近年來，因?yàn)楦鞣N因素的影響，我們開始對原本少有人涉及的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有了廣泛的了解。光刻膠，作為其中一個重要環(huán)節(jié)，也頻頻見諸于報(bào)端。正如很多報(bào)道所說的一樣，這是一個被日美近乎壟斷的市場，尤其是日本，更是其中不可或缺的重要角色。在這種重要性的驅(qū)動下，國內(nèi)也涌入了很多光刻膠參與者。關(guān)于他們的進(jìn)展和水平，在我們之前的文章《一線工程師眼中的國產(chǎn)光刻膠》里已經(jīng)有了很詳細(xì)的介紹。

　　在本文里，我們談一下對國產(chǎn)半導(dǎo)體光刻膠的野望。

　　光刻膠對晶圓廠的影響會放大1500倍

　　據(jù)相關(guān)報(bào)道，2019年，臺積電由于其化學(xué)原料供應(yīng)商提供的一批光刻膠中某特定成分處理方式與過去相異，導(dǎo)致光刻膠產(chǎn)生異質(zhì)聚合物，造成臺積電晶圓14B廠生產(chǎn)的12nm及16nm晶圓報(bào)廢達(dá)10萬片（初步估算的數(shù)字）。10萬片晶圓，如果按照臺積電每片賣價(jià)5,500美元，加起來損失超過5.5億美元，毛利率減少2.6個百分點(diǎn)。加上股價(jià)跌勢，臺積電的損失超過了40億美元，影響客戶包括蘋果、NVIDIA、AMD等重量級客戶。

　　我們簡單測算，假設(shè)當(dāng)時主要應(yīng)用的是Krf的光刻膠，平均每加侖的購買成本是8000人民幣，平均一加侖光刻膠可用于大約300片晶圓，那這一批報(bào)廢晶圓大概對應(yīng)333加侖光刻膠，總價(jià)值250萬人民幣。而正就是這一批價(jià)值僅250萬的光刻膠，給臺積電帶來的直接損失約合人民幣38.5億人民幣，是本身價(jià)值量的1500倍，如果算上間接損失約280億人民幣，那整個杠桿效應(yīng)高達(dá)11200倍。

　　由此可見，雖然光刻膠在整個芯片制造中的成本占比約6%，但是這些材料是無法替代的，也是所有材料中技術(shù)工藝難度最高的，保質(zhì)期只有6～9個月，其作用相當(dāng)于坦克/戰(zhàn)機(jī)的汽油，一旦品質(zhì)不過關(guān)或者供應(yīng)不到位，整個芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈就會停滯甚至崩潰。

　　此外，光刻膠還有純度要求，在儲存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)上也有污染風(fēng)險(xiǎn)。

　　首先看純度，這是光刻膠最核心的標(biāo)準(zhǔn)之一。在晶圓廠，一般用金雜（即金屬離子表征光刻膠純度）來衡量光刻膠的純度，而一般我們衡量的金屬含量包括Fe, Zn,Ca,K, Na, Cu等，高端的在1ppb以下（即10^-12）, 國內(nèi)目前慢慢接近2～10ppb。光刻膠純度不足會造成芯片良率下降，甚至污染事故，例如剛才所提到的臺積電光刻膠污染事故。

　　其次看儲存，這方面一般會受下述多個因素的影響：

　　（1）光照條件：光刻膠在儲存過程中會老化，因此通常保存在防紫外光的棕色玻璃試劑瓶中（一加侖包裝，部分電子束膠由于對紫外波段不感光，有可能直接使用白色塑料瓶包裝），10C以下冷藏保存，并且紫外光刻膠只能在黃光（λ> 500 nm）下進(jìn)行處理。而就是這樣的一個儲存瓶子，國內(nèi)目前的技術(shù)還無法生產(chǎn)，100%需要進(jìn)口。

　?。?）溫度條件：對于絕大多數(shù)紫外光刻膠而言，通常的保存條件是5-10℃下保存（除制造商要求的特殊保存溫度外）。

　?。?）膜度控制：如果頻繁打開光刻膠試劑瓶會導(dǎo)致溶劑蒸發(fā)，光刻膠會增稠并因此產(chǎn)生較厚的膜。對于膜厚為1.4 ?m的光刻膠，僅損失1％的溶劑就已經(jīng)導(dǎo)致4％的膜厚，因此帶來的影響是厚度偏移，厚度與CD 的swing curve（入射光與底層反射的二次干涉引起的駐波效應(yīng)）強(qiáng)相關(guān)，一旦偏移會造成產(chǎn)線CD關(guān)鍵尺寸異常，產(chǎn)品返工。所以產(chǎn)線量產(chǎn)型光刻膠絕對不允許開封，都是直接裝到機(jī)臺的光阻chemical box中直接使用，因此一般光刻膠對于膜厚控制的敏感度來自于光刻膠的批次穩(wěn)定性以及老化穩(wěn)定性，在裝機(jī)后的使用周期內(nèi)，要確保恒溫恒壓恒濕條件。

　　最后，我們看一下光刻膠對運(yùn)輸?shù)囊Ｓ捎诠饪棠z屬于三類危險(xiǎn)品，全程需冷鏈運(yùn)輸，運(yùn)輸要求非常高。近年來，全球受疫情影響，國際航空貨運(yùn)運(yùn)力持續(xù)緊張，對于光刻膠這種危險(xiǎn)品，物流鏈條上還存在危冷庫周轉(zhuǎn)率低、?；凡轵?yàn)時間長等因素。

　　日本對韓國芯片產(chǎn)業(yè)打壓的啟示

　　2019年7月，日韓關(guān)系惡化，日本政府宣布正式實(shí)施對韓國半導(dǎo)體材料的出口限制，包括用于制造折迭屏幕的含氟聚酰亞胺、用于先進(jìn)工藝芯片制造的EUV光刻膠、用于顯示器和芯片的高純度氟化氫，這給韓國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來巨大沖擊，也進(jìn)一步?jīng)_擊全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈和電子市場。

　　追溯整個事情的起因，歸咎于冷漠的日韓兩國關(guān)系。這個既是歷史的追責(zé)，也是政治的博弈。日本方面一直拒絕就慰安婦問題承擔(dān)法律責(zé)任，也拒絕提供“國家賠償”，為此引起了韓國方面強(qiáng)烈不滿。2018年韓國最高法院裁定，日企新日鐵住金需向二戰(zhàn)當(dāng)年強(qiáng)征勞工的受害者原告賠償，由此引發(fā)后續(xù)日韓關(guān)系的逐漸破裂。2019年的斷供行為，是日本向韓國進(jìn)行的“經(jīng)濟(jì)報(bào)復(fù)”，以經(jīng)濟(jì)手段施壓，逼迫對方就范，以達(dá)到政治目的。

　　在這種情況下，韓國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開啟了自救之路。

　　韓國貿(mào)易協(xié)會統(tǒng)計(jì)顯示，2018年韓國經(jīng)濟(jì)增速只有2.7%，創(chuàng)6年新低，出口總額達(dá)6055億美元，其中半導(dǎo)體占總出口總額的21%。一旦韓國半導(dǎo)體出口遭到重創(chuàng)，意味著韓國出口增長可能遭到重大打擊，也將嚴(yán)重阻滯韓國經(jīng)濟(jì)。

　　自日本斷供后，作為半導(dǎo)體的關(guān)鍵材料，韓國也通過以下幾種方式，積極謀求光刻膠領(lǐng)域的自救之路：

　?。?）積極尋找替代廠商。

　　韓國企業(yè)從第三國比利時打通光刻膠的進(jìn)口渠道。比利時的光刻膠供應(yīng)商或?yàn)槿毡净瘜W(xué)企業(yè)JSR和比利時微電子研究中心于2016年設(shè)立的合資公司，2019年韓國企業(yè)從比利時進(jìn)口了比以往高10倍的光刻膠產(chǎn)品，同時對日本光刻膠依賴度下降了50%。但是據(jù)調(diào)查，比利時的光刻膠最終來源依舊是日本公司。所以說，韓國這一措施，雖然解決了燃眉之急，但依舊無法從根本上解決光刻膠被卡的問題。

　?。?）政府的大力支持。

　　面對日本的限供，韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部決定對半導(dǎo)體材料、零部件與設(shè)備研發(fā)投入6萬億韓元（約50億美元）預(yù)算，以推動對核心技術(shù)、原材料和關(guān)鍵零部件的開發(fā)。韓國政府制定了“材料、零部件、設(shè)備競爭力提升方案”，大力扶持相關(guān)核心技術(shù)研發(fā)；計(jì)劃投入一切政策資源提高本國半導(dǎo)體行業(yè)的國產(chǎn)化比例；還成立了民政合作的“材料與零部件需求供應(yīng)支持中心”。同時，韓國時隔20年重新修訂《材料零部件與設(shè)備產(chǎn)業(yè)特別法》，呼吁企業(yè)加大技術(shù)研發(fā)和投資力度，與零部件材料廠商相輔相成，合力擺脫幾十年來對外國技術(shù)、零部件供應(yīng)的依賴。

　　（3）領(lǐng)先企業(yè)加速國產(chǎn)替代。

　　韓國領(lǐng)先半導(dǎo)體企業(yè)從自身需求出發(fā)，一邊開拓采購渠道，另一邊扶持本土半導(dǎo)體材料、設(shè)備等玩家發(fā)展、推動提升本土產(chǎn)業(yè)鏈完備程度。2020年8月份，韓國政府推出一個擴(kuò)大的半導(dǎo)體材料測試設(shè)施，其中所使用的光刻機(jī)也是由三星以低于市場價(jià)的價(jià)格提供。

　　2021年，據(jù)etnews介紹，韓國東進(jìn)半導(dǎo)體與三星電子攜手，利用自身現(xiàn)有的氟化氬曝光機(jī)、比利時半導(dǎo)體研究所IMEC EUV設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施，成功開發(fā)出EUV光刻膠，并在三星電子的華城 EUV 生產(chǎn)線上進(jìn)行了測試，并獲得了最終的認(rèn)證。正式意味著韓國實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。除了EUV光刻膠的進(jìn)程外，Krf、低端Arf光刻膠已在韓國實(shí)現(xiàn)部分量產(chǎn)應(yīng)用。

　　韓國作為芯片制造大國，憑借政府的利好政策、頭部芯片企業(yè)的帶動作用等，初步緩解了被日本在半導(dǎo)體材料上卡脖子的窘境，但短期內(nèi)仍舊無法擺脫對日本半導(dǎo)體材料、設(shè)備的依賴。有意思的是，限韓令發(fā)布兩個月之后，日本解禁一批對韓出口半導(dǎo)體材料，其中包括7nm先進(jìn)制程至關(guān)重要的EUV光刻膠。由此可見，光刻膠在整個芯片制造中的重要性也就不言而喻了，未來，中國只有真正的實(shí)現(xiàn)了光刻膠的100%自主化生產(chǎn)，才能從根本上消除芯片制造領(lǐng)域材料被卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)。

　　中美芯片之爭：從終端到設(shè)備最后是材料

　　回顧歷史，2018年4月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）發(fā)布新規(guī)，禁止美國國內(nèi)通信運(yùn)營商采購?fù)鈬髽I(yè)的通信設(shè)備，作為受限對象企業(yè)考慮的是華為技術(shù)和中興通訊（ZTE）。2020年美國又開始對中國在半導(dǎo)體制造設(shè)備及相關(guān)軟件工具，激光器，傳感器和其他技術(shù)的出口實(shí)行新的限制。新的限制細(xì)則中提到，“2018 年《出口管制改革法案》（ECRA）第 1758 條（《美國法典》第 50 卷第 4801 條）要求美國商務(wù)部對新興基礎(chǔ)技術(shù)的出口、再出口或轉(zhuǎn)讓制定適當(dāng)?shù)墓苤拼胧?。?/p>

　　2022年5月，硅谷知名科技媒體《The Information》報(bào)道稱，美國商務(wù)部正在考慮擴(kuò)大對中國企業(yè)出售芯片制造原材料及設(shè)備的禁令。該禁令將限制美國原材料和設(shè)備供應(yīng)商向中國公司供貨，將針對包括華虹半導(dǎo)體、長鑫存儲和長江存儲在內(nèi)的中國半導(dǎo)體公司，在中國大陸設(shè)廠的海外企業(yè)可能也因此被波及。同時，美國也可能說服日本、荷蘭等半導(dǎo)體設(shè)備商采取類似規(guī)則，確保中國公司無法向其他國家購買設(shè)備。報(bào)道提到了韓國的SK海力士、德國的英飛凌、荷蘭的恩智浦半導(dǎo)體和美國的德州儀器等，稱其將面臨與中國公司相同的出口管制規(guī)則。

　　正所謂“一代芯片，一代設(shè)備”，作為制作先進(jìn)制程芯片的必備設(shè)備——EUV光刻機(jī)就是因?yàn)槊绹慕?，我們無法購買，這也是我國半導(dǎo)體芯片環(huán)節(jié)被“卡脖子”的關(guān)鍵，沒有高端的EUV設(shè)備，我們永遠(yuǎn)也制造不出最先進(jìn)制程的芯片。

　　那為什么美國現(xiàn)在還沒有限制或者打壓對中國半導(dǎo)體材料的出口？我們認(rèn)為有以下幾個原因：

　?。?）中美科技之爭是邊打邊談，雙方都是產(chǎn)業(yè)鏈纏繞，不可能馬上就完全脫鉤和分離，但是對關(guān)鍵材料的出口限制相當(dāng)于把爭端上升到更尖銳的層面，特別是光刻膠，一旦美國對中國明確全面斷供光刻膠，就是相當(dāng)于要徹底對中國芯片制造業(yè)攤牌，相當(dāng)于核武器，光是部分限供的影響和沖擊也是巨大的，會帶來相關(guān)公司馬上停產(chǎn)的危機(jī)。這會成為美國和中國博弈非常重要的一個籌碼。

　?。?）半導(dǎo)體材料的強(qiáng)國是美國日本，且日本的材料產(chǎn)業(yè)鏈相對更加完整，美國公司參與進(jìn)去的不多，如果美國政府想通過立法或者別的形式，并沒有能夠直接禁止日本公司對中國出口相關(guān)材料的理由。除非美國政府強(qiáng)制日本執(zhí)行，這就要美國和中國攤牌，且獲取盟國對此行為的一致認(rèn)可，這樣做比當(dāng)前限制高端芯片制造設(shè)備的政治代價(jià)高得多，且具體操作的難度更大；

　　（3）美國的產(chǎn)經(jīng)界人士對中國芯片制造業(yè)的發(fā)展階段判斷，認(rèn)為中國大陸還處在追趕階段，相關(guān)設(shè)備與專利的限制已經(jīng)足夠卡住發(fā)展進(jìn)程，設(shè)備都沒有就更加不用考慮高端材料的問題了。但是一旦國產(chǎn)設(shè)備進(jìn)步神速，或者全面突破，對關(guān)鍵材料的限制必然會成為下一個“制裁”點(diǎn)；

　?。?）其實(shí)，美國已經(jīng)在科技做脫鉤，或者說部分脫鉤的準(zhǔn)備工作。知情人士透露，美國商務(wù)部希望制定一套類似于適用中芯國際的規(guī)則限制其他半導(dǎo)體企業(yè)——也就是允許這些中國公司繼續(xù)生產(chǎn)成熟制程、工藝?yán)吓f的芯片，但嚴(yán)格限制其獲得先進(jìn)制程的工藝和設(shè)備的可能性。美國人希望在以芯片為基礎(chǔ)的智能科技領(lǐng)域與中國這樣的戰(zhàn)略挑戰(zhàn)者永遠(yuǎn)保持代差感，甚至是幾代的代差感，從而確保競爭優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。

　　美日的半導(dǎo)體材料公司會隨著產(chǎn)業(yè)鏈的迭代不斷開發(fā)出更尖端的材料，且供應(yīng)鏈也會逐步靠攏英特爾、臺積電、三星這樣的體系，自然而然也會逐步減少適用于中國芯片制造業(yè)的材料生產(chǎn)，最后隨著時間的推移，不僅僅是設(shè)備的限制，關(guān)鍵材料的供應(yīng)被切斷反而成為了美日企業(yè)的正常市場行為，他們要追求更高利率的工藝產(chǎn)品，淘汰老舊產(chǎn)品和市場不夠的產(chǎn)品。最近日本大廠從地震被動限供到主動限供其實(shí)就是一個警示訊號。

　　如果說設(shè)備限制是當(dāng)頭一刀，那關(guān)鍵材料特別是光刻膠的限制就是溫水煮青蛙，我國若無法突破在半導(dǎo)體材料技術(shù)上的突破，最終將演變成芯片產(chǎn)業(yè)鏈的大潰敗，所以半導(dǎo)體材料特別是光刻膠國產(chǎn)化勢在必行。

　　我國半導(dǎo)體光刻膠的進(jìn)展與野望

　　今年3月以來，上海的疫情日益嚴(yán)峻，但因光刻膠對芯片制造的重要性，中國企業(yè)也盡全力保證光刻膠的儲備。據(jù)中國民航網(wǎng)報(bào)道，4月24日，東航物流旗下中國貨運(yùn)航空的CK262全貨機(jī)航班飛抵浦東國際機(jī)場，機(jī)上承載的物資就包括5.4噸光刻膠，這些光刻膠的收貨方，是我國第二大芯片制造企業(yè)華虹集團(tuán)。據(jù)資料顯示，華虹集團(tuán)每月空運(yùn)光刻膠約數(shù)千瓶。

　　自今年4月以來，這已經(jīng)是華虹集團(tuán)收到了第2批光刻膠、兩批共計(jì)8.9噸，而這也才剛完成4月光刻膠運(yùn)輸計(jì)劃的部份任務(wù)，這也讓“別人搶菜我搶光刻膠”的金句廣為流傳。以往我們只聽過用飛機(jī)緊急撤僑、飛機(jī)基金運(yùn)輸戰(zhàn)略武器、用飛機(jī)積極投送抗疫緊缺物資，都是屬于戰(zhàn)略性行為，這次的包機(jī)搶購光刻膠，再一次證明了光刻膠對于芯片制造的核心地位，已經(jīng)上升到了國家戰(zhàn)略層面。

　　近年來，國產(chǎn)光刻膠廠商紛紛崛起，在半導(dǎo)體光刻膠層面也取得了不錯的進(jìn)展。我們根據(jù)最新的公開數(shù)據(jù)整理了主要幾家在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域有布局的公司的產(chǎn)品情況。從研發(fā)與量產(chǎn)進(jìn)度來看：

　　（1）ArF領(lǐng)域代表著國產(chǎn)光刻膠的最前沿技術(shù)。

　　在ArF這個領(lǐng)域，目前國內(nèi)這幾家光刻膠公司都明確表示要攻關(guān)該領(lǐng)域，但是已經(jīng)有產(chǎn)品出來并送樣的公司只有上海新陽、南大光電、徐州博康（華懋科技），飛凱材料的Barc也很關(guān)鍵。

　　作為國家02專項(xiàng)的結(jié)題單位，加上國家大基金的加持，南大在ArF領(lǐng)域必然是居于領(lǐng)先地位，但是最近的年報(bào)也披露了光刻膠項(xiàng)目的延期，可想而知，這一領(lǐng)域的技術(shù)工藝難度之高。

　?。?）KrF領(lǐng)域更加重視技術(shù)的適用性，國產(chǎn)光刻膠產(chǎn)品已經(jīng)放量。

　　在這個領(lǐng)域，南大并沒有進(jìn)行布局，晶瑞電材還在進(jìn)行客戶端測試，上海新陽的產(chǎn)品已經(jīng)有客戶訂單，而明確表示自身在KrF領(lǐng)域批量供貨的是北京科華(彤程新材)、徐州博康（華懋科技）。

　　在這里，我們對光刻膠的批量供貨做一些解析。

　　一款光刻膠通過客戶測試認(rèn)證后，產(chǎn)品性能基本達(dá)標(biāo)就可以產(chǎn)生小量訂單了，但是批量供貨既要產(chǎn)品性能達(dá)標(biāo)，還要考量公司的工業(yè)化生產(chǎn)能力和對工藝的控制能力，從工廠的車間驗(yàn)證到光刻膠產(chǎn)品多批次的穩(wěn)定性，特別是對之前從來沒有批量供應(yīng)光刻膠產(chǎn)品的公司，挑戰(zhàn)更大。

　?。?）i線光刻膠領(lǐng)域重點(diǎn)是品類擴(kuò)充以及高分辨i線光刻膠突破。

　　在這個領(lǐng)域，據(jù)透露，包括晶瑞電材、北京科華(彤程新材)、徐州博康（華懋科技）和上海新陽等企業(yè)在這里已經(jīng)有了不錯的表現(xiàn)。其中，晶瑞明確了公司i線收入3000-4000W，北京科華(彤程新材)公布數(shù)據(jù)是國產(chǎn)i線占比達(dá)20%?？紤]到i線的單價(jià)不高，加上國內(nèi)供應(yīng)鏈已經(jīng)較為成熟，后續(xù)重點(diǎn)觀察各家的銷售收入變量。

　　最后，值得關(guān)注的是，從2021年下半年開始，各家光刻膠公司在公開場合都開始突出自己在光刻膠上游材料的布局。雖然說目前最關(guān)鍵的還是先解決光刻膠的配方以及導(dǎo)入問題，但是更上游材料體現(xiàn)的是放量供應(yīng)后的規(guī)模以及穩(wěn)定性問題。也虧的產(chǎn)業(yè)內(nèi)人士未雨綢繆，這一點(diǎn)特別重要，2021年下半年以來，據(jù)業(yè)內(nèi)人士消息，因?yàn)樯嫌卧牧蠞q價(jià)問題，光刻膠市場均價(jià)上漲20%-30%，側(cè)面也證明，光刻膠的定價(jià)權(quán)不僅僅取決于配方工藝，還應(yīng)該包括上游材料供應(yīng)體系。

　　展望未來，國產(chǎn)光刻膠必將取得突破，與之相呼應(yīng)，必將誕生中國版的千億市值化學(xué)巨頭，代表化學(xué)材料最高水準(zhǔn)的半導(dǎo)體光刻膠只是第一步，這個確定性幾乎是100%。