一瓶“膠水”卻能讓半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)牽一發(fā)而動(dòng)全身？國產(chǎn)破局的關(guān)鍵是······

不久前，日本政府宣布，將進(jìn)一步針對放寬對韓出口管制展開磋商。而這也意味著持續(xù)了三年之久的日韓半導(dǎo)體材料戰(zhàn)，逐漸接近尾聲。在被日本限制出口韓國的三種材料中，一款看似不起眼的“膠水”——光刻膠，成為這場半導(dǎo)體之戰(zhàn)的焦點(diǎn)。


此“膠水”非彼膠水

光刻膠又稱光致抗蝕劑，是指通過紫外光、電子束、離子束、X射線等的照射或輻射，其溶解度發(fā)生變化的耐蝕劑刻薄膜材料。此前日本對韓國限制出口的光刻膠共有四種，分別是：在15nm～193nm波長的光上使用的正性光刻膠、在1nm～15nm波長的光上使用的光刻膠、電子束或離子束用光刻膠、在壓印光刻設(shè)備上使用的光刻膠。

事實(shí)上，光刻膠在整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模很小，世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織(WSTS)的數(shù)據(jù)顯示，2022年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模為5735億美元，其中光刻膠的市場規(guī)模只有22億美元左右，不足整體半導(dǎo)體市場規(guī)模的1%。就是這個(gè)看似不足掛齒的“膠水”，卻是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的關(guān)鍵材料。

CINNO Research首席分析師周華向《中國電子報(bào)》記者介紹，半導(dǎo)體制造的核心就是用光刻工藝制造出納米級別的晶體管，因此光刻工藝的精細(xì)度在很大程度上決定了芯片的尺寸、功耗、性能等關(guān)鍵指標(biāo)。光刻膠材料是光刻工藝?yán)镒詈诵牡牟牧现唬滟|(zhì)量、純度直接決定著芯片的良率。

合成光刻膠的原材料實(shí)際上并不復(fù)雜，只是感光樹脂、光引發(fā)劑、溶劑、添加劑等原材料的混合，光刻膠的核心壁壘在于原材料的純度、配方的精確度以及客戶的定制化等因素。而光刻膠的使用也有著極為苛刻的條件，還存在品種多、用量小、品質(zhì)需求高等難點(diǎn)。半導(dǎo)體光刻膠在制作完成后，還需經(jīng)過反復(fù)的送樣、反饋、調(diào)整配方，從客戶驗(yàn)證到實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的周期長達(dá)2~3年。因此，為了保證光刻膠質(zhì)量和效果穩(wěn)定，光刻膠廠商通過認(rèn)證成為長期供應(yīng)商后，客戶不會(huì)輕易更換。

此外，光刻膠不僅難以獲取，還極難儲(chǔ)存。一般而言，半導(dǎo)體光刻膠的保質(zhì)期為6個(gè)月，在保存過程中也很容易受到污染。2019年臺(tái)積電曾因光刻膠受到光阻原料污染導(dǎo)致上萬片12英寸晶圓報(bào)廢，直接損失達(dá)5.5億美元。

因此，這一并不普通的“膠水”，成為了撬動(dòng)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重要支點(diǎn)。


日本的“渺小霸權(quán)”

日本企業(yè)在硅片、電子氣體、光掩膜、光刻膠及光刻膠配套化學(xué)品、拋光材料、濕法化學(xué)品、濺射靶材等諸多關(guān)鍵領(lǐng)域都處于全球領(lǐng)先。

在光刻膠領(lǐng)域，日本企業(yè)占據(jù)了光刻膠70%的市場份額，在全球前五強(qiáng)占四席。

在光刻膠的細(xì)分領(lǐng)域Arf光刻膠中，日本企業(yè)甚至可以占據(jù)93%左右的市場份額，呈現(xiàn)高度寡頭壟斷格局。

再如東京電子公司，在EUV光刻膠涂布器和顯影器市場上的份額達(dá)到100%

此外，其他日本公司也在光刻膠市場上占據(jù)大約75%的份額，其中JSR和東京奧卡公司是領(lǐng)導(dǎo)者，他們生產(chǎn)和供應(yīng)的化學(xué)放大型光刻膠占主導(dǎo)地位。

在“打倒日本帝國主義”的號召下，同仇敵愾的韓國一口氣投入了6萬億韓元的預(yù)算，三星也跟著投資了一批韓國本土的半導(dǎo)體材料企業(yè)，成功研發(fā)出了國產(chǎn)版本的高純度氟化氫和EUV光刻膠。文在寅卸任前的新年致辭中，曾重點(diǎn)提及了上述成就。

然而，故事的走向卻沒有發(fā)生太多逆轉(zhuǎn)：直到如今，日本依舊高度壟斷著高純度氟化氫和EUV光刻膠。

日本地位之所以屹立不倒，和上述半導(dǎo)體材料的一大特質(zhì)有關(guān)：日本壟斷的材料，多是不能即插即用的非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。


干式光刻膠或?qū)⒊蔀槠凭株P(guān)鍵

市場調(diào)研機(jī)構(gòu)TECHCET在報(bào)告中表示，隨著半導(dǎo)體先進(jìn)制程的競爭越來越激烈，以及EUV制程層數(shù)的增加，光刻膠材料市場規(guī)模激增。其中，干式光刻膠成為廣受關(guān)注的新型EUV光刻材料之一，相比傳統(tǒng)濕式光刻膠能顯著降低生產(chǎn)成本，能源消耗更少，且原料需求量比以往大幅度減少。

隨著芯片尺寸不斷縮小，傳統(tǒng)的濕式光刻膠開始遇到技術(shù)瓶頸，這也給了干式光刻膠市場機(jī)會(huì)。

據(jù)悉，傳統(tǒng)的濕式光刻膠的化學(xué)成分容易造成光子散射，因此若想實(shí)現(xiàn)大劑量的曝光，需要增加光刻機(jī)的功率，而這一舉動(dòng)也會(huì)大大影響光刻機(jī)的工作效率。對此，業(yè)內(nèi)曾提出兩種解決方案。一種是將光源提高到500W～1000W，并因此獲得更高的能量來確保量產(chǎn)，但目前500W以上的光源仍在研發(fā)中。而第二種解決方案，便是通過改善EUV光刻膠技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)曝光功率以及機(jī)器工作效率的平衡，干式光刻膠也因此受到市場的關(guān)注。

據(jù)了解，日本的東京電子、JSR集團(tuán)等光刻膠巨頭企業(yè)生產(chǎn)的均為傳統(tǒng)的濕式光刻膠。而在兩年前，美國公司Lam Research憑借干式光刻膠技術(shù)，成功打破了東京電子、JSR集團(tuán)等巨頭們在光刻膠領(lǐng)域的壟斷，成為“攪局者”，這也讓干式光刻膠正式走進(jìn)了人們的視野。同時(shí)，干式光刻膠的概念也得到ASML、三星、英特爾、臺(tái)積電等龍頭企業(yè)的青睞，紛紛與Lam Research針對干式光刻膠領(lǐng)域開展合作研究，尋求平衡曝光功率以及機(jī)器工作效率的方法。


國產(chǎn)光刻膠大突破

近日，上海八億時(shí)空先進(jìn)材料有限公司（以下簡稱“上海八億時(shí)空”）宣布了KrF光刻膠樹脂量產(chǎn)成功的好消息，并首次交付客戶量產(chǎn)級產(chǎn)品，標(biāo)志著八億時(shí)空光刻膠樹脂開發(fā)工作邁出了具有里程碑意義的重要一步。

此前，八億時(shí)空聚焦KrF光刻膠樹脂的研發(fā)和量產(chǎn)，并取得重大突破。

截至2023年5月，公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)KrF光刻膠樹脂50公斤級別的量產(chǎn)，能滿足國內(nèi)光刻膠客戶的需求，并正式向客戶出貨。

該樹脂各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)異，在金屬離子殘留控制（<1ppb/個(gè)）、樹脂分子量分布（PDI=1.40~1.50）等關(guān)鍵指標(biāo)方面達(dá)到了較高水平,并且批次穩(wěn)定性良好（重均分子量批次偏差±1.5%），產(chǎn)品主要應(yīng)用于高溫工藝，高分辨率KrF光刻膠，同時(shí)，其高的Tg、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，也契合KrF厚膜光刻膠的應(yīng)用。

上海八億時(shí)空表示：“鑒于目前國際形勢，國家大力倡導(dǎo)發(fā)展高端制造業(yè)，半導(dǎo)體高端制造材料的國產(chǎn)替代，刻不容緩。亟需國內(nèi)公司在此領(lǐng)域做出突破，打破國外公司的壟斷，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體材料的供應(yīng)鏈自由。”