愈演愈烈的國(guó)際貿(mào)易沖突，將一些原本普羅大眾既不熟悉，又很少見到的，位于產(chǎn)業(yè)中上游的先進(jìn)技術(shù)與工藝推到了風(fēng)口浪尖。
比如光刻、光刻機(jī)，以及本文的主角光刻膠。
但這些如今普遍以“卡脖子”形容的先進(jìn)領(lǐng)域，往往只是名字天下知，細(xì)節(jié)無人問 —— 它們究竟是什么？上下游是怎樣的？市場(chǎng)有多大？為什么會(huì)被卡脖子？為什么過去沒人花大錢，下大力氣開發(fā)？
本文將聚焦這兩年因芯片而備受關(guān)注的光刻膠，為讀者解析這一產(chǎn)業(yè)的基本情況，以及目前國(guó)產(chǎn)化替代所面臨的主要困難。
光刻膠究竟是怎樣一個(gè)行業(yè)？
光刻膠，又稱“光致抗蝕劑”，是光刻成像的承載介質(zhì)，可利用光化學(xué)反應(yīng)將光刻系統(tǒng)中經(jīng)過衍射、濾波后的光信息轉(zhuǎn)化為化學(xué)能量，從而把微細(xì)圖形從掩模版轉(zhuǎn)移到待加工基片上。其被廣泛應(yīng)用于光電信息產(chǎn)業(yè)的微細(xì)圖形線路的加工制作，是微細(xì)加工技術(shù)的關(guān)鍵性材料。
一言以蔽之，光刻膠是光刻工藝最重要的耗材，其性能決定了加工成品的精密程度和良品率，而光刻工藝又是精密電子元器件制造的關(guān)鍵流程，這使得光刻膠在整個(gè)電子元器件加工產(chǎn)業(yè)，都有著至關(guān)重要的地位。
需要強(qiáng)調(diào)，盡管近年來光刻膠與芯片一起反復(fù)為媒體所提及，但它從來不是只用于半導(dǎo)體生產(chǎn)，甚至在三個(gè)主流應(yīng)用領(lǐng)域（半導(dǎo)體、PCB、LCD）里，半導(dǎo)體光刻膠的市場(chǎng)規(guī)模也最小。受篇幅所限，本文將聚焦于受關(guān)注度最高，也是典型的“卡脖子”領(lǐng)域 —— 半導(dǎo)體光刻膠，其它用途將僅作粗略介紹，不詳細(xì)展開。
從整體產(chǎn)業(yè)鏈看，光刻膠上游為各類專用化學(xué)制品，屬于精細(xì)化工行業(yè)；下游則為各類電子元器件制造行業(yè)。
從生產(chǎn)原材料看，光刻膠的上游為各類專用化學(xué)品，屬于精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)，包括光引發(fā)劑（光增感劑、光致產(chǎn)酸劑）、溶劑、成膜樹脂及添加劑（助劑、單體等）。
從用量上來說，溶劑（主要為丙二醇甲醚醋酸酯，簡(jiǎn)稱 PMA）是用量最大的材料，含量最高可達(dá) 90%，但在成本上并不突出，且不起關(guān)鍵作用；作為光化學(xué)反應(yīng)的核心部分，光引發(fā)劑的用量?jī)H有約 1%~6%；樹脂則在不同光刻膠產(chǎn)品中的用量區(qū)別很大 [2]。
從成本看，在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域，越先進(jìn)的工藝，樹脂成本占比越高：以 KrF（氟化氪）光刻膠為例，樹脂成本占比高達(dá)約 75%，感光劑約為 23%，溶劑約為 2%[3]。
光刻膠的分類方式
光刻膠的分類方式多樣化，總體來說遵循三大分類方式：
按化學(xué)反應(yīng)原理和顯影原理不同，可分為正性光刻膠與負(fù)性光刻膠；
按原材料化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，可分為光聚合型、光分解型、光交聯(lián)型和化學(xué)方大型；
按下游應(yīng)用領(lǐng)域不同，可分為 PCB 光刻膠，面板（LCD）光刻膠、半導(dǎo)體光刻膠以及其它光刻膠。
正性光刻膠與負(fù)性光刻膠
這一分類主要依據(jù)的是光照后顯影時(shí)與顯影液產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，最終形成的圖形與掩模版圖形的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
正性光刻膠的曝光部分溶于顯影劑，在蝕刻過程中光照到的區(qū)域會(huì)被等離子化氣體蝕刻去除，最終留下的圖樣是曝光工序中光線所沒有照到的區(qū)域，與掩膜版上的圖形相同。
負(fù)性光刻膠與正性光刻膠相反，其曝光部分不溶解于顯影劑，未被光照的區(qū)域會(huì)被去除，顯影時(shí)形成的圖形與掩膜版相反。
正膠與負(fù)膠兩者的生產(chǎn)工藝流程基本一致，但性能上存在差異。從發(fā)展看，負(fù)膠最早應(yīng)用于光刻工藝中，且有更耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。然而由于顯影時(shí)易變形和膨脹，導(dǎo)致負(fù)膠在最為關(guān)鍵的分辨率方面性能不佳，不能用于先進(jìn)制程的生產(chǎn) [4]。
光聚合型、光分解型、光交聯(lián)型和化學(xué)放大型
該分類方法依據(jù)的是原材料中，感光樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)。其中的光聚合型和光分解性主要應(yīng)用于正性光刻膠，而光交聯(lián)型則是典型的負(fù)性光刻膠?；瘜W(xué)放大型則是目前最為先進(jìn)的類型，廣泛的應(yīng)用于先進(jìn)制程 [4]。
PCB 光刻膠、LCD 光刻膠、半導(dǎo)體光刻膠
這一分類依照的是光刻膠的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也是知名度最高的一種標(biāo)準(zhǔn)。
三種主要光刻膠中，PCB（印刷電路板，Printed circuit board）光刻膠最為低端，同時(shí)也是國(guó)產(chǎn)化率最高的領(lǐng)域，占 PCB 制造成本的 3%~5%?？煞譃楦赡す饪棠z、濕膜光刻膠與光成像阻焊油墨 [2]。
憑借我國(guó)在勞動(dòng)力和資源等方面的優(yōu)勢(shì)，21 世紀(jì)以來，PCB 產(chǎn)業(yè)開始向國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移，國(guó)內(nèi)廠商掌握了生產(chǎn) PCB 上游關(guān)鍵材料的核心技術(shù)，在產(chǎn)能與成本上均有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。數(shù)據(jù)顯示，2019 年全球 PCB 產(chǎn)值約 637 億美元，我國(guó) PCB 市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 329.4 億美元，占全球市場(chǎng)的份額超過 50%，是最大的 PCB 生產(chǎn)國(guó) [2]。
光刻工藝也是液晶面板制造的核心工藝，因此 LCD 光刻膠，也就是面板（Liquid Crystal Display）光刻膠同樣是產(chǎn)業(yè)核心耗材。彩色濾光片是液晶顯示器實(shí)現(xiàn)彩色顯示的關(guān)鍵器件，占面板成本的 14%~16%，其生產(chǎn)成本直接影響到液晶顯示器產(chǎn)品的售價(jià)和競(jìng)爭(zhēng)力；彩色光刻膠和黑色光刻膠是制備彩色濾光片的核心材料，在彩色濾光片材料成本中，彩色光刻膠和黑色光刻膠在整體成本中占比約 27%[5]。
然而與半導(dǎo)體光刻膠類似，我國(guó)在面板光刻膠領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化率同樣不高，產(chǎn)能主要集中在相對(duì)低端的觸摸屏光刻膠領(lǐng)域。附加值更高的彩色及黑色光刻膠，目前的市場(chǎng)被日韓廠商壟斷。以需求最多的彩色光刻膠為例，東京應(yīng)化、LG 化學(xué)、東洋油墨、住友化學(xué)、三菱化學(xué)、奇美等日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)占據(jù)了 90% 以上的市場(chǎng)份額，我國(guó)自主供應(yīng)能力同樣不強(qiáng) [2]。
在半導(dǎo)體領(lǐng)域，光刻工藝是最為核心、最為重要的加工環(huán)節(jié)，其成本約為整個(gè)芯片制造工藝的 30%，耗時(shí)約占整個(gè)芯片工藝的 40%~50%。而作為這一工藝的核心介質(zhì)，半導(dǎo)體光刻膠的質(zhì)量和性能是影響芯片性能、成品率及可靠性的關(guān)鍵因素，對(duì)整體光刻工藝有著至關(guān)重要的影響。
半導(dǎo)體光刻膠隨著市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品小型化、功能多樣化的要求，而不斷通過縮短曝光波長(zhǎng)提高極限分辨率，從而適配不斷發(fā)展的光刻工藝。
根據(jù)曝光波長(zhǎng)不同，半導(dǎo)體光刻膠可進(jìn)一步分為普通寬普光刻膠、g 線（436nm）、i 線（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、以及最先進(jìn)的 EUV (<13.5nm) 光刻膠。
其中，ArF 光刻機(jī)涉及干法和浸沒式兩種工藝（區(qū)別在于鏡頭和光刻膠之間的介質(zhì)是空氣還是液體），ArF 光刻膠也對(duì)應(yīng)分為干法和浸沒式兩類。EUV 光刻膠則是制造難度最高的產(chǎn)品，也是 7nm 及以下制程芯片加工過程中的核心原材料。
可能有的讀者也會(huì)見到 DUV，即深紫外線（Deep Ultraviolet Lithography）這一名稱，它指的是 160~280nm 的曝光波長(zhǎng)，涵蓋 EUV 前的一整代技術(shù)，目前在光刻工藝上指的就是 KrF 和 ArF。
除了上述標(biāo)準(zhǔn)外，還有一種被稱作 F2，曝光波長(zhǎng)為 157nm 的技術(shù)規(guī)格，但卻慘遭淘汰，未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。主要是因這一規(guī)格在發(fā)展過程中被 ArF 正面擊潰，背后涉及的是半導(dǎo)體行業(yè)最為重大的一次路線分歧，其結(jié)果塑造了我們?nèi)缃窨吹降陌雽?dǎo)體加工業(yè)秩序。
當(dāng)時(shí)以尼康、佳能為首的光刻機(jī)制造商試圖主推 157nm 光源的 F2 規(guī)格，可提高 20% 左右的分辨率，但該路線有兩個(gè)致命缺陷 [4]：
鏡組使用的光學(xué)材料在 157nm 時(shí)均為高吸收態(tài)，吸收激光輻射后升溫膨脹，產(chǎn)生形變?cè)斐汕蛎嫦癫?。因此必須使?CaF2 制造鏡組。然而 CaF2 鏡組使用壽命短，且核心技術(shù)在尼康手中，產(chǎn)能較低，無法滿足大規(guī)模應(yīng)用的要求。
由于 ArF 的使用的光刻膠在 157nm 均有強(qiáng)吸收，光刻膠需要重新進(jìn)行開發(fā)，投入產(chǎn)出比不高。
與此同時(shí)，臺(tái)積電工程師林本堅(jiān)提出了基于 ArF 光源的浸沒式方案，即將鏡頭和光刻膠之間的介質(zhì)由空氣改成液體。借由這一方案，臺(tái)積電得以將 ArF193nm 的曝光波長(zhǎng)經(jīng)過折射后，等效波長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn) 134nm，通過改良現(xiàn)有技術(shù)在分辨率上反超了 F2 路線。同時(shí)由于這一方案是改造升級(jí)現(xiàn)有設(shè)備，在性價(jià)比方面有著碾壓性的優(yōu)勢(shì)。更糟糕的是，F(xiàn)2 無法透水，這導(dǎo)致其不能兼容浸沒式技術(shù) [6]。
第一時(shí)間響應(yīng)臺(tái)積電提議的正是阿斯麥（ASML），后者在 2003 年推出了第一臺(tái)浸沒式光刻機(jī)樣機(jī)，成功搶占先機(jī)。而當(dāng)尼康在 2006 年推出浸沒式光刻機(jī)時(shí)，大勢(shì)已去。最終，阿斯麥在 2006 年超越尼康成為光刻機(jī)龍頭，確定了其在深紫外線時(shí)代的統(tǒng)治地位。
除了上述三大類光刻膠外，還有 CCD 攝像頭彩色濾光片的彩色光刻膠、MEMS 光刻膠、觸摸屏透明光刻膠、生物芯片光刻膠、薄膜磁頭光刻膠等更加多樣化的類型。
光刻膠市場(chǎng)基本概況
需要注意的是，盡管光刻膠在電子元器件加工行業(yè)是核心材料，但整體市場(chǎng)規(guī)模并不大。
公開數(shù)據(jù)顯示，2019 年全球光刻膠市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)約 91 億美元，自 2010 年至 2019 年年復(fù)合增長(zhǎng)率約為 5.4%，推算 2021 年數(shù)據(jù)為百億左右；同期中國(guó)本土光刻膠市場(chǎng)規(guī)模約在 88 億人民幣左右 [5]。
從細(xì)分市場(chǎng)看，在全球光刻膠市場(chǎng)，LCD、PCB、半導(dǎo)體光刻膠各自占有 27%、25% 和 24% 的份額，市場(chǎng)分布比較平均。其中，半導(dǎo)體光刻膠雖然占比最低，卻是成長(zhǎng)性最好以及技術(shù)難度最高的細(xì)分市場(chǎng)。
整體業(yè)態(tài)方面，全球光刻膠市場(chǎng)高度集中，日美把控著絕大部分市場(chǎng)份額。日本的 JSR、東京應(yīng)化、信越化學(xué)及富士膠片四家企業(yè)占據(jù)了全球 70% 以上的市場(chǎng)份額，整體壟斷地位穩(wěn)固 [5]。
具體到半導(dǎo)體領(lǐng)域，半導(dǎo)體光刻膠的特征與整體光刻膠行業(yè)的區(qū)別不大：市場(chǎng)規(guī)模小，集中度極高，日美企業(yè)壟斷供應(yīng)。
數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球的半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)規(guī)模約為 17.5 億美元，雖然地位至關(guān)重要，在半導(dǎo)體整條產(chǎn)業(yè)鏈中的占比也非常之低 [7]。同期全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模 4260 億美元，計(jì)算下來，半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)在行業(yè)整體中的占比僅有 0.4%[8]。
細(xì)分市場(chǎng)方面，ArFi 光刻膠（即浸沒式 ArF 光刻膠）和 KrF 光刻膠的市場(chǎng)份額最大，均在 30% 以上，其次是 g / i 光刻膠，市場(chǎng)份額約為 17%，EUV 及其它類型半導(dǎo)體光刻膠合計(jì)僅有 1% 左右。但從未來發(fā)展看，作為代表著先進(jìn)集成電路發(fā)展趨勢(shì)的 EUV 光刻的關(guān)鍵耗材，EUV 光刻膠對(duì)將芯片制程推進(jìn)至 5nm 以下起關(guān)鍵作用，成長(zhǎng)性無疑是最好的 [7]。
在全球半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)中，日本企業(yè)穩(wěn)居壟斷地位。2020 年，日本企業(yè)在全球半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)中占據(jù)的份額至少在 60% 以上，其中東京應(yīng)化以 25.6% 的市場(chǎng)份額占據(jù)龍頭地位；美國(guó)杜邦位列第二，市場(chǎng)份額為 17.6%[9]。
從細(xì)分市場(chǎng)看，2020 年，日本東京應(yīng)化在 g / i 線、KrF 和 EUV 光刻膠市場(chǎng)的份額位列全球第一；JSR 則以 24.9% 的市場(chǎng)份額把持著 ArF 光刻膠市場(chǎng)。
半導(dǎo)體光刻膠從全局到細(xì)分，市場(chǎng)集中度均非常之高：整體市場(chǎng) CR4（Concentration Ratio，行業(yè)集中度）近 70%；ArF、KrF 市場(chǎng)中，CR4 均在 74% 以上；EUV 市場(chǎng)則更為夸張，東京應(yīng)化、信越化學(xué)和 JSR 三家日本公司的 CR3 高達(dá) 99.9%，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)徹底壟斷 [9]。
聚焦本土市場(chǎng)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)規(guī)模同樣有限，但整體增速比較快。據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)從 2015 年的 1.3 億美元增長(zhǎng)至 2019 年的 2.5 億美元，并在 2020 年快速躍升至 3.5 億美元，同比增長(zhǎng)約為 40%[10]。
我國(guó)半導(dǎo)體光刻膠的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，2020 年，ArF 光刻膠占比 40%；KrF 光刻膠占比 39%；g / i 線光刻膠占比 20%；EUV 光刻膠則沒有統(tǒng)計(jì)層面可見的數(shù)據(jù) [10]。
不過還是那句話，市場(chǎng)小不代表不重要。作為精密電子元器件制造最關(guān)鍵，甚至沒有之一的耗材，發(fā)展光刻膠的必要性無論怎樣強(qiáng)調(diào)都不過分?？墒菑?qiáng)調(diào)歸強(qiáng)調(diào)，真到落地的時(shí)候，行業(yè)仍然面臨著巨大困難。
至關(guān)重要的“糟糕”行業(yè)
雖然我們反復(fù)強(qiáng)調(diào)光刻膠在半導(dǎo)體制產(chǎn)業(yè)中的重要地位，但當(dāng)前的國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)度，真的不怎么樣。
從本土光刻膠的整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，相對(duì)低端的 PCB 光刻膠仍然占國(guó)內(nèi) 94% 左右的供應(yīng)，而高端的面板光刻膠與半導(dǎo)體光刻膠非常之少 [11]。
具體到半導(dǎo)體，目前適用于 6 英寸硅片的 g 線、i 線光刻膠的自給率約為 10%，適用于 8 英寸硅片的 KrF 光刻膠自給率不足 5%，而適用于 12 寸硅片的 ArF 光刻膠基本依賴進(jìn)口，更先進(jìn)的 EUV 則連研發(fā)都處于相當(dāng)早期的階段 [12]。產(chǎn)能上，國(guó)內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品，僅 g / i 線光刻膠實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用，KrF 僅少數(shù)研發(fā)進(jìn)度領(lǐng)先企業(yè)實(shí)現(xiàn)小批量應(yīng)用，即使最樂觀估計(jì)，國(guó)產(chǎn)光刻膠行業(yè)與國(guó)際先進(jìn)水也有兩代的差距。
當(dāng)前國(guó)產(chǎn)光刻膠企業(yè)，進(jìn)度比較不錯(cuò)的有被彤程新材（sh603650）收購(gòu)的北京科華（KrF 量產(chǎn)，EUV 在研），干法 ArF 膠已有小批量訂單的南大光電（sz300346），以及擁有可用于干法、浸沒式 ArF 光刻機(jī)，可同時(shí)研發(fā)兩種光刻膠，有望在 2022 年實(shí)現(xiàn)少量銷售的上海新陽(yáng)（sz300236）。這三家企業(yè)整體的研發(fā)進(jìn)度相對(duì)靠前，研發(fā)設(shè)備比較齊全，且有正在建設(shè)中的產(chǎn)能。
之所以會(huì)如此，是因?yàn)闊o論從技術(shù)門檻，還是商業(yè)層面，整個(gè)光刻膠領(lǐng)域面臨艱巨挑戰(zhàn)，簡(jiǎn)單概括就是四個(gè)字：事多錢少。
復(fù)雜且全方位的技術(shù)困境
擺在光刻膠面前第一道繞不過去的坎，就是產(chǎn)品的配套測(cè)試需要光刻機(jī)?？蛇@恰恰也是中國(guó)目前遭到限制的領(lǐng)域之一，而且比光刻膠還要嚴(yán)格。無論是國(guó)內(nèi)企業(yè)還是阿斯麥（AMSL，荷蘭公司，美資控股）方面都做了不小的努力，試圖尋求一種方法繞過美國(guó)的封鎖，但至今收效甚微。
在光刻膠的研發(fā)階段，企業(yè)需要利用光刻機(jī)來驗(yàn)證產(chǎn)品以及配套化學(xué)試劑性能，是自主曝光檢測(cè)必不可少的設(shè)備；在量產(chǎn)過程中，產(chǎn)線也需要通過光刻機(jī)作為檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的品控。
四個(gè)字概括：沒有不行。
這形成了一個(gè)非常尷尬的局面：行業(yè)當(dāng)前甚至缺乏驗(yàn)證產(chǎn)品究竟好不好用的能力。在這種尖端領(lǐng)域內(nèi)搞“盲人摸象式”的研發(fā)也不現(xiàn)實(shí)，指望一家企業(yè)沒有 EUV 光刻機(jī)就研發(fā)出可量產(chǎn)的 EUV 光刻膠，恐怕難度也不會(huì)比猴子敲出莎士比亞全集低很多。
所以，光刻膠想要突破，必須有來自光刻機(jī)方面的研發(fā)突破作為支撐。
另一方面，國(guó)內(nèi)也不只是無法生產(chǎn)光刻膠，整體產(chǎn)業(yè)鏈都比較薄弱，供應(yīng)鏈整合能力不強(qiáng)。樹脂、單體等上游核心原材料的國(guó)產(chǎn)化率也并不高，現(xiàn)有工藝與國(guó)際先進(jìn)水平有不小的差距，作為光刻膠核心原材料的專用化學(xué)品本身同樣依賴進(jìn)口。
與整體光刻膠行業(yè)本身類似，光刻膠的上游原材料端集中度同樣很高，相關(guān)技術(shù)長(zhǎng)期被少數(shù)幾家企業(yè)掌控。國(guó)內(nèi)企業(yè)只在 PCB 光刻膠上游有一定競(jìng)爭(zhēng)力，但在面板和半導(dǎo)體光刻膠上游，供應(yīng)商仍然普遍受困于技術(shù)積累不足、產(chǎn)能低、投入水平不高、打不開市場(chǎng)等問題。
以電子級(jí)酚醛樹脂為例，由于量產(chǎn)的需求，在生產(chǎn)樹脂中需要保證不同批次的高分子樹脂的分子量分布和性能基本一致，導(dǎo)致成膜樹脂的合成難度驚人，主導(dǎo)地位由日韓化工企業(yè)把持。而最常用的光刻膠溶劑，丙二醇甲醚醋酸酯（PMA / PGMEA）生產(chǎn)主要集中在美國(guó)、西歐等國(guó)家和地區(qū)，主要廠家是美國(guó)陶氏化學(xué)、伊士曼化學(xué)，荷蘭利安德巴塞爾，德國(guó)巴斯夫等企業(yè)，技術(shù)研發(fā)史普遍超過 30 年，領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)極為顯著。
但這并非上游企業(yè)“不思進(jìn)取”。由于國(guó)內(nèi)光刻膠行業(yè)本身的發(fā)展比較緩慢，下游需求不強(qiáng)，上游供應(yīng)商缺乏必要的研發(fā)動(dòng)力，也沒有理由在一個(gè)高度集中，競(jìng)對(duì)擁有數(shù)十年優(yōu)勢(shì)積累的行業(yè)強(qiáng)行開展市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，這至少在商業(yè)上是極不經(jīng)濟(jì)的。目前想要解決上游原材料供應(yīng)難，也需依賴光刻膠行業(yè)本身的快速發(fā)展帶來的市場(chǎng)增量，為上游提供足夠的利益驅(qū)動(dòng)企業(yè)加大研發(fā)投入。
客戶高度特化的需求，同樣是個(gè)問題。在技術(shù)發(fā)展以及加速升級(jí)的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)前光刻膠下游的終端應(yīng)用產(chǎn)品，表現(xiàn)出了趨向定制化和多樣化的特征：下游不同客戶的需求差異明顯，即使同一客戶的不同應(yīng)用需求也不一致。
這就導(dǎo)致光刻膠的整體生產(chǎn)缺乏統(tǒng)一的工藝，每一類光刻膠使用的原料在化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能上均有所區(qū)別，要求使用不同品質(zhì)等級(jí)的專用化學(xué)品。這就迫使制造商需要有能力設(shè)計(jì)出符合不同需求設(shè)計(jì)不同配方，并有相應(yīng)的生產(chǎn)工藝完成生產(chǎn)。這屬于行業(yè)的核心技術(shù)之一，對(duì)企業(yè)的技術(shù)能力要求比較高，目前本土企業(yè)還比較欠缺。
專利方面則是光刻膠行業(yè)的天塹。由于起步較早，日美企業(yè)在光刻膠領(lǐng)域的專利積累優(yōu)勢(shì)巨大。在產(chǎn)業(yè)化技術(shù)能力上，國(guó)際光刻膠企業(yè)針對(duì)核心產(chǎn)品建立了較全面的專利體系和地區(qū)覆蓋。
根據(jù)智慧芽專利數(shù)據(jù)平臺(tái)給出數(shù)據(jù)顯示，目前，全球光刻膠第一大技術(shù)來源國(guó)為日本，專利申請(qǐng)量占全球光刻膠專利總申請(qǐng)量的 46%；美國(guó)則以 25% 的申請(qǐng)量位列第二。中國(guó)則以 7% 的申請(qǐng)量排在韓國(guó)之后。從趨勢(shì)上看，中國(guó)的光刻膠相關(guān)專利申請(qǐng)量正在快速增長(zhǎng)，在 2020 年實(shí)現(xiàn)了對(duì)日本的反超。2020 年，中國(guó)光刻膠專利申請(qǐng)量為 1.29 萬項(xiàng)，日本光刻膠專利申請(qǐng)量下降至 8982 項(xiàng) [13]。
然而受起步滯后影響，國(guó)內(nèi)的光刻膠專利集中在成熟的工藝領(lǐng)域，核心專利仍然薄弱。以 EUV 光刻膠為例，國(guó)內(nèi)僅有中科院化學(xué)所與北理工學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)身份上榜。未來如何突破海外企業(yè)全面的專利壁壘，也會(huì)是個(gè)麻煩。
極不清晰的商業(yè)前景
若說僅有技術(shù)面的困難還則罷了，偏偏光刻膠的商業(yè)化難度也很高。
首先是前期投入驚人。以晶瑞電材（sz300655）的“集成電路制造用高端光刻膠（ArF 光刻膠）研發(fā)項(xiàng)目”為例，該項(xiàng)目擬投入僅 4.9 億元，其中 ArF 光刻機(jī)的投資金額高達(dá) 1.5 億元，占設(shè)備及安裝費(fèi)一項(xiàng)的 44%，總投資的 31%—— 僅僅一臺(tái)光刻機(jī)的價(jià)格，就接近晶瑞電材 2020 年度歸母凈利潤(rùn)（0.8 億元）的兩倍 [12]。
而且這還僅是 ArF 光刻機(jī)，最先進(jìn)的 EUV 光刻機(jī)更為夸張，當(dāng)前報(bào)價(jià)已經(jīng)超 1.2 億美元。不過考慮到美方現(xiàn)階段絕無松口的可能性，屬于有錢也買不到、不讓買的稀罕物。
前期的高額投入只不過是敲門磚，光刻膠還要面對(duì)漫長(zhǎng)的客戶驗(yàn)證周期。
由于光刻膠的功能性和質(zhì)量對(duì)下游電子元器件的產(chǎn)品質(zhì)量有著極為直接的影響，疊加行業(yè)的高度精密特征，任何質(zhì)量問題都有可能給下游企業(yè)造成極其嚴(yán)重的損失。例如在 2019 年，臺(tái)積電就曾因光阻原料污染導(dǎo)致上萬片 12 英寸晶圓報(bào)廢，直接損失達(dá) 5.5 億美元 [14]—— 這哪怕對(duì)于臺(tái)積電都不是個(gè)輕描淡寫的數(shù)字，而以國(guó)內(nèi)企業(yè)現(xiàn)階段的體量來說，金額足以讓負(fù)有賠償責(zé)任的企業(yè)倒閉數(shù)次。
所以下游客戶，對(duì)光刻膠此類專用化學(xué)品的采購(gòu)非常謹(jǐn)慎，潛在供應(yīng)商必須經(jīng)受充分調(diào)研，其產(chǎn)品也需要經(jīng)過充足驗(yàn)證，這就帶來了漫長(zhǎng)的認(rèn)證流程。
數(shù)據(jù)顯示，哪怕是面板光刻膠這樣相對(duì)低端的產(chǎn)品，驗(yàn)證周期往往也要有 1~2 年，而關(guān)鍵的半導(dǎo)體光刻膠更是需要 2~3 年，這也帶來了下游企業(yè)更換供應(yīng)商的動(dòng)機(jī)很弱，上下游深度綁定的現(xiàn)象 [15]。同時(shí)由于光刻膠自身高度多樣化的產(chǎn)品特征，不同客戶的測(cè)試要求與驗(yàn)證流程也不一致，帶來了更為復(fù)雜的不確定性。
如此一來，整個(gè)行業(yè)的商業(yè)化前景就很不樂觀，投資門檻太高、前期投資回收周期過長(zhǎng)，對(duì)于追求回報(bào)率的社會(huì)資本而言不夠友好。
更何況，作為高精尖行業(yè)，永遠(yuǎn)都要面臨一個(gè)最基本的風(fēng)險(xiǎn)，就是研發(fā)失敗。如光刻膠般的尖端產(chǎn)品的研發(fā)工作不是種地，而且哪怕種地也要面臨極端天氣絕收的可能，大筆資金投入有去無回，項(xiàng)目未能取得預(yù)期成果都是再正常不過的事，這一點(diǎn)在以往的技術(shù)類文章中，果殼硬科技也曾多次提及。
這就對(duì)企業(yè)自身的經(jīng)營(yíng)狀況有一定要求，至少要有穩(wěn)定的現(xiàn)金流業(yè)務(wù)來對(duì)沖研發(fā)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。相比較之下，國(guó)內(nèi)目前的企業(yè)普遍體量偏小，成熟度不高，整體抗風(fēng)險(xiǎn)能力比較一般，這無疑也是不容忽視的行業(yè)整體性困境。
Money, money never changes
在文章的最后一節(jié)，讓我們聊一聊為何這么重要的領(lǐng)域，卻鮮有入局者。
因?yàn)楣饪棠z確實(shí)不是個(gè)好生意。
縱觀全文，我們可以發(fā)現(xiàn)，光刻膠行業(yè)集市場(chǎng)整體規(guī)模小、行業(yè)高度壟斷、上游產(chǎn)品為高度特化的專用產(chǎn)品，應(yīng)用面狹窄、技術(shù)門檻極高、研發(fā)成本極高、失敗風(fēng)險(xiǎn)高、投資回收周期長(zhǎng)等特征于一身，甚至還有不容忽視的政治風(fēng)險(xiǎn) —— 在當(dāng)前的國(guó)際環(huán)境下，假如一家企業(yè)真的取得了較大突破，遭到美方制裁的概率不低（可參照 AI 四小龍的遭遇）。
從投資的角度看，這個(gè)行業(yè)違背了幾乎每一條客觀規(guī)律，可以說是要多勸退有多勸退。而這樣的特征，在我國(guó)面臨的具有“卡脖子”特征的細(xì)分技術(shù)上非常普遍。舉個(gè)不太恰當(dāng)?shù)睦?，就像是圓珠筆芯的鋼珠一樣，市場(chǎng)太小，太成熟，其他企業(yè)沒理由花錢入局強(qiáng)行和壟斷公司展開競(jìng)爭(zhēng)，能不能成不談，哪怕成了在商業(yè)層面也不劃算。
典型的“可以，但沒必要”。
這樣的行業(yè)，自然也很難吸引社會(huì)資本進(jìn)行投資。畢竟投資需要回報(bào)，需要收益，需要退出機(jī)制，而這些“高精尖”領(lǐng)域普遍缺乏這些關(guān)鍵特征，換言之就是想賺錢太難。行業(yè)與其豪擲數(shù)億乃至數(shù)十億追求糟糕的預(yù)期，還不如直接花錢買成品。
這種“造不如買”的模式，在芯片這種高度依賴國(guó)際分工的高精尖行業(yè)原本是十分通行且普遍的，整條產(chǎn)業(yè)鏈分布在全球范圍內(nèi)是正常生態(tài)（例如 ASML 的 EUV 光刻機(jī)的 90% 零部件來自進(jìn)口 [6]）。
這種源自全球化進(jìn)程的制造業(yè)模式，就是大名鼎鼎的“國(guó)際分工（International Division of labor）”。雖說國(guó)際分工在不同歷史時(shí)期的含義不盡相同，不過望文生義的理解它不會(huì)有太多偏差。本文也不是一篇嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)論文，不會(huì)在此討論這一概念具體定義與全球?qū)嵺`。
只可惜，這種模式也只能建立在“逆全球化”不那么顯著的國(guó)際形勢(shì)下。如今意識(shí)形態(tài)沖突愈演愈烈，在任何行業(yè)任何產(chǎn)品都可能招致來自大洋彼岸制裁的今天 —— 貴不貴，有沒有可能浪費(fèi)投資還重要嗎？現(xiàn)在已經(jīng)是最基本的有沒有的問題了。
可這樣一個(gè)集眾多“反投資”特質(zhì)于一身的行業(yè)又該如何發(fā)展？
自然離不開來自政策的強(qiáng)力扶持。只有國(guó)家層面給予行業(yè)以及社會(huì)資本足夠的支持，才能激發(fā)投資熱情，首先解決最基本的“錢”的問題。
其次，國(guó)內(nèi)的光刻膠行業(yè)的上下游協(xié)同亟待強(qiáng)化。在光刻膠行業(yè)更為成熟的日本，為應(yīng)對(duì)高度特化的下游需求、材料規(guī)格多樣化、技術(shù)路線多的產(chǎn)業(yè)特征，一眾企業(yè)形成了高度分工協(xié)作的產(chǎn)業(yè)集群。以上游材料光刻膠樹脂為例，綜研化學(xué)專注 PCB 光刻膠單體，大阪瓦斯化學(xué)等專注面板光刻膠樹脂，而丸善石化、住友電木等企業(yè)負(fù)責(zé)光刻膠樹脂制造。光引發(fā)劑也遵循類似的發(fā)展模式。
然而與日本不同，國(guó)內(nèi)的光刻膠行業(yè)比較分散，產(chǎn)業(yè)鏈布局也不完整，上游的研發(fā)、樣品導(dǎo)入以及產(chǎn)品驗(yàn)證往往得不到來自下游的支持，企業(yè)各自為戰(zhàn)。如何全方位的統(tǒng)合產(chǎn)業(yè)力量，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展，建立一個(gè)強(qiáng)有力的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，也需要外界的干預(yù)。
而這，也離不開國(guó)家力量的引領(lǐng)、整合與支持。
最后，雖然強(qiáng)調(diào)了諸多困難，說了很多難題，但我國(guó)的科研實(shí)力正在快速發(fā)展，半導(dǎo)體市場(chǎng)在快速擴(kuò)張，光刻膠行業(yè)還有機(jī)會(huì)，國(guó)產(chǎn)替代也還有機(jī)會(huì)。
我國(guó)的技術(shù)領(lǐng)域，受起步較晚制約，確實(shí)在很多領(lǐng)域比較滯后 —— 但我國(guó)有盾構(gòu)機(jī)這樣打破封鎖，甚至“反包圍”重建整個(gè)市場(chǎng)格局的先例，也有大型挖泥船這樣對(duì)外禁運(yùn)的尖端產(chǎn)品，而這還只是知名度很高的兩個(gè)例子。
以一句名言做結(jié)尾：前途是光明的，道路是曲折的。希望國(guó)內(nèi)企業(yè)加油吧。
（本文觀點(diǎn)僅供參考，不構(gòu)成投資建議。）
References：
[1] 文灝股份：光刻膠（Photo resist）知識(shí)大全. 2017.08.10 https://www.whchip.com/ news / newsgkj02.html
[2] 信達(dá)證券：光刻膠，核心半導(dǎo)體材料，步入國(guó)產(chǎn)替代機(jī)遇期. 2021.09.03
[3] 國(guó)盛證券：科華杜邦戰(zhàn)略合作，加速光刻膠國(guó)產(chǎn)替代. 2021.11.08
[4] 申港證券：光刻膠行業(yè)深度：破壁引光 小流成海. 2021.09.02
[5] 天風(fēng)證券：半導(dǎo)體材料皇冠上的明珠，迎來國(guó)產(chǎn)化機(jī)遇. 2021.05.31
[6] 科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)：DUV 和 EUV 光刻機(jī)的區(qū)別在哪？. 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心. 2021.12.21 http://www.ime.cas.cn/ icac / learning / learning_2/202112 / t20211221_6324996.html
[7] 鄭晨：2021 年全球半導(dǎo)體光刻膠行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模與競(jìng)爭(zhēng)格局分析 市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)、產(chǎn)能集中度較高.前瞻產(chǎn)業(yè)研究所. 2021.09.18 https://www.qianzhan.com/ analyst / detail / 220/210918-8dcf7cfc.html
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[11] 東北證券：三種增量、兩種替代，電子成長(zhǎng)長(zhǎng)青 . 2021.12.09
[12] 景瑞電子材料股份有限公司：創(chuàng)業(yè)板向不特定對(duì)象發(fā)行可轉(zhuǎn)換公司債券募集說明書. 2021.08.12 http://www.cninfo.com.cn/ new / disclosure / detail?orgId=9900031917&announcementId=1210726586&announcementTime=2021-08-12
[13] 鄭晨：2021 年全球光刻膠行業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)格局 (附區(qū)域申請(qǐng)分布、申請(qǐng)人排名、專利申請(qǐng)集中度等). 前瞻產(chǎn)業(yè)研究所. 2021.10.22 https://www.qianzhan.com/ analyst / detail / 220/211022-836ac5f1.html
[14] 芯智訊：晶圓污染事故損失高達(dá) 5.5 億美元？臺(tái)積電下調(diào)一季度營(yíng)收指引. 2019.02.16 https://mp.weixin.qq.com/ s / fiW4E1_WZbgMSo_nu-I-gw
[15] 鄭晨：深度分析！一文帶你看半導(dǎo)體光刻膠國(guó)產(chǎn)化之路“難”在何處？. 前瞻產(chǎn)業(yè)研究所. 2021.11.02 https://www.qianzhan.com/ analyst / detail / 220/211101-da859f46.html
本文來自微信公眾號(hào)：果殼硬科技 （ID：guokr233），作者：陳悶雷，編輯：李拓
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