8月31日,住友化學宣布,基于5G市場需求的持續增加,住友化學決定擴大半導體光刻膠的產能。
據了解,住友化學將在大阪工廠(日本大阪的Koonohana-ku)新增ArF(浸入式)和EUV(極端紫外線)光刻膠生產線,并在韓國全資子公司東宇精細化工有限公司的Iksan工廠為射頻浸入式平板攝影器建造一個新的光刻生產廠。住友化學表示,新生產線將于2023財年上半年開始運營,大阪工廠將于2024財年上半年投產。
新設的韓國工廠將生產ArF(氟化氬)光刻膠。ArF光刻膠是在半導體晶片上印刻電子電路時使用的尖端材料,住友化學此前一直在大阪工廠生產該材料。今后將把日本國內原料調配到韓國工廠,而后混合出貨。
住友化學方面解釋說:“ArF光刻膠并非指定的限制韓國出口的品類。”但有分析認為,在最近接連發生的日本半導體材料制造企業對韓國的投資,不能否定是出口限制措施影響。
光刻膠面臨五大壁壘,亟待國產化
從住友化學擴產半導體光刻膠不難看出,半導體市場正處于高速發展期,我國也不例外。近年來,我國集成電路產業營收以10%的速度高速增長,ArF和EUV光刻膠需求也與日俱增,但是,光刻膠的突破速度和質量卻遠遠跟不上,制約了我國半導體行業的發展。
國內雖然涌現了像南大光電、彤程新材這樣的企業,在一定程度上緩解了光刻膠供不應求的局面,但是我國光刻膠行業仍然面臨五大壁壘,亟待國產化。
1.純度壁壘
無論是濕電子化學品還是光刻膠,純度都是最核心的標準之一。
目前,國外的光刻膠阻抗可以做到10^15,國內基本上停留在10^10(阻抗越高純度越高)光刻膠純度不足會造成芯片良率下降,甚至污染事故。2019年臺積電就因為光阻原料污染導致上萬片12寸晶圓報廢,直接損失達5.5億美元。
2.原材料壁壘
影響光刻膠純度的原因多種多樣,但原材料一定占據核心位置。
就拿光刻膠的溶劑來說,一款光刻膠,溶劑的含量占據光刻膠總質量的80%~90%,光刻膠最常使用的溶劑為丙二醇甲醚醋酸酯(PMA),它具有很好的溶解性,性狀穩定,適合將成膜樹脂和光引光劑液化以便于旋轉涂敷。
目前,世界丙二醇醚及酯類產品的生產主要集中在美國、西歐及中國等國家和地區,主要是美國陶氏化學、伊士曼化學,荷蘭利安德巴塞爾,德國巴斯夫,這些國外企業從事丙二醇醚及其酯的工業化生產,這些企業深耕這一領域已有30多年的歷史,擁有豐厚的技術經驗,并不是國產企業可以一朝一夕能夠拿下的。
3.專利壁壘
如今的光刻技術已經進入EUV時代,臺積電、英特爾和三星紛紛積極導入EUV技術,與之對應的是EUV光刻膠的需求上升,與ArF浸沒式光刻相比,EUV光刻技術有很高的圖形保真度和設計靈活性,所需的光掩模數量很少,顯示出明顯的優勢。
但國產光刻膠企業想要突破它,不僅面臨原材料、純度等難題,還面臨強大的專利壁壘。
從全球EUV光刻膠專利的申請量上來看,1998年EUV光刻膠專利的申請量只有6件,此后十年間,大多數時候都是年平均兩位數的申請量。從2010年開始的四年間,申請數量破百,并且持續增長,到2013年到達頂峰。當年的申請量有164件,此后又逐步回落至兩位數,到2017年,EUV光刻膠專利的申請量只有15件。
這一趨勢說明,在本世紀前13年里,EUV光刻膠的技術在不斷的進步,各大廠商都在積極探索EUV光刻膠技術,所以專利數才會不斷上升,而在2013年之后,該項技術走向成熟,由此專利數量開始急劇減少。
4.規模壁壘
與半導體設計、半導體封測甚至晶圓產業相比,光刻膠是一個“小眾”產業,而且光刻膠還分為顯示面板用光刻膠和半導體用光刻膠,半導體用光刻膠的規模遠小于面板用光刻膠。
TECHCET的一份預測數據顯示,2021年整個半導體用光刻膠的市場只有19億美元的規模,但是,日本和美國的光刻膠企業幾乎壟斷了整個半導體用光刻膠市場。拿ArF光刻膠舉例,日本的JSR、信越化學、東京應化、住友化學四家企業就占據了82%的市場份額,KrF光刻膠市場中,東京應化、信越化學、JSR和杜邦占據了85%的市場份額。
并且從公司規模來看,光刻膠并不是這些的主營業務,光刻膠只是占據了其營收中極小的一部分。
以信越化學為例,其2019年的營收大約為147億美元,而當年的全球半導體光刻膠市場規模也才13億美元左右,所以相比較之下,光刻膠并不是巨頭們的最核心業務。
與之相比的是,國內的光刻膠企業無論從技術還是規模上,都與巨頭們有比較大的差距。南大光電和晶瑞股份是國內的光刻膠龍頭企業,2019年,南大光電的營收為3.21億元,凈利潤0.55億元,同年晶瑞股份的營收為7.6億元,凈利潤為0.31億元,由此可見一斑。
此外,由于光刻膠的應用環境復雜且多樣,有時甚至需要針對每個工廠進行特別定制,很難標準化和模塊化,光刻膠從研發成功到進入客戶驗證階段,并被大規模使用,中間所需要的時間都是按照年為單位計算,一般情況下客戶并不愿意輕易的更換光刻膠供應商。
5.其他壁壘
除了以上的技術、市場及原材料等諸多核心因素之外,制約國產光刻膠發展的還有許多非核心因素。
比如除了光刻膠以外,光刻膠輔助材料、光刻膠專用試劑也具有較高的技術壁壘,例如抗反射涂層的配方主要掌握在JSR、信越化學、陶氏化學、Merck 等國際光刻膠巨頭手里。
在采訪國內幾家光刻膠上市企業時,其相關負責人都不約而同的提到了“瓶子”這個關鍵詞,他們表示,裝光刻膠所需要用到的瓶子目前國內企業還無法生產,需要進口。
國產企業的瓶子有的是性能不達標,有的是純度不夠有雜質。當然,國內也不是完全造不出瓶子,問題在于光刻膠企業所需要的瓶子數量太少,一些大的公司不愿意為這樣小的一個產品去專門研發和開辟一條產線,因為經濟效益不高。
此外,光刻膠的保質期也比較短,大概在3~6個月左右,在運輸過程中又需要冷鏈運輸,而冷鏈運輸會提高整體成本,所以最后導致光刻膠價格上去,這嚴重影響光刻膠的推廣使用。
結語
近年來,我國集成電路產業營收以10%的速度高速增長,ArF和EUV光刻膠需求也與日俱增,但是,光刻膠的突破速度和質量卻遠遠跟不上,制約了我國半導體行業的健康發展,為了解決這一困境,國家出臺了多項政策支持光刻膠產業發展,部分下游企業也開始布局光刻膠。前不久,華為哈勃投資3億元入股了光刻膠生產企業,說明華為在經歷了“卡脖子”之后開始重視芯片產業鏈的自主可控。
所以,光刻膠的突破并不是光刻膠企業本身就能獨立完成的,它需要整個半導體產業的聯動,如果有更多的企業尤其是半導體行業內的企業加入進來,那么,國產光刻膠的突破將是時間問題。
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