光刻胶为什么难以生产,行业三大壁垒了解一下

2019-07-17   斗牛亮剑

世界电子行业的发展史也同时是一部产业转移史,PCB、显示面板、半导体都有相似的经历,起源于美国、成熟于日本,部分领域又被韩国和台湾反超,最终轮到了中国大陆。

这种产业转移的路径,跟时代的变化和科技发展的趋势有关,又与当地经济崛起有关,还与当地政府、当地民众有关。

一个地区的经济崛起,往往得益于世界科技的革新浪潮,并在当地政府决策之下,高度聚焦,全民攻关新兴产业及高端产业,结合了民众对财富的渴望、强烈的上进心,如此方能顺利跨过中等收入陷阱,闯进发达国家的阵营。

日本、韩国的发展过程,与中国是何其相似。

但奇怪的是,这种产业转移并不全面,特别是关键原材料领域,韩国和台湾都能把集成电路领域的硬骨头啃下来,小小一个光刻胶却不能自给自足,这又是为何?

根本原因在于,制造合格光刻胶的多重壁垒——技术壁垒、资金壁垒、客户壁垒。

1)技术壁垒

由于用于微米级甚至纳米级图形加工,产品需要严格控制质量,光刻胶及其专用化学品的化学结构特殊、品质要求高、微粒子及金属离子含量极低、生产工艺复杂,因此技术门槛不是一般的高。

例如在集成电路领域,其中有一项步骤是将光刻胶滴至硅晶圆的圆心上,通过高速转动硅晶圆,让圆心内的液体胶均匀涂覆在硅晶圆上。

这个过程中,硅晶圆上胶的厚度差值不能超过5nm(纳米),如此极限的差值自然需要对胶的调制有极细致的要求。

另外,光刻胶的品质,会影响对比度数值,对比度越高,形成图形的侧壁越陡峭,质量越好。

不同对比度下的光刻效果:

还有,光刻胶需要在分辨率、粘滞性黏度、敏感度、抗蚀性、表面张力、存储和传送等方面都有极细致的要求,具体数值精确至纳米级别,组成成分精确至分子,可见其难度之大。

光刻胶在集成电路的应用等级,分为普通宽普光刻胶、g 线(436nm)、i 线(365nm)、KrF(248nm)、 ArF(193nm)、F2(157nm),以及最先进的 EUV(<13.5nm)线水平。

等级越往上其极限分辨率越高,同一面积的硅晶圆布线密度就越大,性能越好。

目前全球仅有美国、日本的企业能够达到ArF及以上的技术水平,亚洲其他地区包括中国均无量产能力。

2)资金壁垒

光刻胶研发需要有配套的光刻机、掩膜板及其他工艺。

要知道,全球最先进的光刻机是EUV光刻机,国际上只有荷兰ASML公司可以制造,一台EUV光刻机价值1亿美元,且供不应求,制程相对较差的DUV光刻机其价格也在数千万美元。

虽然国内还达不到研究EUV、DUV光刻胶的研制能力,但想要研制更先进的光刻胶,那后续投入的资金规模将相当的大。

除了配套设备需要花钱,人才的聘请也需要大量的资金。这两样都有共同的特点,先进的光刻设备价钱极高、高端人才的薪资也非常高,但都是供不应求,市场稀缺的。

3)客户壁垒

当光刻胶达到要求的技术水平后,需要与下游客户联系,客户同意后要进行测试,这个检测、验证的过程一般长达2-3年,一旦合作,便会形成长期供应关系,有新的工艺技术便会联合研发,关系非常密切。

假如光刻胶成本占下游客户总体成本比重很大,那么为了追求效益,下游客户会较为积极主动要求测试,但光刻胶占总体成本比例很小,而下游客户安排测试的时间长达2-3年,在这么长时间内,需要安排人员跟踪、产线配合,验证成本太高。

且下游客户已与其现有供应商拥有良好的配合,双方合作多年,对方的工作流程、研发流程等都非常熟悉,贸然与一家新的供应商合作,双方则有许多地方需要重新磨合,影响工作效率。

最重要的是,光刻胶对最终产品品质有巨大的影响,如果不是特别的原因,使用原有供应商的产品,其品质基本能够得到保障。

因此,一般下游客户与原有供应商形成稳定的合作关系后,便会长期合作下去。

你看,光刻胶技术难度大,开发需要较大的资金成本、时间成本、人力成本;

且即便研发成功,下游客户需要经历长时间的认证及承担相应的成本,还要承担因胶水质量问题所产生一系列问题的后果;

而光刻胶成本又低,那么下游客户更换供应商的理由,可以说是很难下得了决心的。

因此一旦成为某一企业供应商,只要自身产品不出问题,且研发跟得上,基本上不用担心客户“变心”。

另一方面,追赶者如果产品停留在研发、测试阶段,后面就会面临着巨大的鸿沟差距。

因为光刻胶只有在应用过程中才能发现问题,解决问题,才能做到不断提升技术、工艺与产品水平,否则的话就会一直停留在实验室的状态,技术停滞不前。

这也是为什么,韩国及台湾地区在半导体领域及其他领域做到了世界顶尖水平,但却看不到其在关键高端原材料领域的身影。

其实,以他们所达到的技术水平,是完全有能力攻克的,但因为担心使用国内厂商的胶水而产生的品质问题及经济效益问题,早早的就主动放弃了在这方面的投入和关注。

而且他们天真的相信,在市场经济下,政府不会干预企业的运作,原材料的供给不可能受阻,因此也就不需要自己花费巨大精力去搞研发。

但事实终于证明,这只不过是资本主义市场的自我宣传和美化罢了。

从壁垒角度来看,原材料的研发和应用跟不上,中国这么庞大的产业转移之路终究会受制于人。

那么说白了,就是“伸出脖子等别人磨好刀”?

非也。

据联合国调查统计,我国拥有39个工业大类,191个中类,525个小类,是全世界唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家。

可以这么说,世界上的东西,几乎没有什么是中国不能造的,只不过质量高低、好坏的问题。

光刻胶也是一样的,中国在光刻胶领域属于低端产品,也有涉猎中端产品研发和生产,但国内的下游企业都不愿意使用,基本依靠进口。

但是自“毛衣战”以来,中国半导体产业及上下游已经达成一个共识——“能使用国产的,就尽量使用国产的”。

虽然这点没有在媒体公开宣传,但通过上市公司年报、以及国内企业被制裁后的反应所推测,这点在业内已基本成为了未公开的共识。

加之目前,国内光刻胶在技术上有所突破,下游厂商也积极安排检验及测试,随着测试的通过,与企业形成稳定合作,拥有稳定现金流后,配合国家大力支持,将不断向最前沿技术推进。

注:文章内容转自君临