从一件小事看半导体产业链的国产化

作者：深圳宁南山

本文转载自：宁南山（ID:ningnanshan2017）

目前半导体产业链国产化的情况进度如何，今天我们就从光刻胶出发简单的聊一聊，标题的一件小事其实就是光刻胶项目进展中的曲折。

半导体的国产化是一个系统性的工程，涉及到大量不同的生产设备和材料，光刻机无疑是我们最为关注的，但只是光刻机国产化了也是不够的，今天我们从国内某半导体生产材料公司的公告看一下目前半导体国产化的进度和难点。

光刻胶是芯片制造关键工艺光刻的必须产品，国内某负责光刻胶研发制造的公司，他们在2018年承接了国家02专项“ArF光刻胶开发和产业化项目”。

在2020年11月，该公司发布了一个向特定对象（非普通股民）发行股票预案，拟向特定对象发行股票的募集资金总额不超过6.35亿元（含本数），扣除发行费用后的净额将用于光刻胶项目、扩建2000吨/年三氟化氮生产装置项目和补充流动资金。

这个项目光刻胶的部分包括两个内容，

一个内容是先进光刻胶及高纯配套材料的开发和产业化：

建设内容为建立光刻胶配套高纯显影液的规模化生产线，包括合成、纯化、分析、灌装等工艺的配套生产装置及分析检测设备；

另外还将建设国内首个先进光刻胶分析测试中心，包含浸没式光刻机、涂胶显影一体机和 CD-SEM 等关键量测设备。

项目完全达产后，将建成光刻胶研发中心、先进光刻胶的分析测试中心，以及年产350吨的高纯显影液的生产线。

另一个内容是ArF光刻胶产品的开发和产业化：

建立包含高等级超净间在内的ArF光刻胶生产线，具备ArF光刻胶产品的生产能力；建立ArF光刻胶配套关键组分材料的生产能力，完善光刻胶原材料的供应。项目完全达产后，将建成年产5吨ArF干式光刻胶的生产线、年产20吨ArF浸没式光刻胶的生产线以及年产45吨的光刻胶配套高纯试剂的生产线。

2021年3月31日，该公司发布了关于向特定对象发行股票的审核问询函的回复称，并澄清本次募投光刻胶项目与“02专项”项目的主要区别在于：

一方面，在产品范围上，本次募投项目将开展光刻胶原材料的研发，并推动配套材料和显影液的研发和产业化，旨在实现ArF光刻胶上游材料的自主研发和生产，进一步确保国产ArF光刻胶全产业链的自主可控，是“02专项”的建设目标的拓展和延续；

另一方面，公司本募投项目主要内容在“02专项”所提出目标基础上继续深化，如“光刻胶检测评估平台”将在“02专项”项下“在国内建立首个ArF光刻胶产品的光刻评估测试中心”目标基础上引入更为先进的检测评估设备，强化中心的评估测试能力；

在前期“02专项”研发成果基础上进一步丰富产品种类、提升技术指标，修正评估体系等。

在2021年3月31日的公告中，该公司并称：

“公司ArF光刻胶产线建设正在稳步推进中，且已制成小批量用于客户验证的光刻胶成品，公司光刻胶项目所需的光刻车间已基本建成，本次募投项目所需的主要先进光刻设备，如ASML浸没式光刻机、CD-SEM（特征尺寸测量用扫描电子显微镜）、涂胶显影一体机等已经完成安装并投入使用。上述设备的分辨率达7nm节点要求，已具备了ArF光刻胶及配套材料开发和量产的基本条件。

公司正在有序购置剩余辅助设备，加快推动项目建设顺利落地。

2020年12月，公司自主研发的ArF光刻胶产品成功通过武汉新芯集成电路制造有限公司（长江存储之子公司）的使用认证，成为通过产品验证的第一只国产ArF光刻胶，标志着产业化取得了关键性的突破。

本次验证使用50nm闪存技术平台，在特征尺寸上，线制程工艺已经可以满足45nm-90nm光刻需求，孔制程工艺可满足65nm-90nm光刻需求，该工艺平台验证的光刻胶产品在业界具有较强的代表性和技术领先性，为项目最终目标实现奠定了坚实的基础。目前发行人光刻胶产品正在继续发往多个下游客户进行验证工作。”

注意在2021年3月该公司发的公告还是不错的，其中50nm闪存技术平台使用的光刻胶已经通过了验证，其他的多个客户也在验证中，就等到2021年年底项目建成和量产了。

而在一年后的2022年3月31日，该公司发布公告称ArF光刻胶项目延期一年：

“根据募集资金投资项目当前的实际建设进度，计划将该项目的建设完成期限由原计划2021年12月31日延长至2022年12月31日。公司将继续通过统筹协调全力推进，力争早日完成该项目建设。”

而在2022年7月4日该公司又发了一个公告，披露了“募投项目无法按照计划进度实施的风险”，称“目前产品验证进度仍然具有不确定性，无法排除前次募投光刻胶项目无法按计划进度实施的风险。”，也就是说今年底（2022年底）完成也是有风险的，那么这个国产化的难点究竟在哪里呢，

2022年7月的这个公告里面说：

1：以ArF光刻胶为代表的高端光刻胶领域长期被以日本合成橡胶、东京应化、信越化学、富士电子材料等为代表的国外巨头所垄断，目前进口原材料供应受到国际贸易影响，下游集成电路客户验证需求和验证标准都发生了变化；

且由于光刻胶（特别是 193nm ArF 及EUV 等高制程芯片用光刻胶）系研发和产业化难度极高的精细化学品，在分辨率（关键尺寸大小）、对比度（曝光区到非曝光区过渡的陡度）、敏感度（最小曝光量）、粘滞性（胶体厚度）、粘附性（黏着于衬底的强度）、抗蚀性（保持粘附性的能力）、表面张力、存储和传送方面都具有多元化且极高的要求，同时对树脂型聚合物、光引发剂、溶剂、活性稀释剂及其他助剂等原材料的要求也非常苛刻，光刻胶规格不符、质量不稳定会导致芯片产品良率的大幅下降，因此各晶圆厂对光刻胶大规模替换普遍持谨慎态度。

此外，新冠肺炎疫情也对公司前次募投光刻胶项目开展造成了较大影响，具体体现在为满足下游需求变化所进行的改进调试工作有所延缓、验证效率有所降低、委外检测实施困难以及设备保养维修难度增大等方面。若国内疫情继续出现大规模反复，进而导致防疫政策对人员流动及物流等频繁采取限制措施等情形，将对前次募投光刻胶项目实施带来不利影响。

2：拟产业化的193nm ArF光刻胶产品目前仍然需要经过较长时间的客户验证，才能达到可批量生产的相对成熟状态。且由于下游需求的差异性和复杂性，发行人目前送验的产品种类也无法完全覆盖下游不同客户的不同工艺、不同环节的用胶需求。

因此，即使发行人目前主打的ArF光刻胶细分产品种类产业化推进顺利，仍然面临来自进口企业及其他国产供应商的市场竞争压力。

目前，国内比较成熟的晶圆厂在验证国产光刻胶时大多采用“替代型验证”，即要求国产产品在光刻，刻蚀，OPC修正等性能方面同Fab厂现在使用的光刻胶能够完全匹配，高端制程误差要求在+/- 2nm 范围内，以满足其现有产线、工艺的要求，减少其调试成本。

同时，因使用芯片制程、用途不同，即便同为193nm ArF光刻胶，不同客户的不同产线、工艺等也会对参数要求大不相同，对应光刻胶产品的配方就会有所区别。

例如 LANs base 线条层由于线条宽窄、布线规模、线条间距等不同，对光刻胶的需求均不一样；

Hole 孔柱用光刻胶因孔型大小不同也对参数有特别规定；

Metal 金属布线层在Fab端从图片到出品，需要经过多遍以上全生产过程，每遍所要求的参数也有不同。

此外，存储芯片和逻辑芯片等不同芯片类型对光刻胶的验证要求也存在差异。

因此，公司 ArF 光刻胶产品除需要除针对不同客户需求开展产品验证外，又由于上述不同工艺、不同环节所产生的不同使用需求，即使针对同一客户也需要多款产品同时送验，并逐一进行单独验证，甚至需要多种产品组的综合验证通过后才会被采用。

因此，尽管在193nm ArF光刻胶领域公司目前具有一定的先发优势，但仍有在高端光刻胶领域相对其他国产供应商领先优势减小的风险。

此外，以ArF光刻胶为代表的高端光刻胶领域长期被以日本合成橡胶、东京应化、信越化学、富士电子材料等为代表的国外巨头垄断。由于光刻胶产品需要与下游客户进行较长时间的试产与磨合，下游客户对现有产品粘性较大，对新产品则需要进行较长时间的验证，以保障产品的应用兼容度、性能稳定性、杂质纯度等诸多方面达到或超过现有进口产品水平。

若未来国际贸易环境转暖，主要国家向我国出口的限制有所放松，高端光刻胶产品断供或限供风险减小，也可能产生下游客户对国产化替代需求变弱，进而对公司ArF光刻胶产品研发及产业化进程带来不利影响的风险。

3、因设备缺失无法保障部分产品量产的风险

缺陷检测设备主要用于光刻后图形的缺陷检测，系28nm及以下制程芯片用光刻胶制备所必需的检测设备。如颗粒，微桥连（micro bridging）等多种因素都会导致图形上存在缺陷，随着芯片制程的不断缩短和体积的不断缩小，在裸硅晶圆或镀膜监控晶圆上的将导致良率损失的颗粒缺陷往往更加难以判别。

缺陷检测系统可以及早发现缺陷问题，通过分析缺陷的形成原因，调整和改变光刻胶产品配方，达到减少和消除缺陷的目的。

公司目前正在建设的前次募投光刻胶项目相关产线已建设完毕，涵盖28-90nm 制程芯片使用的多款型号产品尚在下游客户验证过程中，公司将根据验证结果积极调整配方工艺，以生产满足客户生产需求的产品。但不排除部分量产所需设备进口渠道受阻，同时因国产设备供应商测试进度放缓等原因致使无替代设备可用的风险状况出现。随着公司光刻胶产品研发和验证工作的推进，关键设备的缺失将会给28nm 及以下制程芯片用光刻胶的产业化带来困难，进而影响整体募投项目实施进度。

好了，我们从以上的一系列公告，通过光刻胶这个关键的技术产品，就能够看出我国半导体国产化的进展情况和难度，从2018年就开始的02专项ArF光刻胶产业化，历时四年多的时间，到今年年底仍有无法完成的风险。

其难度之一是随着国际环境的变化，以至于原有的02专项设计的目标已经不适用了，导致公司需要募集资金把上游的光刻胶上游原材料和配套材料也国产化，实现自主可控。

其难度之二是光刻胶的用户粘性非常大，不同的产线，甚至同一条产线使用不同的工艺，使用的光刻胶都会不一样，这就意味着并不存在一个客户送样一种光刻胶进行验证即可，而是面临多种不同的产品在不同的产线，工艺上验证，自然验证时间长，而且该公司送检的产品还无法满足所有客户的要求，也就是说该公司目前送样验证的产品也只能完成部分种类ArF光刻胶的国产替代；

而同时国内晶圆厂在验证国产光刻胶时大多采用“替代型验证”，即要求国产产品在各种性能方面同Fab厂现在使用的光刻胶能够完全匹配，工厂之所以这样要求，是因为不想为了引入新参数的材料而重新对产线设备进行调试，这会提高工厂的成本。

其难度之三是随着美国加大了制裁，虽然光刻胶产线的生产设备已经购买完毕，但是关键的缺陷检测设备仍可能面临无法到货的风险，因此还在验证国产设备供应商的产品。

但尽管如此，我仍然觉得跟以前相比，国产半导体产业目前可以说处于历史上最好的时期，因为我觉得以前半导体国产化的最大难点是商业循环的建立，但这个问题已经被美国解决了。
什么是商业循环，就是产业链上每个链条都有足够的利益可以获取，从而有强大的驱动力去做事情，有极高的积极性去搞技术开发。
商业循环一旦建立了，就能够把每个人的积极性都调动起来，就能够形成强大的动力，以前美苏冷战的时候，苏联就没有解决好这个问题，虽然苏联有两亿多人口，但是生产和研发的自我积极性并没有真正的调动起来，其技术的进步主要还是依靠国家规划的军工项目和领导意志。

而同时期美国和西方已经建立起了良好的商业循环，不管是商业人才还是技术人才，搞创新，搞研发，搞创业能够在这个循环中获得巨大的利益，因此产生了巨大的动力。美国大量的精英可以从商业循环中获得好处，迸发出了巨大的创新力量，民用科技和产业的发展，又反过来为军事的发展提供了资金和技术，实现了良好的双轮驱动，这也预示了美苏冷战的结局。

我国改革开放后最大的成功就是建立起了商业循环，调动了广大人民的积极性，在很多产业政府只负责提供税收，基础设施，法律，国际关系，转移支付等公共服务，大量的民营企业能够通过自己的商业奋斗就能够赚到钱，动力十足，像华为，大疆，小米，比亚迪等公司都是其中的佼佼者，浙江省的中小民营企业大量的出口海外，获得了巨大的财富。

但是单纯的商业循环存在的问题是，它是基于利益最大化的，也就是说我采购国外公司的产品能获取商业上的最大利益，那各个公司自然会采购国外公司的产品，而不给国内供应商机会，除非你能够做到在收益上（例如更低的价格，更好的服务，更好的技术）能够达到甚至超过西方同行的水平，而国产要做到这一点，尤其是技术复杂的半导体行业，其实是需要和产业链上的各厂家联合创新的，芯片设计厂家，芯片制造厂家和芯片生产设备厂家，其实是相互成就的，不管是芯片设计厂家，还是芯片生产设备厂家，都会派驻工程师长期驻厂联合工作，这说明芯片各个环节的创新是互相关联的，如果都没有机会得到产业链的支持，获得产品导入和验证的机会，持续进步也无从谈起，更不要说领先了。

而美国从2018年开始的芯片制裁，极大的改变了这个商业循环的利益最大化情况，那就是这个商业循环中的中国公司，继续采购美系芯片，软件和设备不再能够让自己利益最大化了，因为会有让自己不能扩产，减产甚至关门的风险，因此开始纷纷采购和扶持国产芯片，设备，软件和材料厂家，使得原本没有机会的国产公司，纷纷得到了机会加入了国内需要芯片的各行业的商业大循环，并且逐渐壮大。
解决了国产芯片，设备，软件和材料的商业循环入口问题，其实最大的问题就解决了，因为即使你做出来的东西一开始并不太完善，或者技术上比较低端，一样能够获取进入商业循环的机会，而如果做的越好，从这个商业循环中获取的利益越大，从而实现逐步的国产替代。

这几年半导体产业链的国产化程度是在不断提高的，现在也在不断进步，这个商业循环会推动着国产化率不断提高。

从光刻胶的例子就可以看出来，该公司的公告甚至把制裁放松作为风险项在公告中列出来，称“若未来国际贸易环境转暖，主要国家向我国出口的限制有所放松，高端光刻胶产品断供或限供风险减小，也可能产生下游客户对国产化替代需求变弱，进而对公司ArF光刻胶产品研发及产业化进程带来不利影响的风险。”，

而该公司除了在研发光刻胶之外，目前半导体（芯片，LED）使用的电子特气是该公司的主要收入来源，公司2022年1-9月实现营业收入12.59亿元，同比增长77.64%，归属于上市公司股东的净利润为2.11亿元，同比增长70.33%，这样的业绩其实和国产化浪潮是有很大关联的。

而另一方面，美国对生产设备出口的管制，让该公司也在验证国产的光刻胶缺陷检测设备供应商，而如果没有美国加大管制，可能该公司也不一定会给国产设备机会，因为它有如期完成ArF光刻胶项目量产的压力，如果购买美系设备就能完成，那肯定会优先买技术先进成熟的产品。

而不仅如此，我们也可以看到，中国由于有庞大的体量和资本，因此即使在ArF光刻胶这个规模比较小的赛道上，也有多家国内公司在研发，因此该公司尽管认为自己的ArF光刻胶进度上领先，但也在公告中承认有“相对其他国产供应商领先优势减小的风险”。

另外值得注意的是，我们也要感谢02专项的提前布局，使得该公司的ArF光刻胶产业化项目从2018年就开始了，这意味着我国到现在已经在该项目上攻关了四年多的时间，有了相当程度的积累，正是有了这样的提前布局，为半导体产业链的国产化确定了种子选手，同时也赢得了一些时间，而美国的不断扩大制裁，在加大了国产化的技术难度的同时，却又帮助我们解决了商业循环的问题，避免了专项研发出来的产品通过验收后就进入技术储备状态，无法在商业市场中大量实际应用，而这在以前是非常难解决的一个问题。

今天的文章是我对半导体产业链国产化的一些想法，我们不要低估高科技产业化的难度，它有极高的技术门槛，需要长期的经验积累和学习，还会受到各种因素的阻碍，如果很容易那就不叫高科技，不叫核心技术了，就会很容易被世界各国掌握了，而是具有很高的门槛，像本文提到的光刻胶项目，就因为各种原因出现了一年的延期，而且还可能继续延期，

但我们也不需要悲观，不缺钱，不缺市场，商业循环有利可图，多家不同的公司攻关，全行业集体推动国产化，最终一定会有解决的时候，即使一开始做出来的东西有差距，也能在商业循环中逐渐成长，还能获取金钱收益。

其实如果看半导体行业其他领域国产化的各种信息，其实也会得出同样的结论。

以上是我对半导体产业国产化的一些想法。

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