袁學玲

（中國石化集團經(jīng)濟技術研究院有限公司，北京 100029）

我國作為全球最大的芯片進口國，2020年芯片進口額達2.4萬億元，超排名第二位的原油1倍之多。目前，全球“缺芯潮”愈演愈烈，加之中美貿(mào)易戰(zhàn)，使芯片成為我國目前“卡脖子”難題。光刻膠是芯片最重要的原料，廣泛應用于信息通訊、顯示、新能源等多個“十四五”規(guī)劃重點發(fā)展領域，市場潛力巨大[1-2]。我國高端半導體光刻膠幾乎全部依賴進口。美國斷供華為高端芯片，日本斷供韓國光刻膠，導致華為、三星等知名企業(yè)陷入困境；半導體光刻膠目前已經(jīng)關乎到國家戰(zhàn)略安全，快速實現(xiàn)其國產(chǎn)化替代意義重大。

國外化工巨頭正積極布局半導體光刻膠，搶占戰(zhàn)略制高點；而我國半導體光刻膠技術尚在起步階段，與國外先進技術存在較大差距。在政策及市場的雙輪驅動下，中國本土光刻膠企業(yè)正積極對標國外技術，促使本土企業(yè)研發(fā)動力不斷增強[3]。

本文通過梳理半導體產(chǎn)業(yè)鏈及光刻膠行業(yè)發(fā)展史，分析發(fā)展光刻膠的關鍵要點；并對國內(nèi)光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈進行分析，結合我國石化產(chǎn)業(yè)自身特點，為我國石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展光刻膠提出建議。

1 我國光刻膠下游應用現(xiàn)狀及市場分析

光刻膠可分為PCB光刻膠、顯示面板光刻膠及半導體光刻膠等，廣泛用于信息通訊、顯示、新能源等多個領域[4]。目前，中國顯示產(chǎn)業(yè)、風電、光伏發(fā)電規(guī)模均居全球第一；新能源汽車在制造內(nèi)循環(huán)中被認為最具產(chǎn)業(yè)鏈和市場優(yōu)勢。中國5G技術已成為時代領跑者，催生我國半導體行業(yè)高速發(fā)展；我國半導體材料需求已占全球的50%以上。這一系列的應用領域，將為光刻膠帶來廣闊市場空間。

目前，中國半導體光刻膠需求年均增長率高達20.0%，遠高于全球平均5.6%的增速。中國光刻膠國產(chǎn)化水平不高，而半導體光刻膠市場份額不足2%[7]。

半導體光刻膠根據(jù)分辨率級別從低到高可分為：G線、I線、KrF、ArF及EUV[2-3]。其中，ArF光刻膠為目前大規(guī)模應用中分辨率最高的，而EUV 光刻膠則是未來芯片的主流材料[4]。2020年我國半導體光刻膠需求量約11.0萬噸，產(chǎn)量僅為1.3萬噸。其中，G線/I線、KrF光刻膠的自給率分別為20%和5%；而ArF和EUV光刻膠全部依賴進口。全球高端光刻膠幾乎被日本和美國壟斷[5]。

2 半導體產(chǎn)業(yè)轉移進程及光刻膠行業(yè)發(fā)展歷史

2.1 全球半導體產(chǎn)業(yè)歷史轉移進程

半導體產(chǎn)業(yè)鏈共發(fā)生3次大規(guī)模轉移。20世紀60至90年代，產(chǎn)業(yè)鏈由美國向日本轉移；20世紀60年代半導體產(chǎn)業(yè)起源美國，日本借助家電市場完成了第一次轉移。20世紀80年代至21世紀初，產(chǎn)業(yè)鏈從美國、日本轉移至韓國、中國臺灣地區(qū)；20世紀90年代，臺積電和聯(lián)華電子兩家晶圓廠誕生，韓國則以三星為代表聚焦存儲技術，半導體應用從家電向個人計算機轉型。2010年至今，半導體產(chǎn)業(yè)從全球向中國大陸轉移；中國已成為全球電子信息制造業(yè)中心，半導體應用正從個人計算機向手機產(chǎn)業(yè)邁進。隨著5G、智慧物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，中國半導體產(chǎn)業(yè)將在眾多領域實現(xiàn)全面布局。

2.2 全球光刻膠發(fā)展歷程

作為半導體核心材料，光刻膠產(chǎn)業(yè)同樣經(jīng)歷了“美國起源-日本稱霸-中國崛起”的轉移歷程。

1）G線/I線光刻膠的誕生與發(fā)展[3]

美國柯達公司在20世紀50年代開發(fā)出聚肉桂酸乙烯酯和環(huán)化橡膠-雙疊氮光刻膠體系，光刻膠由此誕生。1972年半導體工藝制程節(jié)點觸及環(huán)化橡膠-雙疊氮體系分辨率極限，采用G線、I線作為曝光光源的分辨率更高的重氮萘醌-酚醛樹脂光刻膠體系應運而生。

1968年，日本TOK研發(fā)出首個環(huán)化橡膠系光刻膠，日本JSR于1979年進入半導體材料業(yè)務。

2）KrF光刻膠的誕生與發(fā)展

隨著深紫外光刻系統(tǒng)的投入使用，1983年IBM公司研發(fā)出KrF光刻膠[6-7]。該光刻膠反應速度極快；但此時半導體工藝節(jié)點集中在0.35～1.5 μm，完全可以用I線光刻實現(xiàn)，價格更高的KrF光刻膠市場并未大規(guī)模放量。

1995年日本TOK成功突破KrF光刻膠技術，打破了IBM公司的壟斷，恰逢工藝節(jié)點達到了I線光刻的極限。此外，美國半導體行業(yè)遭遇重創(chuàng)，光刻機龍頭由美國廠商變成了日本廠商；在此環(huán)境下，日本KrF光刻膠迅速占據(jù)市場。

3）ArF光刻膠的誕生與發(fā)展

KrF光刻膠對193nm深紫外光有強烈吸收，不能滿足新的光刻要求。IBM公司設計出ArF光刻膠原型，日本廠商則領導了其后期研發(fā)。半導體工藝節(jié)點發(fā)展到90nm時，ArF光刻技術（193nm）逐步發(fā)展為主流技術。目前ArF光刻膠已發(fā)展為大規(guī)模應用中分辨率最高的半導體光刻膠；被廣泛應用在5G芯片、邏輯芯片等高端芯片領域。

2000年日本JSR的ArF光刻膠正式作為下一代半導體0.13 μm工藝的抗蝕劑。日本TOK也在2001年推出了ArF光刻膠?，F(xiàn)階段半導體工藝節(jié)點已延伸至7～10nm，但是7nm節(jié)點的ArF光刻技術工藝復雜程度急劇提高，晶圓廠迫切需要新一代EUV光刻技術。

4）EUV光刻膠的誕生與發(fā)展

2002年東芝開發(fā)出分辨率達到22nm的EUV光刻膠。2011年日本JSR開發(fā)出用于15nm工藝的化學放大型EUV光刻膠。2019年臺積電宣布量產(chǎn)7nm N7+工藝，這是行業(yè)第一次量產(chǎn)EUV極紫外光刻技術。

2.3 發(fā)展光刻膠的關鍵要素

從半導體產(chǎn)業(yè)轉移歷程及光刻膠發(fā)展史可以看出，半導體及光刻膠均起源于美國，但日本廠商在KrF光刻膠商業(yè)化后迅速占領市場，開啟霸主時代。

日本光刻膠產(chǎn)業(yè)的成功主要源于3點：

1）技術與市場匹配。IBM突破KrF光刻膠時，成本更低的I線光刻膠完全可以勝任市場需求。日本廠商打破IBM對KrF光刻膠的壟斷時，恰逢半導體工藝節(jié)點逼近I線光刻極限；此時KrF光刻膠開始大規(guī)模商業(yè)化應用。

2）光刻機與光刻膠協(xié)同發(fā)展。日本尼康從1976年開始復制美國光刻機龍頭產(chǎn)品，并在1985年銷量反超美國。1986年半導體市場大滑坡導致美國光刻機三巨頭遭受重創(chuàng)；而日本廠商提前布局下一代KrF光刻機并在1988年實現(xiàn)彎道超車。

3）牢牢把握上游原材料技術。經(jīng)歷了短暫的繁榮后，日本半導體產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)持續(xù)流出態(tài)勢；日本尼康在光刻機路線上的錯誤選擇導致其龍頭位置被荷蘭ASML代替。在這樣不利的局面下，半導體產(chǎn)業(yè)鏈的全球化分工趨勢以IDM模式向Fabless-Foundry模式轉變，為日本帶來了機遇；芯片的開發(fā)不再是一家企業(yè)的努力，而是全產(chǎn)業(yè)鏈的全力合作。盡管晶圓制造、光刻機兩大引擎大幅流出日本，但上游光刻膠產(chǎn)業(yè)卻依然保留在日本，日本仍以70%以上的市占率壟斷著全球高端光刻膠市場，這與我國聚酯產(chǎn)業(yè)鏈類似。近年我國聚酯產(chǎn)業(yè)中游紡織制造和下游服裝制造明顯南移，但憑借出口上游原料依然具備明顯優(yōu)勢。可見牢牢掌握上游原材料技術，對于維護產(chǎn)品競爭力的作用至關重要。

3 光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈及其技術進展

光刻膠上游是原材料，中游為光刻膠制造環(huán)節(jié)，下游為應用環(huán)節(jié)。

3.1 光刻膠上游原材料及其技術進展

在光刻膠成分中，樹脂占比50%以上。光刻工藝曝光波長從G線/I線縮短到KrF、ArF準分子激光、再到極紫外光EUV；相應的樹脂也從酚醛樹脂發(fā)展到各種含羥基、酯基等基團的聚合物（見表 1）[8-11]。

表1 光刻膠體系及其樹脂材料

全球光刻膠樹脂主要由日本住友、日本曹達及美國陶氏等知名企業(yè)提供。國內(nèi)97%光刻膠樹脂依賴進口[3]，中國本土企業(yè)寥寥無幾。山東圣泉新材料股份有限公司引進了英國最先進的酚醛樹脂生產(chǎn)技術，成功研發(fā)出了光刻膠酚醛樹脂，但其符合制造商要求的樹脂（G線/I線）產(chǎn)量僅有30%[3]。

3.2 中游光刻膠制造商及其技術進展

全球半導體光刻膠領域主要被日本JSR、TOK、住友化學、信越化學、富士材料及美國陶氏化學等頭部廠商壟斷，它們掌握超過90%的半導體光刻膠市場[12]。日本JSR是全球最大、技術最領先的光刻膠龍頭企業(yè)，其ArF高端光刻膠市場占有率全球第一，也是唯一有能力量產(chǎn)EUV光刻膠的企業(yè)。日本TOK光刻膠是全球最大的G線/I線、KrF光刻膠供應商[12]。

國內(nèi)光刻膠企業(yè)技術水平遠落后世界先進廠商，但近年來國內(nèi)企業(yè)積極研發(fā)已取得顯著成果。蘇州瑞紅規(guī)模生產(chǎn)光刻膠近30年，公司G線產(chǎn)品已供應市場數(shù)10年，KrF光刻膠處于中試階段。北京科華是國內(nèi)領先的中高端光刻膠研發(fā)生產(chǎn)的中美合資企業(yè)，是國內(nèi)唯一實現(xiàn)KrF光刻膠量產(chǎn)的企業(yè)，ArF光刻膠項目已達到“02項目”的各項指標；同時，國家重大專項EUV光刻膠的研發(fā)成果已通過驗收。南大光電全力推進“ArF光刻膠開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目”落地實施，“02專項ArF光刻膠項目”已通過專家組驗收。上海新陽自主研發(fā)的KrF光刻膠通過客戶認證，與KrF光刻膠配套的光刻機已完成安裝，ArF光刻機也已到貨，經(jīng)過3年研發(fā)，關鍵技術得到重大突破[3,13]。

總體而言，我國半導體工業(yè)中，下游設計進入全球第一梯隊，中游制造在迎頭趕上，而上游材料與海外龍頭企業(yè)仍存在較大差距；但恰恰上游原材料技術，對于維護產(chǎn)品競爭力起著至關重要的作用。

4 我國石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展光刻膠樹脂SWOT分析及建議

4.1 我國石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展光刻膠樹脂的重要意義

首先我國光刻膠下游半導體工業(yè)設計已進入全球第一梯隊（見圖1），需要更加先進的ArF及EUV光刻膠，滿足下游市場與技術匹配這一成功要素。其次，我國光刻膠及光刻機制造技術分別處于ArF和KrF水平。從技術培育周期來看，荷蘭及日本的光刻機技術培育周期在2～4年，比光刻膠制造技術的培育周期（8～10年）短。預計未來不久我國光刻機技術水平將會與光刻膠中游制造技術水平持平；屆時將滿足光刻機與光刻膠技術協(xié)同發(fā)展這一要素。但是，我國光刻膠上游原材料樹脂技術尚停留在G線/I線水平，是光刻膠全產(chǎn)業(yè)鏈最薄弱環(huán)節(jié)，其技術培育周期長達8～12年，遠不能滿足把握上游原材料技術這一最關鍵要素，而這一要素的缺失將導致我國光刻膠產(chǎn)業(yè)時刻面臨“卡脖子”風險。樹脂是上游原料的主要成分，而合成樹脂是我國石化產(chǎn)業(yè)的重要產(chǎn)品。中國石化是國內(nèi)合成樹脂最大的供應商，技術國內(nèi)領先；中國石油在合成樹脂方面也具備很大的市場優(yōu)勢及技術優(yōu)勢，兩者是目前很有潛力突破光刻膠樹脂技術壁壘的本土企業(yè)，這對我國光刻膠產(chǎn)業(yè)乃至整個半導體行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關重要。

圖1 國內(nèi)外光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈技術水平對比

4.2 我國石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展光刻膠樹脂SWOT分析

4.2.1 優(yōu)勢

1）市場優(yōu)勢。中國先進的5G技術、需求強勁的智能產(chǎn)品，將為我國半導體光刻膠帶來巨大市場空間，目前年均增速遠超世界平均增速。

2）資源及全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢。中國石化和中國石油在國內(nèi)合成樹脂的供應方面分別占據(jù)第一和第二位。兩者原料及材料中間體種類多，各種聚合工藝相對齊全，下游加工應用、產(chǎn)品性能評價和市場應用技術積累雄厚，具有明顯的資源及全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢。

3）研發(fā)技術優(yōu)勢。中國石化及中國石油等企業(yè)研發(fā)基礎堅實，具備多個國家級研究院、研發(fā)機構，研發(fā)力量充足，資金充足。

4.2.2 劣勢

1）我國在光刻膠上游原材料及光刻機方面，均與全球頂尖水平存在較大差距，我國石化企業(yè)在這方面更是尚未布局。

2）我國光刻膠當前仍處于追趕階段，需要等待技術迭代中實現(xiàn)彎道超車的契機；而現(xiàn)有龍頭廠商對下一代技術極為重視；國內(nèi)廠商想通過技術路線的選擇實現(xiàn)彎道超車，難度較高。

4.2.3 機遇

1）全球半導體產(chǎn)業(yè)正向中國大陸轉移，市場提升空間巨大。

2）貿(mào)易摩擦加速國產(chǎn)化替代。近年來的中美貿(mào)易摩擦、日韓貿(mào)易摩擦等使半導體產(chǎn)業(yè)鏈的全球化分工遭遇了前所未有的挑戰(zhàn)，行業(yè)對供應鏈安全性的關注度大幅提升。

3）國家利好政策持續(xù)出臺，開啟光刻膠發(fā)展新機遇。光刻膠作為“卡脖子”材料，關乎國家戰(zhàn)略安全，正在獲得國家政策上的大力支持。

4）全球“缺芯”，倒逼補強自控產(chǎn)業(yè)鏈。

4.2.4 威脅

1）光刻膠上游材料是全產(chǎn)業(yè)鏈最薄弱的環(huán)節(jié)，隨時面臨“卡脖子”風險。一旦光刻膠供應鏈受到威脅，將會嚴重影響我國多個產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

2）一旦國產(chǎn)光刻膠實現(xiàn)技術突破，國外企業(yè)可能會大幅降價進行惡意競爭。國內(nèi)產(chǎn)品起步晚、成本上一般較進口產(chǎn)品高，在進口料大幅下降的情況下國產(chǎn)料盈利能力可能被大幅擠壓。

4.3 我國石化產(chǎn)業(yè)光刻膠樹脂發(fā)展建議

4.3.1 樹脂種類發(fā)展建議

為了遵循光刻膠與光刻機協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)邏輯，我國在KrF、ArF、EUV等中高端光刻膠樹脂層面，亟需實現(xiàn)自主可控。中國石化和中國石油是我國合成樹脂最大的兩個供應商；尤其是中國石化，高端聚烯烴國內(nèi)發(fā)展水平高，企業(yè)應充分發(fā)揮自身資源及技術優(yōu)勢，率先扛起發(fā)展中高端光刻膠樹脂的大旗。建議發(fā)展的光刻膠樹脂種類可包括聚對羥基苯乙烯及其衍生物、聚碳酸酯類衍生物、聚（烯烴-砜）、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚醚等。中國石化石油化工科學研究院研發(fā)出了低黏度的聚甲基丙烯酸甲酯產(chǎn)品，而低黏度與光刻膠樹脂要求契合，可在此方面嘗試，開發(fā)適用于KrF、ArF、EUV光刻膠的聚甲基丙烯酸甲酯樹脂；天津石化和上海高橋石化可生產(chǎn)高端聚醚產(chǎn)品，技術國內(nèi)領先，兩者可以在此方向突破，開發(fā)適用于EUV光刻膠的聚醚樹脂；聚對羥基苯乙烯及其衍生物是比較具有前景的光刻膠樹脂，適用于生產(chǎn)KrF、EUV光刻膠，可以以中國石化上海石油化工研究院、北京化工研究院以及中國石油新材料研究院為研發(fā)中心開展這類樹脂的研發(fā)工作。

4.3.2 發(fā)展路徑建議

發(fā)展光刻膠樹脂勢在必行，但是其技術壁壘高，培育周期長。此時，應該肩負使命感、抓住歷史機遇，借鑒世界化工巨頭經(jīng)驗，持戰(zhàn)略性眼光發(fā)展光刻膠樹脂。

1）放眼未來，關注光刻膠等電子化學品的投資價值。目前全球高端化工材料產(chǎn)業(yè)正在向高性能化、創(chuàng)新持續(xù)化方向發(fā)展。美國、日本、德國占據(jù)了全球高端材料的絕大部分高端牌號。美國陶氏化學、日本東麗、德國巴斯夫等化工巨頭在高端材料領域均有重要布局。我國石化產(chǎn)業(yè)高端材料自給率低且布局不全。中國石化是國內(nèi)化工高端材料最大的企業(yè)，對于單位產(chǎn)值較高的電子化學品卻處于技術空白。我國石化企業(yè)應該抓緊“十四五”高質量發(fā)展的主旋律，以發(fā)展光刻膠樹脂為突破點，在電子化學品這種高技術壁壘領域進行布局。電子化學品普遍對純度要求較高，發(fā)展光刻膠樹脂可以充分發(fā)揮其技術及產(chǎn)品的相似性及延伸性，引發(fā)其他產(chǎn)品的誕生。山東圣泉引入英國先進的電子級酚醛樹脂技術后，相繼開發(fā)出了一系列特種樹脂。目前這些特種樹脂已被應用于國家航空航天器、火箭及導彈等軍工制品中。

2）依托“02專項”，降低投資風險。在國家政策及資金的大力支持下，降低發(fā)展光刻膠樹脂的投資風險。

3）借鑒國外知名企業(yè)成功經(jīng)驗，并購優(yōu)秀企業(yè)或者引進先進技術，提高自主核心競爭力，縮短培育周期。

日本三菱化學每幾年便并購一家優(yōu)秀企業(yè)，縮短了技術培育周期。國內(nèi)山東圣泉及北京科華也是較好的例子。前者引進英國先進的酚醛樹脂技術，使其技術在國內(nèi)領先30余年。后者是中美合資企業(yè)，在高端光刻膠領域國內(nèi)技術領先，目前已在研發(fā)先進的EUV光刻膠。我國石化等企業(yè)也可與山東圣泉、甚至日本等原材料供應商合作，縮短光刻膠樹脂培育周期，盡快實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。

4）通過股權交換或者收購等方式，與中下游企業(yè)積極合作，進行全產(chǎn)業(yè)鏈布局。股權交換或者收購是加強創(chuàng)新合作的一種有效方式。荷蘭ASML公司通過對本土以外的關鍵供應商的相關業(yè)務的股權收購來加強創(chuàng)新合作。雅克科技通過收購江蘇科特美部分股權及LG化學下屬的彩色光刻膠事業(yè)部的部分經(jīng)營資產(chǎn)，掌握了彩膠和正膠的制程工藝以及全球知名客戶資源。我國石化企業(yè)可與華為、南大光電以及中芯國際等光刻膠中下游企業(yè)展開協(xié)作，一方面，以下游需求為導向，更迅速的開發(fā)出客戶需要的產(chǎn)品；另一方面，與中下游企業(yè)合作可以規(guī)避研發(fā)產(chǎn)品成熟前國外企業(yè)大幅降價惡意競爭帶來的風險。

綜合來看，我國石化產(chǎn)業(yè)光刻膠目前較優(yōu)的發(fā)展路徑是：乘著半導體產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化的大趨勢，充分發(fā)揮石化企業(yè)在合成樹脂方面的技術及資源優(yōu)勢，開發(fā)聚對羥基苯乙烯及其衍生物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚等中高端光刻膠樹脂。同時，考慮引進先進技術，并與國內(nèi)光刻膠生產(chǎn)企業(yè)、晶圓廠開展緊密合作，逐步追趕和突破與國內(nèi)IC制造工藝相匹配的光刻膠樹脂，繞開海外專利實現(xiàn)批量供應，為企業(yè)帶來穩(wěn)定的現(xiàn)金流，同時提前布局國內(nèi)下一代工藝EUV原材料，形成半導體工業(yè)穩(wěn)健的技術迭代節(jié)奏。

5 結語

通過梳理光刻膠行業(yè)的發(fā)展歷程，對比國內(nèi)外光刻膠全產(chǎn)業(yè)鏈的技術研究進展，分析成功發(fā)展光刻膠的關鍵要素以及國內(nèi)光刻膠產(chǎn)業(yè)的技術壁壘。在國家政策的大力支持下，把握半導體產(chǎn)業(yè)轉移帶來的重大機遇及市場優(yōu)勢，重視光刻膠與光刻機聯(lián)動產(chǎn)業(yè)規(guī)律，科學發(fā)展我國光刻膠事業(yè)。我國光刻膠上游原材料樹脂技術最為薄弱，時刻面臨“卡脖子”風險；而合成樹脂是石化產(chǎn)業(yè)的重要產(chǎn)品，因此我國石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展光刻膠樹脂責無旁貸。中國石化、中國石油等石化企業(yè)作為國內(nèi)合成樹脂的優(yōu)秀企業(yè)，在資源一體化、技術基礎、人才儲備及科研資金方面均具備較大優(yōu)勢。建議這些企業(yè)充分發(fā)揮自身的技術優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，發(fā)揚國企使命感，以聚對羥基苯乙烯及其衍生物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烴等光刻膠主體樹脂為重點，引進國內(nèi)外先進技術，并與國內(nèi)下游企業(yè)合作，以主體樹脂材料進入光刻膠行業(yè)，為完善我國光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈貢獻力量。