深度 | 艱難突圍：中國光刻膠產(chǎn)業(yè)化之路

上一次光刻膠在國內引起熱議，還是在兩年前的日韓貿易摩擦時(shí)。

相比今日的嘲笑，當時(shí)的網(wǎng)絡(luò )情緒，是震驚和憂(yōu)慮。

2019年7月1日，日本政府突然宣布對韓國出口的“光刻膠”、“高純度氟化氫”、“氟聚酰亞胺”三種半導體原材料實(shí)施限制。當國內的吃瓜群眾正搬著(zhù)小板凳看家門(mén)口兩大對手的熱鬧時(shí)，卻猛然發(fā)現，日本的精準打擊，引發(fā)了韓國半導體產(chǎn)業(yè)鏈震蕩，原本因二戰時(shí)遭日本強征的韓國勞工索賠權官司而率先發(fā)難的韓國一方卻悻悻而歸，沒(méi)討到半分便宜。坐擁三星、LG等巨頭，在設計、制造、材料各方面均有領(lǐng)先地位，強悍如韓國的半導體產(chǎn)業(yè)，竟也有被印象里在半導體行業(yè)已經(jīng)沒(méi)落的日本迅速卡住脖子的一天，而占半導體材料份額微乎其微的光刻膠，居然可以成為這個(gè)龐大行業(yè)的七寸。

彼時(shí)的中國大陸，僅有一家企業(yè)向集成電路晶圓廠(chǎng)小批量供貨KrF（248nm）光刻膠，對應芯片制程最高僅能達到90nm，大多數國內企業(yè)只能量產(chǎn)用于分立器件、PCB、顯示面板的G線(xiàn)、I線(xiàn)低端光刻膠。當時(shí)號稱(chēng)正在研發(fā)ArF（193nm）光刻膠的廠(chǎng)商，竟沒(méi)有一家擁有可以用來(lái)測試對應產(chǎn)品的光刻機，而處于先進(jìn)水平的EUV（13.5nm）光刻膠，早在10年前就已量產(chǎn)。

差距巨大。

光刻膠難做么？

難做！

行業(yè)分析師會(huì )告訴你：光刻膠所屬的微電子化學(xué)品是電子行業(yè)與化工行業(yè)交叉的領(lǐng)域，是典型的技術(shù)密集行業(yè)。從事微電子化學(xué)品業(yè)務(wù)需要具備與電子產(chǎn)業(yè)前沿發(fā)展相匹配的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)，如混配技術(shù)、分離技術(shù)、純化技術(shù)以及與生產(chǎn)過(guò)程相配套的分析檢驗技術(shù)、環(huán)境處理與監測技術(shù)等。

行業(yè)內的人說(shuō)，至少有四座山要翻。

國內電子化學(xué)品行業(yè)起步慢，基礎薄弱，對原材料的基礎特性爛熟于胸的專(zhuān)業(yè)人才屈指可數。因此，很難在光刻膠領(lǐng)域組建有成熟經(jīng)驗的團隊，研發(fā)人員需要外國師傅傳幫帶，一點(diǎn)點(diǎn)培養光刻膠基礎材料特性的排列組合感覺(jué)。同時(shí)，優(yōu)秀的原材料基本都在日韓歐美廠(chǎng)家手中，國內團隊無(wú)特殊渠道平時(shí)根本無(wú)法接觸，就算接觸到，也如前所述，并不能立刻熟悉原材料特性并直接應用。這決定了光刻膠團隊和研發(fā)體系的搭建要經(jīng)歷漫長(cháng)的過(guò)程，也依賴(lài)中國基礎化學(xué)的知識、人才、體系構建的逐步完善。

光刻膠本身的制造是化學(xué)試劑的合成，只需要反應釜和若干管線(xiàn)，成本并不高。但是合成的光刻膠首先得在晶圓產(chǎn)線(xiàn)上去測試，才能知道如何改進(jìn)，而投資動(dòng)輒數十億上百億的晶圓廠(chǎng)不可能如此開(kāi)放產(chǎn)線(xiàn)給其中一道工序的材料廠(chǎng)商。

因此，光刻膠企業(yè)只能自建一條晶圓產(chǎn)線(xiàn)用于測試，這耗費巨大而且難搞。比如國內首條用于KrF光刻膠的測試產(chǎn)線(xiàn)就花費近億元。對于單個(gè)產(chǎn)品驗證周期超過(guò)3年，帶來(lái)年收入卻可能僅千萬(wàn)規模的初創(chuàng )團隊，如此投入無(wú)疑是巨大的門(mén)檻。同時(shí)，在對應的產(chǎn)線(xiàn)上還需要有相應的測試團隊，得把測試線(xiàn)跑通，還得在測試中輸出分析，這些工作和化學(xué)毫不相干，但最終要生產(chǎn)出精細的化學(xué)品，用在人類(lèi)最精密的制造工藝上。這對項目領(lǐng)頭人的團隊駕馭能力要求，可想而知。

在芯片制造的工藝中，曝光是最重要的環(huán)節之一。集成電路的“底片”被光刻于掩膜版（光罩），曝光時(shí)，硅片涂上一層光刻膠，掩膜版遮擋范圍之外的光刻膠被都被光刻光源照射，發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)的改變，再經(jīng)過(guò)刻蝕、清洗、離子注入等工序，最終完成晶圓的制造。完美情況下，涂在硅片上的光刻膠要輕薄、均勻且沒(méi)有缺陷。然而并不存在完美情況，不同廠(chǎng)商的光刻膠均有自身的特性和缺陷，要光刻出合格的晶圓，掩膜版要根據光刻膠的特性制作。也就是說(shuō)，同一批掩膜版使用的光刻膠，很難被其他廠(chǎng)家替代，要想替代，就要和對方做得一模一樣，甚至不能做得更好，缺陷也得一模一樣。而就算做出了這樣的產(chǎn)品，還要說(shuō)服晶圓廠(chǎng)和設計商冒著(zhù)產(chǎn)能占用和良率降低的風(fēng)險，同意驗證你的產(chǎn)品。

入圍驗證后，還要經(jīng)歷漫長(cháng)的驗證周期。一般一片晶圓在制造過(guò)程中需要進(jìn)行10-50道光刻過(guò)程，由于基板、分辨率要求、蝕刻方式的不同，光刻過(guò)程對光刻膠的具體要求也不一樣，因此，光刻膠的種類(lèi)非常多，基本屬于定制產(chǎn)品。而每一個(gè)品種，都要經(jīng)過(guò)嚴苛的驗證方可供貨，顯示面板行業(yè)驗證周期通常為1-2年，集成電路行業(yè)由于要求較高，認證周期甚至能達到2-3年時(shí)間，堪比長(cháng)征。

光刻膠是一種經(jīng)過(guò)嚴格設計的復雜、精密的配方產(chǎn)品，由樹(shù)脂、感光劑和添加劑等不同性質(zhì)的原料，通過(guò)不同的排列組合制成。配方的獲得要經(jīng)歷數千次的嘗試，而將其泄露，卻如捅破一張窗戶(hù)紙般容易。

因此配方是光刻膠企業(yè)最重要的技術(shù)，也是最核心的機密。為了保密，企業(yè)會(huì )把研發(fā)、采購、生產(chǎn)中的每個(gè)環(huán)節進(jìn)行嚴格的隔離，原材料在購入后以不同的代碼代替，采購人員不知道具體的配方，生產(chǎn)和研發(fā)人員不知道對應的原材料，只有企業(yè)最核心的幾個(gè)，甚至一個(gè)人能完整掌握全部生產(chǎn)流程、配方和對應原材料。

站在精細化工頂端的高科技企業(yè)，卻如傳統的百年老字號，靠一紙秘方獨步江湖，戰戰兢兢、如履薄冰。因此整個(gè)產(chǎn)業(yè)，很難有人才和技術(shù)的充分交流，導致技術(shù)路線(xiàn)的演進(jìn)和行業(yè)的發(fā)展，都相對緩慢。

高投入、重資產(chǎn)、高門(mén)檻、高風(fēng)險！對應的，卻是一個(gè)不怎么大的市場(chǎng)，晶圓制造所有原材料的市場(chǎng)總量中，光刻膠僅占6%。

既然這樣，還值得做么？

當然值得！前有日韓貿易摩擦的前車(chē)之鑒，后有中美貿易戰的慘痛教訓，中國的半導體行業(yè)若想真正強大，設備和材料端必須實(shí)現產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控，設備端的需求還有周期性的空間，相比之下，材料端更為重要且緊迫。貿易戰也是戰爭，它并不理會(huì )帶給國際分工和自身產(chǎn)業(yè)鏈多少損失，只求最終的結果，勝負已分后，敗者只能黯然離場(chǎng)。當年韓國還有美國老大哥居中調停，而中國的半導體產(chǎn)業(yè)，只能靠自己。

2010年，一家成立多年的企業(yè)進(jìn)入國家科技專(zhuān)項，奏響了國產(chǎn)高端光刻膠產(chǎn)業(yè)化的序曲，近十年的努力下，產(chǎn)品打入國內一線(xiàn)晶圓廠(chǎng)，終被上市公司兼并，造就后者股價(jià)翻倍的二級市場(chǎng)豐收；2018年，另一家上市公司在嘗試通過(guò)收購等方式獲得技術(shù)和團隊未果后，下決心自建團隊，拿到另一個(gè)國家專(zhuān)項。2020年，該公司在貿易戰正酣時(shí)，歷經(jīng)千辛萬(wàn)苦購入一臺光刻機，組建了測試產(chǎn)線(xiàn)，邁出萬(wàn)里長(cháng)征第一步；2021年，又有多家公司披露光刻膠研發(fā)和銷(xiāo)售進(jìn)展，一時(shí)間光刻膠概念又成為資本市場(chǎng)寵兒，和新能源、鋰電搶起了風(fēng)頭。

直到某位證券分析師的一句驚人之言，一夜之間，泡沫落井，下石者俱來(lái)......甚至開(kāi)始否定整個(gè)行業(yè)：“沒(méi)有市場(chǎng)、沒(méi)有業(yè)績(jì)、沒(méi)有需求、不是必需品?！薄叭绻皇菫榱顺垂?，為了真正推動(dòng)光刻膠產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，建議中科院集中攻關(guān)就行了?！?/span>

曾幾何時(shí)，又有人開(kāi)始分不清科研和產(chǎn)業(yè)化的區別了。

筆者曾在對國內某個(gè)離子注入設備制造商的盡調中，陪公司銷(xiāo)售副總去走訪(fǎng)下游客戶(hù)。該設備商正在研發(fā)集成電路用離子注入設備，研發(fā)和下游驗證的周期都很長(cháng)。為了維持前期企業(yè)生存，他們創(chuàng )造性地降維到光伏領(lǐng)域，用離子注入產(chǎn)線(xiàn)成功推動(dòng)一家電池公司大規模量產(chǎn)相對當時(shí)主流市場(chǎng)轉化率更高的N型電池，成就了兩家公司的業(yè)績(jì)爆發(fā)。走訪(fǎng)中，這位在美國學(xué)習、研究、工作幾十年，曾在集成電路設備頭部企業(yè)擔任首席工程師的前輩和電池廠(chǎng)的車(chē)間員工打成一片，仔細記錄工人們反饋的工藝問(wèn)題，更像是深入一線(xiàn)的產(chǎn)品經(jīng)理。

科研攻關(guān)可以造出兩彈一星，但擁有無(wú)數分工的半導體行業(yè)，更該走長(cháng)期主義的產(chǎn)業(yè)化之路。它需要在每個(gè)細分行業(yè)培養涵蓋研發(fā)、生產(chǎn)、采購、銷(xiāo)售所有環(huán)節的專(zhuān)業(yè)人才，也需要上游和下游建立緊密的商業(yè)關(guān)系，很難獨立“攻關(guān)”。強大如陶氏這樣的巨頭，也只能通過(guò)收購羅門(mén)哈斯來(lái)獲得光刻膠等精細化工業(yè)務(wù)。

當我們開(kāi)始輕易否定整個(gè)行業(yè)的努力時(shí)，也應該看到千里回國路上海歸老人的國產(chǎn)化之夢(mèng)、深夜無(wú)數次排列組合中研發(fā)人員的鍥而不舍和叩開(kāi)又一所產(chǎn)線(xiàn)大門(mén)后銷(xiāo)售經(jīng)理的喜極而泣。是他們在一次次狂歡和質(zhì)疑背后的堅持才給了中國半導體行業(yè)未來(lái)有可能不被拿住“七寸”的希望。

中國的半導體材料行業(yè)，并不缺少資本市場(chǎng)高漲的熱情和默默付出的產(chǎn)業(yè)化團隊。缺少的，是陶氏、巴斯夫、信越化學(xué)這樣真正的材料巨頭，以及對小眾細分行業(yè)寬容、理性的融資環(huán)境和更為多樣的退出路徑。

原創(chuàng )作者：北上廣邳 

參考資料：

日本光刻膠大廠(chǎng)斷供我國多家晶圓廠(chǎng)！一文讀懂光刻膠有多重要??！，材料委天津院，https://mp.weixin.qq.com/s/G7P4M0rD78Flm6IDlb94IA

日韓貿易：摩擦背后的歷史與現實(shí)，花旗****財富管理，https://mp.weixin.qq.com/s/qqr0--JHdcww5VSSIXYU_g