与非网 4 月 29 日讯,目前国内疫情控制效果明显,各个晶圆厂已经进入全面复工复产期,需求端全面复苏。但是海外疫情还在持续蔓延,全球半导体供应链受到的挑战也越来越大。在此背景下,光刻胶作为一种用量大但备货少的材料备受市场关注。

 

目前,国内半导体光刻胶厂商仅实现了 i 线(365nm)和 KrF 线(248nm)两种光刻胶的规模化量产,对于更高端的 ArF 以及 EUV 光刻胶尚未有所突破。尽管如此,随着国内半导体产业对供应链的安全愈发重视,各大晶圆厂均加强与国产光刻胶厂商的合作,国产光刻胶厂商也在全力推动研发进度。

 

 

光刻胶国产化迫在眉睫

在半导体所有的化学品中,光刻胶是价格最贵的材料之一,但有效期却最短(80%以上的光刻胶进厂后有效期仅有 90 天)。为了避免不必要的浪费,晶圆厂正常的原材料库存并不会太多,通常来说,在满载的晶圆厂里面需要用到的光刻胶会有 30 多种,部分产品甚至每个月都要进货。

 

了解到,随着美国加州发布“就地避难令”,根据当地政府的要求,当地工厂均暂时关闭运营,其中就包括半导体设备工厂以及 JSR、DuPont(杜邦)在内的小部分半导体材料工厂。随着上述工厂很快就恢复了正常运营,对购买 JSR、DuPont 光刻胶的晶圆厂整体运营并未造成太大影响。

 

不过,由于光刻胶具有极高的技术壁垒,潜在拟进入者很难对光刻胶成品进行逆向分析和仿制。因此,全球光刻胶行业呈现寡头垄断格局,长期被日本、欧美的专业公司垄断,其中,日本的企业占据 80%的全球市场。

 

光刻胶主要企业包括日本的 TOK、JSR、富士、信越化学和住友化学,美国的陶氏化学、欧洲的 AZEM 和韩国的东进世美肯等,而国内在高端光刻胶及配套关键材料产品方面一直处于空白状态,因此,业内对于供应链的安全却愈发担忧,光刻胶国产化也迫在眉睫。

 

国外企业或已启动反制机制

据了解,目前国内仅苏州瑞红(晶瑞股份子公司)和北京科华具有半导体光刻胶的规模化生产能力,二者分别承担了并完成了国家重大科技项目 02 专项“i 线光刻胶产品开发及产业化”以及“KrF 线光刻胶产业化”项目。

 

晶瑞股份在 2019 年年报中表示,苏州瑞红完成了多款 i 线光刻胶产品技术开发工作,并实现销售,取得扬杰科技、福顺微电子等国内企业的供货订单,并在士兰微、吉林华微、深圳方正等知名半导体厂进行测试;高端 KrF 光刻胶处于中试阶段。

 

不过,过去一年,晶瑞股份的光刻胶业务实现营业收入 7,915.78 万元,比上年同期减少 6.02%,毛利率 50.95%,同比下降 2%。

 

北京科华完成了紫外正性光刻胶、集成电路用高分辨 G 线正胶、I 线正胶、KrF 深紫外光刻胶的产线建设和量产出货,客户包括中芯国际、华润上华、士兰微、华微电子、三安光电、华灿光电等。

 

从南大光电披露的公告显示,北京科华 2019 年实现营收 7046 万元,比上年同期的 7895 万元下滑 10.75%,净利润为 545 万元,上年同期为 1015 万元。

 

对于业绩下滑方面,晶瑞股份和北京科华并未做出解释。不过,南大光电表示,当我国形成自己的本土化光刻胶产品时,相应的国外垄断企业必然要启动反制机制以最大限度的力量阻碍我国自主独立产业链的发展,可能存在与本土企业在国内市场打价格战的情况,进而阻碍与推迟本土产品进入国内主流市场和随之要推进的产业化。

 

尽管笔者并不知晓国外企业是否启动了反制机制,但同样的事情已经在半导体各个细分行业得到过无数次的验证。

 

光刻机进场,国内光刻胶厂商加速突围

值得注意的是,尽管 KrF 光刻胶已经代表了国内目前最先进的光刻胶研发与生产水平,但 KrF 光刻胶只能用于 130nm 以上工艺技术节点的集成电路制造,无法满足 90nm 以下技术节点的制造工艺。

 

因此,A 股上市公司南大光电、上海新阳已经开始研发更为高端的 Arf 光刻胶。

 

南大光电自 2017 年 6 月开始自主研发 ArF(193nm)光刻胶,2018 年 1 月获得国家 02 专项之“ArF 光刻胶开发和产业化项目”的立项。

 

“项目开发已经超过三年,但离成功却还很遥远。”南大光电在 4 月 10 日回复深交所的关注函时表示,目前“ArF 光刻胶开发和产业化项目”尚未形成量产,正处于光刻胶产品验证之中,通常需要 12-18 个月,甚至更长的时间。

 

据了解,光刻胶产品量产前需完成光刻胶产品配方开发、应用工艺开发、生产工艺开发、客户验证等四个方面的主要工作。

 

笔者从知情人士中得知,南大光电目前尚未开启验证工作,其配方开发并未完成,而配方开发是光刻胶产品研发中最重要、最关键的基础工作,国际上只有为数很少的几家光刻胶公司可以做到产品级 ArF 光刻胶配方的调制,开发难度极大。

 

知情人士进一步指出,在配方开发时,客户会对光刻胶关键曝光数据提出基本要求,光刻胶厂商通过对主要原材料的选择和配比确定初步配方,其过程要经过成千上万次的不断摸索试验,最后形成多个产品配方,并在客户测试、验证、使用过程中不断调整优化配方,若是在客户测试阶段不达标,光刻胶厂商就只能重新调试。

 

不过,在光刻机进场后,可以加速光刻胶的调试验证等环节。据悉,2020 年 4 月,南大光电购买的 ASML193 纳米浸没式光刻机已经进入其宁波车间,不过尚需安装和调试,预计安装调试需要 4-5 个月的时间。通过这台进口光刻机,南大光电可以对公司生产的光刻胶产品进行质量验证。

 

而上海新阳已立项开发集成电路制造用 ArF、KrF、I 线高端光刻胶。

 

据上海新阳在 4 月 22 日回复深交所的关注函时表示,其 KrF 厚膜光刻胶部分产品配方已完成实验室研发;即将开始生产工艺开发,中试产线在安装调试建设当中;用于检测曝光数据和质量分析的光刻机(型号:Nikon-20541,二手机台)已完成安装调试,进入试运行阶段;主要原材料开发在同步进行;待中试产品产出后进行客户产线验证。

 

此外,ArF 干法光刻胶部分产品配方实验室研发在进行中,生产工艺开发尚未进行,I 线光刻胶产品配方也处于实验室研发阶段,还未开始生产工艺开发和中试产线建设。

 

值得一提的是,虽然在苏州瑞红、北京科华、南大光电和上海新阳等企业带动下,光刻胶国产化加速突围,但光刻胶主要原材料几乎被十几家日本公司所垄断,而且经常对出口至中国设置障碍。此外,国内了解和掌握集成电路制造用高端光刻胶技术的人才极度匮乏,日美等少数光刻胶企业对此类人才也进行高度管控与流动限制,这也使得国内光刻胶厂商在研发光刻胶这条路上异常坎坷。