近年來，因為各種因素的影響，我們開始對原本少有人涉及的半導體產業有了廣泛的了解。光刻膠，作為其中一個重要環節，也頻頻見諸于報端。正如很多報道所說的一樣，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。在這種重要性的驅動下，國內也涌入了很多光刻膠參與者。關于他們的進展和水平，在我們之前的文章《一線工程師眼中的國產光刻膠》里已經有了很詳細的介紹。
在本文里，我們談一下對國產半導體光刻膠的野望。
光刻膠對晶圓廠的影響會放大1500倍
據相關報道，2019年，臺積電由于其化學原料供應商提供的一批光刻膠中某特定成分處理方式與過去相異，導致光刻膠產生異質聚合物，造成臺積電晶圓14B廠生產的12nm及16nm晶圓報廢達10萬片（初步估算的數字）。10萬片晶圓，如果按照臺積電每片賣價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。加上股價跌勢，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，假設當時主要應用的是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，那這一批報廢晶圓大概對應333加侖光刻膠，總價值250萬人民幣。而正就是這一批價值僅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，那整個杠桿效應高達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工藝難度最高的，保質期只有6～9個月，其作用相當于坦克/戰機的汽油，一旦品質不過關或者供應不到位，整個芯片制造產業鏈就會停滯甚至崩潰。
此外，光刻膠還有純度要求，在儲存、運輸等環節上也有污染風險。
首先看純度，這是光刻膠最核心的標準之一。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）下進行處理。而就是這樣的一個儲存瓶子，國內目前的技術還無法生產，100%需要進口。
（2）溫度條件：對于絕大多數紫外光刻膠而言，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）。
（3）膜度控制：如果頻繁打開光刻膠試劑瓶會導致溶劑蒸發，光刻膠會增稠并因此產生較厚的膜。對于膜厚為1.4 ?m的光刻膠，僅損失1％的溶劑就已經導致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）強相關，一旦偏移會造成產線CD關鍵尺寸異常，產品返工。所以產線量產型光刻膠絕對不允許開封，都是直接裝到機臺的光阻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定性以及老化穩定性，在裝機后的使用周期內，要確保恒溫恒壓恒濕條件。
最后，我們看一下光刻膠對運輸的要。由于光刻膠屬于三類危險品，全程需冷鏈運輸，運輸要求非常高。近年來，全球受疫情影響，國際航空貨運運力持續緊張，對于光刻膠這種危險品，物流鏈條上還存在危冷庫周轉率低、危化品查驗時間長等因素。
日本對韓國芯片產業打壓的啟示
2019年7月，日韓關系惡化，日本政府宣布正式實施對韓國半導體材料的出口限制，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，這給韓國的半導體產業帶來巨大沖擊，也進一步沖擊全球半導體供應鏈和電子市場。
追溯整個事情的起因，歸咎于冷漠的日韓兩國關系。這個既是歷史的追責，也是政治的博弈。日本方面一直拒絕就慰安婦問題承擔法律責任，也拒絕提供“國家賠償”，為此引起了韓國方面強烈不滿。2018年韓國最高法院裁定，日企新日鐵住金需向二戰當年強征勞工的受害者原告賠償，由此引發后續日韓關系的逐漸破裂。2019年的斷供行為，是日本向韓國進行的“經濟報復”，以經濟手段施壓，逼迫對方就范，以達到政治目的。
在這種情況下，韓國半導體產業開啟了自救之路。
韓國貿易協會統計顯示，2018年韓國經濟增速只有2.7%，創6年新低，出口總額達6055億美元，其中半導體占總出口總額的21%。一旦韓國半導體出口遭到重創，意味著韓國出口增長可能遭到重大打擊，也將嚴重阻滯韓國經濟。
自日本斷供后，作為半導體的關鍵材料，韓國也通過以下幾種方式，積極謀求光刻膠領域的自救之路：
（1）積極尋找替代廠商。
韓國企業從第三國比利時打通光刻膠的進口渠道。比利時的光刻膠供應商或為日本化學企業JSR和比利時微電子研究中心于2016年設立的合資公司，2019年韓國企業從比利時進口了比以往高10倍的光刻膠產品，同時對日本光刻膠依賴度下降了50%。但是據調查，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。
（2）政府的大力支持。
面對日本的限供，韓國產業通商資源部決定對半導體材料、零部件與設備研發投入6萬億韓元（約50億美元）預算，以推動對核心技術、原材料和關鍵零部件的開發。韓國政府制定了“材料、零部件、設備競爭力提升方案”，大力扶持相關核心技術研發；計劃投入一切政策資源提高本國半導體行業的國產化比例；還成立了民政合作的“材料與零部件需求供應支持中心”。同時，韓國時隔20年重新修訂《材料零部件與設備產業特別法》，呼吁企業加大技術研發和投資力度，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、零部件供應的依賴。
（3）領先企業加速國產替代。
韓國領先半導體企業從自身需求出發，一邊開拓采購渠道，另一邊扶持本土半導體材料、設備等玩家發展、推動提升本土產業鏈完備程度。2020年8月份，韓國政府推出一個擴大的半導體材料測試設施，其中所使用的光刻機也是由三星以低于市場價的價格提供。
2021年，據etnews介紹，韓國東進半導體與三星電子攜手，利用自身現有的氟化氬曝光機、比利時半導體研究所IMEC EUV設備等基礎設施，成功開發出EUV光刻膠，并在三星電子的華城 EUV 生產線上進行了測試，并獲得了最終的認證。正式意味著韓國實現國產化。除了EUV光刻膠的進程外，Krf、低端Arf光刻膠已在韓國實現部分量產應用。
韓國作為芯片制造大國，憑借政府的利好政策、頭部芯片企業的帶動作用等，初步緩解了被日本在半導體材料上卡脖子的窘境，但短期內仍舊無法擺脫對日本半導體材料、設備的依賴。有意思的是，限韓令發布兩個月之后，日本解禁一批對韓出口半導體材料，其中包括7nm先進制程至關重要的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，中國只有真正的實現了光刻膠的100%自主化生產，才能從根本上消除芯片制造領域材料被卡脖子的風險。
中美芯片之爭：從終端到設備最后是材料
回顧歷史，2018年4月，美國聯邦通信委員會（FCC）發布新規，禁止美國國內通信運營商采購外國企業的通信設備，作為受限對象企業考慮的是華為技術和中興通訊（ZTE）。2020年美國又開始對中國在半導體制造設備及相關軟件工具，激光器，傳感器和其他技術的出口實行新的限制。新的限制細則中提到，“2018 年《出口管制改革法案》（ECRA）第 1758 條（《美國法典》第 50 卷第 4801 條）要求美國商務部對新興基礎技術的出口、再出口或轉讓制定適當的管制措施。”
2022年5月，硅谷知名科技媒體《The Information》報道稱，美國商務部正在考慮擴大對中國企業出售芯片制造原材料及設備的禁令。該禁令將限制美國原材料和設備供應商向中國公司供貨，將針對包括華虹半導體、長鑫存儲和長江存儲在內的中國半導體公司，在中國大陸設廠的海外企業可能也因此被波及。同時，美國也可能說服日本、荷蘭等半導體設備商采取類似規則，確保中國公司無法向其他國家購買設備。報道提到了韓國的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則。
正所謂“一代芯片，一代設備”，作為制作先進制程芯片的必備設備——EUV光刻機就是因為美國的禁令，我們無法購買，這也是我國半導體芯片環節被“卡脖子”的關鍵，沒有高端的EUV設備，我們永遠也制造不出最先進制程的芯片。
那為什么美國現在還沒有限制或者打壓對中國半導體材料的出口？我們認為有以下幾個原因：
（1）中美科技之爭是邊打邊談，雙方都是產業鏈纏繞，不可能馬上就完全脫鉤和分離，但是對關鍵材料的出口限制相當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，就是相當于要徹底對中國芯片制造業攤牌，相當于核武器，光是部分限供的影響和沖擊也是巨大的，會帶來相關公司馬上停產的危機。這會成為美國和中國博弈非常重要的一個籌碼。
（2）半導體材料的強國是美國日本，且日本的材料產業鏈相對更加完整，美國公司參與進去的不多，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材料的理由。除非美國政府強制日本執行，這就要美國和中國攤牌，且獲取盟國對此行為的一致認可，這樣做比當前限制高端芯片制造設備的政治代價高得多，且具體操作的難度更大；
（3）美國的產經界人士對中國芯片制造業的發展階段判斷，認為中國大陸還處在追趕階段，相關設備與專利的限制已經足夠卡住發展進程，設備都沒有就更加不用考慮高端材料的問題了。但是一旦國產設備進步神速，或者全面突破，對關鍵材料的限制必然會成為下一個“制裁”點；
（4）其實，美國已經在科技做脫鉤，或者說部分脫鉤的準備工作。知情人士透露，美國商務部希望制定一套類似于適用中芯國際的規則限制其他半導體企業——也就是允許這些中國公司繼續生產成熟制程、工藝老舊的芯片，但嚴格限制其獲得先進制程的工藝和設備的可能性。美國人希望在以芯片為基礎的智能科技領域與中國這樣的戰略挑戰者永遠保持代差感，甚至是幾代的代差感，從而確保競爭優勢和產業優勢。
美日的半導體材料公司會隨著產業鏈的迭代不斷開發出更尖端的材料，且供應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的材料生產，最后隨著時間的推移，不僅僅是設備的限制，關鍵材料的供應被切斷反而成為了美日企業的正常市場行為，他們要追求更高利率的工藝產品，淘汰老舊產品和市場不夠的產品。最近日本大廠從地震被動限供到主動限供其實就是一個警示訊號。
如果說設備限制是當頭一刀，那關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體材料技術上的突破，最終將演變成芯片產業鏈的大潰敗，所以半導體材料特別是光刻膠國產化勢在必行。
我國半導體光刻膠的進展與野望
今年3月以來，上海的疫情日益嚴峻，但因光刻膠對芯片制造的重要性，中國企業也盡全力保證光刻膠的儲備。據中國民航網報道，4月24日，東航物流旗下中國貨運航空的CK262全貨機航班飛抵浦東國際機場，機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華虹集團。據資料顯示，華虹集團每月空運光刻膠約數千瓶。
自今年4月以來，這已經是華虹集團收到了第2批光刻膠、兩批共計8.9噸，而這也才剛完成4月光刻膠運輸計劃的部份任務，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緊急撤僑、飛機基金運輸戰略武器、用飛機積極投送抗疫緊缺物資，都是屬于戰略性行為，這次的包機搶購光刻膠，再一次證明了光刻膠對于芯片制造的核心地位，已經上升到了國家戰略層面。
近年來，國產光刻膠廠商紛紛崛起，在半導體光刻膠層面也取得了不錯的進展。我們根據最新的公開數據整理了主要幾家在半導體光刻膠領域有布局的公司的產品情況。從研發與量產進度來看：
（1）ArF領域代表著國產光刻膠的最前沿技術。
在ArF這個領域，目前國內這幾家光刻膠公司都明確表示要攻關該領域，但是已經有產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也很關鍵。
作為國家02專項的結題單位，加上國家大基金的加持，南大在ArF領域必然是居于領先地位，但是最近的年報也披露了光刻膠項目的延期，可想而知，這一領域的技術工藝難度之高。
（2）KrF領域更加重視技術的適用性，國產光刻膠產品已經放量。
在這個領域，南大并沒有進行布局，晶瑞電材還在進行客戶端測試，上海新陽的產品已經有客戶訂單，而明確表示自身在KrF領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證后，產品性能基本達標就可以產生小量訂單了，但是批量供貨既要產品性能達標，還要考量公司的工業化生產能力和對工藝的控制能力，從工廠的車間驗證到光刻膠產品多批次的穩定性，特別是對之前從來沒有批量供應光刻膠產品的公司，挑戰更大。
（3）i線光刻膠領域重點是品類擴充以及高分辨i線光刻膠突破。
在這個領域，據透露，包括晶瑞電材、北京科華(彤程新材)、徐州博康（華懋科技）和上海新陽等企業在這里已經有了不錯的表現。其中，晶瑞明確了公司i線收入3000-4000W，北京科華(彤程新材)公布數據是國產i線占比達20%。考慮到i線的單價不高，加上國內供應鏈已經較為成熟，后續重點觀察各家的銷售收入變量。
最后，值得關注的是，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。雖然說目前最關鍵的還是先解決光刻膠的配方以及導入問題，但是更上游材料體現的是放量供應后的規模以及穩定性問題。也虧的產業內人士未雨綢繆，這一點特別重要，2021年下半年以來，據業內人士消息，因為上游原材料漲價問題，光刻膠市場均價上漲20%-30%，側面也證明，光刻膠的定價權不僅僅取決于配方工藝，還應該包括上游材料供應體系。
展望未來，國產光刻膠必將取得突破，與之相呼應，必將誕生中國版的千億市值化學巨頭，代表化學材料最高水準的半導體光刻膠只是第一步，這個確定性幾乎是100%。