光刻膠需求持續(xù)增長：中國自研技術(shù)

來源：世界半導體技術(shù)論壇

近日，提供商業(yè)和技術(shù)信息的電子材料咨詢公司TECHCET宣布了半導體相關(guān)光刻膠市場的最新展望。他們預(yù)計，該市場2022 年收入將增長 7.5%，達到近 23 億美元。正如TECHCET新發(fā)布的那樣，預(yù)計2021年至2026年間，光刻膠市場的復(fù)合年增長率為5.9%，其中增長最快的產(chǎn)品是EUV和KrF型光刻膠材料。

“由于設(shè)備技術(shù)的進步和層數(shù)的增加，光刻材料市場健康且不斷增長，預(yù)計將保持上升趨勢，”Techcet 營銷研究高級總監(jiān) Dan Tracy 博士說。特別是EUV 光刻膠已經(jīng)穩(wěn)固地“到來”，現(xiàn)在正被多家芯片制造商正式用于大批量芯片制造。隨著新邏輯節(jié)點的不斷推出，EUV光刻膠將快速增長；先進的 DRAM 通過 EUV 進入生產(chǎn)，尤其是隨著更多的 ASML 光刻機被投入生產(chǎn)。

由于近期芯片供應(yīng)的限制，用于“舊技術(shù)”（I-line、G-line 和 KrF）的光刻膠預(yù)計將激增。KrF 光刻膠繼續(xù)增長，尤其是隨著 3D NAND 設(shè)備生產(chǎn)和層數(shù)的增長。ArF 和 ArFi 都使用類似的聚合物/溶劑平臺，利用水性顯影劑（0.263N 四甲基氫氧化銨 - TMAH），它們的需求受到多圖案應(yīng)用的驅(qū)動。

在韓國、中國臺灣和中國大陸，光刻膠生產(chǎn)的本土化是一個反復(fù)出現(xiàn)的主題，這些材料的國內(nèi)制造正在增長。與其他材料一樣，影響光刻膠市場的近期問題是通貨膨脹、供應(yīng)鏈中斷和地緣政治事件。所有這些都促成了今年的價格上漲和產(chǎn)品供應(yīng)，預(yù)計這種情況將持續(xù)到 2023 年。

同樣重要的是要注意，在韓國和中國等地出現(xiàn)的新供應(yīng)商可能會導致光刻膠市場格局的動態(tài)調(diào)整。這些新供應(yīng)商受益于各自國家/地區(qū)的政府和芯片制造商的支持。

南大一份公告，揭露國產(chǎn)光刻膠的“難”

近日，南大光電發(fā)布了幾份公告，就公司發(fā)布債券的相關(guān)問詢向深圳證券交易所回復(fù)。在這些回復(fù)中，除了深入解讀證券交易所關(guān)注的半導體先進制程用前驅(qū)體產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化項目、高純磷烷、砷烷擴產(chǎn)及砷烷技改項目、電子級三氟化氮項目的相關(guān)問題外，還談及了公司之前募資所專注的光刻膠項目。

從這個回答，我們可以看到國產(chǎn)光刻膠的“難”。

首先在關(guān)鍵設(shè)備采購方面，南大光電表示，實現(xiàn) 14-90nm 制程芯片用光刻膠產(chǎn)業(yè)化是前次募投光刻膠的主要任務(wù)和目標。而缺陷檢測設(shè)備系 28nm 以下制程芯片用光刻膠制備所必需的設(shè)備。事實上，公司已和美國供應(yīng)商確立合作意愿，但目前交貨周期需要延長，具體交付時間尚存不確定性，且該設(shè)備在當時環(huán)境下確實需要依賴進口。

“缺陷檢測設(shè)備的缺失給 28nm 以下制程芯片用光刻膠產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化帶來困難，進而影響了整體募投項目實施進度?！蹦洗蠊怆姺矫鎻娬{(diào)。

他們同時指出，公司曾嘗試采取委托外包方式解決這一問題。但 28nm 以下制程芯片用光刻膠若采用委外檢測，則會導致參數(shù)性能的較大不確定性，自主控制和調(diào)試難度較高，且由于目前國內(nèi) 28nm 以下制程用光刻膠缺陷檢測設(shè)備主要集中在下游客戶處，因此檢測成本也將難以有效控制，故不做首選方案。

南大同時也在積極考慮切換其他供應(yīng)渠道。通過不同渠道對比，公司了解到目前已有國產(chǎn)設(shè)備正在測試且即將實現(xiàn)商用。出于使用指導、設(shè)備維護、維修便捷等因素，公司正在評估和考慮選擇國產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)。

南大光電在公告中表示，光刻膠項目所需的光刻車間已建成，本次募投項目所需的主要先進光刻設(shè)備，如 ASML 浸沒式光刻機、CD-SEM（特征尺寸測量用掃描電子顯微鏡）、涂膠顯影一體機等已經(jīng)完成安裝并投入使用。已經(jīng)生產(chǎn)出多款樣品發(fā)往下游客戶驗證，已具備了 ArF 光刻膠及配套材料產(chǎn)業(yè)化的基本條件。

在問到“有關(guān)客戶驗證需求變化、公司實際經(jīng)營情況”的相關(guān)問題時。南大回應(yīng)道，因客觀市場和公司經(jīng)營情況發(fā)生的變化，目前實際情況與 2021 年募資時回復(fù)材料內(nèi)容披露的情況存在部分差異。

一方面，由于進口原材料供應(yīng)受到國際貿(mào)易影響，下游集成電路客戶驗證需求和驗證標準都發(fā)生了變化；同時，光刻膠規(guī)格不符、質(zhì)量不穩(wěn)定會導致芯片產(chǎn)品良率的大幅下降，因此各晶圓廠對光刻膠替換所持的謹慎態(tài)度，綜合導致部分產(chǎn)品驗證進度放緩，雖然部分制程產(chǎn)品產(chǎn)線基本建設(shè)完畢，但產(chǎn)品驗證完成后產(chǎn)量才能逐步爬坡。且由于公司主要晶圓廠客戶驗證標準變化，在批次產(chǎn)品穩(wěn)定性上需要投入更多精力。

南大光電進一步解析說，公司前次募投擬產(chǎn)業(yè)化的 193nm ArF 光刻膠產(chǎn)品目前仍然需要經(jīng)過較長時間的客戶驗證，才能達到可批量生產(chǎn)的相對成熟狀態(tài)。且由于下游需求的差異性和復(fù)雜性，發(fā)行人目前送驗的產(chǎn)品種類也無法完全覆蓋下游不同客戶的不同工藝、不同環(huán)節(jié)的用膠需求。因此，即使發(fā)行人目前主打的 ArF 光刻膠細分產(chǎn)品種類產(chǎn)業(yè)化推進順利，仍然面臨來自進口企業(yè)及其他國產(chǎn)供應(yīng)商的市場競爭壓力。

目前，國內(nèi)比較成熟的晶圓廠在驗證國產(chǎn)光刻膠時大多采用“替代型驗證”，即要求國產(chǎn)產(chǎn)品在光刻，刻蝕，OPC 修正等性能方面同 Fab 廠現(xiàn)在使用的光刻膠能夠完全匹配，高端制程誤差要求在+/- 2nm 范圍內(nèi)，以滿足其現(xiàn)有產(chǎn)線、工藝的要求，減少其調(diào)試成本。同時，因使用芯片制程、用途不同，即便同為 193nm ArF 光刻膠，不同客戶的不同產(chǎn)線、工藝等也會對參數(shù)要求大不相同，對應(yīng)光刻膠產(chǎn)品的配方就會有所區(qū)別。

例如 LANs base 線條層由于線條寬窄、布線規(guī)模、線條間距等不同，對光刻膠的需求均不一樣；Hole 孔柱用光刻膠因孔型大小不同也對參數(shù)有特別規(guī)定；Metal 金屬布線層在 Fab 端從圖片到出品，需要經(jīng)過多遍以上全生產(chǎn)過程，每遍所要求的參數(shù)也有不同。此外，存儲芯片、邏輯芯片等不同芯片類型對光刻膠的驗證要求也存在差異。

因此，公司 ArF 光刻膠產(chǎn)品除需要除針對不同客戶需求開展產(chǎn)品驗證外，又由于上述不同工藝、不同環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的不同使用需求，即使針對同一客戶也需要多款產(chǎn)品同時送驗，并逐一進行單獨驗證，甚至需要多種產(chǎn)品組的綜合驗證通過后才會被采用。因此，盡管在 193nm ArF 光刻膠領(lǐng)域公司目前具有一定的先發(fā)優(yōu)勢，但若未來公司未能準確把握下游市場需求變化、及時調(diào)整研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化重點，或因未能及時生產(chǎn)、調(diào)試出符合不同廠商、不同工藝、不同環(huán)節(jié)所需的產(chǎn)品，則公司仍存在喪失市場先機，進而在高端光刻膠領(lǐng)域相對其他國產(chǎn)供應(yīng)商領(lǐng)先優(yōu)勢減小的風險。

盡管近年來國內(nèi)光刻膠市場保持了良好的增長趨勢，但以 ArF 光刻膠為代表的高端光刻膠領(lǐng)域國內(nèi)市場份額仍然較小，長期為國外巨頭所壟斷。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計，2021 年全球光刻膠市場份額中，日本廠商東京應(yīng)化、合成橡膠（JSR）、住友化學及富士膠片的市場占有率合計達到 60%，美國陶氏化學市占率 17%，韓國東進 11%。在 ArF 光刻膠領(lǐng)域，合成橡膠（JSR）以 24%的市場份額位居全球第一，國內(nèi) ArF 光刻膠幾乎全部依賴進口，日本及美國公司占據(jù)了絕對主導地位。

這種高端光刻膠長期為國外企業(yè)壟斷的狀況，使我國芯片制造一直處于“卡脖子”困境，亟待實現(xiàn)國產(chǎn)替代。由于高端光刻膠的保質(zhì)期很短（通常只有 6 個月左右甚至更短），一旦遇到進口“限供”甚至“斷供”，勢必面臨國內(nèi)芯片企業(yè)短期內(nèi)全面停產(chǎn)的嚴重不利局面。因此這也對國產(chǎn)替代產(chǎn)品提出了更高要求，例如在產(chǎn)品的應(yīng)用兼容度、性能穩(wěn)定性、雜質(zhì)純度等諸多方面，目前既要趕超進口產(chǎn)品，還要滿足下游晶圓廠的產(chǎn)線技術(shù)要求；原本是對單項產(chǎn)品性能、參數(shù)開展獨立驗證，目前也增加至多種產(chǎn)品組的綜合驗證通過后方可采用。因此，下游客戶原材料供應(yīng)需求的變化使得其對送驗產(chǎn)品的需求也發(fā)生了變化，進而直接影響了發(fā)行人研發(fā)、驗證工作的進行。

南大同時指出，由于光刻膠（特別是 193nmArF 及 EUV 等高制程芯片用光刻膠）系研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化難度極高的精細化學品，在分辨率（關(guān)鍵尺寸大?。?、對比度（曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度）、敏感度（最小曝光量）、粘滯性（膠體厚度）、粘附性（黏著于襯底的強度）、抗蝕性（保持粘附性的能力）、表面張力、存儲和傳送方面都具有多元化且極高的要求，同時對樹脂型聚合物、光引發(fā)劑、溶劑、活性稀釋劑及其他助劑等原材料的要求也非常苛刻，光刻膠規(guī)格不符、質(zhì)量不穩(wěn)定會導致芯片產(chǎn)品良率的大幅下降，因此各晶圓廠對光刻膠大規(guī)模替換普遍持謹慎態(tài)度。

另一方面，新冠疫情也對公司實際經(jīng)營造成較大影響，具體體現(xiàn)在驗證效率降低、委外檢測實施困難以及設(shè)備維修難度增大等方面。對于市場、客戶需求的變化，公司在前次募資驗證時無法充分預(yù)計，因此未能考慮在內(nèi)，致使目前實際實施進度不及預(yù)期，對此，公司自身也做出了適當調(diào)整。為增加光刻膠項目產(chǎn)品銷量、提升產(chǎn)品市場地位，隨著研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化重點的調(diào)整轉(zhuǎn)移，原有部分在驗證產(chǎn)品的驗證進度也會受到影響。