原創： 深圳寧南山
來源：寧南山
目前半導體產業鏈國產化的情況進度如何，今天我們就從光刻膠出發簡單的聊一聊，標題的一件小事其實就是光刻膠項目進展中的曲折。半導體的國產化是一個系統性的工程，涉及到大量不同的生產設備和材料，光刻機無疑是我們最為關注的，但只是光刻機國產化了也是不夠的，今天我們從國內某半導體生產材料公司的公告看一下目前半導體國產化的進度和難點。光刻膠是芯片制造關鍵工藝光刻的必須產品，國內某負責光刻膠研發制造的公司，他們在2018年承接了國家02專項“ArF光刻膠開發和產業化項目”。在2020年11月，該公司發布了一個向特定對象（非普通股民）發行股票預案，擬向特定對象發行股票的募集資金總額不超過6.35億元（含本數），扣除發行費用后的凈額將用于光刻膠項目、擴建2000噸/年三氟化氮生產裝置項目和補充流動資金。
一個內容是先進光刻膠及高純配套材料的開發和產業化：建設內容為建立光刻膠配套高純顯影液的規模化生產線，包括合成、純化、分析、灌裝等工藝的配套生產裝置及分析檢測設備；另外還將建設國內首個先進光刻膠分析測試中心，包含浸沒式光刻機、涂膠顯影一體機和CD-SEM等關鍵量測設備。項目完全達產后，將建成光刻膠研發中心、先進光刻膠的分析測試中心，以及年產350噸的高純顯影液的生產線。建立包含高等級超凈間在內的ArF光刻膠生產線，具備ArF光刻膠產品的生產能力；建立ArF光刻膠配套關鍵組分材料的生產能力，完善光刻膠原材料的供應。項目完全達產后，將建成年產5噸ArF干式光刻膠的生產線、年產20噸ArF浸沒式光刻膠的生產線以及年產45噸的光刻膠配套高純試劑的生產線。2021年3月31日，該公司發布了關于向特定對象發行股票的審核問詢函的回復稱，并澄清本次募投光刻膠項目與“02專項”項目的主要區別在于：一方面，在產品范圍上，本次募投項目將開展光刻膠原材料的研發，并推動配套材料和顯影液的研發和產業化，旨在實現ArF光刻膠上游材料的自主研發和生產，進一步確保國產ArF光刻膠全產業鏈的自主可控，是“02專項”的建設目標的拓展和延續；另一方面，公司本募投項目主要內容在“02專項”所提出目標基礎上繼續深化，如“光刻膠檢測評估平臺”將在“02專項”項下“在國內建立首個ArF光刻膠產品的光刻評估測試中心”目標基礎上引入更為先進的檢測評估設備，強化中心的評估測試能力；在前期“02專項”研發成果基礎上進一步豐富產品種類、提升技術指標，修正評估體系等。“公司ArF光刻膠產線建設正在穩步推進中，且已制成小批量用于客戶驗證的光刻膠成品，公司光刻膠項目所需的光刻車間已基本建成，本次募投項目所需的主要先進光刻設備，如ASML浸沒式光刻機、CD-SEM（特征尺寸測量用掃描電子顯微鏡）、涂膠顯影一體機等已經完成安裝并投入使用。上述設備的分辨率達7nm節點要求，已具備了ArF光刻膠及配套材料開發和量產的基本條件。公司正在有序購置剩余輔助設備，加快推動項目建設順利落地。2020年12月，公司自主研發的ArF光刻膠產品成功通過武漢新芯集成電路制造有限公司（長江存儲之子公司）的使用認證，成為通過產品驗證的第一只國產ArF光刻膠，標志著產業化取得了關鍵性的突破。本次驗證使用50nm閃存技術平臺，在特征尺寸上，線制程工藝已經可以滿足45nm-90nm光刻需求，孔制程工藝可滿足65nm-90nm光刻需求，該工藝平臺驗證的光刻膠產品在業界具有較強的代表性和技術領先性，為項目最終目標實現奠定了堅實的基礎。目前發行人光刻膠產品正在繼續發往多個下游客戶進行驗證工作。”注意在2021年3月該公司發的公告還是不錯的，其中50nm閃存技術平臺使用的光刻膠已經通過了驗證，其他的多個客戶也在驗證中，就等到2021年年底項目建成和量產了。而在一年后的2022年3月31日，該公司發布公告稱ArF光刻膠項目延期一年：“根據募集資金投資項目當前的實際建設進度，計劃將該項目的建設完成期限由原計劃2021年12月31日延長至2022年12月31日。公司將繼續通過統籌協調全力推進，力爭早日完成該項目建設。”而在2022年7月4日該公司又發了一個公告，披露了“募投項目無法按照計劃進度實施的風險”，稱“目前產品驗證進度仍然具有不確定性，無法排除前次募投光刻膠項目無法按計劃進度實施的風險。”，也就是說今年底（2022年底）完成也是有風險的，那么這個國產化的難點究竟在哪里呢，1：以ArF光刻膠為代表的高端光刻膠領域長期被以日本合成橡膠、東京應化、信越化學、富士電子材料等為代表的國外巨頭所壟斷，目前進口原材料供應受到國際貿易影響，下游集成電路客戶驗證需求和驗證標準都發生了變化；且由于光刻膠（特別是193nm ArF及EUV等高制程芯片用光刻膠）系研發和產業化難度極高的精細化學品，在分辨率（關鍵尺寸大小）、對比度（曝光區到非曝光區過渡的陡度）、敏感度（最小曝光量）、粘滯性（膠體厚度）、粘附性（黏著于襯底的強度）、抗蝕性（保持粘附性的能力）、表面張力、存儲和傳送方面都具有多元化且極高的要求，同時對樹脂型聚合物、光引發劑、溶劑、活性稀釋劑及其他助劑等原材料的要求也非常苛刻，光刻膠規格不符、質量不穩定會導致芯片產品良率的大幅下降，因此各晶圓廠對光刻膠大規模替換普遍持謹慎態度。此外，新冠肺炎疫情也對公司前次募投光刻膠項目開展造成了較大影響，具體體現在為滿足下游需求變化所進行的改進調試工作有所延緩、驗證效率有所降低、委外檢測實施困難以及設備保養維修難度增大等方面。若國內疫情繼續出現大規模反復，進而導致防疫政策對人員流動及物流等頻繁采取限制措施等情形，將對前次募投光刻膠項目實施帶來不利影響。2：擬產業化的193nm ArF光刻膠產品目前仍然需要經過較長時間的客戶驗證，才能達到可批量生產的相對成熟狀態。且由于下游需求的差異性和復雜性，發行人目前送驗的產品種類也無法完全覆蓋下游不同客戶的不同工藝、不同環節的用膠需求。因此，即使發行人目前主打的ArF光刻膠細分產品種類產業化推進順利，仍然面臨來自進口企業及其他國產供應商的市場競爭壓力。目前，國內比較成熟的晶圓廠在驗證國產光刻膠時大多采用“替代型驗證”，即要求國產產品在光刻，刻蝕，OPC修正等性能方面同Fab廠現在使用的光刻膠能夠完全匹配，高端制程誤差要求在+/- 2nm范圍內，以滿足其現有產線、工藝的要求，減少其調試成本。同時，因使用芯片制程、用途不同，即便同為193nm ArF光刻膠，不同客戶的不同產線、工藝等也會對參數要求大不相同，對應光刻膠產品的配方就會有所區別。例如LANs base線條層由于線條寬窄、布線規模、線條間距等不同，對光刻膠的需求均不一樣；Hole孔柱用光刻膠因孔型大小不同也對參數有特別規定；Metal金屬布線層在Fab端從圖片到出品，需要經過多遍以上全生產過程，每遍所要求的參數也有不同。此外，存儲芯片和邏輯芯片等不同芯片類型對光刻膠的驗證要求也存在差異。因此，公司ArF光刻膠產品除需要除針對不同客戶需求開展產品驗證外，又由于上述不同工藝、不同環節所產生的不同使用需求，即使針對同一客戶也需要多款產品同時送驗，并逐一進行單獨驗證，甚至需要多種產品組的綜合驗證通過后才會被采用。因此，盡管在193nm ArF光刻膠領域公司目前具有一定的先發優勢，但仍有在高端光刻膠領域相對其他國產供應商領先優勢減小的風險。此外，以ArF光刻膠為代表的高端光刻膠領域長期被以日本合成橡膠、東京應化、信越化學、富士電子材料等為代表的國外巨頭壟斷。由于光刻膠產品需要與下游客戶進行較長時間的試產與磨合，下游客戶對現有產品粘性較大，對新產品則需要進行較長時間的驗證，以保障產品的應用兼容度、性能穩定性、雜質純度等諸多方面達到或超過現有進口產品水平。若未來國際貿易環境轉暖，主要國家向我國出口的限制有所放松，高端光刻膠產品斷供或限供風險減小，也可能產生下游客戶對國產化替代需求變弱，進而對公司ArF光刻膠產品研發及產業化進程帶來不利影響的風險。缺陷檢測設備主要用于光刻后圖形的缺陷檢測，系28nm及以下制程芯片用光刻膠制備所必需的檢測設備。如顆粒，微橋連（micro bridging）等多種因素都會導致圖形上存在缺陷，隨著芯片制程的不斷縮短和體積的不斷縮小，在裸硅晶圓或鍍膜監控晶圓上的將導致良率損失的顆粒缺陷往往更加難以判別。缺陷檢測系統可以及早發現缺陷問題，通過分析缺陷的形成原因，調整和改變光刻膠產品配方，達到減少和消除缺陷的目的。公司目前正在建設的前次募投光刻膠項目相關產線已建設完畢，涵蓋28-90nm制程芯片使用的多款型號產品尚在下游客戶驗證過程中，公司將根據驗證結果積極調整配方工藝，以生產滿足客戶生產需求的產品。但不排除部分量產所需設備進口渠道受阻，同時因國產設備供應商測試進度放緩等原因致使無替代設備可用的風險狀況出現。隨著公司光刻膠產品研發和驗證工作的推進，關鍵設備的缺失將會給28nm及以下制程芯片用光刻膠的產業化帶來困難，進而影響整體募投項目實施進度。好了，我們從以上的一系列公告，通過光刻膠這個關鍵的技術產品，就能夠看出我國半導體國產化的進展情況和難度，從2018年就開始的02專項ArF光刻膠產業化，歷時四年多的時間，到今年年底仍有無法完成的風險。其難度之一是隨著國際環境的變化，以至于原有的02專項設計的目標已經不適用了，導致公司需要募集資金把上游的光刻膠上游原材料和配套材料也國產化，實現自主可控。其難度之二是光刻膠的用戶粘性非常大，不同的產線，甚至同一條產線使用不同的工藝，使用的光刻膠都會不一樣，這就意味著并不存在一個客戶送樣一種光刻膠進行驗證即可，而是面臨多種不同的產品在不同的產線，工藝上驗證，自然驗證時間長，而且該公司送檢的產品還無法滿足所有客戶的要求，也就是說該公司目前送樣驗證的產品也只能完成部分種類ArF光刻膠的國產替代；而同時國內晶圓廠在驗證國產光刻膠時大多采用“替代型驗證”，即要求國產產品在各種性能方面同Fab廠現在使用的光刻膠能夠完全匹配，工廠之所以這樣要求，是因為不想為了引入新參數的材料而重新對產線設備進行調試，這會提高工廠的成本。其難度之三是隨著美國加大了制裁，雖然光刻膠產線的生產設備已經購買完畢，但是關鍵的缺陷檢測設備仍可能面臨無法到貨的風險，因此還在驗證國產設備供應商的產品。但盡管如此，我仍然覺得跟以前相比，國產半導體產業目前可以說處于歷史上最好的時期，因為我覺得以前半導體國產化的最大難點是商業循環的建立，但這個問題已經被美國解決了。
什么是商業循環，就是產業鏈上每個鏈條都有足夠的利益可以獲取，從而有強大的驅動力去做事情，有極高的積極性去搞技術開發。
商業循環一旦建立了，就能夠把每個人的積極性都調動起來，就能夠形成強大的動力，以前美蘇冷戰的時候，蘇聯就沒有解決好這個問題，雖然蘇聯有兩億多人口，但是生產和研發的自我積極性并沒有真正的調動起來，其技術的進步主要還是依靠國家規劃的軍工項目和領導意志。而同時期美國和西方已經建立起了良好的商業循環，不管是商業人才還是技術人才，搞創新，搞研發，搞創業能夠在這個循環中獲得巨大的利益，因此產生了巨大的動力。美國大量的精英可以從商業循環中獲得好處，迸發出了巨大的創新力量，民用科技和產業的發展，又反過來為軍事的發展提供了資金和技術，實現了良好的雙輪驅動，這也預示了美蘇冷戰的結局。
我國改革開放后最大的成功就是建立起了商業循環，調動了廣大人民的積極性，在很多產業政府只負責提供稅收，基礎設施，法律，國際關系，轉移支付等公共服務，大量的民營企業能夠通過自己的商業奮斗就能夠賺到錢，動力十足，像華為，大疆，小米，比亞迪等公司都是其中的佼佼者，浙江省的中小民營企業大量的出口海外，獲得了巨大的財富。
但是單純的商業循環存在的問題是，它是基于利益最大化的，也就是說我采購國外公司的產品能獲取商業上的最大利益，那各個公司自然會采購國外公司的產品，而不給國內供應商機會，除非你能夠做到在收益上（例如更低的價格，更好的服務，更好的技術）能夠達到甚至超過西方同行的水平，而國產要做到這一點，尤其是技術復雜的半導體行業，其實是需要和產業鏈上的各廠家聯合創新的，芯片設計廠家，芯片制造廠家和芯片生產設備廠家，其實是相互成就的，不管是芯片設計廠家，還是芯片生產設備廠家，都會派駐工程師長期駐廠聯合工作，這說明芯片各個環節的創新是互相關聯的，如果都沒有機會得到產業鏈的支持，獲得產品導入和驗證的機會，持續進步也無從談起，更不要說領先了。
而美國從2018年開始的芯片制裁，極大的改變了這個商業循環的利益最大化情況，那就是這個商業循環中的中國公司，繼續采購美系芯片，軟件和設備不再能夠讓自己利益最大化了，因為會有讓自己不能擴產，減產甚至關門的風險，因此開始紛紛采購和扶持國產芯片，設備，軟件和材料廠家，使得原本沒有機會的國產公司，紛紛得到了機會加入了國內需要芯片的各行業的商業大循環，并且逐漸壯大。
解決了國產芯片，設備，軟件和材料的商業循環入口問題，其實最大的問題就解決了，因為即使你做出來的東西一開始并不太完善，或者技術上比較低端，一樣能夠獲取進入商業循環的機會，而如果做的越好，從這個商業循環中獲取的利益越大，從而實現逐步的國產替代。
這幾年半導體產業鏈的國產化程度是在不斷提高的，現在也在不斷進步，這個商業循環會推動著國產化率不斷提高。從光刻膠的例子就可以看出來，該公司的公告甚至把制裁放松作為風險項在公告中列出來，稱“若未來國際貿易環境轉暖，主要國家向我國出口的限制有所放松，高端光刻膠產品斷供或限供風險減小，也可能產生下游客戶對國產化替代需求變弱，進而對公司ArF光刻膠產品研發及產業化進程帶來不利影響的風險。”，而該公司除了在研發光刻膠之外，目前半導體（芯片，LED）使用的電子特氣是該公司的主要收入來源，公司2022年1-9月實現營業收入12.59億元，同比增長77.64%，歸屬于上市公司股東的凈利潤為2.11億元，同比增長70.33%，這樣的業績其實和國產化浪潮是有很大關聯的。而另一方面，美國對生產設備出口的管制，讓該公司也在驗證國產的光刻膠缺陷檢測設備供應商，而如果沒有美國加大管制，可能該公司也不一定會給國產設備機會，因為它有如期完成ArF光刻膠項目量產的壓力，如果購買美系設備就能完成，那肯定會優先買技術先進成熟的產品。而不僅如此，我們也可以看到，中國由于有龐大的體量和資本，因此即使在ArF光刻膠這個規模比較小的賽道上，也有多家國內公司在研發，因此該公司盡管認為自己的ArF光刻膠進度上領先，但也在公告中承認有“相對其他國產供應商領先優勢減小的風險”。另外值得注意的是，我們也要感謝02專項的提前布局，使得該公司的ArF光刻膠產業化項目從2018年就開始了，這意味著我國到現在已經在該項目上攻關了四年多的時間，有了相當程度的積累，正是有了這樣的提前布局，為半導體產業鏈的國產化確定了種子選手，同時也贏得了一些時間，而美國的不斷擴大制裁，在加大了國產化的技術難度的同時，卻又幫助我們解決了商業循環的問題，避免了專項研發出來的產品通過驗收后就進入技術儲備狀態，無法在商業市場中大量實際應用，而這在以前是非常難解決的一個問題。今天的文章是我對半導體產業鏈國產化的一些想法，我們不要低估高科技產業化的難度，它有極高的技術門檻，需要長期的經驗積累和學習，還會受到各種因素的阻礙，如果很容易那就不叫高科技，不叫核心技術了，就會很容易被世界各國掌握了，而是具有很高的門檻，像本文提到的光刻膠項目，就因為各種原因出現了一年的延期，而且還可能繼續延期，但我們也不需要悲觀，不缺錢，不缺市場，商業循環有利可圖，多家不同的公司攻關，全行業集體推動國產化，最終一定會有解決的時候，即使一開始做出來的東西有差距，也能在商業循環中逐漸成長，還能獲取金錢收益。其實如果看半導體行業其他領域國產化的各種信息，其實也會得出同樣的結論。
