国产光刻胶成功突破，粉碎日本垄断梦

近日，半导体领域迎来重磅消息，南大光电的ArF光刻胶取得突破，国产光刻胶终于来了！

南大光电光刻胶突破

早在5月30日，南大光电就已经发布公告称，公司自主研发的ArF光刻胶产品通过客户认证，具备55nm工艺要求。

7月2日，有报道称，南大光电的ArF光刻胶产品目前已经拿到了小批量订单。

这都在表明，国产光刻胶终于不再受制于人，而是实现国产化了。

芯片在制造过程中，除了硅这种主要材料之外，一些辅助材料也至关重要，其中有一种名为光刻胶的材料，在芯片制造过程中必不可少，然而，这个材料却长期被日本垄断，中国也在这方面一直被卡脖子。

而最近传出的一个消息，对我国半导体的发展非常不利，日本对中国供应的光刻胶出现了“断供”的现象。美国召开G7峰会后，日本宣布光刻胶断供中国，日本信越化学等光刻胶企业开始限制供应ArF光刻胶产品。

断供光刻胶，对半导体行业的人而言并不陌生，2019年日韩贸易冲突白热化，日本就断供了光刻胶，导致当时全球最大的芯片厂商三星陷入了困境之中。

虽然韩国积极向日本低头求和并开展自救，但芯片生产依然受到巨大影响，间接推动了2020年的芯片短缺。

巧妇难为无米之炊，没有了光刻胶，对于中国的晶圆厂而言是巨大的打击，芯片生产将被迫停止！

好在，光刻胶的国产化进程并不慢，日企断供短短半年时间，南大光电就已经将国产光刻胶投入市场中了。

南大光电，成立于2000年12月，是以南京大学国家863计划研究成果作为技术支持的中国高纯金属有机化合物MO源的产业化基地。

1986年，863计划启动，在高济宇院士的支持和指导下，学者孙祥祯牵头进行MO源的技术攻关。MO源是一种禁运物资，更是生产化合物半导体的源头材料，对我国国防安全、高 科技 民族工业有重要意义。

历经重重困难，孙祥祯带领的课题组终于研制出了纯度大于5.5N的多个品种的MO源，全面向国内近20家研究单位供货，缓解了我国对MO源的急求。

这项工艺不仅促进了国防工业的发展，更为国内化合物半导体材料的发展奠定了原始的基础。

孙祥祯退休后，带领年轻人创立了南大光电，注册资本3770万元，生产拥有自主知识产权的高纯金属有机化合物，是国内唯一实现MO源产业化的企业，公司的技术主要来源便是南京大学863计划中的项目。

公司主要产品有三甲基镓，三甲基铟，三甲基铝，二茂镁等十几种MO源，在产品的合成、纯化、分析、封装、储运及安全 *** 作等方面已达到国际先进水平，产品远销日本、韩国、欧洲市场，并占有大陆70%的市场份额。

作为国内唯一将半导体光学原材料实现量产的企业，南大光电对于光刻胶可以说十分熟悉，也是最有可能突破光刻胶技术的企业。

中国半导体在崛起

光刻胶到底是做什么用的呢？

芯片生产过程中，需要用光学材料将数以万计的电路刻在小小的7nm的芯片上，而这种辅助的光学材料，就是光刻胶。

在光刻胶领域，材料主要分为四种，分别为g线、i线、KrF、ArF光刻胶，半导体工艺越高，光刻机的精度越高，照射的光线频率越高，波长越短。

光刻胶的分辨率会随着光线频率的改变而不断变化，基本的演进路线是：g线（436nm） i线（365nm） KrF（248nm） ArF（193nm） F2（157nm） EUV（

其中，ArF光刻胶的制造难度是最高的，这也是14nm/7nm芯片制造过程中不可或缺的原材料。

芯片的工艺也分等级，平板电脑、 汽车 芯片等工艺水平并不高，这各等级的芯片中国已经实现了从光刻机到芯片的完全自主化生产。真正困难的在于7nm的芯片，也就是华为遭到断供的手机芯片。

这种工艺的手机芯片，不仅需要荷兰ASML先进的EVU光刻机来生产，更需要高端的光刻胶作为辅助材料，以及大量的芯片原材料，才能成功生产出华为手机所需要的芯片。

光刻机被美国和荷兰的公司垄断，现在EVU光刻机对中国处于断供状态，中芯国际花了12亿购买的EVU光刻机至今仍未到货；

芯片原材料，虽然国内已有部分原材料实现自主生产，但是硅片、光掩模、电子特气、抛光材料、溅射靶材、光刻胶以及湿电子化学品这其中原材料完全依赖进口。

在全球光刻胶市场，日本东京应化，JSR，住友化学，信越化学等企业，掌握了全球半导体光刻胶市场的90%左右份额，几乎是垄断的状态。

方正证券的报告显示，中国大陆企业在全球光刻胶领域占有率不到13%，在半导体光刻胶领域更是不足5%，完全被日本卡了脖子！

但是，进入2021年以后，中国半导体行业国产化的趋势越来越强！

首先是光刻机领域，上海微电子已经实现28nm光刻机的量产，预计2022年可以交付，这款光刻机的性能与荷兰ASML的DVU光刻机相似，可以生产14nm制程工艺的芯片。

另外，美国虽然断供了最先进的EVU光刻机，但是制程工艺相对较低的DVU光刻机却没有断供，而荷兰ASML也明确表态过，EVU光刻机也可以用于7nm工艺芯片，英特尔的10nm工艺、台积电第一个7nm芯片，都是用DVU光刻机实现。

这意味着，2022年，现有的光刻机技术或许能够提前量产华为所需的7nm芯片，打破美国封锁。

而生产7nm工艺芯片所需要的ArF光刻胶，在7月2日就已经有国外企业向南大光电订购了，这意味着半导体光刻胶原材料也实现了自主化。

另外，南大光电，容大感光、上海新阳等国内企业，也在持续研发高端光刻胶，争取在现有技术上进一步突破，追上日本的光刻胶技术。

剩下的6种完全依赖进口的原材料，国内的企业肯定也已经发现了商机，正在朝着国产化转变；最关键的两项技术突破后，中国实现手机芯片国产化的日子也就不远了。

空谈误国、实干兴邦，中国的半导体行业，正在默默地奋力追赶，一如这次南大光电突然给市场来个惊喜一样，未来还将会看到更多的一鸣惊人的突破。

中国半导体，正在以惊人的速度崛起！

作者 | 金莱

中国拥有41个工业大类、207个工业中类、666个工业小类，是联合国认证的在全世界范围内唯一拥有完整工业门类的国家。

但是就是这样一个拥有全产业链的国家为什么还会被光刻机卡住脖子呢？

光刻机的原理

尽管光刻机的原理网上一搜到处都是，但这里我们试图用一些通俗易懂的概念来讲解光刻机的大致原理。

光刻机的主要用途是用来制造芯片。往往芯片的大小就如同人的指甲，就是在这小小的指甲片上集成着数十亿个元器件，说起来你的指甲片上附着的细菌都没这么多。

那么如此多的元器件是怎样集成在这么小的地方上的呢？一般来说，我们要制造某种东西都是先将组成这种东西的零件制造出来然后拼接起来，但对于芯片来说，世界上还没有能够将芯片上的元器件单独制造出来的工具，所以只能从整体出发。

芯片制造简单流程

光刻机正是沿用整体思路，但是要在这么小的地方“刻”出数十亿个元器件传统的方法肯定行不通，总不能用刀刻，用水洗出来元器件吧，所以“刻”出元器件的工具也非同寻常那就是“光”。以过去颇为流行的胶卷相机为例，胶片是黑色的而且不能见光，见光就会变白变得没什么用了，研制光刻机的工程师们也找到了遇到光线就很容易溶解的胶片，这种特殊胶片就是光刻胶。

举个例子，如果我们想在芯片上刻上去一个正方形，那么我们就用正方形的光线去照射涂抹光刻胶的芯片，光刻胶溶解的同时也会连带下面的硅层溶解，这样在经过后期的一些处理芯片上就会出现刻出来的正方形。而正常的光刻是数十亿个元器件一同进行的。

光刻示意图

但还有一个问题是这些芯片上的元器件不可能都是像方形、圆形这样的简单图形，总不能为此制造不同光线的发射器吧，光刻机的工程们又想到的了投影仪的原理，或者是中国古代传统的皮影戏，只要制作出了“剪影”，然后将“剪影”用光线投射到硅片上就可以了。

光刻机领域被卡在哪里？

中国被光刻机卡脖子这句话其实有些片面，我们并非不能制造出光刻机。

中国的上海微电子装备有限公司是世界上少数可以制造光刻机的公司，根据最新的消息，该公司已经成功研制出28nm制程的光刻机。

那么，光刻机既然能被制造出来那么它又被卡在哪里了呢?

总体来说，光刻机的镜头、光源、掩膜台等方方面面都受到一定的制约，但这不能全部归咎于中国产业链全而不强，因为世界经济贸易呈现全球化的特点，即使是光刻机的制造龙头荷兰的ASML，也是从全世界采购光刻机元件，最后进行组装。

荷兰ASML公司

而中国由于受到高科技设备进口的限制无法购买制造光刻机的高端器件，所以生产的光刻机大部分只能成为“备胎”或低端芯片的生产设备，大陆最大的芯片代工公司中芯也不得不花费数亿美元进口ASML，而且时不时面临延迟交货、断供的风险。

光刻机内部结构图

这里，我们以光刻机的配套材料光刻胶谈谈卡脖子问题。

美国的两个小弟，日本与韩国早就互看不顺眼，所以经济实力比较强的日本对韩国发动了经济制裁，禁止出口有关半导体的生产材料，虽然进出口名单中并不包含光刻胶，但显然也是制裁韩国的利器之一，原因无它，日本在光刻胶的生产上占据垄断地位，约占全世界80%的光刻胶份额。

世界光刻胶份额

光刻胶大致分为正光刻胶和负光刻胶，大致的成分多是以脂类的感光物质以及其他溶剂。光刻胶对于光刻机的重要性就如同胶片对于胶片相机，光刻胶质量不合格，就算是1nm制程的光刻机也不会有生产力。

光刻胶的制造难点不在于它的化学成分是什么，这些很多资料上都有，最重要的还是制造光刻胶的工艺流程，比如说制造出来的光刻胶其金属残留浓度要极低而这做到这一点不仅需要大量资金的投入还要不同学科科研人员以及工程师们共同的努力配合。

当然，中国也是可以制造光刻胶的，但是主要是应用在低端产业的（主要应用于印刷电路板），而半导体光刻胶（代表光刻胶最先进水平）、面板光刻胶在国内基本没什么份额，见下图。

国内光刻胶分布

目前，中国的光刻胶正在向LCD光刻胶即面板光刻胶发力，一些企业也逐渐采用国产化光刻胶，目前的国产化率虽然不高，约为10%但份额仍在有序上升，而半导体光刻胶国内正在进行攻关，一些半导体光刻胶如KrF光刻胶已经通过国内验证。

国产化光刻胶之路仍然路途迢迢，但是胜利的希望在不断扩大。

对于光刻机领域的常见误解

由于光刻机对于普通人就是高大上的存在，所以对于光刻机有很多的误解。

误解一：有了光刻机就能制造芯片。

这是很常见的误解之一。实际上，光刻机也只是制造芯片流程的一部分，或者说主要工具之一，其他的等离子刻蚀机、离子注入机、晶圆划片机等设备也是制造芯片缺一不可的设备。

除此之外制造工艺也是和设备等同重要的，如果制造工艺不合格不仅芯片生产不出来甚至还会导致设备损坏，就像台积电尽管设备是自己的，但使用了美国的技术依旧无法为华为代工，另外设备的维护也需要专业人员 *** 作。

芯片生产过程

很遗憾的是，除了少数设备我们追平了国际先进水平，其他的仍然有一定差距，光刻机只不过是被推出来反思的工具而已。当然，光刻机的确是最重要的设备，而国外对我们的封锁也主要在这里。

误解二：关于光刻机的称呼问题

网络上包括一些新闻媒体用 xx 纳米光刻机来指代光刻机能制造什么级别的芯片，其实这是不严谨的说法，准确的说法应该是光刻机的xx纳米制程，或者xx纳米制程光刻机，这也体现了上面说的工艺流程的重要性。

光刻芯片

实际上，根本没有所谓的什么14nm光刻机、5nm光刻机，我们看到的也只是xx纳米的工艺研发成功而并非光刻机。

近日，南大光电发布公告称，其承担的国家02专项ArF光刻胶项目取得重大进展，并且通过了专家组验收。目前已建成年产25吨的ArF光刻胶产业基地，可用于90nm-14nm，甚至7nm技术节点的集成电路制造工艺。

众所周知，光刻胶是芯片制造不可或缺的重要原料，是光刻机进行硅膜片曝光、设计图案印章的核心材料。ArF 光刻胶材料主要应用于高端芯片制造，目前我国在ArF、KrF光刻胶领域中的市场占比较少，全球大多数的光刻胶市场都被美国、日本垄断。

对于国产半导体行业来说，南大光电7纳米光刻胶的交付，具有十分重要的意义，一方面能够缓解我们在半导体领域中，特别是芯片代工领域中，被芯片原料卡脖子的难题；另一方面有助于加快我们在芯片代工领域中实现自给化目标的脚步。

需要注意的是，有关 7 纳米 ArF 光刻胶的应用，南大光电目前只是小规模投产，与之相关的生产线正在构建当中。在公告中，南大光电也表示，ArF 光刻胶的复杂性决定了其在稳定量产阶段仍然存在工艺上的诸多风险，不仅需要技术攻关，还需要在应用中进行工艺的改进、完善。

但不管怎么说，这次南大光电完成7纳米光刻胶的验证，对于自身，对于国产半导体行业来说是一件好事情。至少可以保证我们不会在光刻胶领域中被国外彻底卡住，相信只要坚持下去，假以时日，一切难题都会迎刃而解。

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