目前，高端集成電路材料的核心技術掌握在歐美日等外國企業手中，不少集成電路制造用到的關鍵材料已經和半導體制造設備、EDA軟件一樣，成為我國發展自主半導體產業“卡脖子”的關鍵領域。即便強大如韓國三星電子，在2019年7月日韓貿易戰期間，被日本限制光刻膠、氟化聚酰亞胺和高純度氟化氫等關鍵原材料對韓國的出口后，脖子也是被卡得一點辦法沒有。
以光刻膠為例，與配套試劑在晶圓制造材料中合計占比約12%，為第4大晶圓制造材料，決定了半導體圖形工藝的精密程度和良率，其質量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關鍵因素。但高端光刻膠生產工藝復雜，技術壁壘較高，長年被美日企業壟斷，目前日本的日本合成橡膠（JSR）、東京應化、信越化學及富士電子材料四家企業就占據了全球70%以上的市場份額，行業集中度較高。除日本廠商以外，其他光刻膠廠商主要包括陶氏杜邦（光刻膠業務現分拆至新杜邦）和東進世美肯。
尤其是ArF、KrF光刻膠以及未來用于EUV工藝的高端光刻膠，對我國集成電路發展具有重要意義。當前半導體行業需求不斷增長，國內增速顯著高于海外，但全球的 EUV 和 ArF 光刻膠主要由 JSR、陶氏和信越化學等供應商，應當盡早實現該領域的國產化，否則未來將付出更大的代價。
一條購置光刻機的消息，就是一個漲停
1月19日晚間，國產光刻膠廠商晶瑞股份發布公告稱，公司經多方協商、積極運作，順利購得ASMLXT 1900 Gi型ArF浸入式（DUV）光刻機一臺，并于當日運抵蘇州，搬入公司高端光刻膠研發實驗室。下一步，公司將積極組織相關資源，盡快完成設備的安裝調試工作。
據悉，晶瑞股份是在2020年9月28日的第二屆董事會第二十八會議上，審議通過的《關于購買設備的議案》。公司為開展集成電路制造用高端光刻膠研發項目，擬通過Singtest Technology PTE. LTD.進口韓國SK海力士（Hynix）的二手ASML光刻機設備。在披露購置光刻機消息后，公司股價在9月29日早盤高開后強勢拉升至漲停，收盤漲幅達19.99%。
“浸沒式光刻機是高端光刻膠研發的關鍵設備，盡管投入巨大，晶瑞股份還是下定決心購買。”對于購置該光刻機，晶瑞股份董事長吳天舒在現場講話中介紹，為解決集成電路制造領域關鍵材料“卡脖子”問題，加速高端ArF光刻膠研發，建立研發平臺，公司后續還將購置其他相關輔助設備，并盡早完成設備的安裝調試，投入使用。
千萬美元買設備只是個開始
從現場照片來看，ASML XT 1900 Gi光刻機搬入場時，還動用了氣墊車，其重要性可想而知。
晶瑞股份購置這臺光刻機花了多少錢？根據2020年9月29日披露的報告，這臺ASML XT 1900 Gi型ArF浸入式光刻機價值1102.5萬美元（折合7508萬人民幣），可用于研發最高分辨率達28nm的高端光刻膠。
還有業內人士分析道，1000多萬美元只能買個光刻機主機，還要購置涂布顯影機、缺陷檢驗設備、膜厚檢測機臺等一系列相關輔助設備，還要建設潔凈室……ArF光刻膠研發要大幾億元的投入。
“在中國集成電路產業不斷發展壯大、制程不斷提升的情況下，晶瑞股份布局ArF光刻膠，既是擔當也是挑戰。”晶瑞股份表示，盡管中國集成電路產業整體實力顯著提升，但受制于我國光刻膠技術發展水平，目前適用于6英寸硅片的g線、i線光刻膠的自給率約為10%，適用于8英寸硅片的KrF光刻膠的自給率不足5%，而用于12寸硅片的ArF光刻膠基本依靠進口，光刻膠國產化依然任重道遠。
各檔次光刻膠的用途和成分
據介紹，隨著芯片跨入納米級，半導體光刻膠的波長也在不斷縮短，已經由紫外寬譜逐步發展到g線（436nm）、i線（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、ArF Immersion 浸潤式，以及最先進的EUV（<13.5nm）線水平。光刻膠波長越短，研發難度越大，適應工藝越先進，EUV光刻膠、ArF光刻膠、KrF光刻膠均為高端光刻膠產品。
光刻膠主要組分分為樹脂、感光劑、溶劑及表面活性劑等添加劑。溶劑主要使光刻膠各組分分散其中，使光刻膠具備流動性，當前半導體和面板光刻膠所用溶劑主要為PGMEA（丙二醇甲醚醋酸酯，亦簡稱PMA）；樹脂與感光劑搭配使用，是光刻膠發揮感光作用的主要功能組分，不同類型的光刻膠其樹脂和感光劑的成分有很大差別，依感光波長由長到短主要為酚醛樹脂-重氮萘醌體系（g線/i線）、對羥基苯乙烯-光致產酸劑體系（KrF）、丙烯酸酯-光致產酸劑體系（ArF）、分子玻璃或金屬氧化物體系（EUV）。其他添加劑包括表面活性劑、穩定劑等。
各類光刻膠中雖然各組分含量存在差異，但樹脂含量一般在20%以下，總體來適用波長越短的光刻膠，其樹脂含量越低，溶劑含量越高：g線/i線膠的樹脂含量在10-20%左右，KrF膠樹脂含量在10%以下，ArF膠及EUV光刻膠的樹脂含量通常在5%以下。
光刻膠的另一重要組分即為感光劑，g線/i線膠及面板膠會使用包括DNQ（重氮萘醌）在內的光引發劑作為感光劑，而基于化學放大法的現代半導體光刻膠（KrF、ArF、EUV）均使用光致產酸劑作為主要的感光組分。
除樹脂和感光劑外，溶劑和其他添加劑如流平劑、表面活性劑等，主要作用為使光刻膠形成均勻分散的溶液體系，其中各品種光刻膠所用溶劑絕大多數為丙二醇甲醚乙酸酯，海外簡稱PGMEA，國內又簡稱PMA。
ArF光刻膠市占最大
半導體光刻膠持續增長，國產廠商持續發力。伴隨著全球半導體行業的快速發展，全球半導體光刻膠市場持續增長。據SEMI，2018年全球半導體光刻膠市場規模20.29億美元，同比增長15.83%。其中，中國、美洲、亞太、 歐洲、日本分別占比32%、21%、20%、9%、9%。
目前從全球來看，KrF和ArF的市場份額最大，EUV光刻膠目前國內還未開始涉及。分產品來看，ArF/液浸ArF對應先進集成電路工藝，市場份額占比最高，達到41%，但KrF膠和i線/g線膠仍舊有可觀的市場規模。未來隨著多重曝光技術的使用，ArF光刻膠市場需求持續擴大。
從各品種半導體光刻膠的下游分布中可以看出，g線/i線膠目前主要用于功率半導體和傳感器領域，而KrF膠的應用以存儲芯片為主，ArF則主要用于邏輯芯片和高端存儲芯片的制造。從市場地域分布來看，光刻膠市場分布與全球晶圓制造產能分布較為一致，中國臺灣地區、韓國、北美、中國大陸、日本占據主要市場。
日企在高端光刻膠市場具有極強控制力
從競爭格局角度，全球光刻膠市場基本掌控在日本企業手中，全品類半導體光刻膠中日本廠商占據了70%的市場份額。分品類來看，日本廠商在ArF、KrF、g線/i線膠市場中市占率分別為93%、80%、61%，其在高端市場中展現出極強的控制力。
雖然從毛利率角度，我國光刻膠企業劣勢并不明顯，但從營收體量來看，晶瑞股份和恒坤股份等國內企業與日企相比差出近2個數量級。從研發支出角度，國內光刻膠相關上市公司的研發投入占營業收入比重與日本龍頭企業相比并未大幅落后，但從研發投入的絕對值來看，國內企業與日本龍頭相差1-2個數量級。不論從行業地位、公司體量還是技術實力、研發投入的角度來看，國內光刻膠企業對日本龍頭的追趕可謂任重道遠。
這次買入的ASML XT 1900 Gi型光刻機雖然并非先進工藝光刻機，但對于核心集成電路材料的國產化，也算意義重大。
“預計上半年完成安裝工程，我們期望3年內完成ArF光刻膠產品新工藝相關技術參數及產品定型，并實現規模化生產。”展望未來，吳天舒認為要實現ArF光刻膠產業化，中國的光刻膠就基本上可以滿足45nm至28nm技術和工藝的要求，并最終實現應用于12英寸芯片制造的戰略布局。
國內半導體光刻膠產業鏈重點公司情況如下：
晶瑞股份：子公司蘇州瑞紅承擔并完成了國家02專項“i線光刻膠產品開發及產業化”項目，i線光刻膠已向國內頭部的知名大尺寸半導體廠商供貨，KrF光刻膠完成中試，產品分辨率達到了0.25～0.13?m的技術要求，建成了中試示范線。1月19日，晶瑞股份購買的型號為ASML XT 1900Gi ArF浸入式光刻機成功進廠，可用于研發最高分辨率達28nm的高端光刻膠。
上海新陽：主攻KrF和干法ArF光刻膠，已經進入產能建設階段。根據2020年11月3日定增預案，公司擬定增募資不超過14.50億元，其中8.15億元擬投資于集成電路制造用高端光刻膠研發、產業化項目，主要目標為實現ArF干法工藝使用的光刻膠和面向3D NAND臺階刻蝕的KrF厚膜光刻膠的產業化，力爭于2023年前實現上述產品的產業化，填補國內空白。1月5日，公司公告稱，自立項開發193nm ArF干法光刻膠的研發及產業化項目以來，根據項目進度，計劃安排購買了ASML-1400光刻機等核心設備，預計光刻機進入合作方現場的時間是2021年3月底前。
北京科華（未上市）：產品類型覆蓋KrF（248nm）、G/I 線（含寬譜）， KrF（248nm）光刻膠已經通過包括中芯國際在內的部分客戶認證，并實現批量供貨，G線、i線光刻膠已實現量產供貨。
南大光電：2017年承擔了集成電路芯片制造用關鍵核心材料之一的ArF （193nm）光刻膠材料的研發與產業化項目。2020年12月17日，宣布自主研發的ArF光刻膠產品成功通過客戶使用認證，可以用于90nm~14nm技術節點的集成電路制造工藝，根據規劃，南大光電擬在寧波經濟開發區建設年產25噸193nm（ArF干式和浸沒式）光刻膠產品的產線，公司購買安裝的光刻機也是ASML的1900型號浸沒式光刻機。
據華泰證券研究員胡劍指出，一方面我國出臺了多項相關政策，為光刻膠產業發展提供了良好的政策支持，另一方面國家集成電路大基金二期布局規劃明確支持包括光刻膠在內的國產半導體材料產業鏈，國產光刻膠研發和量產或將提速，國內廠商紛紛計劃在被日美壟斷的半導體光刻膠領域擴大投入，并在高端ArF光刻膠領域研發和量產持續突破。
根據智研咨詢預測，2022年中國大陸半導體光刻膠市場空間將會接近55億元，是2019年的兩倍。胡劍進一步指出，以日本光刻膠發展史為鑒，認為在擁有全球最大電子產業和半導體市場的中國，持續擴大的本土半導體產能、國家政策和決心與集成電路大基金的支持都將為中國國產光刻膠提供前所未有的發展新機遇。