中国光刻胶 离日本还有多大差距?(组图)

光刻胶，是芯片制造的关键材料。 为了打破国际垄断，中国企业全力攻关，进步确实很大。 但是，与日本，中国光刻胶仍然有很大的差距。 到底差在哪里？ 中国企业又该如何突围？


光刻胶，顾名思义，就是光刻机在光刻过程中使用的聚合物薄膜材料，英文直译过来是光致抗蚀剂，能在紫外光、电子束、离子束、X射线等照射或辐射下，发生聚合或解聚反应，把图案留在硅片上。


光刻胶工作原理 我们平常说的光刻胶，其实是一类产品的统称。 按形成的图像来分，有正性和负性两大类。按曝光光源和辐射源的不同就分得更细了，可分为紫外光刻胶、深紫外光刻胶、X-射线胶、电子束胶、离子束胶等。


光刻完成后的晶圆片 每类都有前面说的正负性之分，品种规格很多，非常复杂，对应的配方和生产技术也简单不了，但总体上都包括三种成分：感光树脂、增感剂和溶剂。 光刻胶的使用范围相当广，显示面板、集成电路和半导体分立器件等细微图形的加工作业都用得到，下游产品从智能手机的处理器到医疗设备的传感器，再到航天器的控制系统……无所不包。 尤其是对于精密制造和小型化设备的生产，光刻胶更是至关重要。 光刻胶是智能装备必不可少的源头精细化工品，其性能直接影响到终端产品的产能和质量。 光刻胶的市场规模基本约等于智能装备的制造能力，它的研发和改进也是半导体技术水平的关键指标。 正是意识到光刻胶的重要性，近二十年来，我国一直非常重视光刻胶行业的发展，积极给予政策支持，力争实现国产化。 早在“十二五”期间列出的16个国家科技重大专项，《极大规模集成电路制造装备及成套工艺》位列第二，号称“02专项”。


《极大规模集成电路制造装备及成套工艺》列入国家科技重大专项 十年过去，“02专项”结出硕果。 2020年底，南大光电发布公告，称其控股子公司“宁波南大光电”自主研发的 ArF(193nm)光刻胶产品成功通过客户的使用认证，“本次认证选择客户50nm闪存产品中的控制栅进行验证，宁波南大光电的ArF光刻胶产品测试各项性能满足工艺规格要求，良率结果达标。” 超高精细光刻胶项目在2018年5月通过了02专项验收，2019年底，以研发团队为技术骨干的国科天骥公司在滨州成立，进行高档光刻胶及其相关有机湿电子化学品的小批量生产。 2021年，国科天骥在滨州生产园区试生产高档光刻胶。


新闻报道 徐州博康已成功开发ArF/KrF单体及光刻胶、I线光刻胶、封装光刻胶、电子束光刻胶等系列产品。 最近，武汉太紫微光电科技有限公司推出的T150 A光刻胶产品，已通过半导体工艺量产验证，实现配方全自主设计。 目前，国内已有数十家企业涉足光刻胶领域，在短短几年内提高了光刻胶的国产化率，市场产值也快速增长。 比如，PCB光刻胶，国产率达到了63%，湿膜及阻焊油墨基本能实现自给； LCD光刻胶领域，触控屏光刻胶正逐步实现国产化替代，目前国产率能到三到四成。 光刻胶国产化，进步确实很大。


看到进步，更要看到差距。 从规模上看，2023年国内光刻胶市场规模约为121亿元，预计未来5年均复合增长率10%，增长率超过全球平均水平，但规模占比在全球不到两成。 从类别看，我国光刻胶在高端领域国产化率极低。像是7nm技术所需的最高端的EUV光刻胶，国产化率乐观估计也不足1%。 对比日本，差距尤为突出。 全球五大光刻胶生产商中，日企独占四家，JSR、东京应化、信越化学及富士胶片拿下全球超70%的光刻胶市场。 特别是在最高端的ArF和EUV领域，日企市场占有率超过90%！


日本光刻胶的国际市场份额（2022年） 不仅是市场份额，日企在光刻胶领域的专利申请量和技术水平在全世界也是遥遥领先。 根据2021年9月，日本光刻胶专利申请量占全球该领域专利数量的46%，一家独大，排名第二的是美国，占25%。 中国则仅以7%的占比，排在韩国之后，排名全球第四。 2023年，全球共有5483件光刻胶专利，日本独占63%。


2023年光刻胶专利全球地区分布 应该说，在光刻胶领域，中国企业与日企的差距是全方位的。 那么，日本的光刻胶企业为什么这么强？ 网上有很多文章解答过，大多是从起步较早、政府支持、人才培养等角度分析。 这里，正解局不再面面俱到，而是提供一个观察的视角： 壁垒。 简单来说，日本光刻胶企业先建立了技术壁垒，再建立了行业壁垒，最后建立了产业壁垒。 先看技术壁垒。 早1960年代，日本就组织技术攻关，实现了光刻胶的知识产权自有——东京应化（TOK）于1968年研发出首个环化橡胶系光刻胶产品MOR-81。 到1970年代，日本光刻胶已陆续完成商业化，几大巨头掌握核心技术。 1990年代开始，继续突破高端技术，初步构建技术壁垒。


日企光刻胶技术发展时间线 再看行业壁垒。 日本企业背后，大多有财团的影子。 化工领域更是日本财团重点布局的行业。财团之间，关系复杂，并非是完全的竞争关系。 表面看上去，日本几大光刻胶龙头企业各自独立。实际上，在不同细分领域侧重不同，抱团合作，形成行业壁垒。 最后看产业壁垒。 光刻胶是关键行业的关键材料，一旦使用，轻易不会更换。 日本光刻胶企业在晶圆生产的初期就介入进来，联合研发，开发出适配于晶圆厂专门要求的光刻胶。 后续实现生产，光刻胶跟晶圆厂的光刻机和生产条件高度匹配，专品专用，不可替代。 这样一来，除非有巨大的不可抗力，晶圆厂不想也不敢换掉日本企业的光刻胶。 日本光刻胶企业与下游晶圆厂深度合作，嵌入其全产业生态中，构建起牢不可破的产业壁垒，让自己的霸主地位极为稳固。


中国想要在光刻胶领域掌握主动，打破垄断，要走的路还很远。 首先还是要加大研发攻关，掌握核心技术。 光刻胶本身复杂产线的行业性质，为打破垄断，缩短与日企的差距，我国企业的研发是多向发力，多点开花。 最高端的EUV光刻胶主要有两种类型，一种是化学放大型（CAR），另一种是金属氧化物。 今年4月，湖北九峰山实验室与华中科技大学的联合研究团队成功突破了“双非离子型光酸协同增强响应的化学放大光刻胶”技术。


研究团队发表的论文 这种光刻胶能在曝光后产生更多酸，从而提高成像质量，减小线宽粗糙度，以更高灵敏度和分辨率来适应更先进更复杂的集成电路制造工艺。 在新型光刻胶的研发领域，我国科研团队也在攻关。 目前最顶级的EUV光刻机中，光刻胶的技术难度之一就是普遍对光源的敏感度不足，这不仅制约了产量，也推高了光刻机及其配套光源的制造难度和成本。 去年10月，我国清华大学与浙江大学的联合团队全球首次提出了“点击光刻”新方法，并成功开发出与之匹配的超高感光度光刻胶样品。


团队发表的论文 这种新型的光刻胶材料，能在极低曝光剂量下实现高对比度成像，大大降低了光刻曝光剂量，提高光刻效率。 其次，光刻胶技术尽快产业化。 光刻胶行不行，技术突破只是一个方面，不能只看专利和论文，最终还是要看落地到产业的情况。 除了前面提到的南大光电和国科天骥等企业之外，中国的光刻胶企业还有不少。在A股，目前有约20只光刻胶相关的股票，代表着中国光刻胶领域的中坚力量。 上市公司彤程新材号称是中国唯一掌握高档光刻胶研发技术的企业，大陆唯一一台ASML曝光机也在该公司。 在半导体光刻胶领域，彤程新材的产品线很全，G线、I线、KrF、ArF和EUV等五大类光刻胶都有。 G线光刻胶市场，该公司占据份额较大，I线光刻胶的技术实力已经接近国际领先水平，KrF光刻胶已经实现自主研发，主要供给国内下游厂商。比较高端的ArF和EUV正在试量产中。 最后，要建立光刻胶的产业生态。 除了技术突破和产业化，分析日本的经验可知，更重要的形成自己的产业生态体系——一定要与下游企业深度合作。 说得直接点，就是要有自己的光刻机。 就像大飞机产业链，只有中国自己能造大飞机，能卖大飞机，国产的大飞机零部件才有用武之地，相关的上游产业才能蓬勃发展。 否则，仅有技术是没用的，只能白白拿着技术，转化不出来，慢慢过时落伍被淘汰。 造出自己的光刻机，恰恰是最难的。 全球光刻机行业里，几乎是美日企业的天下。荷兰阿斯麦ASML供给了全球92%的高端光刻机。


半导体制造设备市场份额 图片来源：日经中文网 目前，我国光刻机的国产化率不足3%，2023年进口光刻机数量高达225台，进口金额高达87.54亿美元，进口金额创下历史新高。 以产品来说，仅有上海微电子能制造90nm工艺节点DUV光刻机，与ASML差距极大。 难度再大，也要上。 换个角度看，国产光刻胶的发展，绝不能单打独斗，需要产业链整体突破。 对光刻胶和半导体行业，我们要有信心，更要有耐心。