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光刻胶国产化的重要意义
最近,华科宣布其 T150A 光刻胶实现量产,引起了业界关注。光刻胶作为芯片制造中的关键材料,直接影响芯片电路图案的准确性和质量。T150A 属于第三代 KrF 系列光刻胶,适用于干式光刻机,制程极限约为 120 纳米。虽然不属于顶尖技术,但全国产化的原材料为我国芯片产业链的自主可控提供了坚实基础。
此前,国内大多数光刻胶厂商虽然掌握了配方核心技术,但关键原材料如树脂、感光剂及溶剂等仍依赖进口。这次 T150A 实现原材料全国产化,配合工信部推广的两款国产 DUV 光刻机,有望助力我国建立 120 纳米及以上制程的芯片生产线。
光刻胶为何如此关键而难以攻克?
光刻胶是光刻机正常运作的“灵魂”,没有它,光刻机就变成了摆设。光刻机不会直接在晶圆上刻画电路,而是先涂覆一层光刻胶,通过曝光将电路图案转移到胶层,再经过显影、蚀刻等步骤,最终形成芯片电路。因此,光刻胶被形象地称为“微纳世界的画家”。
尽管全球光刻胶市场规模仅约 22 亿美元,但由于日本厂商占据 90% 市场份额,技术含量高且回报率有限,极少有资本长期投入深耕。研发过程异常复杂,涉及数百上千种树脂、光酸及添加剂的各种组合试验,且需要高度客户配合,研发周期长,成功率低。
国产光刻胶面临的主要困难还包括原材料供应链不完善。树脂占整个光刻胶原料成本约一半,是决定胶体硬度、附着力等基本性能的关键。但我国现有化工厂几乎无法生产光刻胶所需的定制化聚甲基丙烯酸酯类(PMMA)树脂,只能依赖进口。此外,上游材料供应商要获得晶圆厂的认可,新供应商切入门槛极高,增加了国产化难度。
日本的垂直产业链与专利壁垒
日本公司之所以在光刻胶领域稳居垄断地位,一方面源自 70 年代政府推动的 VLSI 项目积累了大量半导体技术,另一方面本土垂直整合的供应链极为成熟,材料和配套零部件均由日本厂商提供,不易被替代。化工技术领先使得日本成为全球光刻胶专利的大户,约 46% 专利掌握在日企手中。
国内虽然有二十多家光刻胶相关企业,但从全球角度看,力量过于分散。业内专家指出,未来两三年内需加速整合形成两三家领军企业,才能真正实现突破。
产业链联动带来的全面进步
华科 T150A 光刻胶的量产,恰逢工信部开始推广干式 ArF 和 KrF 光刻机,正好形成了产业链的完整配套。华科这款产品不仅在配方上实现自主研发,更实现了聚对羟基苯乙烯类树脂等关键材料的国产化,背后离不开国内上游化学厂商的技术支持。
T150A 在刻蚀后表现出色,尤其是下层介质侧壁的垂直度极佳,对 3D 堆叠工艺至关重要。虽然 KrF 技术制程极限仅 120 纳米,不及最新的 EUV 光刻胶,但通过膜层厚度和侧壁特性优化,为 3D 堆叠等先进工艺提供了实用空间。
商业化仍面临巨大挑战
光刻胶量产的关键步骤是获得晶圆厂的认可。华科的 T150A 预计经过大约两年的验证期才能大规模应用,且定位于支持国产光刻机。据了解,北京科华此前已成功获得代理权,显示国内相关企业已开始布局。
然而,从商业角度看,目前成熟制程芯片市场利润蕴藏巨大风险。台积电 2024 财报显示,2 至 7 纳米制程芯片贡献了超过一半晶圆收入,且利润率相对较高,而 120 纳米制程尽管需求旺盛,但利润率较低,且芯片制造设备投资巨大。国产光刻胶短期难以形成经济规模和良性循环。
此外,国产光刻机尚处发展阶段,旧设备寿命仍长,供应链更替缺乏动力。采用多重曝光与 3D 堆叠工艺虽可提升制程,但成本高昂,良率仍需大幅提升。华为麒麟 9000S 等领先芯片采用的多重曝光技术良率仅约 50%,反映了现实的成品率和成本压力。
供应链自主与产业链生态建设
华为、华科、中芯国际等企业的扶持,对于解决国产光刻胶技术及产业化瓶颈发挥了桥梁作用。例如,华为通过哈勃投资布局了材料、封装设备等多个环节,培养供应商生态,助力产业链独立发展。强一半导体在探针卡领域的突破,也体现了链主企业为小供应商提供资金和订单支持的模式。
反观日本与韩国的光刻胶争端,韩国在 2018 年因政治因素遭到日本断供后,紧急成立基金投入 EUV 光刻胶研发,并于 2023 年成功试制,表明供应链安全对国家战略意义重大。我国的挑战在于是否能以更低成本快速建立完整产业链,实现突破与商业化的良性循环。
展望未来
这次 T150A 光刻胶的量产是国产化道路上的关键节点,解决了“有无”的基本问题。尽管距离最先进的 EUV 技术仍有差距,但为 28 纳米及以上制程国产芯片提供了保障,能满足大量车载、工业控制等应用需求。
光刻胶和光刻机的国产化联动,标志着我国半导体制造供应链的全方位进步。在全球供应链趋于武器化的趋势下,保障自主可控成为必然选择。未来的关键是如何将技术突破转化为商业价值,形成可持续发展的产业生态。