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國產光刻膠初露曙光
格隆匯 09-25 10:31

本文來自格隆匯專欄:半導體行業觀察

最近一段時間以來,因為地緣政治等因素的影響,國內對光刻膠的關注也逐漸增加。

所謂光刻膠(又稱光致抗蝕劑),據浙商證券的介紹,這是一種對光敏感的混合液體。其組成部分包括:光引發劑(包括光增感劑、光致產酸劑)、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑。光刻膠可以通過光化學反應,經曝光、顯影等光刻工序將所需要的微細圖形從光罩(掩模版)轉移到待加工基片上。依據使用場景,這裏的待加工基片可以是集成電路材料,顯示面板材料或者印刷電路板。

作為芯片生產不可或缺的一種原材料,與5000億美元的半導體市場相比,光刻膠的市場規模並不大。據TECHCET發佈最新統計和預測數據:2021年,半導體制造所需的光刻膠市場規模將同比增長11%,達到19億美元。

光刻膠市場預測

但在過去多年裏,這個市場一直被日本和美國廠商所壟斷,尤其是在EUV光刻膠上面,那更是日本廠商一統天下。但從最近國產廠商的一些消息看來,本土光刻膠初露曙光。

美日壟斷的市場

據前瞻產業研究院報道,按照曝光波長分類,光刻膠可分為紫外光刻膠(300-450nm)、深紫外光刻膠(160-280nm)、極紫外光刻膠(EUV,13.5nm)、電子束光刻膠、離子束光刻膠、X射線光刻膠等。不同曝光波長的光刻膠,其適用的光刻極限分辨率不同,通常來説,在使用工藝方法一致的情況下,波長越小,加工分辨率越佳。

半導體光刻膠分類

在半導體領域,則主要分為5個種類,分別是g線光刻膠,i線光刻膠,KrF光刻膠,ArF光刻膠和EUV光刻膠。

而依照依照化學反應和顯影原理分類,光刻膠則可以分為正性光刻膠和負性光刻膠。使用正性光刻膠工藝,形成的圖形與掩膜版相同;使用負性光刻膠工藝,形成的圖形與掩膜版相反。

正如前文所説,這個不大的市場由日美巨頭把持,尤其是日本,更是光刻膠領域無可爭議的龍頭。據日經統計,在集成電路生產不可或缺的光刻膠領域,日本企業所佔的份額達到9成。JSR及信越化學等企業在這個領域也各有優勢。

據上海新陽在2018年發佈的一份名為《193nm(ArF)幹法光刻膠研發及產業化項目可行性研究報吿》報吿中介紹,光刻膠行業的成長伴隨着半導體產業的發展。因此供應光刻膠的生產企業,大部分都是在半導體產業發展早期就開始參與市場的有機感光材料企業。而這些企業又主要集中在美國、日本、歐洲,以及韓國等。

報吿指出,主要生產光刻膠的企業有:日本 JSR、日本 TOK、信越化學、住友化學、富士膠片,美國的Shipley公司、陶氏化學,歐洲的AZ公司等;韓國的錦湖石化、東進世麥肯等,其中市場份額位居前列的公司為日本JSR、 TOK、住友化學、信越、陶氏化學公司。在ArF、ArF浸沒式、G/I 線和KrF光刻膠市場方面,JSR、信越、TOK和日本住友化學佔據主要市場份額。

來到EUV光刻膠方面,在日本信越化學、JSR、東京應化工業公司加大投產,日本住友化學和富士膠片(Fujifilm)躍躍欲試,而JSR又收購了美國EUV光刻膠供應企業Inpria之後,日本在這方面的地位進一步加強了。

國產企業初露曙光

歷經過去多年的發展,國產光刻膠進入今年也開始密集爆發。

首先看備受行業關注的科華方面,據彤程新材日前介紹,在2021年上半年,公司旗下的北京科華半導體光刻膠業務實現營業收入5,647.83萬元,同比增長46.74%;公司半導體用G/I線光刻膠產品較上年同期增長40.36%;KrF光刻膠產品較上年同期增長94.51%,

彤程新材進一步指出,今年上半年,科華多款新產品出貨放量,新增包括KrF光刻膠、高檔I線光刻膠、化學放大型I線光刻膠在內的10支產品獲得長江存儲、中芯北方、廣州粵芯、廈門士蘭集科等用户訂單,成為中芯國際、上海華力微電子、長江存儲、武漢新芯、上海華虹宏力、華虹半導體(無錫)、華潤上華、杭州士蘭、吉林華微電子、中芯集成(紹興)、北京燕東微電子、三安光電、華燦光電等行業頂尖客户的穩定合作伙伴。

按照他們的説法,科華是本土半導體光刻膠龍頭企業,唯一被SEMI列入全球光刻膠八強的中國光刻膠公司,擁有KrF(248nm)、g線、i線、半導體負膠、封裝膠等產品,是中國大陸銷售額最高的國產半導體光刻膠公司,KrF光刻膠國家02專項的承擔單位,是國內第一家可以批量供應KrF光刻膠給本土8寸和12寸的晶圓廠客户。

他們指出,國內所有的6寸客户全部處於和公司合作或在開發中的階段,G/I線光刻膠在6寸市場佔有率在60%以上;8寸用户增至15家,12寸客户增至8家。

再看上海新陽方面,據他們在今年六月底發表的公吿,公司自主研發的KrF (248nm)厚膜光刻膠產品近日已通過客户認證,併成功取得第一筆訂單。

新陽表示,KrF(248nm)厚膜光刻膠產品的開發和產業化是公司第三大核心技術——光刻技術的重要方向之一,本次產品認證的通過及訂單的取得,標誌着“KrF(248nm) 厚膜光刻膠產品的開發和產業化” 取得了成功,為公司在光刻技術領域目標的 全面完成奠定了堅實基礎。

在八月中下旬,新陽表示,公司的KrF光光刻膠已經取得了2家客户的訂單,而ArF幹法光刻膠則尚處於認證階段。至於ArF浸沒式光刻膠產品,則已有實驗室樣品,同樣也處在測試階段。按照他們的説法,超純類產品的認證一般要九月左右,那就意味着到我們最遲到明年,應該看到他們的更多進展。

另一個國產光刻膠參與者南大光電9月17日在投資者互動平台中表示,公司研發的ArF光刻膠產品已通過兩家客户的認證,目前簽訂了小批量訂單,尚未開始規模量產。量產時間需根據客户訂單確定。從他們更早之前的消息可以看到,南大光電研發的ArF光刻膠產品分別通過一家存儲芯片製造企業和一家邏輯芯片製造企業客户認證,其餘客户的認證工作正在積極推進。

同樣在9月17日,晶瑞電材也強調,公司光刻膠產品達到國際中高級水準,在國內具有悠久聲譽,穩定生產光刻膠近三十多年,是國內最早規模量產光刻膠的企業之一。

他們進一步指出,光刻膠是國際上技術門檻最高的微電子化學品之一,高端產品的研發和生產主要由日系JSR、信越化學、東京應化等少數公司所壟斷。而公司承擔並完成了國家02專項“i線光刻膠產品開發及產業化”項目。

據晶瑞電材所説,他們是我國曆史最悠久、供應量最大的光刻膠生產企業之一,產品序列齊全,產業化規模、盈利能力均處於行業領先水平,其中g/i線光刻膠已向中芯國際、合肥長鑫等知名大尺寸半導體廠商供貨,KrF(248nm深紫外)光刻膠完成中試,目前已進入客户測試階段,測試通過後即可進入量產階段。ArF高端光刻膠研發工作已正式啟動,旨在研發滿足90-28nm芯片製程的ArF(193nm)光刻膠,滿足當前集成電路產業關鍵材料市場需求。

另外,廣信材料、飛凱材料都表示,公司的光刻膠產品正在送樣,華懋科技也通過投資徐州博康來進入這個領域。據上海證券報的報道,徐州博康是國內最早從事光刻膠單體研發和量產的公司,長期為主流光刻膠公司供應單體。在豐富的單體技術積累基礎上,徐州博康接連開展了樹脂和光刻膠的研發,取得了多項突破。KrF膠已通過技術驗證,被國內主流廠商批量採購用於量產;ArF膠的關鍵技術指標與國際水平非常接近,正在進行市場推廣。

需要補充一點,上述內容是筆者近來看到有消息披露的國產光刻膠進展,並不代表事實的全部。希望有識之士能夠在此基礎上增刪修改。

寫在最後

在八月,某網紅券商分析師與國內晶圓大廠的相關人士就本土光刻膠有過一番爭論。按照後者的看法,國產光刻膠一個能打的都沒有。而前者回應的一句“你算老幾”更是被廣大媒體爭先傳播。

這番爭論背後,其實折射出了國產光刻膠的難。

以193nm(ArF)高端光刻膠為例。前文提到的上海新陽那份報吿中指出,193nm(ArF)高端光刻膠在國內一直是空白(截止到報吿寫的日期2018年),技術和產品一直掌握在國外幾大專業廠商手中,同時懂得和擁有這方面技術的專業人才也同樣被這幾大專業廠商壟斷。為此國內有多家公司和科研機構歷經多年開發與探索,始終未能突破。

報吿同時指出, 193nm(ArF)高端光刻膠所需關鍵原材料與單體同高端光刻膠一樣,掌握在國際少數幾家大的專業廠商手中,國內有公司在開發這些材料,但目前(截止報吿的發佈時間2018年3月)不能滿足需求,仍然要以進口為主,面臨着被競爭對手封鎖的風險。為此他們在開發 193nm(ArF)高端光刻膠的同時,與夥伴公司同時開發關鍵原材料與單體,確保本項目對原材料的需求與供應。

新陽還進一步強調,集成電路製造企業對光刻膠的使用特別謹慎,驗證周 期長、不確定性大,導致光刻膠市場開發難度大、風險高。

換而言之,對於國產光刻膠而言,現在也僅僅是一個開始。

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