重磅,光刻胶量产大突破,出现破局路,点亮中国芯未来

文摘   2024-11-13 22:43   江苏  

一、光刻胶国产化的重大突破

(一)华科 T150A 光刻胶量产意义非凡

华科公布的 T150A 光刻胶属于第三代的 KrF 系列,极限工艺在 120 纳米。这一突破具有重大意义,打破了国外技术在该领域的垄断。例如,在过去,我国光刻胶对外依存度高达 90%,尤其是高端领域,市场、专利等都被日本企业掌握。

以 2023 年为例,全球光刻胶销售额是 22 亿美元,其中日本占据了 90% 的市场份额。而华科 T150A 光刻胶的量产,实现了原材料全部国产化,配方全自主设计,为我国半导体产业的发展注入了新的活力。

该光刻胶不仅在性能上表现出色,其极限分辨率高达 120nm,工艺宽容度更大,稳定性更高,坚膜后烘留膜率优秀。这意味着我国在半导体光刻制造领域迈出了坚实的一步,提升了我国半导体产业链的自主可控能力。

比如,在芯片制造过程中,光刻胶的质量直接影响到芯片的性能和良品率。T150A 光刻胶的优异性能,为我国芯片制造提供了可靠的保障。

(二)全产业链突破,枪弹结合推进国产化

T150A 光刻胶与国产光刻机的配合,实现了全产业链的突破。工信部推广的干式 ArF 和 KrF 光刻机与华科的 KrF 光刻胶可以匹配使用,为我国半导体产业链的发展带来了新的机遇。

从华科公布的消息看,T150A 光刻胶不仅实现了配发的自主,还在原材料上全部实现了国产化。这离不开上游化学厂商的努力,如八亿时空已经具备百公斤级别 PHS 树脂量产能力,为光刻胶的生产提供了关键的原材料。

在验证中发现 T150A 中密集图形经过刻蚀,下层介质的侧壁垂直度表现优异,这对于 3D 的堆叠工艺来说非常重要。例如,三星 2021 年量产的第七代 3D NAND 堆叠至 176 层,采用双堆叠制程。

虽然 KrF 光刻胶只是第三代材料,与最新的第五代材料 EUV 光刻胶相比仍有较大差距,但在 3D 堆叠工艺上有较大操作空间,有利于提高良品率,可以看作针对我国现阶段先进制程芯片制造现实情况的专门改良。

这种枪弹结合的方式,迅速推进了成熟制程芯片国产化进程。目前全球 80% 的芯片是 28 纳米以上的,可以满足大部分车载芯片、工业控制等设备的需求,至少能保证这些领域的自给自足,同时也为后续光刻机的研发积累了经验和人才。

二、光刻胶国产化的难点与挑战

(一)研发之艰,门苦生意

光刻胶的研发堪称一场艰苦的攻坚战。作为典型的经验学科,其研发周期漫长,工程量巨大。研发过程中,需要逐个尝试几百个、几千个树脂、光酸和添加剂,排列组合多达上万种。

这就如同在黑暗中摸索前行,充满了不确定性。例如,根据相关资料显示,某国内光刻胶企业在研发过程中,历经数年时间,进行了数万次的实验尝试,才逐渐摸索出一些可行的配方组合。

研发不仅需要大量的时间和精力投入,成本也极高。每一次的尝试都意味着原材料的消耗、设备的使用以及人力成本的支出。以树脂为例,不同种类的树脂性能各异,需要不断地进行筛选和测试。

而光酸和添加剂的选择也同样复杂,它们的比例稍有不同,就可能对光刻胶的性能产生重大影响。在这个过程中,企业不仅要承担高昂的研发费用,还面临着研发失败的风险。可以说,光刻胶的研发就像是一场高风险的赌博,需要企业有足够的勇气和实力去挑战。

(二)市场规模小,投资回报率有限

光刻胶市场规模相对较小,2023 年全球光刻胶销售额仅为 22 亿美元。在这个有限的市场中,日本企业占据了 90% 的份额,其产品以物美价廉的优势在市场上占据主导地位。这对于我国企业来说,意味着巨大的竞争压力。

以中芯国际这样的龙头企业为例,每年的光刻胶采购额大概也就是 4 - 5 亿人民币。对于民间资本而言,这样的市场规模和投资回报率显然缺乏足够的吸引力。

一方面,光刻胶研发需要大量的资金投入,而且研发周期长,不确定性大;另一方面,即使研发成功,也面临着日本企业的激烈竞争,市场份额难以快速扩大。因此,很难吸引民间资本长时间投入攻关。

(三)国内配套厂商缺乏,专利壁垒高

在产业链方面,我国光刻胶产业缺乏国内配套厂商。树脂作为光刻胶的关键原材料,占到光刻胶原材料成本的 50%,决定着光刻胶的硬度、附着力等基本属性。

然而,国内化工厂却难以生产出符合要求的树脂,基本依赖进口。例如,聚甲基丙烯酸酯类树脂(PMMA)是 ArF 光刻胶的重要原料,我国虽然在低端 PMMA 产能上过剩,但光刻胶所需的高度定制化的 PMMA 原料却处于空白状态。

同时,我国光刻胶还面临着严峻的专利壁垒。光刻胶领域 46% 的专利由日本持有,专利持有的前十大公司全部是日企,而中国只有 7%。这意味着我国企业在光刻胶研发过程中,很多技术要么需要绕开,要么就需要缴纳高额的专利授权费

例如,某国内企业在研发新型光刻胶时,由于涉及到日本企业的专利技术,不得不花费大量时间和资金进行技术绕开,严重影响了研发进度和成本。

在 A 股市场上,光刻胶相关的企业大概有 20 家,虽然它们是我国光刻胶攻关的中坚力量,但从全球视角来看,力量过于分散。目前光刻胶全球顶尖厂商只有七八家,而中国就有二十多家。

半导体专家杜广宇表示,需要加速整合,未来两三年形成两三家领军企业方是正道。只有通过整合资源,提高产业集中度,我国光刻胶产业才能在全球市场上更具竞争力。

三、光刻胶国产化的发展方向

(一)企业担当,引领产业链发展

华为、中芯国际、小米等企业在扶持中国半导体产业链方面发挥了至关重要的作用,成为了 “供应链链主”。

以华为为例,2020 年华为借助哈勃投资布局了 25 家企业,涉及材料、封装设备等多个环节。华为为了确保自身产品的安全生产,如智能手机、AI 芯片、路由器等,不惜重金扶持国内供应商。

2021 年华为入股强一半导体(苏州)有限公司,该公司专门做 MEMS 探针卡,探针卡占据整个测试治具总成本的 70%。

尽管探针卡市场规模只有 30 亿美元,利润率不高,但华为为了打破国外企业的垄断,毅然投入资金。前期的投资为强一半导体提供了启动研发资金,后期持续的订单让企业能够自我造血。如今,强一半导体的探针卡已经大规模量产。

中芯国际作为国内芯片制造的龙头企业,也在积极推动国内半导体产业链的发展。中芯国际加大对国内光刻胶等原材料的采购力度,与国内供应商共同研发,提高产品质量和性能。

例如,中芯国际与国内某光刻胶企业合作,对其产品进行严格的测试和验证,为国内光刻胶的发展提供了宝贵的经验和数据支持。

小米也在半导体产业链中发挥着积极作用。小米投资了多家芯片设计公司,推动国内芯片产业的发展。

同时,小米积极与国内供应商合作,共同研发新技术、新产品,提高国内半导体产业的竞争力。例如,小米与国内某传感器企业合作,共同研发出高性能的传感器,应用于小米手机等产品中,提升了产品的性能和用户体验。

这些企业通过投资、订单和标准的提供,培育了自己的供应商生态体系,为国内半导体产业的发展做出了巨大贡献。

(二)技术突破与商业化任重道远

从工信部推广的干式 ArF 和 KrF 光刻机以及华科的 KrF 光刻胶的突破来看,120 纳米制程国产化技术上已经解决,但商业化之路依然漫长。

虽然华科的 T150A 光刻胶实现了量产,但距离最新的 EUV 光刻胶仍有较大差距,无法用于 3 纳米等顶尖芯片的制作。

以台积电为例,2024 年财报显示,先进制程(2 - 7 纳米)的芯片贡献了晶圆收入的 67%,今年第二季度营收 208.2 亿美元,同比增长 32.8%,这主要得益于苹果 Iphone17 和英伟达 AI 芯片的红利。

而成熟工艺虽然需求量巨大,但利润率相对较低,赚钱辛苦。芯片制造又是重资产行业,台积电每年设备更新的费用都在上百亿美元,没有足够的利润支撑,就难以持续发展。

此外,T150A 光刻胶对标的是 UV1610,在业内是 “很常用的胶”,不具备稀缺性。这意味着无论是国产的光刻机还是光刻胶,都很难在市场上迅速打开局面。

仅仅在 2018 年我国从 ASML 进口了 94 台 ArF 和 KrF 的光刻机,后续几年更是赶在 ASML 出口许可证被美国撤销前加紧囤货。在使用寿命上,这些光刻机并没有到更换阶段,而且 120 纳米芯片代工微薄的利润,更是让代工厂缺乏更换国产设备的动力。

至于采用多重曝光或者 3D 堆叠制造先进芯片,成本也是一个巨大的挑战。在 2019 年台积电用最先进的 DUV 浸润式光刻机去做 7 纳米制程芯片良品率只有 70%,就已经让台积电叫苦不迭。

还是靠着有苹果和华为两个大客户不计成本的下单,才让台积电有钱做改进。经过多年工艺迭代,良品率才从 70% 爬升到现在的 90%。

华为突破重重封锁能做出麒麟 9000S 等尖端芯片,在代工环节采用的也是多重曝光工艺,比如 SAQP(自对齐四重曝光),良品率一言难尽,“浸润式之父” 林本坚曾估计,华为芯片良品率在 50% 上下。这种成本也只有旗舰机的价格能够承担。

然而,这次 KrF 系列光刻胶的突破本质解决的是有无问题,为我国半导体产业的发展带来了希望。这次突破是半导体产业链的全方位进步,实现了枪弹结合,可以迅速推进成熟制程芯片国产化进程。

目前全球 80% 的芯片是 28 纳米以上的,可以满足大部分车载芯片、工业控制等设备的需求,至少能保证这些领域的自给自足,同时也为后续光刻机的研发积累了经验和人才。

在这个充满挑战与机遇的时代,我们要清醒地认识到光刻胶国产化的道路还很漫长。

但我们有理由相信,只要我们坚持不懈地努力,不断加大研发投入,整合产业资源,提高技术水平,就一定能够实现光刻胶乃至整个半导体产业的国产化,打破国外技术的垄断。

就像那句话说的:“道阻且长,行则将至;行而不辍,未来可期。” 让我们一起为中国半导体产业的崛起而努力,点赞、关注、评论,共同见证中国科技的腾飞!

四、展望未来,砥砺前行

光刻胶国产化的进程,不仅仅是技术的突破,更是一场成本之间的激烈较量。在供应链逐渐武器化的当下,底线思维告诉我们,供应链安全已成为头等大事。

从我国的角度来看,实现光刻胶国产化需要投入大量的资金、人力和时间。研发过程中的不断尝试、设备的更新换代、人才的培养等都需要巨大的成本。

然而,一旦实现国产化,我们将能够降低对进口的依赖,提高供应链的稳定性,同时也能够降低成本,提升我国半导体产业在全球市场的竞争力。

例如,根据相关数据统计,如果我国能够实现高端光刻胶的国产化,每年可以为半导体产业节省数十亿美元的采购成本。

与西方相比,他们也在努力以更低的成本实现供应链替换。西方在忍受高通胀的代价下,试图再次培育出规模和中国相近的工业集群。但这并非易事,需要投入大量的资源和时间。

而且,中国在半导体产业的发展中已经积累了丰富的经验和技术,我们不会轻易被超越。

光刻胶国产化虽然任重道远,但意义重大。它关系到我国半导体产业的安全与发展,关系到国家的科技实力和经济竞争力。实现光刻胶国产化,将为我国的科技强国梦奠定坚实的基础。

在这个过程中,我们需要政府、企业和社会各界的共同努力。政府应加大对光刻胶产业的政策支持和资金投入,引导企业加大研发力度,培养专业人才。

企业要发挥创新主体作用,加强技术研发和产业合作,提高产品质量和竞争力。社会各界要关注和支持光刻胶国产化,为我国半导体产业的发展营造良好的环境。

“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。” 光刻胶国产化的道路充满挑战,但我们坚信,只要我们齐心协力,持续努力,就一定能够实现光刻胶国产化的目标,为我国科技强国梦的实现贡献力量。

让我们携手共进,为中国半导体产业的辉煌未来而努力奋斗!点赞、关注、评论,一起为中国科技的崛起加油!

馥郁芬芳幽
探索科技前沿,洞察未来趋势。一个专注于科技领域的知识宝库。
 最新文章