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黑天鵝之下的國產光刻膠市場:替換提速 任重道遠

【TechWeb】2020年注定是不平凡的一年——貿易爭端、全球性新冠疫情,不可否認,世界格局正在悄然發生著變化。14年前,托馬斯·弗里德曼在他的《世界是平的》一書中表示,科技和通信領域的進步正大大加速著全球化,“世界正被抹平”。世界正如他預言的那樣,全世界的人們空前地彼此接近,半導體產業鏈的存在就對經濟全球化最好的解釋,但同時也放大了蝴蝶效應,好處和壞處都在被放大,包括新冠疫情。

近期弗里德曼再次表示,新冠疫情將徹底改變這個世界:對人類來說,最難掌控的事情之一就是指數的力量——一種持續不斷地成倍增長的力量,就像大流行病一樣。這場疫情過后的世界沒有人能夠預料,現在的美國和歐洲就好比兩三個月前的武漢,以目前全球防控現狀來看,全世界都在被卷進這個巨浪之中,中國人艱難而又幸運,早早沖過了浪頭。

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“在這場危機結束之前,我們的政治文化可能就會改變。”最先感受到這股巨浪的是半導體廠商。全球規模體量最大的引發劑供應商,位于意大利倫巴第大區的 IGM(艾堅蒙)公司已早早停工。在“武無第二”的半導體行業,這種突發性事件帶來的影響往往是全產業鏈性的,任何一個環節打噴嚏整個產業鏈就要感冒。

在這場疫情爆發之前,整個中國都在一種卷起袖子加油干的情緒之中,根據 SEMI 統計,2017-2020 年全球約有 63 座晶圓廠新建,其中約有 26 座晶圓廠位于中國大陸。新冠之前,這塊土地上正在出現一股建廠大潮之中。

沒有人能想到,2020 年的新年會是以這種方式打開,新冠肺炎疫情就像一只黑天鵝,打亂了我們每一個人的生活。在塔勒布看來,黑天鵝事件具備 三個典型的特征:稀有性、極大地沖擊性和事后(而不是事前)可預測性

新冠肺炎病毒屬于冠狀病毒家族,與非典型肺炎病毒 一樣,屬于 7 種可以感染人的冠狀病毒之一。據統計,發生這類黑天鵝事件的概率只有4%,在塔勒布的歸類里面,新冠疫情屬于不太黑的黑天鵝,病毒雖然傳播性強,卻氣數有時盡,不至于瓦解軍心,跟08年金融危機的手足無措無措比起來,疫情在積極防控之下總會過去。從疫情實際情況來看,武漢的實際管理人口約為 1400 萬, 按照每天 800 萬人次的公共交通計算,相當于平均每人兩天乘坐一次市內公共交通。即便假設感染者每一次出門傳染 1 個二代患者,那么在不采取任何措施的情況下,平均兩天感染者的數量就會翻一倍。這和疫情初期的防疫數據是相吻合的,說明人類有能力預測并戰勝這場災難。如果說疫情是一頭野獸,它最終會被關進籠子里。

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這就像經濟周期中的一個爆炸點,在它出現的時候對全社會影響非常巨大,但是在加強管制之后不會再有了,經濟還是會迅速恢復,疫情期間被壓制的消費欲也會在“解封”之后迅速反彈,回顧當年日本大地震和美國911事件,在兩個季度以后的經濟增速就恢復了正常。

這場疫情帶給人們心中的恐懼褪去之后,穿著防塵服的工作人員還是會走進產線,在芯片工廠的黃光區,會再次散發出來濃烈的化學品味道,繼而看到的是操作工的凈化服上沾滿顏色,這就是半導體產業鏈的上游。

如果要問半導體制造中最昂貴的化學品是什么,光刻膠、抗反射涂層(ARC)和聚酰亞胺(polymide)是當之無愧的前三名。的確,在成本效益地位愈發突出的今天,挑選到價廉物美的光刻膠是光刻工程師的一項重要技術活。

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光刻膠又稱光致抗蝕劑,是光刻工藝的關鍵化學品,主要利用光化學反應將所需要的微細圖形從掩模版轉移到待加工基片上。在目前比較主流的半導體制造工藝中,一般需要40步以上獨立的光刻步驟,貫穿了半導體制造的整個流程,光刻工藝的先進程度決定了半導體制造工藝的先進程度。

如果說光刻是半導體工業的核心動力,那么光刻膠就是啟動這臺機器的引燃劑。

光刻膠經過幾十年不斷的發展和進步,應用領域不斷擴大,衍生出非常多的種類,按照應用領域,光刻膠可以劃分為印刷電路板(PCB)用光刻膠、液晶顯示(LCD)用光刻膠、半導體用光刻膠和其他用途光刻膠。其中,PCB光刻膠技術壁壘相對其他兩類較低,而半導體光刻膠代表著光刻膠技術最先進水平。

目前,全球前五大光刻膠廠商占據全球市場約 87%的市場份額。其中,日廠占大,美廠占小,半導體光刻膠國產化還暫時處在一個有心無力的階段,想必各位對去年的斷供事件記憶猶新,其一是美國斷了中國的芯片,其二就是日本斷了韓國的光刻膠,即使是三星這樣的大廠,面對日本的斷供依舊束手無策。

日本的光刻膠行業在全球屬于龍頭領跑的狀態,日本 JSR、東京應化、日本信越與富士電子材料市占率合計達到 72%。其中,在高端半導體光刻膠市場上,全球的 EUV 和 ArF i 光刻膠主要是 JSR、陶氏和信越化學等供應商,占有份額最大的是 JSR、信越化學,TOK 也有研發。

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每家的競爭優勢有所不同,以下是一些簡單介紹:

1) JSR:全球最大的,技術是最領先的,客戶服務的對象主要傾向于三大家:Intel、三星和臺積電。JSR 以技術引領整個光刻膠技術發展。產品跨度非常大,從現有的 I-line、KrF、ArF、ArF i、EUV光刻膠,都有產品。下游行業也不僅限于 IC,如封裝行業、其他的行業。

2) TOK:專注于做光刻膠及配套試劑,目前在行業里 G、I 線,KrF 和 ArF 都有些市場份額,但是在高端技術上落后于 JSR、陶氏和信越化學。

3) 陶氏:光刻膠事業部已經并到杜邦,光刻膠只是杜邦的一種產品。客戶是 Intel、 IBM 體系,在美國和新加坡、中國臺灣地區的占有率高,但在大陸市場占有率不是很高。在低端的 6 寸市場的份額較大。

4) 富士電子材料在主流的 IC 的份額不是很大,其實是在 OLED,包括平板顯示部分的市占份額很大。

5) 信越化學也是跟 JSR、陶氏一樣,都是大化工企業,不光供應光刻膠,也供應 Wafer,供應其他這些材料,主要產品包括 KrF、ArF,ArF immersion 光刻膠,EUV 也在開發。

光刻膠的國產化一直是半導體從業人員的夢想,為了掙錢也為了國家。實現了國產化之后,能防止“卡脖子”也能掙大錢。在整個科技商業大潮中,新冠疫情始終無法要了全球科技大企的命——疫情總會過去,隔離也總會結束,全球的商業工廠都將學會如何與疫情相處。

抗擊新冠疫情是目前全球的主旋律,短短的一截RNA核算鏈打了全球60億一個響亮的耳光,當然此前還有黑死病、埃博拉、非典等等。不用多說,在新聞里也可以看到疫情有多嚴重,同時還有各國人民在社交媒體上罵來罵去,但是等這場疫情過去,大家看到的真相依舊是:日本人和美國人占據著全球七成以上的光刻膠市場。為什么?原因很簡單,人家的產品質量高、品控嚴、產線成熟,在一條成熟的產業鏈上,很難說服廠家用一個初出茅廬的產品替代去背叛已經建立好的產線和合作伙伴,這放在任何人身上都是荒謬的——除非供不上貨。在文章開頭我就說了,中國人這次是幸運的,疫情來得早過去的也早,至少換來了一個產品試用的機會。其實早在去年六月,這場光刻膠替代加速的戰役已經開始了,在今年的2月和3月,股市已經有過兩次比較明顯的波動,股市就像經濟的晴雨表,看懂了股市也就看懂了世界,其中A股光刻膠指數漲幅一度達到8.14%,要是從2019年8月份算起,漲幅達到了221%,這是近期《福布斯》雜志上的一段評論:電子化學品國產化,目前看來已經是大勢所趨,有前期基本面支撐,二級市場投資者也愿意買單,光刻膠的短中期市場表現需留意PCB等中低端產品的國產替代進程,長期則是能否與國內半導體芯片產業深度捆綁,突破技術壁壘擴大產能。

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光刻膠向來是中國芯片國產化的一道大坎。根據中國產業信息網數據顯示,我國 PCB光刻膠產值占比為94.4%, 而 LCD 和半導體用光刻膠產值占比分別僅為 2.7%和 1.6%。在高端EUV光刻膠市場,中國產業依舊是剛入局的小白,盡管難度很高,中國還是開始了國產替代計劃。2014年,國家集成電路產業投資基金成立,首期募集資金規模達1387億元。近期在國家大基金二期扶持產業發展時,國家開始加大對光刻膠企業的扶持,共募資3387億,目標是要打造一個完整的半導體生態。

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簡而言之,國內下游半導體企業全都采用國產的上游設備、材料、軟件系統,從而構建一個研發生態,形成配套效應,下游提出需要,上游快速跟進研發;上游研發新技術,下游快速適用。

目前我國半導體光刻膠生產和研發企業主要有五家,分別為蘇州瑞紅(晶瑞股份子公司)、北京科華、南大光電、容大感光、上海新陽。

1)蘇州瑞紅:于 1993 年開始生產光刻膠,承擔了國家重大科技項目 02 專項“i 線光刻膠產品開發及產業化”項目,目前 i 線光刻膠量產,KrF 光刻膠處于研發過程。

2) 北京科華:6 寸的 G 線、I 線市場份額較高;8 寸、12 寸里面 I-line、KrF 都有突破,目前份額較小;ArF干法光刻膠已經處于研發及客戶認證階段。

3) 晶瑞股份:子公司瑞紅在光刻膠領域深耕多年,率先實現了 i 線光刻膠的量產,可以實現 0.35μm 的分辨率。目前光刻膠產品已有幾家 6 寸客戶使用,2018 年進入中芯國際天津工廠 8 寸線測試并獲批量使用;公司未來重點發展 248nm,將著力發展相關業務。

4) 南大光電:于 2017 年開始研發“193nm 光刻膠項目”,并承擔“ArF 光刻膠產品的開發和產業化”02 專項項目。公司已在寧波經濟開發區建設 25 噸 KrF 光刻膠生產線,預計三年達產銷售。

5)上海新陽:在已立項研發用于邏輯與模擬芯片 ArF 光刻膠基礎上,增加用于存儲器芯片的半導體厚膜光刻膠(KrF)的研發立項;

6)容大感光:公司原規劃于2018年年底建成1000噸的光刻膠生產線,但直至2019年底仍未實現。

2019年12月,容大感光對外表示,已經建立了基本的光刻膠研發、測試平臺。未來將會進一步加大對研發的投入,擴大平板顯示、發光二極管(LED)、集成電路芯片領域光刻膠的生產產能,實現公司大亞灣工廠千噸級TFT、OLED、mini-LED、micro-LED、IC用光刻膠產品的量產。

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任何事物都需一分為二地看待,疫情給全球人民帶來了災難,也給部分國產企業帶來的商機,至于能跑多快,能追多遠,也需要看各企業的自家修為。對于廣大投資散戶來說,現在光刻膠或許不失為一個入局的好時機,國產化替代這是短期內勢在必行的事情,況且國家大基金扶持也明顯向光刻膠傾斜。然而股市有風險,不建議盲目入局,股神巴菲特曾說過不要在股市投入超過個人財富總額的6%,我對這句話的理解是,即使賠到一無所有,6%不會對個人生活產生重大影響。財富不可一日擁有,國家也不可能一日強盛,每個半導體人都應該記得:日、美加起來擁有光刻膠七成以上的市場,在科技水平方面,甩了中國好幾條街,中國人需要在實業上努力。

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