一瓶“胶水”却能让半导体产业牵一发而动全身？国产破局的关键是······
不久前，日本政府宣布，将进一步针对放宽对韩出口管制展开磋商。而这也意味着持续了三年之久的日韩半导体材料战，逐渐接近尾声。在被日本限制出口韩国的三种材料中，一款看似不起眼的“胶水”——光刻胶，成为这场半导体之战的焦点。
此“胶水”非彼胶水
光刻胶又称光致抗蚀剂，是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料。此前日本对韩国限制出口的光刻胶共有四种，分别是：在15nm～193nm波长的光上使用的正性光刻胶、在1nm～15nm波长的光上使用的光刻胶、电子束或离子束用光刻胶、在压印光刻设备上使用的光刻胶。
事实上，光刻胶在整个芯片产业的市场规模很小，世界半导体贸易统计组织(WSTS)的数据显示，2022年全球半导体市场规模为5735亿美元，其中光刻胶的市场规模只有22亿美元左右，不足整体半导体市场规模的1%。就是这个看似不足挂齿的“胶水”，却是整个半导体产业“牵一发而动全身”的关键材料。
CINNO Research首席分析师周华向《中国电子报》记者介绍，半导体制造的核心就是用光刻工艺制造出纳米级别的晶体管，因此光刻工艺的精细度在很大程度上决定了芯片的尺寸、功耗、性能等关键指标。光刻胶材料是光刻工艺里最核心的材料之一，其质量、纯度直接决定着芯片的良率。
合成光刻胶的原材料实际上并不复杂，只是感光树脂、光引发剂、溶剂、添加剂等原材料的混合，光刻胶的核心壁垒在于原材料的纯度、配方的精确度以及客户的定制化等因素。而光刻胶的使用也有着极为苛刻的条件，还存在品种多、用量小、品质需求高等难点。半导体光刻胶在制作完成后，还需经过反复的送样、反馈、调整配方，从客户验证到实现量产的周期长达2~3年。因此，为了保证光刻胶质量和效果稳定，光刻胶厂商通过认证成为长期供应商后，客户不会轻易更换。
此外，光刻胶不仅难以获取，还极难储存。一般而言，半导体光刻胶的保质期为6个月，在保存过程中也很容易受到污染。2019年台积电曾因光刻胶受到光阻原料污染导致上万片12英寸晶圆报废，直接损失达5.5亿美元。
因此，这一并不普通的“胶水”，成为了撬动整个半导体产业链的重要支点。
日本的“渺小霸权”
日本企业在硅片、电子气体、光掩膜、光刻胶及光刻胶配套化学品、抛光材料、湿法化学品、溅射靶材等诸多关键领域都处于全球领先。
在光刻胶领域，日本企业占据了光刻胶70%的市场份额，在全球前五强占四席。
在光刻胶的细分领域Arf光刻胶中，日本企业甚至可以占据93%左右的市场份额，呈现高度寡头垄断格局。
再如东京电子公司，在EUV光刻胶涂布器和显影器市场上的份额达到100%
此外，其他日本公司也在光刻胶市场上占据大约75%的份额，其中JSR和东京奥卡公司是领导者，他们生产和供应的化学放大型光刻胶占主导地位。
在“打倒日本帝国主义”的号召下，同仇敌忾的韩国一口气投入了6万亿韩元的预算，三星也跟着投资了一批韩国本土的半导体材料企业，成功研发出了国产版本的高纯度氟化氢和EUV光刻胶。文在寅卸任前的新年致辞中，曾重点提及了上述成就。
然而，故事的走向却没有发生太多逆转：直到如今，日本依旧高度垄断着高纯度氟化氢和EUV光刻胶。
日本地位之所以屹立不倒，和上述半导体材料的一大特质有关：日本垄断的材料，多是不能即插即用的非标准化产品。
干式光刻胶或将成为破局关键
市场调研机构TECHCET在报告中表示，随着半导体先进制程的竞争越来越激烈，以及EUV制程层数的增加，光刻胶材料市场规模激增。其中，干式光刻胶成为广受关注的新型EUV光刻材料之一，相比传统湿式光刻胶能显著降低生产成本，能源消耗更少，且原料需求量比以往大幅度减少。
随着芯片尺寸不断缩小，传统的湿式光刻胶开始遇到技术瓶颈，这也给了干式光刻胶市场机会。
据悉，传统的湿式光刻胶的化学成分容易造成光子散射，因此若想实现大剂量的曝光，需要增加光刻机的功率，而这一举动也会大大影响光刻机的工作效率。对此，业内曾提出两种解决方案。一种是将光源提高到500W～1000W，并因此获得更高的能量来确保量产，但目前500W以上的光源仍在研发中。而第二种解决方案，便是通过改善EUV光刻胶技术，来实现曝光功率以及机器工作效率的平衡，干式光刻胶也因此受到市场的关注。
据了解，日本的东京电子、JSR集团等光刻胶巨头企业生产的均为传统的湿式光刻胶。而在两年前，美国公司Lam Research凭借干式光刻胶技术，成功打破了东京电子、JSR集团等巨头们在光刻胶领域的垄断，成为“搅局者”，这也让干式光刻胶正式走进了人们的视野。同时，干式光刻胶的概念也得到ASML、三星、英特尔、台积电等龙头企业的青睐，纷纷与Lam Research针对干式光刻胶领域开展合作研究，寻求平衡曝光功率以及机器工作效率的方法。
国产光刻胶大突破
近日，上海八亿时空先进材料有限公司（以下简称“上海八亿时空”）宣布了KrF光刻胶树脂量产成功的好消息，并首次交付客户量产级产品，标志着八亿时空光刻胶树脂开发工作迈出了具有里程碑意义的重要一步。
此前，八亿时空聚焦KrF光刻胶树脂的研发和量产，并取得重大突破。
截至2023年5月，公司研发团队成功实现KrF光刻胶树脂50公斤级别的量产，能满足国内光刻胶客户的需求，并正式向客户出货。
该树脂各项指标优异，在金属离子残留控制（<1ppb/个）、树脂分子量分布（PDI=1.40~1.50）等关键指标方面达到了较高水平,并且批次稳定性良好（重均分子量批次偏差±1.5%），产品主要应用于高温工艺，高分辨率KrF光刻胶，同时，其高的Tg、优异的热稳定性，也契合KrF厚膜光刻胶的应用。
上海八亿时空表示：“鉴于目前国际形势，国家大力倡导发展高端制造业，半导体高端制造材料的国产替代，刻不容缓。亟需国内公司在此领域做出突破，打破国外公司的垄断，实现半导体材料的供应链自由。”