日本斷供光刻膠？中國國產替代有多難

中國台灣停產，馬來西亞「封國」，全球範圍內的「缺芯潮」愈演愈烈，正當國內晶圓代工廠準備大幹一場的時候，外媒卻突然曝出日本斷供光刻膠的消息。

不明所以的吃瓜羣眾在網上四處發問：「又被卡脖子了？」

是的，我們不得不接受一個殘酷的現實：中國大陸不僅造不出光刻機，也造不出光刻膠。

都在説國產替代，可你知道這條路究竟有多難嗎？

封鎖：一勞永逸的降維打擊

在價格不變的情況下，每隔18-24個月，集成電路上的晶體管數量會翻一倍，性能同步提升一倍。

過去半個多世紀，摩爾定律成了半導體產業中一條人為約定的鐵律，而其有效性的延續也依賴眾多技術的支撐，其中最為關鍵的就是耗時最長、難度最大的光刻工藝。

製造一塊晶片往往要對硅片進行數十次光刻，除了用到光刻機，還要添加光刻膠，否則光刻機難為無米之炊，這是一種高頻剛需的材料。

ASML在1999年便開始研製EUV光刻機，但直到2016年才正式推出量產型EUV光刻機NXE3400B，眾多複雜因素的共振造就瞭如此長的研發周期，而其中一個重要的原因就是遲遲沒能找到匹配的光刻膠。

EUV技術理論上能夠實現1nm製程，但台積電的5nm工藝目前幾乎已經是晶片製程的極限了，在很大程度上也是受制於光刻膠。

反過來看，光刻膠需要和光刻機進行交互協同，以此來檢測性能的好壞，沒有光刻機，無以談光刻膠。

上世紀七十年代，全球半導體重心向日本傾斜的同時，IBM在光刻膠領域的地位不斷下滑，話語權逐步掌握在JSR等日企手中，一個重要的原因就是日本光刻機產業的崛起。ASML之前，尼康和佳能曾統治世界光刻機市場，直接提攜了東京應化和JSR等光刻膠公司。

同時期的中國儘管也已經開始了光刻膠的研製，但技術剪刀差卻在隨後的幾十年持續發散。歸根結底，是心有餘而力不足。

冷戰時期，西方世界成立了一個叫「巴黎統籌委員會」的組織，對社會主義國家進行技術禁運，中國是被重點針對的對象。「巴統」解散後，《瓦森納協議》補位，提出N-2的審批原則，即：輸入中國的任何技術，都比西方國家晚至少2個世代。

目前世界上最先進的EUV光刻機只有荷蘭的ASML能生產，在美國的控制下，中芯國際雖然在幾年前就下了訂單，但至今都拿不到貨，更別提國內的光刻膠公司了。

沒有先進的光刻機也就造不出先進的光刻膠，按照工藝的先進程度，光刻膠依次分為g線、i線、KrF、ArF、EUV五種，日本此次擬對中國大陸斷供的是KrF光刻膠，這也是目前國內能夠大規模量產的最先進的一種，但自給率也才不過5%，ArF、EUV則完全依賴進口。

為了研製光刻膠，以晶瑞股份和上海新陽為代表的本土企業選擇在二手市場上淘換行將淘汰的光刻機。去年晶瑞股份費盡周折花1102.5萬美元從SK海力士那裏買了一台二手ArF光刻機，入廠那天，公司還專門搞了一個歡迎儀式，但查詢資料後才發現，這款產自ASML的光刻機早在2007年就已經量產，可研發的光刻膠的最高分辨率為28nm。

目前世界上最先進的製程已經進入7nm以內，而上海微電子今年才計劃交付首台國產28nm的immersion光刻機，不過這已經是國產最高水平了。在2021年數博會上，中國工程院院士吳漢明無奈的説到：「一台EUV光刻機包含10萬個零部件，覆蓋全球超過5000家供應商，它是全球化的結晶，指望一個國家做出來是不現實的。」

弦外之音是，只要西方的封鎖不解除，中國大陸的光刻機與世界最先進水平或將繼續維持代際差，而光刻膠也是同樣的命運。

聯盟：領跑者的圈子文化

今年4月12日，拜登手持晶圓出席在美國召開的「半導體和供應鏈韌性」峯會，牽頭64家企業組建半導體聯盟，主題只有一個：壓制中國半導體產業的發展。

日本則表現出了其一貫的「政治正確」，自民黨於21日成立「推進半導體戰略議員聯盟」，表示將推進與美國的合作，共建供應鏈。

但這一切似乎顯得很多餘，因為企業界早就這麼幹了，光刻膠寡頭們也廣泛參與其中。

IMEC是全球半導體產業的指標性研發機構，擁有全球先進的晶片研發技術和工藝，與美國的Intel和IBM並稱為全球微電子領域「3I」。該機構和英特爾、三星、ISMC、高通、ARM等全球半導體產業鏈巨頭合作密切，而日本的光刻膠企業也和這家權威機構有着千絲萬縷的關係。

早在2013年，富士膠片便與IMEC合作開發新型光刻膠技術。2017年，JSR又和IEMC在比利時共同成立了EUV光刻膠製備和認證中心，對外宣稱是為了確保EUV光刻膠的認證和質量控制，實際上是將規則制定權握在自己手中。

2020年，由JSR「牽線」，SK海力士、三星、英特爾、台積電等企業均參與了Inpria（EUV光刻膠先驅）的C輪融資。根據最新的消息，台積電將攜手約20家日本半導體企業在日本設立晶片研發中心，其中就包括了要對中國大陸斷供光刻膠的信越化學。

更加諷刺的是，信越化學一邊對中國大陸宣稱產能不足，一邊卻不惜砸重金在中國台灣建設工廠以配合台積電等企業擴產。

一塊半導體晶片在製造過程中需要進行幾十道光刻過程，由於基板不同、分辨率要求不同、蝕刻方式不同，哪怕類似的光刻過程，不同廠商也會提出不同要求。

差異化需求在反饋機制的無限重複下得到滿足，光刻膠供應鏈的認證周期甚至能達到2-3年的時間，結果就是晶圓廠一旦與光刻膠供應商建立合作關係就不會輕易更換。再者，半導體用光刻膠的市場規模總共不足20億美元，極低的產業天花板從根本上決定了後發企業的入口將會快速收縮，最終變得異常狹窄。

產業聯盟的建立在行業先天壁壘的基礎上平添了人為障礙，領跑者的圈子文化強化了供應鏈的馬太效應，後來者一步落後，步步跟不上，這一問題在客户粘性極高、認證壁壘極高的光刻膠領域被無限放大。

根據拓璞產業研究院此前公佈的數據，在全球晶圓代工行業，台積電目前以55.6%的市場佔有率穩居榜首，中芯國際雖排名第五，但市佔率僅為4.3%。按照目前的代工格局，即便實現國產替代，留給國內光刻膠企業的生存空間也極其有限。

專利：後發者的「詛咒」

在OLED屏幕領域，三星率先掌握了像素排列方式中顯示效果最佳的「鑽石排列」工藝，並申請了獨家專利，京東方只能退而求其次，採用顯示細膩度較差的「周冬雨排列」；曾被寄予厚望的國內激光雷達領軍者禾賽科技在和Velodyne的專利大戰中敗北，最終除了支付1.6億元的的一次性和解費和專利許可費，還被要求按每年銷售額的一定比例「上貢」，一直持續到2030年。

專利，是先行者的福音，也是後來人的「詛咒」。國產光刻膠企業想要實現突破，還必須穿透強大的專利壁壘。

目前全球光刻膠研製專利主要分佈在日本和美國，合計佔比高達82%，其中日本佔到了63%，美國為19%。截止到2019年，「光刻膠」相關專利的前10位申請人中有7名來自日本，這和日本在全球光刻膠市場中的地位高度契合（JSR株式會社、東京應化、信越化學、富士電子四家日企佔到全球半導體光刻膠72%的份額）。

當中國本土企業還在ArF領域攻堅的時候，日本巨頭們已經對目前最先進的EUV光刻膠完成了佔領，專利申請數量的變化就是最直接的證據。1998年—2013年，EUV光刻膠每年的全球專利申請量不斷攀升，意味着該技術在不斷進步，而在2013年之後，專利申請量斷崖式下滑，表明這一技術已經成熟和固化。

日本在EUV光刻膠專利申請量的前十位中同樣佔據了七席，數量佔比高達90%，排名第一的富士膠片更是手握422件的天量專利，而無一家中國企業進入前十的殘酷現實，基本宣佈了這項先進的技術和中國無緣。

截止到2020年末，作為國內光刻膠龍頭的晶瑞股份及下屬子公司總共擁有72項專利，其中發明專利45項，差距一目瞭然。

複雜的工藝和定製化的特點決定了後發者難以對光刻膠進行逆向分析和仿製，如何在規避現有專利限制的情況下實現技術貫通是擺在中國光刻膠企業面前一道難解的題。

2019年7月1日，日本經濟產業省宣佈對韓國進行出口管制，其中就包括限制向韓國出口光刻膠。憤怒的韓國政府暗下決心要打破日本的封鎖，但在2020年，韓國從日本進口的光刻膠不降反增，金額達到3.83億美元，按年增長了22.3%。

中國亦是如此，光刻膠的國產化還有很長的一段路要走，西方政府的封鎖，產業聯盟的排斥，專利壁壘的阻擋，形成了一個密不透風的包圍圈。

正面突圍，我們需要理想主義。