国产光刻胶的关键战场，在这里

发布时间：2025-04-04 23:52:59 来源：动态速递网 作者：紫雨

（原标题：国产光刻胶的关键战场，在这里）

以下文章来源于观网财经 ，作者杨付博杰在芯片制造领域，台积电和三星的先进制程竞争无疑吸引了最多的目光，人们也期待中国企业能够早日迎头赶上。但是对于中国晶圆代工产业来说，眼下更重要的一场竞争或许是在成熟制程（28nm及以上）领域。光刻胶是探讨这个问题的一个典型切口。截至目前，国产光刻胶产业仍然极其薄弱，即使在I线（365nm）水平上市占率也仅为10%左右，在DUV（28nm及以上）领域仅处于渗透初期，EUV（28nm以下）光刻胶几乎一片空白。这是因为，光刻胶是一个定制化程度极高的产品，若没有下游企业的大订单需求，就完全没有规模效应，导致新玩家难以进入。因此，除了材料企业自身投入研发之外，中国未来几年成熟制程晶圆代工的扩张速度，或许才是决定国产光刻胶进度的关键因素。其实韩国人也已经看到了成熟制程的巨大价值。不久前，韩国学界提议组建主攻成熟制程的“韩积电”，因为成熟制程对上下游中小企业的带动作用更加明显。在三星逐渐在先进制程上掉队之后，中韩成熟制程未来势必展开更激烈的竞争。2024年12月26日，厦门恒坤新材的IPO申请获得上交所受理，将科创板上市，这是一家专注于光刻材料和前驱体材料等产品的研发、生产和销售的企业，其中光刻胶占到了其总营收的超过八成。招股说明书申报稿显示，恒坤新材计划通过此次发行募集约12亿元人民币的资金，主要用于推进集成电路前驱体二期项目、SiARC开发与产业化项目以及集成电路用先进材料项目的建设和发展。在当前全球半导体行业竞争加剧以及国内IPO审核趋于严格的背景下，恒坤新材的上市申请显得尤为引人注目。随着中美科技竞争加剧以及全球供应链不确定性增加，确保半导体制造所需的关键材料供应安全，已经成为了中国政府一项重要的政策目标。而在半导体制造的世界里，就有这么一种材料，它的关键性地位堪比光刻机本身，那便是光刻胶。这种对紫外线敏感的聚合物，不仅是芯片生产的核心，更是科技自主的生命线。随着全球科技竞争的日益激烈，光刻胶的供需矛盾已经逐渐显现，已经成了制约半导体产业发展的“卡脖子”难题。尤其是在中国，面对国际市场的封锁与层层技术壁垒，如何攻克高端光刻胶的瓶颈，已然成为国家科技战略的重中之重。重要的战略物资光刻胶（Photoresist）也叫光致抗蚀剂，在半导体制造、显示器面板和印刷电路板（PCB）制造等精密微细加工领域中扮演着十分重要的角色。它通过光照图案化，使得特定区域发生化学变化，从而实现电路或器件结构的转移。作为集成电路制造过程中的核心材料，光刻胶决定了芯片的精密程度和生产的良率。在芯片制造流程中，硅片表面会被均匀涂覆一层光刻胶，随后利用掩膜版进行曝光。根据曝光后发生的化学反应，光刻胶分为正性和负性两种类型。对于正性光刻胶而言，受光照射部分会在显影过程中被溶解去除；而对于负性光刻胶，未受光照的部分则会被显影液溶解。这一过程精确地复制了所需的图形，并将其“蚀刻”到硅片上，构成芯片制造的关键步骤之一。光刻胶的工作机制按曝光波长的不同，光刻胶可以进一步被细分为G线光刻胶（436nm）、I线光刻胶（365nm）、KrF光刻胶（248nm）、ArF光刻胶（193nm）以及EUV光刻胶（13.5nm）。随着光刻技术的演进，光刻胶的工艺也需要持续革新，来匹配更短波长的光源需求，设计新的聚合物体系，降低光吸收率并提升对光的敏感度。G线光刻胶主要用于较大线宽的微电子加工，在印制电路板（PCB）等领域也有广泛应用；I线光刻胶相较于G线可实现更小的特征尺寸，常用于MEMS、LCD、LED等领域；KrF光刻胶是较早应用于深紫外光刻（DUV）的主要光刻胶，与KrF准分子激光光源搭配使用，可获得更高分辨率；ArF光刻胶与ArF准分子激光配合使用，可进一步缩小特征尺寸，是DUV工艺的核心技术之一，被广泛应用于90nm、65nm、45nm及更先进的制程节点；而EUV光刻胶则采用极紫外光（EUV）作为曝光光源，用于7nm及以下更先进制程（如5nm、3nm等）。半导体光刻胶分为五个类型极短波长带来极高分辨率，但也意味着光源、掩膜、光学系统和光刻胶材料等方面都面临严峻挑战。每一次波长的减小都伴随着光刻胶的工艺升级和设备迭代，而光刻胶的工艺升级和技术迭代又反过来，成为推动半导体制造不断向摩尔定律极限逼近的重要动力。正在逼近的风险在全球光刻胶市场中，美日企业长期以来占据了主导地位。特别是日本的合成橡胶（JSR）、东京应化（TOK）、信越化学和住友化学等公司，它们不仅是该领域的核心供应商，在高端半导体光刻胶市场上，日本企业更是占据着约80%的压倒性份额。这些企业凭借深厚的技术积淀和持续的研发投入，不仅掌握了光刻胶的关键技术，还引领了行业的进步方向。亚洲地区作为全球半导体制造活动最为集中的区域，自然而然地成为了光刻胶需求的最大市场。尤其在中国大陆，随着国内半导体产业的迅猛扩张，对光刻胶的需求量出现了惊人的增长。从2019年至2023年期间，中国光刻胶市场的年均复合增长率达到了23%，市场规模达到了121亿元人民币，占据了全球光刻胶总销售额的五分之一，且这个比例还在不断上升。中国也有自己的光刻胶产业，但因为起步较晚，产品主要集中在中低端市场。比如在比较基础的PCB（印刷电路板）光刻胶领域，中国的产值已经占到了全球的70%以上；而在显示面板用光刻胶领域，国产品牌则占据了大约35%的市场份额，但仍以中低端产品为主，对于高世代线面板所需的彩色和黑色光刻胶这类高端产品，中国市场依然严重依赖进口。至于最为复杂且至关重要的半导体光刻胶，中国几乎完全依靠国外供应，尤其是在EUV（极紫外）光刻胶方面，国产化率为0，而KrF和ArF光刻胶的国产化率也分别只有1-2%和不足1%，g线、i线光刻胶则稍好一些，但也仅达到10%左右的国产化率。随着中国半导体行业向更精细的制程节点迈进，如28纳米、14纳米甚至更小尺寸的工艺，对高端光刻胶的需求也随之水涨船高。一方面，在当前中国面临EUV极紫外光刻技术受限的大背景下，通过多重曝光和浸没式光刻技术已经成为了国内半导体产业突破技术节点的关键路径，而这进一步增加了对高质量光刻材料的需求。在另一方面，存储芯片中闪存芯片推进3D NAND、内存芯片技术节点持续升级、逻辑芯片转向FinFET结构等新的行业趋势，也对光刻材料提出了更高的要求，促使光刻材料持续演进。高端国产光刻胶产品供给的短缺，已经成为制约行业发展的瓶颈。面对国际上日益严峻的地缘政治环境和技术封锁，提高光刻胶国产化水平对于保障中国半导体供应链的安全至关重要。2019年，日本政府宣布加强对包括光刻胶在内的三种关键材料的出口管制，并将韩国从友好国家“白名单”中剔除，直接对韩国半导体产业造成了巨大的影响，三星、SK海力士等半导体产业面临停产风险，日均亏损高达5万亿韩元，遭受了严重的打击，直到2023年，日本才恢复对韩国半导体关键材料的出口。这一举措引发了全球对于供应链安全的关注，也警示了中国也可能面临的类似风险。虽然日本方面针对中国光刻材料的出口限制措施尚未大规模实施，但近年来美国对中国高科技产业的打压，已经显著增加了这种可能性。2022年10月，美国政府出台了一项新的出口管制政策，明确禁止向中国出口用于半导体制造工艺中的特定设备以及相关中间材料。这直接影响到了美国杜邦公司，导致该公司随后减少了对中国的光刻胶供应，特别是那些应用于先进制程的ArF（氟化氩）光刻胶和高端KrF（氟化氪）光刻胶。2023年7月，日本政府实施新的出口管制措施，将涉及清洗、成膜、热处理、曝光、蚀刻和检测等23种类别的先进芯片制造设备被纳入到出口管制清单中。虽然出于市场考虑，日本并未出台针对中国光刻胶的大范围出口管制，但日本政府还是通过一些其他的方式，强化了对光刻胶的管控。在早些时候的6月26日，由日本政府支持的日本产业革新投资机构（JIC）同意以9093亿日元的价格，收购全球最大的光刻胶供应商JSR，进一步强化了政府对光刻胶这一关键材料的直接控制。日本经产省修订出口管制措施路透社曾在2024年3月报道，美国正通过外交渠道游说、施压其他国家和地区加入其行列，以减少对中国的技术和材料出口。具体来说，美国呼吁日本与荷兰加强对华半导体产品的控制，特别是要求日本限制对中国的光刻胶产品的销售。而在同年10月，美国众议院中国问题特别委员会再次敦促日本，要求其强化对中国半导体产业的出口管制，并“严厉警告”说如果日本不响应号召，可能会面临美国对其国内公司的不利行动。而日经新闻网在随后报道，美国政府计划在总统大选之后继续施压日本，确保其参与更为严格的出口管制体系，特别是针对中国市场的光刻胶销售。这些事态发展凸显了中国在未来可能遭遇更严格进口限制的风险。高端光刻胶的保质期普遍比较短，只有半年左右，无法大量囤货。如果原材料供应端出现问题，比如国际贸易摩擦导致的供应中断或限制，将对国内光刻胶企业的正常研发和生产经营产生非常大的影响。无论是出于应对外部压力还是满足自身发展的需求，建立一个自主可控的光刻胶产业都已经变得尤为迫切。技术、原料、市场与客户壁垒但光刻胶的研发是一个复杂且多面性的过程，它不仅涉及到精细化工领域的配方技术，还涵盖了质量控制技术和原材料技术等方面的专业知识。这一领域的发展需要长时间的技术积淀，合成工艺与配方设计的难度极高，一款成功的光刻胶产品背后，往往凝聚着数十年的研究成果和无数次试验的结晶。特别是近年来，随着半导体技术的进步，特别是FinFET（鳍式场效应晶体管）结构工艺和3D NAND闪存堆栈工艺等先进工艺的应用，对光刻胶的要求也愈发严格。这些新工艺要求光刻胶不仅在常规条件下表现出色，还要在特殊情况下保持良好的稳定性和一致性，以确保高分辨率图形转移的精度和可靠性。此外，为了适应更细小的特征尺寸，光刻胶必须具备更高的敏感性和更低的缺陷率，这些都对光刻胶的研发提出了更大的挑战。但中国光刻胶产业面临的挑战还不止于此，在国内市场上，能提供符合电子级标准的光刻胶原料供应商屈指可数，大量关键的原材料仍然依赖从外部进口，这不仅增加了生产的成本，也为整个光刻胶产业链的安全性提出了潜在的挑战。但在光刻胶这一高度专业化的领域，技术的复杂性和原料的进口依赖只是其诸多挑战中的一部分，市场准入和客户关系还构成了另外两座难以跨越的大山。光刻胶是一个同时有着“高研发成本”和“低规模效应”这两大特点的产业。光刻胶产品通常有着高度“定制化”的特点，不光是不同客户会有不同的应用需求，就算是同一个客户，也会有着不同的光刻应用需求。一个典型的半导体芯片制造流程，可能需要经历10到50次的光刻步骤。由于基板不同、分辨率要求不同、蚀刻方式不同，不同的光刻过程对光刻胶的具体要求也不一样，就算是相似的光刻过程，不同的制造商也会有不同的要求。这种多样性不仅增加了生产的复杂度，也限制了光刻胶生产规模的扩大，难以通过大规模生产来降低成本。正因为如此，光刻胶企业必须与晶圆制造厂商紧密合作，针对特定的应用进行定制化的产品开发，不仅要提供标准化产品，还需根据客户需求调整配方或设计新的解决方案。对于光刻胶的制造商来说，能够根据不同应用需求灵活调整配方的能力，才是其真正的“核心竞争力”，少数来自日本和美国的化学巨头正是凭借着其强大的创新和定制能力，长期占据着全球光刻胶市场的主导地位，几乎不存在潜在的竞争者。相比之下，受规模和资源所限，中国的光刻胶企业在研发投入和技术专利数量上与国际同行有着比较大的差距。政策扶持推动突破在过去几年，中国的光刻胶产业取得了一些比较显著的进展，这在很大程度上得益于国家层面的战略支持和政策导向。早在“十二五”规划期间（2011-2015年），中国就通过“02专项”——即《极大规模集成电路制造装备及成套工艺》项目，给予了国产光刻胶研发和产业化的大力扶持，旨在减少对进口光刻胶的依赖，推动国内半导体产业链的自主可控。“02专项”为国产光刻胶的研发和产业化注入了强大的动力，对许多当初决心进入这一领域的初创企业提供了宝贵的“救命钱”。如今国产光刻胶行业的龙头，北京科华微电子材料有限公司（现隶属于彤程新材料集团）的经历，就是这一发展历程中的一个典型代表。2004年，北京科华微电子创业时，决定用花五年时间，在国内建成当时最先进的G/I线光刻胶生产线。当时北京科华手里有的，只有创始人东拼西凑来的1000万美元创业资金。但由于国内缺乏相关产业链支持和专业人才，光刻胶工厂的过程远比预期中的艰难，建厂费用严重超支，原本计划12月完成的建厂工作，最后花了30个月才完成。2009年，北京科华微电子建成国内首条G/I线光刻胶产线时 ，手上的1000万美元创业资金早已被烧完。就在最困难的时候，国家的“02专项”伸出了援手，帮助科华微电子渡过了难关。2010年，科华微电子作为02专项——即国家科技重大专项《极大规模集成电路制造装备及成套工艺》的承接单位，获得了超过1亿元人民币的资金支持。有了这笔科研经费的支持，科华微电子不仅在三年内成功建立了国内第一条KrF光刻胶生产线，还逐步赢得了本土8英寸和12英寸晶圆客户的信任。经过了几年的小规模生产，2017年，科华微电子实现了KrF光刻胶产线的大规模量产，并初步完成了进口替代，成为国内半导体企业的主要供应商之一。2020年，北京科华被彤程新材收购，公司在技术和资源方面得到了进一步的增强。截至今年上半年，彤程新材已经在ArF光刻胶的研发与生产上取得了显著成就，达到了量产能力，并开始连续接单并产生收入，成为了推动其营收增长的主要力量。北京科华微电子另一家国产光刻胶企业，南大光电同样受益于“02专项”。在2017年和2018年，南大光电分别承担了两个关键的02专项项目，专注于高分辨率光刻胶和先进封装光刻胶的研发以及ArF光刻胶的开发和产业化。这些项目在随后的几年里通过了专家组的验收，不仅实现了国产ArF光刻胶的产品验证和技术突破，还促成了三款产品在市场上获得认可并实现销售。而近期准备上市的厦门恒坤新材，也是在2020年开始承接了国家02专项的重大课题，并在2023年结题通过验收，打破了境外厂商对集成电路关键材料垄断。随着越来越多的企业加入到光刻胶技术的自主研发行列，中国的半导体行业正朝着更加独立和可持续的方向迈进。而在国产化率为零的EUV光刻胶领域，今年也有一些新的进展。4月份，湖北的九峰山实验室与华中科技大学携手的研究团队成功攻克了“双非离子型光酸协同增强响应的化学放大光刻胶”技术难题，完成了初步的工艺验证和技术指标优化。这项自主创新的光刻胶体系有望为解决光刻制造中的共性问题提供方向，并为EUV光刻胶的发展提供了强有力的技术储备，预示着中国在高端光刻胶自主研发方面迈出了重要一步。尽管在技术研发上取得了显著的进步，但在将这些技术转化为市场应用的过程中，国产光刻胶企业仍然面临着诸多挑战。光刻胶行业的下游客户主要是晶圆制造厂商，由于光刻胶的质量直接关系到芯片的性能和良率等核心指标，任何错误都可能导致高昂的成本，因此下游的晶圆厂在选择供应商时，往往极其谨慎，要求极为严格。为了进入市场，一款新的光刻胶产品必须经历一个严苛而冗长的认证流程。这个过程包括但不限于PRS（性能验证）、STR（小批量试产）、MSTR（大批量试产）以及最终的Release（正式供货），每个阶段都需要确保光刻胶在不同条件下的稳定性和一致性，以证明其可以满足工业生产的高标准要求。整个认证周期通常需要长达两年的时间，这对新进企业来说是一个巨大的时间和资源投入。一旦通过所有严格的验证程序并成功进入批量供货阶段，光刻胶供应商与客户之间便会建立起一种基于信任和技术可靠性稳固的合作关系。更换供应商不仅需要承担新增的验证成本，还可能影响到现有的生产效率和产品质量，因此制造商对此会格外慎重。除非新进企业在研发水平、生产能力、质量控制、价格优势和服务质量等方面展现出压倒性的竞争力，否则很难撼动已有的供应链结构。面对日本和美国化工巨头长期以来形成的垄断局面，中国国产光刻胶企业没有别的选择，只能靠自身过硬的产品品质和服务，才能赢得客户的认可，打破这一格局。可以毫不夸张地说，作为“后来者”，国产光刻胶企业所面临的市场要求和挑战，丝毫不低于国际上顶尖的日本、美国企业。对于中国供应商来说，想要挤入高端光刻胶这一竞争激烈的领域，前方的道路仍然充满了挑战。只有通过不断地努力和创新，才能逐渐缩小与国际先进水平之间的差距，并最终在全球竞争中占据一席之地。这不仅是技术上的较量，也将是对耐心和毅力的考验。

本文来源：澎湃新闻

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