是作為大型化學(xué)公司的一個(gè)部門(mén)而存在,。同時(shí)作為光刻機(jī)的配套產(chǎn)業(yè),,其背后則直接與國(guó)家產(chǎn)業(yè)力量高度相關(guān)。

  如果單從產(chǎn)品本身出發(fā),,相信光刻膠的合成并不困難,,但其卻面對(duì)與光刻體系的適用性的限制,。單就光刻膠本身而言,其本身并不具備變準(zhǔn)化,,各家的產(chǎn)品也會(huì)因?yàn)閹追N原料配比的差異而產(chǎn)生不同的效果,。

  在光刻的7大流程中,單一光刻膠的改變,,很可能引發(fā)其它流程的連鎖反應(yīng),,甚至?xí)?duì)最終的結(jié)果造成極大的影響。為了保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性,,在取得穩(wěn)定的光刻膠供給后,,客戶(hù)們并不愿意輕易更換其它產(chǎn)品的。

  光刻膠市場(chǎng)需求量本就有限,,同時(shí)客戶(hù)還被深度綁定,,這就讓光刻膠新入局者缺乏動(dòng)力,而缺乏與之匹配的高端光刻機(jī),,亦是阻礙中國(guó)光刻膠發(fā)展的核心因素之一,。

  但這并不意味著中國(guó)企業(yè)不存在機(jī)會(huì)??v觀光刻機(jī)發(fā)展歷史,,在尖端光刻機(jī)市場(chǎng),日本尼康已經(jīng)被荷蘭ASML趕超,;而半導(dǎo)體制造中,整個(gè)產(chǎn)業(yè)也從日本轉(zhuǎn)移到了中國(guó)和韓國(guó),。如此來(lái)看,,中國(guó)光刻膠企業(yè)是存在發(fā)展機(jī)會(huì)的。

  03 產(chǎn)業(yè)暗戰(zhàn)

  盡管日本已經(jīng)不再是最頂尖的光刻機(jī)制造者,,但其依舊憑借在光刻膠企業(yè)的多年積累,,申請(qǐng)了大量的專(zhuān)利和技術(shù)儲(chǔ)備,并利用產(chǎn)能去限制潛在競(jìng)爭(zhēng)者,。一定程度的上,,小小的光刻膠已經(jīng)成為日本的戰(zhàn)略武器。

  2019年,,日本就曾宣布對(duì)韓國(guó)進(jìn)行出口管制,,而制裁的核心正是聚焦于氟聚酰亞胺、光刻膠,、高純度氟化氫三種材料產(chǎn)品,。從用途來(lái)看,這三種材料分別是顯示面板,、半導(dǎo)體芯片制造中的核心材料,,同時(shí)日本也在這三項(xiàng)材料中占據(jù)統(tǒng)治地位。

  在當(dāng)時(shí)的清單上,15~193光刻膠是使用氟化氫(ArF)光源的半導(dǎo)體光刻膠,。1~15以下的是極紫外線(EUV)用光刻膠,。而這些正是當(dāng)時(shí)三星電子和SK海力士在半導(dǎo)體生產(chǎn)中所需要的的核心材料。

  由于高端光刻膠的保質(zhì)期為6-9個(gè)月,,保存較為困難,,因此企業(yè)很難通過(guò)大規(guī)模儲(chǔ)存的方式來(lái)避免被“卡脖子”的窘境,這也就導(dǎo)致即使是韓國(guó)這樣的芯片強(qiáng)國(guó),,也不得不面對(duì)潛在的停產(chǎn)困局,。

  據(jù)韓國(guó)貿(mào)易協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),在日本制裁的2019年,,韓國(guó)芯片設(shè)備最大的進(jìn)口國(guó)依然是日本,,進(jìn)口規(guī)模高達(dá)3296億美元,由此可以看出日本在芯片行業(yè)的深厚積淀,。

  從韓國(guó)身上,,中國(guó)相關(guān)企業(yè)可以找到答案,半導(dǎo)體項(xiàng)目需要長(zhǎng)時(shí)間投入,、重資布局,,這一過(guò)程中,勢(shì)必會(huì)遇到險(xiǎn)阻,,也有可能遭遇困境,。這是一條荊棘之路,但同時(shí)也是一條必經(jīng)之路,。

  04 光刻膠的中國(guó)軍團(tuán)

  正如前文所述,,光刻膠市場(chǎng)規(guī)模很小,同時(shí)由于產(chǎn)業(yè)限制,,參與者很難快速獲得可觀的利潤(rùn),。如果單純從財(cái)務(wù)角度看,光刻膠并非一個(gè)好的生意,。

  另一方面,,從摩爾效應(yīng)出發(fā),光刻機(jī)的迭代已經(jīng)十分迅速,,目前中國(guó)企業(yè)落后明顯,,因此中國(guó)的光刻膠企業(yè)不應(yīng)該再將高昂的研發(fā)費(fèi)用投入到低端光刻膠市場(chǎng),而是應(yīng)該對(duì)準(zhǔn)目前和未來(lái)的主流市場(chǎng),。

  如果目前中國(guó)光刻膠企業(yè)還按照行業(yè)發(fā)展規(guī)律從低端向高端一步一步研發(fā),,那么勢(shì)必會(huì)受累于此,導(dǎo)致最終入不敷出,。

  從某種意義而言,,光刻膠不是一個(gè)單純的國(guó)產(chǎn)替代邏輯,,而其真正存在的機(jī)會(huì),就是中國(guó)企業(yè)誰(shuí)能跟誰(shuí)主流,,打破日本年的壟斷,。

  就信越化學(xué)斷供的KrF級(jí)別光刻膠而言,這正是當(dāng)年日本趕超美國(guó)成為龍頭的產(chǎn)品,,本就是一款并不那么新的產(chǎn)品,。然而即使是這一級(jí)別,國(guó)內(nèi)能夠參與其中的公司也只有寥寥數(shù)家,,更不要提后續(xù)的ArF級(jí)別和EUV級(jí)別產(chǎn)品了,。

  縱觀目前中國(guó)光刻膠市場(chǎng),涉足研發(fā)KrF級(jí)別以上產(chǎn)品的公司共有五家:徐州博康,、彤程新材,、南大光電、上海新陽(yáng),、晶瑞股份,。

  徐州博康成立于2010年,專(zhuān)注于中高端光刻膠研發(fā),。從2017年其,,博康開(kāi)始承擔(dān)國(guó)際02項(xiàng)目中的《193納米光刻膠的開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》,并于2019年正式被國(guó)家確定為光刻膠單體的國(guó)標(biāo)制定單位,。

  目前,,博康已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)I線光刻膠、KrF光刻膠,、ArF光刻膠和電子束光刻膠四大系列光刻膠產(chǎn)品,,同時(shí)集合了單體、樹(shù)脂等光刻膠上游材料和光刻膠的全產(chǎn)業(yè)鏈開(kāi)發(fā),。

  徐州博康并未上市,2020年1月華懋科技通過(guò)產(chǎn)業(yè)基金向徐州博康進(jìn)行投資,,產(chǎn)業(yè)基金東陽(yáng)凱陽(yáng)擬出資 3000 萬(wàn)元向徐州博康增資,,增資后持有徐州博康 1.186%股權(quán),同時(shí)獲得 5.5 億元無(wú)條件轉(zhuǎn)股權(quán)和 2.2 億元股權(quán)轉(zhuǎn)讓權(quán),,若全部轉(zhuǎn)股合計(jì)持有 31.63%股權(quán),。

  彤程新材是新材料綜合服務(wù)商,通過(guò)收購(gòu),,獲得北京科華56.56%股權(quán),,成為公司第一大股東。由此成功的從橡膠廠商切換至光刻膠賽道,。同時(shí)其還擁有另一家光刻膠廠商北京北旭電子45%的股份,。

  北京科華成立于2004年,,去年?duì)I收 8928 萬(wàn)元,是中國(guó)大陸銷(xiāo)售額最高的國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體光刻膠公司,,旗下產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋KrF(248nm),、I-line、G-line,、紫外寬譜的光刻膠及配套試劑,。公司擁有中高檔光刻膠生產(chǎn)基地,能夠?qū)崿F(xiàn)KrF級(jí)別產(chǎn)品的百?lài)嵙慨a(chǎn),。

  2010 年起,,北京科華承擔(dān) KrF 光刻膠國(guó)家 02 專(zhuān)項(xiàng),并于 2014 年完成產(chǎn)業(yè)化并形成銷(xiāo)售,,2020 年 KrF(248nm)光刻膠銷(xiāo)售 286萬(wàn)元,,是唯一可以批量供應(yīng)KrF光刻膠給8寸和12寸客戶(hù)的本土光刻膠公司。

  晶瑞股份產(chǎn)品涉及超凈高純?cè)噭?、光刻膠,、功能性材料、鋰電池材料和基礎(chǔ)化工材料等,。公司的光刻膠由公司的子公司蘇州瑞紅生產(chǎn),,擁有國(guó)家 02 重大專(zhuān)項(xiàng)資助的一流光刻膠研發(fā)和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室。

  蘇州瑞紅承擔(dān)的 02 國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)光刻膠項(xiàng)目已通過(guò)驗(yàn)收并實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售,,紫外負(fù)型光刻膠和寬譜正膠及部分 g 線等高端產(chǎn)品已規(guī)模供應(yīng)市場(chǎng)數(shù)十年,,i 線光刻膠近年已供應(yīng)國(guó)內(nèi)頭部芯片公司,高端 KrF(248nm)光刻膠完成中試,,產(chǎn)品分辨率達(dá)到了 0.25~0.13m 的技術(shù)要求,,建成了中試示范線。

  上海新陽(yáng)主營(yíng)開(kāi)發(fā)銅互連電鍍液及添加劑,、蝕刻后清洗液,、ArF干法、KrF,、I線光刻膠,、底部抗反射膜等配套材料。

  2016年底公司立項(xiàng)開(kāi)發(fā)集成電路制造用高端光刻膠,,公司已研發(fā)獲得多個(gè)ArF干法,、KrF厚膜光刻膠產(chǎn)品配方、工藝數(shù)據(jù)和技術(shù)參數(shù),,得到了多次可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)室曝光結(jié)果,,關(guān)鍵曝光參數(shù)已經(jīng)達(dá)到了光刻生產(chǎn)工藝對(duì)商用光刻膠可以進(jìn)行中試產(chǎn)品驗(yàn)證的基本要求。

  南大光電是一家專(zhuān)業(yè)從事高純電子材料研發(fā),、生產(chǎn)和銷(xiāo)售的高新技術(shù)企業(yè),,公司正式成立于 2000 年,,技術(shù)來(lái)源于南京大學(xué)。

  2020年12月,,南大光電自主研發(fā)的ArF光刻膠產(chǎn)品成功通過(guò)武漢新芯的使用認(rèn)證,,成為通過(guò)產(chǎn)品驗(yàn)證的第一只國(guó)產(chǎn)ArF光刻膠。

  建立ArF光刻膠產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)線,,形成年產(chǎn)25噸ArF(干式/浸沒(méi)式)光刻膠產(chǎn)品的生產(chǎn)能力,,產(chǎn)品性能滿足90nm-14nm集成電路制造的要求,在通過(guò)下游客戶(hù)使用認(rèn)證后實(shí)現(xiàn)批量銷(xiāo)售,。

  五家公司誰(shuí)能跑贏,,這存在著變數(shù),但這卻很可能是半導(dǎo)體行業(yè)未來(lái)發(fā)展的風(fēng)口,。我們的半導(dǎo)體行業(yè)想要真正強(qiáng)大,,不僅需要突破制造端的限制,還要突破原材料端的封鎖,。

  05 結(jié)語(yǔ)

  總體而言,,疫情是中國(guó)企業(yè)整體崛起的一次機(jī)會(huì)。

  縱觀國(guó)際疫情肆虐,,而國(guó)內(nèi)疫情控制極好,,不僅很早就復(fù)產(chǎn)復(fù)工,而且很多行業(yè)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)超越疫情前水平,。

  過(guò)去幾年,,很多外資企業(yè)將產(chǎn)業(yè)基地搬移至東南亞國(guó)家,而在疫情之下,,已經(jīng)開(kāi)始有部分企業(yè)重新回歸中國(guó),。從這方面看,中國(guó)制造依然有著強(qiáng)勁的優(yōu)勢(shì),。

  聚焦半導(dǎo)體材料行業(yè),,雖然日本依然有著其它國(guó)家無(wú)可比擬技術(shù)實(shí)力,但在下游市場(chǎng),,中國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成為不可或缺的一環(huán),,這種大趨勢(shì)下,中國(guó)企業(yè)的自主可控話將是大勢(shì)所趨,。

  突發(fā)的光刻膠斷供消息,對(duì)于中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)而言可能并不是壞事,,這讓投資者重新將注意力投回到了中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè),。

  光刻膠行業(yè)雖然僅占半導(dǎo)體整體的不到1%,但這確實(shí)必須爭(zhēng)下來(lái)的1%,。




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