近日,在芯片领域又有不好的消息传出来,日本、荷兰已与美国达成协议,同意限制向中国出口制造先进半导体所需的相关设备。
看来我国芯片被卡脖子的情况,又蒙上了一层阴影。
荷兰阿斯麦公司,想必大家都听说过,尤其是它家最强的EUV极紫外光光刻机,是全球唯一一家能够供应7纳米及以下芯片制程的光刻机,属于独霸全球的地位。
那隔壁的日本呢?千万不要以为日本的半导体产业落寞了,就在美国大举封杀中国半导体产业的同时,中国从日本市场获取了不少半导体设备。
日本芯片材料
半导体产业链是非常庞大的系统,主要有原材料、半导体设备、IC设计、晶圆制造、封装测试等细分领域。
其中,半导体设备方面,欧美日占据大部分市场份额;IC设计方面,美韩欧位居产业链顶端。
而晶圆制造方面,中国台湾的台积电占据半壁江山;封测领域方面,中国大陆、中国台湾及美国都排名前列。
很多人不了解的是,在半导体原材料领域,日本是当之无愧的强国,拥有旭化成、揖斐电、昭和电工、信越化学、富士胶片、住友化学、JSR等一大批实力强劲的半导体材料企业。
说到材料,就不得不提到一种叫做光刻胶的东西,它是一种在紫外光等光照或辐射下,溶解度会发生变化的薄膜材料。
在光刻机工作的时候,首先将光刻胶涂在硅片上形成一层薄膜,通过一系列复杂的曝光装置进行曝光后,光线会被投射到光刻胶上。
此时曝光区域的光刻胶,会发生化学变化,在随后的化学显影过程中被去除,最后掩模的图案就被转移到了光刻胶膜上。
随后通过一系列的工艺加工后,光刻胶上的图案就被转移到下层的薄膜上,再经过多次迭代以及多种物理过程,便产生集成电路。
举个形象的比喻:如果说光刻机是推动制程技术进步的“引擎”,那么光刻胶就是这部引擎的“燃料”。
就算引擎再好,如果燃料里面杂质太多,引擎也转得不快。正因如此,就算有最牛的极紫外光EUV光刻机,如果没有好的光刻胶辅助,最终芯片的光刻精度还是不行。
毫不夸张的说,光刻胶对集成电路的性能、成品率以及可靠性,起到了非常大的影响。
按照曝光波长分类,光刻胶可分为 UV: i/g型光刻胶,波长大于300nm;DUV: KrF型光刻胶,波长248nm, 和ArF型光刻胶,波长193nm;以及最新的极紫外: EUV光刻胶,波长进一步降低至28纳米以下。
从整体业态来看,目前全球光刻胶市场高度集中,日美把控着绝大部分市场份额。
其中日本的JSR、东京应化、信越化学及富士胶片四家企业占据了全球70%以上的市场份额,垄断地位稳固,尤其在高端EUV市场高度垄断,拥有绝对的话语权。
国内光刻胶方面,目前仅实现了KrF光刻胶的量产。
而且ArF光刻胶产品,仍处于下游客户验证阶段并未形成实际量产产能,而最高端的EUV光刻胶的技术储备,非常惨烈,还处于近乎空白的地步。
日本光刻胶发展史
那么日本光刻胶,是如何发展到如今垄断地步的?
光刻胶的发展,是伴随着光刻机的。换句话说,只有光刻机先被发明出来,光刻胶才会像画龙点睛一般的,给芯片的精度带来不少的提高。
虽然美国在上个世纪60年代就开始捣鼓光刻机了,也拥有GCA、Ultratech和P&E三大光刻巨头,几乎垄断了全世界的市场。
但是后来却被一个卖照相机的日企打败,没错,这个日企就是尼康,至于为什么会失败?其实原因也很简单,虽然这些巨头实力非常强大,但核心镜头还是采购别人的。
而尼康本来就是做照相机的,镜头技术那必然是炉火炖青,自给自足完全没有问题。
再加上自己对技术上的工匠精神,各项功能都追求极致,最终顺理成章地开始蚕食美国的市场份额。至于后来阿斯麦的崛起,那是后话了。
反正日本光刻机无敌后,就开始捣鼓光刻胶,也涌现出了一批光刻胶企业。
比如在1995年,东京应化率先研发出KrF光刻胶并实现大规模商业化,标志着光刻胶正式进入日本厂商的霸主时代。
2011年,JSR与SEMATECH更是联合开发出EUV光刻胶,已经站上了金字塔的顶端。
光刻胶看似简单,其实是需要大量资金投入和产业配合的,需要反复实验和工业化制备。即使工艺向前进几微米,那也需要跨越非常大的鸿沟。
日本正是凭借着多年在光刻胶上专利积累、技术跟行业经验,才可以在全球光刻胶市场上屹立不倒,并占据了领先地位。
说个数据吧,全球光刻胶第一大技术来源国为日本,专利申请量占全球光刻胶专利总申请量的46%;美国则以25%的申请量位列第二;中国则以7%的申请量排在韩国之后。
其他国家想要日本的光刻胶,不好意思,价格他说了算。关系好还行,关系不好,那就只能慢慢等。
结尾
2021年,中国进口芯片共花费4326亿美元,远远大于石油的进口额。
对于美国而言,芯片是自己为数不多的还能牟取暴利的商品了,肯定是不能轻易放弃的。所以老美才会强烈要求荷兰、日本对中国禁售光刻机以及相关设备。
这次看来,在芯片领域,日本掌控原料,荷兰掌控设备,就是要对我们搞双杀式围剿。
虽然目前国内光刻胶整体产业链都比较薄弱,供应链整合能力不强,核心原材料的国产化率也不高,但国内光刻胶企业们并没有放弃,而是一直在精益求精。
以目前南大光电、徐州博康、上海新阳、北京科华等光刻胶企业的进度来看,KrF光刻胶有望成为光刻胶国产替代的下一个主战场。
一旦KrF光刻胶被攻克后,前面还有ArF和EUV光刻胶两座大山,虽然道路还很长,但面对国外的封锁跟打压,现在留给我们的就只有一条路。
那就是丢掉幻想准备战斗,能把老美逼到这份上,说明我们路径方向是对的,后面就是力度和机遇的问题了,所以芯片国产化之路任重而道远。