半導體工業自上世紀 40-50 年代誕生至今，已經歷了 70 餘年的發展，從最初的宏觀電子管、電晶體發展到 如今的 7-10nm，甚至 5nm 工藝節點，晶片結構也由單層結構發展到如今的十餘層結構。其突飛猛進的發展離不 開光刻工藝的進步。而光刻工藝的進步，必然伴隨著光刻機、光源、光刻膠等關鍵設備、材料的配套發展。
我國半導體工業中，下遊設計已經能夠進入全球第一梯隊，中遊晶圓製造也在迎頭趕上，而上遊設備及材 料領域與海外龍頭仍存在較大差距。以半導體材料中技術難度最大的光刻膠為例， i 線/g 線光刻膠的產業化始於 上世紀 70 年代，KrF 光刻膠的產業化也早在上世紀 80 年代就由 IBM 完成，而我國光刻膠企業目前僅北京科 華微電子實現了 KrF 光刻膠的量產供貨，光刻膠行業與海外最先進水平有近 40 年的差距，不可謂不大。
以史為鑑，本文通過梳理海外光刻膠行業的發展，以及日本光刻膠行業在起步較晚的情況下，最終超越美國成為後起之秀的過程，結合半導體產業鏈的轉移，對國內光刻膠行業的發展進行總結分析。
柯達 KTFR 光刻膠：光刻膠工業的開創者
光刻膠的雛形早在 1826 年就已形成，彼時法國發明家約瑟夫·尼塞福爾·涅普斯（Joseph Nicéphore Niépce） 利用塗在拋光錫板上的「猶太瀝青」（石油去除揮發性組分後的殘留物）拍攝了世界上第一張照片。隨後 1839 年 蘇格蘭發明家曼戈·龐東（Mungo Ponton）發現了重鉻酸鹽明膠的感光潛力，英國科學家威廉·亨利·福克斯·塔爾 博特（William Henry Fox Talbot）藉助重鉻酸鹽明膠開發了世界上第一套「光刻系統」，即凹版印刷的先驅。1950s 集成電路誕生之前，重鉻酸鹽明膠體系已經廣泛用於印刷領域。
1950s 貝爾實驗室嘗試開發全球首塊集成電路的過程中，理所當然地採用了重鉻酸鹽明膠體系，半導體光 刻膠由此誕生。對於當時的初代光刻工藝來說，重鉻酸鹽明膠的解析度已足夠，但抗蝕性能不佳，無法充分阻 止氫氟酸對二氧化矽的刻蝕。為解決這一問題，貝爾實驗室找到伊士曼柯達公司，後者首先開發了聚肉桂酸乙 烯酯體系，其產品以 KPR 商品名稱來供應市場。但該材料對二氧化矽的附著力不足；柯達轉而尋找具備強附著 力的材料，並最終開發出環化橡膠-雙疊氮體系：該體系由環化聚異戊二烯橡膠與雙疊氮 2,6-二(4-疊氮苯)-4-甲 基環己酮混合而成，柯達將此光刻膠命名為 Kodak Thin Film Resist（柯達薄膜抗蝕劑），也即 KTFR 光刻膠。該體系在 1957-1972 年間一直為半導體工業的主力體系，為半導體工業的發展立下了汗馬功勞。直至 1972 年左 右，半導體工藝製程節點發展到 2μm，觸及 KTFR 光刻膠解析度的極限。
g 線/i 線光刻膠
隨著光刻設備進一步提升，曝光波長進一步縮短，光刻膠廠商開始再次尋找解析度更高的新一代光刻膠材 料。德國 Kalle 公司的化學家在 20 世紀初就發現重氮鹽具有良好光敏性，並利用其複製工程圖紙（藍圖） 。1930s 以後，Kalle 公司的化學家開始利用重氮萘醌製作印刷材料。為了提升材料的成膜性，他們在其中加入了酚醛樹 脂，製成重氮萘醌-酚醛樹脂印刷材料（DNQ/Novolac），商品名 Ozatec 並在 1950 年左右推向了市場，此時 Kalle 公司已經成為 Hoechst AG 的子公司，並由另一家美國子公司 Azoplate 負責 Ozatec 在美國的銷售。貝爾實驗室 與 Azoplate 隔街相望，在一次意外嘗試中發現重氮萘醌-酚醛樹脂具有優良的抗刻蝕性能，由此開啟了重氮萘醌 -酚醛樹脂光刻膠體系在半導體工業中的大規模應用。重氮萘醌-酚醛樹脂光刻膠被命名為「AZ 光刻膠」，並繼續由 Hoechst AG 美國子公司 Azoplate 銷售。隨著光刻技術的進步，重氮萘醌-酚醛樹脂型光刻膠（DNQ/ Novolac） 的市場佔有率迅速提高， 至 1972年時已經基本佔據全部市場，並在此後的 25 年間維持了 90%以上的市場份額。實際上容量 16KB-16MB 的 DRAM 晶片基本都是用重氮萘醌-酚醛樹脂體系光刻膠製造的。伴隨著光刻技術的 發展，重氮萘醌系光刻膠的性能也在不斷提升，其曝光光源可以採用 g 線、i 線，如今在利用了 High-NA 技術 的 i 線光源下，其解析度極限已經可以達到 0.25μm。
歐美廠商領導了前期光刻膠產品的研發，日本廠商在光刻膠研發方面起步較晚。東京應化（TOK）在 1968 年研發出首個環化橡膠系光刻膠產品 MOR-81，1972 年開發出日本首個重氮醌類光刻膠 OFPR-2，1980s 才進入 到 g 線/i 線光刻膠業務-TSMR 產品。而 JSR 於 1979 年才進入半導體材料業務，始銷售首個光刻膠產品 CIR。信越化學也在 1998 年實現了光刻膠產品的商業化。
KrF 光刻膠
20 世紀 80 年代，深紫外（DUV）光刻系統開始逐步投入使用，隨著光刻系統所用波長的逐步降低，光源 強度逐步成為制約生產效率的瓶頸：傳統汞燈在深紫外區的發光強度較低，而準分子雷射器的發光強度也很有 限，這就導致光刻工藝所需曝光時間延長，生產效率大幅降低。面對這種情況，半導體工業必須著手改進，一 個選擇是開發高功率光源，另一個選擇是提高光刻膠的感光靈敏度，亦或兩手抓兩手都要硬。
以史為鑑，這一問題的解決是通過化學放大光刻膠實現的：化學放大型光刻膠主要有 4 個組分，成膜樹脂、 光致產酸劑、添加劑及溶劑。其作用機理是光致產酸劑吸收光生成酸，酸催化成膜樹脂發生脫保護反應，實現 樹脂由不溶於顯影液向溶於顯影液的轉變，即通過曝光與烘烤改變光刻膠顯影液中的溶解速度。這一過程中， 酸作為催化劑，不會被消耗，因此可以將光的信號放大為化學信號，這也是這一類光刻膠稱為化學放大型光刻 膠的原因。化學放大型光刻膠的光利用效率遠高於傳統的感光化合物基光刻膠。化學放大法是幾乎所有現代光 刻膠成功的關鍵因素。
IBM 公司的科學家們在研究 64K DRAM 的生產工具時，領導了對化學放大光刻膠的研發。Ito 和 Willson 等人以聚 4-羥基苯乙烯（PHOST）作為樹脂材料，並且加入 t-丁氧基羰基（t-BOC）保護羥基，這一新的聚合 物就是 PBOCST。PBOCST 光刻膠暴露在 248nm 深紫外光下時，PAG 產生的酸會打開 t-BOC 保護基團，光刻膠 溶解性發生顯著變化。打開 t-BOC 的過程中，PAG 產生的酸並不會被消耗，因此 PBOCST 光刻膠反應速度極快， 對深紫外光非常敏感，靈敏度提高了 100-200 倍。PBOCST 光刻膠為 IBM 節省了用來修改和替換光刻工具的數 百萬美元。
事實上，IBM 在 1980s 早期就突破了 KrF 光刻，並在 1980s 早期至 1995 年的十餘年時間一直保持壟斷地 位。但在此期間，KrF 光刻膠的市場增速緩慢，並未大規模放量，我們認為主要由於 1980s-1995 年，半導體工 藝節點主要集中在 1.5μm-0.35μm，這一範圍的工藝可以用 i 線光刻實現，從而使 KrF 光刻成為了「早產兒」，半 導體工業的發展尚未到達需要 KrF 光刻大規模放量的時代。1995 年日本東京應化（TOK）成功突破了高解析度 KrF 正性光刻膠 TDUR-P007/009 並實現了商業化銷售，打破了 IBM 對於 KrF 光刻膠的壟斷，而與此同時，半 導體工藝節點發展到了 0.25-0.35μm，逼近了 i 線（365nm 波長，已經與特徵尺寸 0.35μm=350nm 接近）光刻的 極限。此外，光刻機市場也由此前美國廠商主導逐步演變為佳能、尼康為龍頭的時代。天時地利俱備的情況下， 日本 KrF 光刻膠迅速放量佔據市場，光刻膠市場也正式進入了日本廠商的霸主時代。
ArF 光刻膠
當集成電路製造工藝發展到 90nm 節點時，ArF 光刻技術（193nm）逐步發展為主流技術。ArF 光刻技術前後主要分為兩個方向：幹法光刻和沉浸式光刻。原本用於 KrF 光刻系統的 PBOCST 光刻膠在 193nm 的波長下會 表現出強烈的吸收，不能滿足新的光刻要求。ArF 光刻膠的設計思想沿襲了 KrF 光刻膠，繼續使用了化學放大 法。日本廠商一定程度上領導了 ArF 光刻膠的研究開發。
幹法 ArF 光刻膠
ArF 光刻膠也屬於化學放大光刻膠，其雛形也源自 IBM 公司，由於 KrF 光刻膠使用的聚對羥基苯乙烯體 系對 193nm 深紫外光有強烈的吸收（主要源自其結構中的苯環），因此該體系不適用於 ArF 光刻。為解決這一 問題，1991 年 IBM 公司設計出 ArF 光刻膠的原型：甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸丁酯（TBMA）和 甲基丙烯酸（MAA）三元共聚物，其中甲基丙烯酸丁酯起到了光致產酸劑的作用，通過調整各組分的比例可以 實現對光刻膠性能的微調。雖然該體系因不耐幹刻蝕而不具備直接使用的價值，但後續各廠商開發的 ArF 光刻 膠體系基本都是以此為雛形，通過在側鏈中引入保護性基團提高其耐幹刻蝕性能而製成。引入的側鏈保護基團 主要為富碳基團，如金剛烷、降冰片烷、三環癸基等。
2000 年半導體工藝開發聯盟 IMEC 正式將 JSR 的 ArF 光刻膠用作下一代半導體 0.13μm 工藝的抗蝕劑。東京應化（TOK）也在 2001 年推出了自己的 ArF 光刻膠產品 TARF-P 系列。
沉浸式 ArF 光刻膠
沉浸式光刻技術的概念最早在上世紀 80 年代提出，即在投影鏡頭和基片之間填充液體。沉浸式光刻技術在 20 世紀並沒有得到很好的發展，一方面由於沉浸式工藝本身的缺陷，如工藝複雜及汙染等方面的問題；另一方 面通過縮短曝光波長等方式仍然可以有效地提高解析度。直到 2002 年 157nm F2光刻技術發展舉步維艱，沉浸 式 ArF 光刻技術才重新受到重視。
沉浸式 ArF 光刻技術在 65nm 及以下的工藝節點開始取得巨大的突破。2004 年 JSR 首次通過 ArF 沉浸式光刻成功實現了 32 nm 解析度，引領了巨大的的技術變革。2006 年 JSR 又與 IBM 合作，通過 ArF 沉浸式光刻 成功實現了 30 nm 及更小的線寬。此外，由於 157 nm 光刻技術在 21 世紀初被英特爾和其他晶片製造商放棄， 在 2007 年版的國際半導體技術路線圖中，基於純水的 193nm 沉浸式 ArF 及雙重圖形曝光技術被認定為 45nm 工 藝的唯一選擇。現階段在雙重圖形（Double Patterning）/多重圖形（Multi-Patterning）曝光技術的加持下，工 藝節點已經延伸至 7-10nm。
沉浸式 ArF 光刻技術使用了液體介質，雖然提高了光刻解析度，但也對光刻膠提出了更高的要求。沉浸式 ArF 光刻膠的開發重點之一就是要解決光致產酸劑和其他組分在液體中的浸出。因此工藝開發主要在於兩方面， 一個是頂部塗層（Top coat, TC）材料的設計，另一個是防光致產酸劑浸出的光刻膠材料開發。早期的沉浸式光 刻研究中，使用的仍是乾式光刻技術的光刻膠，主要通過增加一層頂部塗層來解決工藝方面的問題。科學家開 發了植入式阻擋層（Embedded barrier layer, EBL）技術，通過添加特種表面活性劑，在旋塗過程中擴散到光刻 膠表面形成 EBL 層，防止光刻膠成分的浸出。
防光致產酸劑浸出的光刻膠材料仍主要採用聚甲基丙烯酸酯體系，並且基本以選用各種含氟代烷基的聚合 物來達到特殊的工藝要求，但其中很多聚合物仍在實驗研究階段，還有待進一步商品化。早期沉浸式材料研究 中，科學家較多使用氟代烷基，其中六氟叔丁醇基團（hexafluoroalcohol，HFA）在 沉浸式光刻材料中備受青睞。
許多用於 157nm 光刻系統的含氟光刻膠在沉浸式 ArF 光刻系統中也有良好的應用。含氟的 FPR 及 FUGU 平臺早期應用於 157nm F2 光刻膠，通過與 EAdMA、GBLMA、HAdMA 等物質聚合，在 193nm 也會有良好的 光敏性。將具有羥基保護基團的 FUGU 聚合物和傳統的 193 nm ArF 光刻膠共混，就可以直接應用於沉浸式工藝 中而無需使用頂部塗層。
三氟甲基磺醯胺基團（ifluoromethyl sulfonamide，TFSM）也應用於 193 nm 沉浸式 ArF 光刻膠的研究中。含 TFSM 基團的光刻膠具有更好的鹼溶性和抗刻蝕能力，在 45nm 工藝中均能得到好的等幅線寬（line/ space）、 溝槽（trench）及接觸孔（contact hole），是目前最好的沉浸式光刻膠之一。
另外一種開發沉浸式 ArF 光刻膠的思路是加入猝滅劑，限制光致產酸劑的浸出。陶氏化學公司就研究在光 刻膠中加入一種光基猝滅劑來限制光致產酸劑的擴散。另外陶氏化學公司也在嘗試將光致產酸劑置入塊狀樹脂， 從而限制光致產酸劑的擴散。
隨著沉浸式 ArF 光刻技術進一步開發，雙重圖形（Double Patterning）/多重圖形（Multi-Patterning）曝光技 術將工藝節點延伸至 10nm 以下。但是 7nm 節點的沉浸式 ArF 光刻技術工藝複雜程度急劇提高，晶圓工廠迫切 需要新一代 EUV 光刻技術。
全球 EUV 光刻技術的研發始於 20 世紀 80 年代，經過近 40 年的發展，EUV 技術從原理到零部件再到原材 料等已經足夠成熟。2019 年 5 月，臺積電官方宣布量產 7nm N7+工藝，這是臺積電第一次、也是行業第一次量 產 EUV 極紫外光刻技術。2020 年 2 月 20 日，三星宣布其首條基於極紫外光刻（EUV）技術的半導體生產線 V1 開始大規模量產。2020 年 3 月，三星宣布開始出貨 10nm EUV 級 DRAM 產品，並且開始投建 5nm EUV 生 產線。臺積電也宣布其 5nm 製程即將在 2020 年第二季度量產。
隨著線寬的不斷減小，EUV 光刻膠必面臨 RLS（解析度、邊緣粗糙度、靈敏度）的挑戰，即在光刻膠的分 辨率、邊緣粗糙度（LER）和光敏性 3 者之間只能實現 2 個參數的最優化，隨著線寬的不斷減小，LER 對圖形的影響越來越大。
減小 LER 可以從以下 4 方面入手：一是增加鹼性添加劑；二是在樹脂上通過化學鍵連接光致產酸劑（PAG） ；三是分子玻璃光刻膠；四是基於金屬氧化物的光刻膠。上述的 4 個方法中，增加鹼性添加劑主要是為了控制酸 的擴散，但是增加鹼性添加劑後需要更大的曝光能量，也就是損失了光刻膠的光敏性。將 PAG 鍵合到樹脂上， 可以實現對酸擴散的精確控制，但是大部分的研究只是將陽離子固定在樹脂上，曝光後生成的酸是游離的，這 樣並沒有太大的作用，而將陰離子固定在樹脂上，製備過程比較困難。第 3 種和第 4 種方案，也就是分子玻璃 光刻膠的研究與金屬氧化物光刻膠是比較有前景的 EUV 光刻膠技術。
分子玻璃光刻膠
分子玻璃是一種具有較高玻璃態轉變溫度的小分子有機化合物，集聚合物與小分子的優點於一身。常見的 分子玻璃類化合物包括支化型，四面體型，樹枝狀型、杯芳烴、富勒烯、多元酚和聚噻吩等。從分子結構來看， 分子玻璃光刻膠與 OLED 材料具備諸多的相似之處。
金屬氧化物光刻膠
金屬氧化物光刻膠為另一條具備使用潛力的技術路線，其龍頭和先驅者為美國 Inpria。Inpria 誕生於 2007 年，總部位於美國俄勒岡州科瓦利斯市，由俄勒岡州立大學無機化學家 Douglas A. Keszler 和前 Intel 光刻部門副 總監 Andrew Grenville 所創辦，先後獲得了包括三星創投、JSR、Intel Capital、SK 海力士、臺積電、法液空、 東京應化等半導體及材料龍頭廠商的投資。
金屬氧化物光刻膠使用金屬離子及有機配體構建其主體結構，有機配體中包含光敏基團，藉助光敏基團的 感光及其引發的後續反應實現光刻膠所需的性能。從化學組成來看，金屬氧化物光刻膠主要為稀土和過渡金屬 有機化合物，與包括 high-k 前驅體在內的各類金屬前驅體材料具備一定的相通性。
EUV 光刻技術由日本 NNT 和美國貝爾實驗室的研究小組在 20 世紀 80 年代提出，時至今日歷史近 40 年， EUV 光刻膠的研發可以追溯至 1994 年，在 2000 年之後逐步成熟：2002 年，東芝開發出解析度達到 22nm 的低 分子 EUV 光刻膠。東京應化（TOK）與信越化學都參與到了 SEMATECH 的 EUV 光刻膠的開發工作，其中 JSR 在 2011 年與 SEMATECH 聯合開發出用於 15nm 工藝的化學放大型 EUV 光刻膠。JSR 和 IMEC 在 2016 年成立 了EUV光刻膠製造合資企業-EUV抗蝕劑製造和鑑定中心（EUV RMQC）。2017年三星創投（Samsung Ventures）、 JSR、Intel Capital 等公司投資了 EUV 光刻膠先驅 Inpria。Inpria 生產了一種包含氧化錫的 EUV 光刻膠，這種光 刻膠具有良好的靈敏度，將 EUV 的吸收效率提升了 4 倍，並且可以實現更簡單的製造流程和更大的工藝窗口。
泛林集團（Lam ResearchCorp）在 2020 年 2 月發布了與阿斯麥(ASML)和比利時微電子研究中心(IMEC)共 同研發的全新幹膜光刻膠技術，這一方案具有顯著的 EUV 光敏性和解析度優勢，優化了單次 EUV 光刻晶圓的 總成本。幹膜光刻膠是沒有溶劑的固態膠，因而在應用過程中省掉了勻膠、烘焙固化等步驟，工藝簡單。此外， 幹膜光刻膠可以多層疊加，可製作厚度為幾百微米的微結構。幹膜光刻膠有很多優點：與襯底黏附性良好，薄 厚均勻，不會出現邊緣凸起，曝光後線條清晰且具有良好的高深比。
從專利數量來看， 2000 年之後 EUV 光刻膠的專利申請量快速增長，並在 2010 年之後迎來井噴式爆發， 2013 年以後專利申請量逐步減少，一方面由於技術發展逐步成熟，另一方面源於統計誤差（較新的專利可能未公布）。從專利申請量來看，富士膠片、信越化學、住友化學 3 家日本龍頭公司合計申請了行業 80%以上的專利。
當前，日本光刻膠企業在全球光刻膠市場中可謂佔據絕對的支配地位，全品類半導體光刻膠市場中，東京 應化、JSR、住友化學、信越化學、富士膠片等廠商合計佔據了 70%的市場份額。EUV 光刻膠市場目前還不具 備足夠的透明度，僅次於 EUV 光刻膠的 ArF 光刻膠，日本廠商的市場份額合計達到了 93%，可以說全球的高 端半導體光刻膠絕大部分依賴日本供應。
從上文梳理的全球光刻膠演變史中可以看出，整個半導體行業起源自美國，光刻膠也不例外，柯達公司的 KTFR 光刻膠可謂半導體光刻膠的開天闢地之作，直至上世紀 80 年代，IBM 仍然在 KrF 光刻膠的開發中遙遙領先，日本企業直至 1995 年才實現了 KrF 光刻膠的商業化，落後 IBM 十餘年時間。但 IBM 雖然率先突破了 KrF 光刻膠，但在市場開拓方面卻進展緩慢；而日本東京應化在 1995 年商業化 KrF 光刻膠後便迅速佔領市場， 日本廠商也一躍成為行業第一梯隊。
日本何以在表面上技術落後的情況下實現後發制人，一舉反超坐穩行業頭把交椅？我們認為其佔據了上世紀 90 年代半導體工業發展的天時、地利與人和。
天時：IBM 的早產兒、東京應化的恰逢其時
技術必須與市場相匹配，才能夠發揚光大。從 Intel 和 TSMC 的工藝節點可以看出，1980s IBM 突破 KrF 光刻時，半導體工藝節點還主要集中在微米級的工藝，這一級別的工藝，i 線光刻完全可以勝任，採用成本更 高的 KrF 光刻實無必要，半導體工業也不太可能從微米級工藝瞬間跳躍至 0.25 μm 工藝節點。因此，IBM 的 KrF 光刻膠可以說是生不逢時的早產兒。
如果僅僅是生不逢時，等到半導體工業發展到 1990s 年代逐步過渡到 KrF 光刻時，IBM 應當仍能迅速放量 佔領市場。但實際上在 IBM 技術領先 10 餘年的情況下，笑到最後的卻是日本廠商，這又與光刻機及半導體產 業的全球化分工相關。
地利：彎道超車，日本光刻機成功登頂
眾所周知，光刻機與光刻膠需要搭配使用，那麼光刻機與光刻膠在新產品開發、產品銷售等方面均存在一 定協同效應。而 1980s 恰好是光刻機行業格局劇變的時代。1980s 初期，全球光刻機市場的大半壁江山還掌握在 美國三巨頭 Perkin-Elmer、GCA(Geophysical Corporation of America)、Ultratech 手中。1986 年半導體市場大滑坡 使美國光刻機三巨頭遭受重創，新產品研發停滯。以 GCA 為例，其在 1985-1986 年的兩年時間內虧損 1 億美元， 從而被迫降薪 70%，裁員至 1000 人。1988 年 GCA 資金嚴重匱乏被 General Signal 以 7600 萬美元收購。
日本光刻機企業尼康、佳能同時從 1976 年開始分別複製美國光刻機龍頭 Perkin-Elmer、GCA 的產品，並在 1978-1980 年陸續實現銷售。兩者在步進式光刻機的研發中奮起直追，分別在 1982、1984 年實現了步進式光刻 機的銷售。由於性能優異（主要因為光源強度高，使其每小時晶圓加工量具備優勢），尼康在步進式光刻機的銷 量、銷售額 1984 年就追平了 GCA 並在 1985 年實現反超。由於在 i 線光刻技術上的落後，日本廠商集中精力研 發下一代 KrF 光刻機試圖彎道超車，並最終在 1988 年實現了 KrF 步進式光刻機的銷售，此時美國龍頭廠商還在 1986 年大滑坡的重創中無法自拔。
80 年代末，美國三巨頭幾乎完全被尼康、佳能所取代。在 KrF 光刻機上的領先理所當然的使日本企業的 KrF 光刻膠具備優勢。
全球半導體產業鏈自誕生至今共發生了 3 次較大規模的轉移，分別是 1960-1990s 由美國到日本的轉移；1980-2000s 由美日到韓國、中國臺灣地區的轉移；以及 2010 年至今仍在進行的從全球至中國大陸的轉移。
從日美貿易戰及半導體行業從日本轉出的時間軸來看，日美半導體協議籤訂時，日本剛剛實現了對 i 線光 刻膠的突破，彼時 IBM 早已突破 KrF 光刻膠，但美國光刻機廠商卻深陷泥潭，籤署次年的 1988 年，尼康即實 現了 KrF 光刻機的商業化。
最終，在光刻機領域成功實現彎道超車後，東京應化也在 1995 年實現了 KrF 光刻膠的商業化，恰逢半導 體工藝製程節點逐步觸碰 i 線光刻的極限，天時地利下，日本光刻膠成功崛起。
人和：全球化浪潮下，日本半導體工業留存的碩果
實際上從半導體產業鏈的第二次轉移開始，日本的半導體產業就已經呈現持續流出的態勢。與此同時，日 本光刻機產業輝煌，只持續了 10 餘年時間。2000 年，荷蘭 ASML 推出了 TWINSCAN 平臺，顯著提升了光刻 機的晶圓處理效率，並於 2001 年在臺積電實現首次裝機，同年 ASML 實現了對 SVGL 的收購。2002 年，ASML 超越尼康坐上了光刻機市場的頭把交椅。
2002 年臺積電的林本堅博士在一次研討會上提出了沉浸式 ArF 光刻方案，隨後 ASML 在一年的時間內就開 發出了樣機，並在 2003 年獲得了 IBM 和 TSMC 的訂單。而尼康仍然致力於 157nm 光刻機的研發，直至 Intel 宣布從路線圖中剔除 157nm 光刻，才重新對 157nm 光刻進行評估，錯過了沉浸式 ArF 光刻的先機。尼康直至 2005 年才實現了沉浸式 ArF 光刻機的銷售，而此時高端光刻機市場基本已被 ASML 佔領，至 2009 年，ASML 在光刻機市場中的份額已經達到近 70%，而日本光刻機產業在經歷僅僅 10 餘年的輝煌後最終走向了衰敗。
日本半導體工業在先後失去了晶圓製造、光刻機兩座引擎後，按照此前的經驗，包括光刻膠在內的上遊半導體材料也將逐步從日本向外轉移，日本光刻膠行業的輝煌也將就此結束，然而事實並非如此：日本光刻膠在 上世紀 90 年代崛起後，時至今日仍然穩居行業頭把交椅，且以 90%以上的市佔率壟斷著全球的高端光刻膠市 場。我們認為這與以 IDM 模式向 Fabless-Foundry 模式轉變為代表的，半導體產業鏈的全球化分工趨勢相關。
從上世紀 90 年代有統計數據以來，以臺積電為代表的 Foundry 銷售增速就持續高於行業總量以及以 Intel 為代表的 IDM 廠商。全球化的分工也意味著先進位程的開發不再是一家廠商的努力，而是包括 Foundry、光刻 機以及半導體材料廠商在內，全球半導體產業鏈的通力合作。半導體產業鏈全球化分工的趨勢下，晶圓製造、 設備等領域已經出現大幅流出的日本，得以保留包括光刻膠在內的上遊半導體材料產業，時至今日仍然佔據全 球絕對龍頭的位置。
總結日本光刻膠、半導體材料乃至整個半導體工業的發展史可以發現，日本半導體行業的崛起，主要源於：①50-60 年代美國將勞動密集型的半導體裝配及部分 IC 製造主動轉移至日本；②日本家電產業的繁榮帶動上遊 半導體產業的崛起；③1986 年半導體行業的大衰退使美國光刻機廠商遭受重創，提前布局下一代技術的日本廠 商乘勢實現了彎道超車；④半導體銷售額、光刻機紛紛位居全球第一的日本，水到渠成地將包括光刻膠在內的 半導體材料發展起來。
經歷了短暫的繁榮後，一方面日本 IC 製造開始向外轉移，另一方面在光刻機技術路線上的錯誤選擇也使尼 康在第一把交椅上僅僅坐了 10 餘年便被 ASML 無情擊敗。然而失去了本土下遊市場和光刻機配套後，日本光刻 膠廠商非但沒有衰退，反倒乘著半導體產業的全球化分工浪潮牢牢佔據了高端市場的全球壟斷地位，直至今日。
以日為鑑，當前我國光刻膠機遇與挑戰並存：
機遇：①近年來的中美貿易摩擦、日韓貿易摩擦及新冠肺炎疫情使半導體產業鏈的全球化分工遭遇了前所未有的挑戰，行業對供應鏈安全性的關注度大幅提升，這一方面有利於我國包括光刻膠在內的半導體材料廠商 在國內晶圓廠的放量驗證，另一方面中國大陸以外的頂尖晶圓廠出於供應鏈安全的角度也會給予新興材料廠商 驗證機會，培育位於不同國家的二供或三供；②半導體及上遊材料、設備國產化的大趨勢下，光刻膠作為技術 門檻最高的半導體材料，獲得技術、政策上的支持也是合乎邏輯的。
挑戰：①當前我國僅北京科華實現了 KrF 光刻膠的量產，而 IBM 早在 1980s 就已攻克此技術，我國技術水 平落後近 40 年；② 我國不論在光刻膠下遊的 IC 製造還是與其搭配的光刻機方面，均與全球頂尖水平存在差距；③我國光刻膠當前仍處於追趕階段，需要等待技術迭代中實現彎道超車的契機，而半導體行業在歷史上已經發 生過數次技術路線選擇錯誤導致龍頭廠商衰落的情況下，現有龍頭廠商對下一代技術往往極為重視，布局非常 全面，以金屬氧化物光刻膠為例，龍頭廠商 Inpria 獲得了三星創投、JSR、Intel Capital、SK 海力士、臺積電、法 液空、東京應化等半導體及材料龍頭廠商的投資，這種情況下，國內半導體廠商想再次通過技術路線的選擇， 實現對傳統龍頭的降維打擊，可謂難上加難。
綜合來看，我們認為國內光刻膠企業目前最優的發展路徑，是乘著半導體產業鏈國產化的大趨勢，與國內晶圓廠開展緊密合作，逐步追趕和突破與國內 IC 製造工藝相匹配的光刻膠，繞開海外專利實現批量供應，為企業帶來穩定的現金流，同時提前布局國內晶圓廠的下一代工藝，形成半導體工業正常的技術迭代節奏。
來源：未來智庫
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