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美国加强管制,国产光刻胶如何突破重围?

2020-05-29

   杜邦发函客户,光刻胶有供应收紧的可能性!

 

美国商务部将在2020629日对中国半导体厂执行最新版的出口管制条例EAR),最关键部分是扩大军事最终用途军事最终用户的定义;日前美系材料大厂杜邦(DuPont)和设备大厂KLA也陆续发函给半导体厂进行尽职调查。

 

美国锁定中国半导体产业全面施压与制裁,手中最有用的一张“王牌”是关键的半导体设备与材料环节,在中国半导体产业锁定IC设计领域崛起的去美化风潮下,设备与材料要绕过美国技术,短期内非常困难。

 

美国加强半导体关键材料和设备出口管制,继5月上旬应用材料和泛林半导体发函给客户后,杜邦与KLA也紧接着发函客户,强调出口管制最新规范的定义,并确认最终用途和用户证明,希望能在531日之前获得回覆。而杜邦正是半导体光刻胶供应商之一。

 

此前,韩国为了应对日本制裁,曾邀请杜邦在韩国投资光刻胶项目。202019日美国化工巨头杜邦宣布,将在韩国生产尖端半导体制造所需的光刻胶。光刻胶是日本政府加强对韩出口管制的3种产品之一。韩国政府提出半导体材料的国产化,正在吸引外资企业的工厂。杜邦将扩建位于韩国中部天安市的现有工厂,生产用于被称为“极紫外线(EUV)光刻”的尖端半导体制造技术的高品质感光材料。计划首先投入2800万美元,确立量产技术,最早于2021年启动量产投资。该公司将根据客户的订货量提高产能。韩国政府和地方政府将承担取得土地的费用,还给予免除税金等优惠。


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   道阻且行!逆流而上的南大光电光刻胶

 

早在2019622日,南大光电发布公告,拟将持有北京科华微电子材料有限公司31.39%的股权全部转让,并随后公布了《江苏南大光电材料股份有限公司拟出售所持有的北京科华微电子材料有限公司31.39%股权所涉及的北京科华微电子材料有限公司股东全部权益价值资产评估报告》。

 

(关于北京科华微:北京科华微电子材料有限公司是一家中美合资企业,成立于2004年,产品覆盖KrF248nm)、I-lineG-lineEUV光刻胶及配套试剂供应商与服务商,也是集先进光刻胶产品研、产、销为一体的拥有自主知识产权的高新技术企业。科华微电子拥有中高档光刻胶生产基地:2005年,建成百吨级环化橡胶系紫外负性光刻胶和负性光刻胶配套试剂生产线;2009年,建成高档G/I线正胶生产线(200/年)和正胶配套试剂生产线(200/年);201212月,科华微电子建成248nm光刻胶生产线。)

 

本以为南大光电的光刻胶业务会在转让科化微之后发展受阻,甚至折戟。未曾想,南大光电竟在短期内、重重磨难之下逆流而上!

 

527日,南大光电披露了其光刻胶项目最新进展。南大光电称,公司承接的国家“02专项ArF光刻胶产品的开发和产业化项目的基础建设按计划进行,目前正处于光刻胶样品验证阶段,验证过程预计需要12-18个月,甚至更长的时间。公告显示,ArF光刻胶开发和产业化项目2019年底完成一条生产线的安装,20205月开始进行安装调试,预计安装调试需要4-5个月的时间。

 

就在不久前的2020416日,ASML型号为XT 1900193nm ArFi光刻机正式搬入宁波南大光电有限公司,这台光刻机最高可以做到10nm


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南大光电光刻胶项目在2018年就开始启动。南大光电于201812月公告,称由其作为牵头单位承担的国家“02专项”ArF光刻胶产品的开发与产业化项目,已经国家科技部批准立项。该项目总投资额为6.56亿元。项目拟通过3年的建设、投产及实现销售,达到年产25193nmArF干式和浸没式)光刻胶产品的生产规模,产品满足集成电路行业需求标准。同时建成先进光刻胶分析测试中心和高分辨率光刻胶研发中心。

 

到了201912月,南大光电又对ArF光刻胶产品的开发与产业化项目实施主体的全资子公司宁波南大光电进行增资2.6亿元,并引进宁波金帆、天津南晟及许从应对其合计投资8000万元。

 

南大光电还称,ArF193nm)光刻胶产品开发技术突破难度大、工艺要求高,且实现稳定量产周期较长,后续是否能取得下游客户的订单,能否大规模进入市场仍存在较多的不确定性。

 

   中国半导体制造用光刻胶发展情况

 


g/i线

KrF

ArF

ArFi

EUV

苏州瑞红

量产

量产

研发



南大光电



验证

验证


科华微

量产

量产

研发

研发

研发

上海新阳



研发



 

除南大光电之外,国内还在进行半导体制造用光刻胶研发或生产的企业有苏州瑞红、科华微、上海新阳、潍坊星泰克等。

 

上海新阳已经购置了一台ASML 1400型号的二手光刻机,用于光刻胶的研发,该光刻机最高可以覆盖到55nm

 

科华微有两个miniFab,有分辨率达到0.11umASML PAS5500/850扫描式曝光机、Nikon步进式曝光机、TEL ACT8涂胶显影一体机和Hitachi S9220 CDSEM等主流设备。

 

苏州瑞红承担并完成了国家02重大专项“i线光刻胶产品开发及产业化项目,i线光刻胶已向国内知名的半导体厂商供货,KrF光刻胶完成中试,达到了0.25-0.13um的技术要求,建成了中试示范线。

 

全球能够生产光刻胶的企业比较少,主要由美国Shipley(已被陶氏收购)、Futurrex;德国Microresist TechnologyAllresist;日本东京应化、JSR、信越化学、住友化学;瑞士GES;韩国东进化学、东有精细化学;台湾长春集团、亚洲化学等,这些企业占据全球超过95%的市场份额。

 

2015-2017年全球晶圆制造用光刻胶市场竞争格局

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来源:中金公司,亚化咨询

 

中国光刻胶生产技术与国际先进产品相差几代。现有的多家企业虽已能满足PCB用光刻胶的生产,并能供应部分FPD用光刻胶,但对于高端IC用光刻胶领域仍然停留在初级阶段。目前中国半导体行业光刻胶国产化率仅为5%8英寸及以上半导体晶圆用产品本土化率不足1%,还有许多需要攻克的关键技术。

 

   EUV光刻胶已成为下一代光刻胶材料的战略制高点

 

目前最为成熟的光刻技术是193nm浸没式光刻工艺,经多重曝光后其能够实现的特征尺寸已经可以达到30nm以下。但随着摩尔定律的不断推进,该工艺已很难满足22nm节点以下的光刻需求。2015年,国际半导体技术发展路线图已将曝光光源波长为13.5nm的极紫外(EUV)光刻技术作为实现22nm节点以下的最可行方案,而与之配套的EUV光刻胶逐渐成为下一代光刻胶的研发重点!

EUV光刻胶领域全球专利申请量

年份

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

申请量

6

2

7

11

15

23

48

60

57

48

年份

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

申请量

61

68

104

100

127

164

92

42

21

15

2004年以前,EUV光刻胶技术处于孕育期。2011年前后,EUV光刻技术受到极大关注,EUV光刻胶相关专利申请量也呈爆发式增长。

 

排名

申请企业

申请量

1

富士胶片

422

2

信越化学

137

3

住友化学

119

4

罗姆哈斯

54

5

松下电器

23

6

DOW

19

7

东京应化

14

8

JSR

12

9

出光兴产

11

10

三星电子

10

 

在申请量前十的企业方面,日本企业占据七席,富士胶片、信越化学、住友化学排名前三,申请量遥遥领先,日本在EUV光刻胶领域的技术优势十分明显。

 

中国也在积极布局EUV光刻胶领域,20185月,北京科华微电子国家科技重大专项(02专项)EUV光刻胶项目顺利通过国家验收。“极大规模集成电路制造装备与成套工艺”专项(02专项)项目“极紫外光刻胶材料与实验室检测技术研究”由中国科学院化学研究所、中国科学院理化技术研究所、北京科华微电子材料有限公司联合承担。经过项目组全体成员的努力攻关,完成了EUV光刻胶关键材料的设计、制备和合成工艺研究、配方组成和光刻胶制备、实验室光刻胶性能的初步评价装备的研发,达到了任务书中规定的材料和装备的考核指标。项目共申请发明专利15项(包括国际专利5项),截止到目前,共获得授权专利10项(包括国际专利授权3项);培养了博士研究生9名,硕士研究生1名。