關心半導體的科技粉絲對氟聚酰亞胺、高純氟化氫、光刻膠不會陌生,當年日本“斷供”韓國的半導體原材料正是這三種,日韓半導體紛爭讓人們看到了日本在半導體原材料領域的“能量”,而這一次,日系光刻膠斷供的對象卻極大可能成為我們。
光刻膠斷供傳聞不斷
一則傳聞再次將光刻膠推到了風口浪尖。
近期國內半導體產業傳出繼美國所屬DuPont 杜邦等公司開始逐步減少對國內光刻膠供應后,日系光刻膠大廠信越化學Shin-Etsu 可能存在限制或者斷供國內中高階晶圓制程光刻膠的可能性,引發爭議。
不過,目前該消息并沒有得到明確的證實。然而,相對確切的消息是日本宣布解除了對韓半導體原材料的出口管制,其中也包含光刻膠這一項材料,這讓不少市場人士認為“美日荷”聯手攪動半導體市場的影響正在擴大,通過利益交換,即將迫使韓國也加入這場半導體領域的對抗。
而針對半導體領域近期一系列對抗,中方發言人毛寧在例行新聞發布會上表示,“中方注意到相關報道,對荷方用行政手段限制中荷企業正常經貿往來的行為表示不滿,已向荷方提出交涉。
近年來,美國為了剝奪中國發展權利、維護自身霸權,泛化國家安全概念,將經貿科技問題政治化、工具化,脅迫一些國家迫使中國采取出口限制措施。欺凌行為不僅嚴重破壞了市場規則和國際經貿秩序,損害了中國企業的合法權益,而且嚴重沖擊了全球產業鏈的穩定和世界經濟發展,中方對此表示堅決反對。”
外交部發言人毛寧
雖然靴子并未落地,但市場擔憂依舊存在。畢竟光刻膠作為半導體芯片光刻過程中的核心材料,直接影響集成電路的性能、成品率以及可靠性,但是光刻膠如此重要的材料卻被日本緊緊地扼住了喉嚨。
目前前五大廠商就占據了全球光刻膠市場87%的份額,行業集中度高。其中,日本JSR、東京應化、日本信越與富士電子材料市占率加入達到72%。并且高分辨率的KrF和ArF光刻膠核心技術亦基本被日本和美國企業所壟斷,產品絕大多數出自日本和美國公司,如陶氏化學、JSR株式會社、信越化學、東京應化工業、Fujifilm,以及韓國東進等企業。整個光刻膠市場格局來看,日本是光刻膠行業的巨頭集中地,具有絕對的話語權。
面對斷供的威脅,我國光刻膠行業的國產替代化又進行到怎樣的程度了呢?
Tips:事件背景
光刻膠斷供事件背景來自美國在半導體方面對我國的制裁不斷升溫。2022 年10 月7 日美國商務部工業與安全局(BIS)以國家安全為由,再次頒布全面出口管制措施,并將31 家中國實體列入UVL 名單。BIS 會將產品的最終用途可能用于軍事領域的企業列入UVL,后續將根據審核調出名單或進一步調入實體清單(EL)。美國要求全球所有受到其出口管制條例(EAR)約束的公司,在給UVL 名單中的企業供貨時必須先取得許可證。這意味著,海外原材料供應商如向國內處于UVL 和EL 名單內的公司供貨,需要和美方申請相關的license。
有可能受沖擊的企業
隨著美國出口管制政策的逐步落地,產業對于國內半導體光刻膠供應鏈中海外公司(如美國杜邦)的持續供貨能力開始產生擔憂。而日系光刻膠供應商在我國半導體光刻膠中供應比例較大。根據業內所傳信息,日系廠商申請license 所涉及產品可能包含18nm 以下DRAM、128 層以上NAND 或14nm 以下的邏輯芯片,如license 申請失敗,其他廠商若短期無法實現替代,則在系列產品中存在供應鏈限供,甚至部分產品斷供可能。
資料來源:各公司公告,Business Korea,東亞前海證券研究所
這次供應鏈的風險主要集中在我國即將新開出的中高制程上,包括中芯南方14nm 以下節點,以及合肥長鑫17nm以下Dram,還有長江存儲128層以上技術節點,均是未來幾年較大投入的技術方向,如光刻膠供應出現不穩定狀況,在一定程度可能影響擴產的進度和規劃。
目前長鑫存儲的最新技術節點已經發展至1x nm,最新情況看影響的業務比重約為10%;中芯南方的技術節點已經可以達到14nm 和7nm,占比不到10%;長江存儲則在128層以上NAND 產品上投入過半,最新制程達到232-L,接近50%在管制范圍以內。
此外,已在國內建廠的三星、SK 海力士等公司在中國大陸的工廠已經獲取到一年期許可證,且不在UVL 或EL,目前整體相對影響較小。
受影響相關制程技術需要ArF/ArF immersion 的光刻膠,對應193-134nm 波長和7nm-45nm 晶圓制程,我國本土光刻膠企業已經開始在該方向上實現技術突破,但短期內就該部分實現進口替代有一定難度。受此潛在風險事件催化影響,國內晶圓廠開始加快對本土光刻膠企業的認證和導入速度。
摩爾定律推動光刻膠加速迭代
迄今為止,規模集成電路均采用光刻技術進行加工,光刻的線寬極限和精度直接決定了集成電路的集成度、可靠性和成本。由于光源波長與加工線寬呈線性關系,這意味著光源采用更短的波長,將得到更小的圖案、在單位面積上實現更高的電子元件集成度,這使得芯片性能可以呈指數增長,而成本卻同步大幅下降。
在摩爾定律的推動下,集成電路芯片集成度不斷提高、線寬不斷縮小,光刻膠技術也不斷發展,經歷了紫外寬譜(300~450nm)、G 線(436nm)、I 線(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、EUV(13.5nm)等一系列技術平臺,從技術上經歷了環化橡膠體系、酚醛樹脂-重氮萘醌體系及化學放大體系。在設備、工藝與材料的共同作用下,分辨率從幾十微米發展到了現在的10nm。
IC 集成度與光刻技術發展歷程
而當前EUV光刻瓶頸已從光刻機轉向光刻膠。極紫外光刻發展的過程非常曲折,其科學機理、技術路線討論以及技術發展的歷史已經超過了20 年。發展至今,極紫外光刻圖形加工的大規模工業應用中面臨的最大挑戰,就是光源功率與極紫外光刻膠光子吸收效率匹配的問題。
光源的功率不足,會影響芯片的生產效率,這也是過去多年以來 EUV 技術一直推遲量產的原因。目前 ASML 的光源功率可以達到250W,在此功率下,客戶可以達到每小時155 片晶圓吞吐量。
光源問題解決后,EUV 技術被提出最多的挑戰即是 EUV 光刻膠,開發新型高靈敏度的 EUV 光刻膠成為關鍵問題。
受制于高端光刻膠的高技術壁壘,生產工藝復雜,純度要求高,認證周期需要 2-3 年,后發國家追趕難度大。我國以 KrF、ArF 光刻膠為代表的高端半導體光刻膠領域市場份額仍然較小,長期為國外巨頭所壟斷。
半導體光刻膠行業國產化進程
具體而言,G/I 線國產化率20%,高端KrF、ArF 國產化率不足5%!拿回行業話語權,擺脫卡脖子危機可以說是勢在必行。
國產替代提速
光刻膠斷供如同一把懸在我國半導體行業頭上的達摩克利斯之劍,好在國產光刻膠行業經過多年在底部的打磨,且相關的產業鏈條開始逐步地走向成熟,雖然短期存在著產品和原料供應的諸多問題,但下游客戶進行國產替代,實現供應鏈絕對安全的訴求日益強烈,也給從業者帶來了非常好的發展機遇。
容大感光在接受調研時表示,經過公司多年來的技術攻關,公司的干膜光刻膠、顯示用光刻膠、半導體光刻膠等產品已經面向市場實現了批量銷售,其中部分產品已進入核心客戶的供應鏈體系,公司目前顯示用光刻膠、半導體光刻膠的收入大致相當,2022年1-9月,干膜光刻膠的收入是923.37萬元,公司已具備干膜光刻膠的配方及生產技術,但尚未建設好與之配套的生產廠房及生產線,目前公司干膜光刻膠主要生產環節采用外協加工的模式,其產能受限于合作的外協加工廠商。
光刻膠國產化正在提速中
南大光電近日表示,公司正抓緊ArF光刻膠產品認證和市場拓展工作,公司光刻膠已經通過了2家公司驗證,其中ArF光刻膠驗證通常需要18個月甚至更長的時間。
晶瑞電材日前表示,子公司瑞紅(蘇州)電子化學品股份有限公司2018年完成了“i線光刻膠產品開發及產業化”項目后,i線光刻膠產品向中芯國際、合肥長鑫、華虹半導體、晶合集成等國內知名半導體企業批量供貨。而華懋科技持股的徐州博康目前ArF即將通過國內存儲和邏輯芯片大廠認證,產品通過了國際大公司認證,KrF 產品可以覆蓋從65-14nm 性能要求。彤程新材子公司科華目前KrF 已獲得國內最大邏輯芯片大廠認證,并開始大批量出貨。自備光刻機,加快研發的進度,并通過并獲得多家一線晶圓廠認證資質。
資料來源:各公司公告,東亞前海證券研究所
目前國內晶圓廠等下游客戶正在加速導入國產高端半導體光刻膠,實際認證已經開始進入到量產和規模出貨的階段,在中高端半導體光刻膠方面有了很大突破,在我國半導體上中下游整體高速發展的大環境下,國產光刻膠行業完全有機會轉為危機!