日收紧供应甚至“断供” ,国产光刻胶或迎来历史性机遇

爱集微 · 电子工程世界·2021-06-05 00:00

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近期,由于日本信越化学KrF(248nm)光刻胶产能不足等原因,中国多家晶圆厂均面临KrF光刻胶供应紧张,部分中小晶圆厂的KrF光刻胶甚至出现了“断供”现象。在“一芯难求”的背景下,光刻胶的供应难问题再度引发业界广泛关注。

光刻胶是光刻环节不可或缺的物质基础。在半导体制造过程中,光刻是最核心的加工工艺,直接决定了芯片成品的质量优劣,并最终影响下游应用的性能水平,耗时占据前道生产的 50%左右,成本约占 IC 生产成本的 1/3。在所需使用的设备中,最为人所知的当属造价高昂的EUV光刻机。尤其在中芯国际被美国列入“实体清单”后,EUV光刻机也被推至舆论的风口浪尖。

EUV光刻机是7nm及以下工艺节点必不可少的生产设备。不过随着集成电路特征尺寸持续微缩,EUV光刻机将不再是影响生产工艺的最大因素,业界预测,光刻胶将成为光刻机突破3nm的最大绊脚石。

日本垄断市场难突破

光刻胶又称光致抗蚀剂,有“半导体材料皇冠上的明珠”的美誉,按应用划分包括半导体光刻胶、平板显示光刻胶和PCB光刻胶。半导体光刻胶的主要作用是将掩模版上的设计线路图形转移到硅片等衬底上,为三者中技术壁垒最高。

光刻胶的质量会影响集成电路芯片性能、成品率及可靠性。目前,日本东京应化、JSR、住友化学、信越化学等日企握有全球九成半导体光刻胶市场份额。其中,东京应化在g线/i线和Krf光刻胶领域居龙头地位, JSR在Arf光刻胶领域市占率最高。

不过因日本地震频发,日本企业主导的光刻胶产能充满了不确定因素。近期的供应短缺就是最好的例证。有鉴于此,日本在光刻胶市场上的垄断地位何以维持?

从一些研究报告可以获悉,光刻胶的组成成分较简单,一般包含光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂)、光刻胶树脂、单体(活性稀释剂)、溶剂和其他助剂。即便如此,不同的光刻技术要求需要相应的光刻胶与之配套,才能发挥出最大效能。因此光刻胶的品种类极多、专用性强。另外,日本企业在树脂结构方面的积累也为这一行业竖起较高的专利壁垒。

日本在半导体材料领域的领先,主要得益于其早期在半导体领域的全面领先。日本设备和材料行业随芯片产业同步发展,尽管芯片制造地位日渐式微,但材料领域仍占据明显优势。

就光刻胶来说,每一家供应商都有自己的成分配比配方和加工工艺,使得光刻胶在敏感度、感光速度、分辨率以及对比度等性能参数上存在明显差异。日媒认为,光刻胶材料无法拆解,很难分析出制造技术,因而难以被模仿。另外,随着集成电路产业不断发展,对光刻胶的分辨率等技术性能要求也越来越高,导致新的玩家很难入场。

更重要的是,集成电路制造工艺极其复杂,一旦涉及设备、材料的调整,验证过程将十分耗时。业内信息显示,光刻胶的验证周期较长,验证过程需视客户的产能状况、生产机台安排测试时间来看,短则一年,长达3-5年。这一定程度上也导致光刻胶下游厂商的客户粘性较大,不会轻易更换供应商。

然而总会有意外的事发生。

2019年7月4日,日本政府正式启动针对韩国的半导体材料出口管制,受到管制的分别是作为半导体和显示器制造材料的光刻胶、氟化氢和氟聚酰亚胺三个品种。三星电子和SK海力士无疑首当其冲。

自那开始,韩国政府开始着手推进“半导体材料的国产化”政策,但日本同时也多次给光刻胶出口“开绿灯”。在日本限贸的背景下,韩国2020年从日本进口光刻胶的金额达到3.829亿美元,同比增长22.3%,占韩国进口光刻胶总产品比例的86.5%。

尽管韩国晶圆制造企业已开始少量采用当地生产的液态氟化氢,但光刻胶的进口额显示出,韩国对于日本光刻胶的依赖并未降低,国产化之路还有一段路要走。

国产光刻胶迎来机遇?

中国的情势也不容乐观。方正证券的报告指出,大陆企业在全球光刻胶市场的占有率不到13%。半导体光刻胶国产化率则不足5%。目前, PCB光刻胶是国产替代进度最快的,LCD光刻胶替代进度相对较快,半导体光刻胶的国产技术较国外先进技术差距最大。

从材料上看,业内专家指出,国内光刻材料(过程材料)部分产品已经开始小量试产,分辨率接近进口产品,但目前产能不大;光刻材料(结构材料)目前尚无国产替代,亟需开发包括各种PI,绝缘层聚合物材料等。尤其,在高端光刻胶的研发上,中国还面临一个待解难题——缺少EUV光刻机做验证。

根据国际半导体产业协会(SEMI)的数据,去年,晶圆制造材料的销售收入达到349 亿美元,同比增长 6.5%,以光刻胶及配套试剂、湿电子化学品和 CMP抛光材料增长最为强劲。在光刻胶类别中,高端光刻胶贡献了最大份额,收入同比增长22%。半导体制造工艺持续缩放推升对高端光刻技术的需求, EUV 和多重曝光的大量应用刺激了ArF(193nm)和EUV(13.5nm)光刻胶的更高消耗。毫无疑问,高端光刻胶将是行业未来的蓝海,而国产光刻胶还主要集中在中低端。

不过中国银河5月31日发布研报称,光刻胶供应紧张将在一定程度加速国产化步伐。在近年来国内半导体国产化的背景下,越来越多国内企业参与到光刻胶的研发当中,其中部分企业在局部领域已实现从0到1的突破。

其中,彤程新材控股子公司北京科华已实现g线/i线和KrF光刻胶量产,多家晶圆厂正在加速验证导入其KrF光刻胶产品;晶瑞股份也已量产g线/i线光刻胶,南大光电、上海新阳也正在研发光刻胶产品。此外,西陇科学的光刻胶产品处于研发送样阶段,目前正在等待潜在客户的进一步反馈。

近年来,在本土光刻胶企业加码投入研发的基础上,国家也不断推出政策支持产业发展。国家发改委、科技部等四部门联合发布的《关于扩大战略性新兴产业投资 培育壮大新增长点增长极的指导意见》指出,要加快在光刻胶、高纯靶材、大尺寸硅片、电子封装材料等领域实现突破。

短期内,光刻胶的国产化难有质的突破,但正如始于去年年末的汽车缺芯事件,让汽车制造商在零部件短缺、国际环境不稳定等因素下,对于国产MCU产品有了更高使用意愿。

因此天风证券认为,国产光刻胶发展充满机遇。一方面,下游LCD产业逐渐向国内转移,各地加码晶圆产能规划,成熟制程扩产显著,都为国产光刻胶企业提供了发展土壤与市场空间。另一方面,光刻胶具备高重要程度及成本不敏感的属性,供应链存在天然高稳定性的特点,因此在加速进口替代的趋势下,一些龙头公司有望取得更大突破。


关键字: 光刻胶 编辑:北极风 引用地址: http://news.eeworld.com.cn/xfdz/ic537638.html

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