光刻胶爆火后

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哪家半导体光刻胶厂商最有“真材实料”?

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编者按:本文来自微信公众号 半导体产业纵横(ID:ICViews),作者:九林,创业邦经授权转载,头图来源摄图网

三星集团的CEO曾表示:“如果光刻机缺少了光刻胶,那么光刻机就是一堆废铁。”

前不久有传言表示,日本或许会执行美国“实体清单”的限制要求,对于大陆的晶圆厂断供KrF光刻胶。此后,光刻机背后的光刻胶再次成为了热点话题。

01 光刻胶再度走红

光刻胶是用于绘制半导体电路的重要材料。在半导体光刻工艺中,将光刻胶薄而均匀地涂覆在晶圆上,光刻胶可以对光产生化学反应,只保留受光或未受光的部分,绘制出特定的电路图形。

受到上文提到的传言影响,A股开盘后,光刻胶相关概念股集体大涨,其中容大感光涨停达20%,金力泰、同益股份、南大光电盘中涨幅超10%。

容大感光甚至因为股票交易价格连续2个交易日内(2023年3月8日、2023年3月9日)收盘价格涨幅偏离值累计超过30%,发布了公司股票交易异常波动的公告,受到深交所下发的关注函。

半导体产业纵横整理了国内六大光刻胶龙头的相关信息,六大光刻胶龙头分别为容大感光、晶瑞电材、南大光电、上海新阳、华懋科技、彤程新材。希望观察随着这些年的技术的不断突破,哪家半导体光刻胶厂商谁最有“真材实料”?

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从营收来看,2022年第三季度,彤程新材的营收最高,达到6.7亿元,同比增长23.66%,实现净利润为5650万元。旗下企业北京科华微电子成立于2004年8月,是国内唯一拥有荷兰ASML曝光机的光刻胶公司,是集光刻胶研发、生产、检测、销售于一体的中外合资企业,也是国内唯一一家拥有高档光刻胶自主研发及生产实力的国家级高新技术企业。

其余五家企业中,容大感光是国内感光电子化学材料龙头;晶瑞电材是我国历史最悠久、供应量最大的光刻胶生产企业之一,i线光刻胶龙头;南大光电则是全球主要的MO源生产商;上海新阳目前自主研发的KrF光刻胶产品已在国内主流晶圆制造厂商处实现供货;华懋科技持有徐州博康29.704%的股权,徐州博康是国内主要的产业化生产中高端光刻胶单体的企业。

02 各企业半导体光刻胶进展

光刻胶根据应用领域划分可以分为PCB光刻胶、显示用光刻胶和半导体光刻胶。其中,半导体光刻胶的研发门槛最高。而半导体光刻胶主要包括:g/i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶、EUV光刻胶等。

半导体光刻胶及配套化学品市场集中于美、日、欧少数大厂商手中,国内从事半导体光刻胶及配套化学品研究、开发及生产的厂商较少,中国(不包含中国港澳台地区)企业半导体光刻胶量产情况如下图所示。

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G/I线光刻胶

从产品情况来看,G/I线光刻胶中,彤程新材早已实现了G/I线光刻胶的量产,2021年中G/I线光刻胶产品较上年同期增长50.22%,并且其G线光刻胶的市场占有率达到60%。

容大感光曾在机构调研中声称半导体光刻胶已批量销售,在投资者提问时,容大感光表示:“我司半导体光刻胶主要是指g/i线正性光刻胶、负性光刻胶及配套的化学品。”对于中高端客户需要的半导体光刻胶,容大感光表示尚存在技术瓶颈。

晶瑞电材子公司苏州瑞红,其i线光刻胶已向国内中芯国际等知名大尺寸半导体厂商供货,为我国供应半导体光刻胶出货量最大的本土企业之一。

华懋科技持有徐州博康26.21%股权,徐州博康有I线光刻胶有11种,产品种类涵盖高能注入、抗刻蚀等关键层工艺以及PAD、lift-off等应用领域。目前,有10款I胶正在客户端进行导入测试。

KrF光刻胶

KrF光刻胶方面,彤程新材也达到了量产水平。根据彤程新材年报披露,2021年其KrF光刻胶产品较上年同期增长265.80%。彤程新材I线光刻胶和KrF光刻胶批量供应于中芯国际、华虹宏力、华力微电子、武汉新芯、华润上华等13家12寸客户和17家8寸客户。另一方面,彤程新材的KrF产品在Poly、AA、Metal等关键层工艺完成了重大突破,获得客户批量使用。

晶瑞电材也达到量产水平。其子公司瑞红(苏州)电子化学品股份有限公司的KrF光刻胶产品分辨率达到了0.25-0.13μm的技术要求,已通过部分重要客户测试,KrF高端光刻胶部分品种已量产。

上海新阳自主研发的KrF光刻胶产品已通过客户认证,并成功取得订单,光刻胶产品系列不断完善,不同料号十余种产品在客户端认证顺利。

华懋科技(徐州博康)KrF光刻胶有13种,产品种类涵盖55nm、40nm、28nm及以下的关键层工艺以及集成电路、分立器件、传感器等应用领域。其中,金属剥离负胶主要针对lift-off工艺,底部倒角可控,是目前国内唯一可提供此类KrF产品的公司;厚胶(2.5-15um)主要针对高深宽比及高台阶覆盖的应用,公司自主研发成功的超厚膜光刻胶(10-15um)已经完成了内部的测试验证。目前,有8款K胶正在客户端进行导入测试。

ArF光刻胶

彤程新材年报中表示,ArF光刻胶树脂处于实验研发阶段,完成多个适用于ArF光刻胶的丙烯酸金刚烷树脂和降冰片烯树脂的制备。计划未来重点开发高端光刻胶如ArF光刻胶、EUV光刻胶、BARC/TARC、SOC/SOG等。

晶瑞电材目前ArF高端光刻胶研发工作已正式启动,已完成光刻机、匀胶显影机、扫描电镜、台阶仪等设备购置,研发工作正在有序开展中。计划旨通过自主研发,打通ArF、KrF光刻胶用树脂的工艺合成路线,研发满足90-28nm芯片制程的ArF(193nm)光刻胶。

目前上海新阳正在投入ArF干法高端光刻胶研发及产业化项目,希望开发3D NAND、DRAM及逻辑先进制程中使用的I线、KrF、ArF光刻胶,并实现产业化。

南大光电产业化的ArF光刻胶(包含干式及浸没式)可以达到90nm-14nm的集成电路工艺节点。其自主研发的ArF光刻胶产品继2020年底在一家存储芯片制造企业的50nm闪存平台上通过认证后,2021年5月又在一家逻辑芯片制造企业55nm技术节点的产品上取得了认证突破,并且取得小批量订单,实现销售。

华懋科技(徐州博康)有6款ArF光刻胶,品种涵盖65nm,55nm、40nm、28nm及以下的关键层工艺以及LOGIC,3D NAND,DRAM等应用领域。其中,应用于通孔工艺的ArF湿法光刻胶,已经能够应用至40nm/28nm工艺节点,是我国第一款国产化的ArF湿法通孔光刻胶。目前,有4款A胶正在客户端进行导入测试。

整体来看,国内厂商多集中于中低端市场,高端半导体光刻胶产品尚需依赖进口。当前国内光刻胶企业多分布在技术难度较低的PCB光刻胶领域,占比超9成,而技术难度最大的半导体光刻胶市场,国内仅有彤程新材(北京科华)、华懋科技(徐州博康)、南大光电、晶瑞电材和上海新阳等少数几家,且产品主要集中在相对低端的G/I线光刻胶。

03 日本的光刻胶之路:从追赶到超越

当前,日本光刻胶企业在全球光刻胶市场中可谓占据绝对的支配地位,全品类半导体光刻胶市场中,东京应化、JSR、住友化学、信越化学、富士胶片等厂商合计占据了70%的市场份额。

实际上,日本的光刻胶行业起步也不算早,但其在起步较晚的情况下,最终超越美国成为后起之秀。日本何以在表面上技术落后的情况下实现后发制人,一举反超坐稳行业头把交椅?

80年代恰好是光刻机行业格局剧变的时代。

80年代初期,全球光刻机市场的大半壁江山还掌握在美国三巨头Perkin-Elmer、GCA(Geophysical Corporation of America)、Ultratech手中。但是,1986年半导体市场大滑坡使美国光刻机三巨头遭受重创,新产品研发停滞。

众所周知,光刻机与光刻胶需要搭配使用,那么光刻机与光刻胶在新产品开发、产品销售等方面均存在一定协同效应。日本光刻机企业尼康、佳能从1976年开始分别复制美国光刻机龙头Perkin-Elmer、GCA的产品,并在1978-1980年陆续实现销售。两者在步进式光刻机的研发中奋起直追,分别在1982、1984年实现了步进式光刻机的销售。

为了追赶美国,日本厂商集中精力研发下一代KrF光刻机,并最终在1988年实现了KrF步进式光刻机的销售,此时美国龙头厂商还在1986年大滑坡的重创中无法自拔。

此后,80年代末美国三巨头几乎完全被尼康、佳能所取代。在KrF光刻机上的领先理所当然的使日本企业的KrF光刻胶具备优势。

在日本的潜心钻研下,东京应化也在1995年实现了KrF光刻胶的商业化,日本光刻胶成功崛起。也正是因为光刻胶的优势,2019年7月,日本政府宣布,对韩国光刻胶、高纯度氟化氢、氟聚醯亚胺三项高科技材料实施出口限制。3月16日,日本宣布取消针对韩国半导体制造所需材料的出口管制。

尽管,日本在光刻胶上对别国“卡脖子”早有先例。不过,是否断供光刻胶还没有最终确定。从日本发展光刻胶的过程中可以看出,当务之急,更多的是国内光刻胶的相关研发。

需要注意的是,国内投资者仍需在特殊时期保持冷静和理性,以免受不良市场行为扰动而影响行业的健康有序发展,毕竟分析称中国芯片企业被半导体材料制裁打击而导致突然休克的概率非常低。

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