一瓶“膠水”卻能讓半導體產業牽一發而動全身？國產破局的關鍵是······

不久前，日本政府宣布，將進一步針對放寬對韓出口管制展開磋商。而這也意味著持續了三年之久的日韓半導體材料戰，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，成為這場半導體之戰的焦點。


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、在壓印光刻設備上使用的光刻膠。

事實上，光刻膠在整個芯片產業的市場規模很小，世界半導體貿易統計組織(WSTS)的數據顯示，2022年全球半導體市場規模為5735億美元，其中光刻膠的市場規模只有22億美元左右，不足整體半導體市場規模的1%。就是這個看似不足掛齒的“膠水”，卻是整個半導體產業“牽一發而動全身”的關鍵材料。

CINNO Research首席分析師周華向《中國電子報》記者介紹，半導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度在很大程度上決定了芯片的尺寸、功耗、性能等關鍵指標。光刻膠材料是光刻工藝里最核心的材料之一，其質量、純度直接決定著芯片的良率。

合成光刻膠的原材料實際上并不復雜，只是感光樹脂、光引發劑、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、品質需求高等難點。半導體光刻膠在制作完成后，還需經過反復的送樣、反饋、調整配方，從客戶驗證到實現量產的周期長達2~3年。因此，為了保證光刻膠質量和效果穩定，光刻膠廠商通過認證成為長期供應商后，客戶不會輕易更換。

此外，光刻膠不僅難以獲取，還極難儲存。一般而言，半導體光刻膠的保質期為6個月，在保存過程中也很容易受到污染。2019年臺積電曾因光刻膠受到光阻原料污染導致上萬片12英寸晶圓報廢，直接損失達5.5億美元。

因此，這一并不普通的“膠水”，成為了撬動整個半導體產業鏈的重要支點。


日本的“渺小霸權”

日本企業在硅片、電子氣體、光掩膜、光刻膠及光刻膠配套化學品、拋光材料、濕法化學品、濺射靶材等諸多關鍵領域都處于全球領先。

在光刻膠領域，日本企業占據了光刻膠70%的市場份額，在全球前五強占四席。

在光刻膠的細分領域Arf光刻膠中，日本企業甚至可以占據93%左右的市場份額，呈現高度寡頭壟斷格局。

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到100%

此外，其他日本公司也在光刻膠市場上占據大約75%的份額，其中JSR和東京奧卡公司是領導者，他們生產和供應的化學放大型光刻膠占主導地位。

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6萬億韓元的預算，三星也跟著投資了一批韓國本土的半導體材料企業，成功研發出了國產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，曾重點提及了上述成就。

然而，故事的走向卻沒有發生太多逆轉：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，和上述半導體材料的一大特質有關：日本壟斷的材料，多是不能即插即用的非標準化產品。


干式光刻膠或將成為破局關鍵

市場調研機構TECHCET在報告中表示，隨著半導體先進制程的競爭越來越激烈，以及EUV制程層數的增加，光刻膠材料市場規模激增。其中，干式光刻膠成為廣受關注的新型EUV光刻材料之一，相比傳統濕式光刻膠能顯著降低生產成本，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，傳統的濕式光刻膠開始遇到技術瓶頸，這也給了干式光刻膠市場機會。

據悉，傳統的濕式光刻膠的化學成分容易造成光子散射，因此若想實現大劑量的曝光，需要增加光刻機的功率，而這一舉動也會大大影響光刻機的工作效率。對此，業內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，但目前500W以上的光源仍在研發中。而第二種解決方案，便是通過改善EUV光刻膠技術，來實現曝光功率以及機器工作效率的平衡，干式光刻膠也因此受到市場的關注。

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


國產光刻膠大突破

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

此前，八億時空聚焦KrF光刻膠樹脂的研發和量產，并取得重大突破。

截至2023年5月，公司研發團隊成功實現KrF光刻膠樹脂50公斤級別的量產，能滿足國內光刻膠客戶的需求，并正式向客戶出貨。

該樹脂各項指標優異，在金屬離子殘留控制（<1ppb/個）、樹脂分子量分布（PDI=1.40~1.50）等關鍵指標方面達到了較高水平,并且批次穩定性良好（重均分子量批次偏差±1.5%），產品主要應用于高溫工藝，高分辨率KrF光刻膠，同時，其高的Tg、優異的熱穩定性，也契合KrF厚膜光刻膠的應用。

上海八億時空表示：“鑒于目前國際形勢，國家大力倡導發展高端制造業，半導體高端制造材料的國產替代，刻不容緩。亟需國內公司在此領域做出突破，打破國外公司的壟斷，實現半導體材料的供應鏈自由。”