第一部分：日本光刻胶垄断的由来
日本不再像以前那样主导半导体制造或光刻机，但仍牢牢控制着供应链，尤其是光刻胶这种特殊化学品。光刻胶常被忽视，却是光刻工艺中最重要的化学品。约90%的市场由JSR和东京应化等日本公司占据，其中一家如今已成为国有企业。
光刻胶在工艺中的角色
如果DUV激光器或EUV反射镜有助于编写芯片设计,那么光刻胶就是写入设计的介质。工艺开始时，通过旋涂机将液体光刻胶均匀涂布到硅片表面，再经软烘焙干燥。晶圆进入曝光工具后，芯片设计通过紫外线从光掩模转移到晶圆。
大多数情况使用正性光刻胶——曝光区域更易被显影液溶解洗掉；负性系统则相反。曝光后用氢氧化物显影液显影潜在图像,再经烘烤稳定,随后采用酸浴湿法蚀刻或等离子干法蚀刻,去除未被抗蚀剂保护的区域——这正是它被称为"抗蚀剂"的原因。最后剥离残留光刻胶层。"抗蚀剂"一名最早由法国物理学家埃德蒙·贝克勒尔在1840年创造。
理想光刻胶的特性
理想光刻胶必须对特定波长辐射高度敏感(敏感度直接影响曝光工具吞吐量和拥有成本);在晶圆上形成均匀牢固的附着层;在后续一系列处理步骤中仍能忠实保持形状。完美光刻胶并不存在,业界一直在寻找。
抗蚀剂的早期历史
抗蚀剂概念可追溯到摄影早期。1820年代,法国发明家尼埃普斯发现犹太沥青经光照硬化并耐冲洗,据此制作了世界上现存最古老的照片。
双极晶体管发明者威廉·肖克利可能最早提出用光致抗蚀剂复制图案到晶圆氧化膜上。1950年代,他们从摄影印刷业常用的重铬酸盐明胶起步。但明胶涂层暴露在空气中只能维持几小时,且作为蛋白质无法抵抗氢氟酸。
柯达的贡献
肖克利向柯达研究实验室求助。柯达的路易斯·明克斯发现肉桂酸盐具有与明胶相同的交联反应,创造了聚乙烯醇肉桂酸酯负性光刻胶"柯达光刻胶"(KPR),1950年获专利。1953或1954年,肖克利派朱尔斯·安德烈斯从柯达取得KPR。
KPR能在氢氟酸中存活,但无法很好附着到晶圆表面。柯达的Martin Heffer博士与Hans Wagner利用叠氮基化合物受光照分解为反应性化学物质的特性,创造了双叠氮化合物混合物,以橡胶水泥为粘合剂。结果是极佳的负性光刻胶KTFR(柯达薄膜光刻胶),1957年发布,此后15年仍是行业主力。
日本进入市场
第一家生产国产光刻胶的日本公司是1936年成立的东京应化工业。1961年他们生产肉桂酸类化合物,原想用于阴极射线电视的荫罩管,被RCA以火灾风险拒绝。转而用于印刷电路板光刻胶,与现日本国家先进产业技术研究所合作推出TPR。
1968年,东京应化推出日本第一个国产光刻胶——负性OMR81,其后续OMR83相当成功。
DNQ酚醛清漆时代
1972年进入2微米工艺节点时,KTFR的交联键并非完全不溶,仍吸收溶剂导致肿胀起皱,破坏打印精度。行业需要新方案。
DNQ酚醛清漆正性光刻胶应运而生。DNQ是溶解抑制剂,使Novolac难溶。紫外线照射后,DNQ重新排列释放氮原子产生大量热能,破坏氢键使结构解体,溶解行为恢复。曝光显影后只剩未曝光区域。
该光刻胶在436nm和365nm水银灯波长下表现出色，Shipley的AZ系列、杜邦、Dynachem等美国公司主导这一领域。1979年东京应化发布OFPR-800,因价格优惠和剥离残留少被日本公司广泛采用,占据日本市场80%。
JSR登场
JSR成立于1957年,是日本第一家合成橡胶生产商,创始总统是普利司通创始人石桥正二郎。1979年推出基于合成橡胶的负性光刻胶CIR。
像JSR这样的中型企业擅长寻找服务不足的市场利基,通过与日本微电子制造商密切合作建立业务。1989年其光刻胶销售额约2100万美元,90%供国内。
DUV时代与化学放大抗蚀剂
1990年代,前沿产业从水银灯转向248nm KrF和193nm ArF的DUV激光。DNQ Novolac因表面吸收过多DUV光子导致反应过快,且DUV激光线宽收窄子系统削弱了光强度,要求每个光子引发更多化学反应——效率需提升10至100倍。
IBM的Jean Frechet、Grant Wilson和Hiroshi Ito从1978年起研发,通过光酸发生器实现化学放大抗蚀剂(CAR):单个光子触发许多后续反应。IBM推出首款CAR "T-BOK"用于1兆位DRAM。由于3M已申请类似专利,IBM只能就具体实现申请专利。消息传开后,东京应化、Hosh、Olin等公司在1990年代初推出各自版本。IBM最终与光刻胶公司合作共同开发,JSR成为重要合作伙伴。
JSR的全球化与日韩争端
随着日本半导体行业1990年代瓦解,JSR必须出国发展。2000年与IBM签订联合研究合作,率先生产出193纳米光刻胶,超越东京应化。1980年代90%收入来自国内,到2003年,70%收入来自海外,主要是台湾地区和韩国。
2019年7月,日本对韩国出口三种半导体化学品(氟化聚酰胺、氟化氢、EUV光刻胶)实施出口管制。韩国近90%光刻胶从日本进口。日本称担忧再出口问题,韩国认为是对历史劳工问题的报复。实际影响有限,韩国转而从比利时获取,JSR与IMEC成立合资企业。争论持续四年,2023年随韩国新总统访日而结束。
EUV时代的垄断延续
日本公司在EUV时代仍保持主导地位。光刻胶行业由拥有多年紧密合作关系的大型参与者主导,高度专业化技术化。台积电高管透露:研发阶段日本人几乎任何事都会同意,但一旦节点进入大批量生产,你不敢换抗蚀剂。日本在这一领域击败美欧的主因是愿意长期忍受较低价格和投资回报率。
半导体客户要求极高纯度和质量,相当于两个奥运标准游泳池中一滴杂质就足以毁掉一切。
利基市场但战略重要
2019年整个光刻胶行业价值约13亿美元。JSR 2023年收入仅30亿美元,东京应化11亿美元,利润率也不高(3.8%与7.8%)。这种规模使其易受私募股权影响。2022年德国默克试图收购JSR被拒,两家私募股权公司随后接洽。作为回应,JSR与日本政府合作,2023年国有控股公司JIC收购基金以64亿美元将其私有化。此举显示政府保护日本最后半导体据点之一的意愿。
2026年对峙下的产业突围
历史的沉淀让日本在光刻胶上掌握了近乎绝对的话语权,而这份话语权,正在2026年的中日博弈中被重新推上台面。
2026年4月,高市早苗内阁上台半年有余,对华半导体材料许可审批一拖再拖,光刻胶关键订单几乎被摁在审批系统里。这层薄薄的化学品,是先进制程的咽喉——没有它,EUV光刻机再先进也只能当摆设。
到2025年底,全球份额依然难看:KrF光刻胶日本占80%以上,ArF浸没式接近90%,EUV几乎由JSR和东京应化两家垄断。中国大陆ArF高端国产化率仍停在个位数,EUV国产替代率不足2%。
日本的底层逻辑清晰:吃准中国高端光刻胶短期内无法完全国产化,加上美日半导体同盟2025年底的联合备忘录撑腰,企图通过持续施压打乱中国先进制程追赶节奏。
应对方面,2025年底288亿元光刻胶专项基金已打到南大光电、彤程新材、上海新阳、华懋科技、晶瑞电材等第一梯队。南大光电的ArF光刻胶2025年第四季度拿下中芯国际14纳米产线批量验证订单,华懋科技KrF光刻胶2026年1月通过华虹量产导入。韩国东进世美肯、台湾地区永光化学也在补位。
更关键的是稀土牌。日本磁材依赖中国85%以上的重稀土分离产能,2025年12月管制升级后,日立金属、TDK产线交付周期已拉长至半年以上。东京想在光刻胶当屠夫,就得接受军工命脉被人按在砧板上。
拐点大概率在2027至2028年之间:国产ArF产能爬坡覆盖主流产线,EUV小批量验证在存储厂打开缺口。这盘棋表面日本占上风,暗地风向正在调转。
进入2026年5月,消息面持续紧张。据业内流出的消息,南大光电ArF光刻胶在中芯国际12英寸产线的月度供货量已突破历史峰值,华懋科技新一代KrF光刻胶通过长鑫存储的二轮验证。与此同时,日方对华"终端用户审查"未见松动,但JSR股东层面已有声音施压管理层寻求灵活安排——超过四成营收来自中国大陆市场的现实,远比政治口号更让东京的算盘失衡。
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