MC熱點(diǎn)｜半導(dǎo)體制程技術(shù)進(jìn)步的“燃料”——光刻膠

據(jù)第三方機(jī)構(gòu)智研咨詢統(tǒng)計(jì)，至2022年quanqiu光刻膠市場規(guī)模將超過100億美元。光刻膠按應(yīng)用領(lǐng)域分類，可分為 PCB 光刻膠、顯示面板光刻膠、半導(dǎo)體光刻膠及其他光刻膠。quanqiu市場上不同種類光刻膠的市場結(jié)構(gòu)較為均衡，具體占比可以如下圖所示。

 據(jù)智研咨詢的數(shù)據(jù)顯示，受益于半導(dǎo)體、顯示面板、PCB產(chǎn)業(yè)東移的趨勢，2019年中國光刻膠市場本土企業(yè)銷售規(guī)模約70億元，quanqiu占比約10%，發(fā)展空間巨大。目前，中國本土光刻膠以PCB用光刻膠為主，平板顯示、半導(dǎo)體用光刻膠供應(yīng)量占比極低。中國本土光刻膠企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)可以如圖所示。

 光刻膠的分類

光刻膠又稱光致抗蝕劑，是一種對光敏感的混合液體。其組成部分包括：光引發(fā)劑（包括光增感劑、光致產(chǎn)酸劑）、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑。在紫外光等光照或輻射下，溶解度會發(fā)生變化的薄膜材料。

按曝光波長，可主要分為G-line、I-line、KrF、ArF d&ArF i、EUV等光刻膠。

在大規(guī)模集成電路的制造過程中，一般要對硅片進(jìn)行超過十次光刻。在每次的光刻和刻蝕工藝中，光刻膠都要通過預(yù)烘、涂膠、前烘、對準(zhǔn)、曝光、后烘、顯影和蝕刻等環(huán)節(jié)，將光罩（掩膜版）上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。

光刻膠是集成電路制造的重要材料：光刻膠的質(zhì)量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關(guān)鍵因素。光刻工藝的成本約為整個芯片制造工藝的35%，并且耗費(fèi)時間約占整個芯片工藝的40%-50%。光刻膠材料約占IC制造材料總成本的4%，市場巨大。因此光刻膠是半導(dǎo)體集成電路制造的核心材料。

光刻膠的技術(shù)壁壘

光刻膠的生產(chǎn)工藝主要過程是將感光材料、樹脂、溶劑等主要原料在恒溫恒濕 1000 級的黃光區(qū)潔凈房進(jìn)行混合，在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下充分?jǐn)嚢瑁蛊涑浞只旌闲纬删嘁后w，經(jīng)過多次過濾，并通過中間過程控制和檢驗(yàn)，使其達(dá)到工藝技術(shù)和質(zhì)量要求，后做產(chǎn)品檢驗(yàn)，合格后在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下包裝、打標(biāo)、入庫。整個工藝流程可以如下圖所示：

光刻膠的技術(shù)壁壘包括配方技術(shù)，質(zhì)量控制技術(shù)和原材料技術(shù)。配方技術(shù)是光刻膠實(shí)現(xiàn)功能的核心，質(zhì)量控制技術(shù)能夠保證光刻膠性能的穩(wěn)定性而高品質(zhì)的原材料則是光刻膠性能的基礎(chǔ)。

配方技術(shù)：由于光刻膠的下游用戶是IC芯片和FPD面板制造商，不同的客戶會有不同的應(yīng)用需求，同一個客戶也有不同的光刻應(yīng)用需求。一般一塊半導(dǎo)體芯片在制造過程中需要進(jìn)行10-50道光刻過程，由于基板不同、分辨率要求不同、蝕刻方式不同等，不同的光刻過程對光刻膠的具體要求也不一樣，即使類似的光刻過程，不同的廠商也會有不同的要求。針對以上不同的應(yīng)用需求，光刻膠的品種非常多，這些差異主要通過調(diào)整光刻膠的配方來實(shí)現(xiàn)。因此，通過調(diào)整光刻膠的配方，滿足差異化的應(yīng)用需求，是光刻膠制造商核心的技術(shù)。

質(zhì)量控制技術(shù)：由于用戶對光刻膠的穩(wěn)定性、一致性要求高，包括不同批次間的一致性，通常希望對感光靈敏度、膜厚的一致性保持在較高水平，因此，光刻膠生產(chǎn)商不僅僅要有齊全的測試儀器，還需要建立一套嚴(yán)格的QA體系以保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。

原材料技術(shù)：光刻膠是一種經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)的復(fù)雜、精密的配方產(chǎn)品，由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等不同性質(zhì)的原料，通過不同的排列組合，經(jīng)過復(fù)雜、精密的加工工藝而制成。因此，光刻膠原材料的品質(zhì)對光刻膠的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。對于半導(dǎo)體化學(xué)化學(xué)試劑的純度，半導(dǎo)體設(shè)備和材料組織（SEMI）制定了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如下表中所示：

光刻膠行業(yè)具有*的行業(yè)壁壘，因此其行業(yè)都呈現(xiàn)寡頭壟斷的局面。光刻膠行業(yè)長年被日本和美國專業(yè)公司壟斷。目前前五大廠商就占據(jù)了光刻膠市場 87%的份額，行業(yè)集中度高。其中，日本 JSR、東京應(yīng)化、日本信越與富士電子材料市占*加和達(dá)到72%。

并且高分辨率的 KrF 和 ArF 半導(dǎo)體光刻膠核心技術(shù)亦基本被日本和美國企業(yè)所壟斷，產(chǎn)品絕大多數(shù)出自日本和美國公司，如杜邦、JSR 株式會社、信越化學(xué)、東京應(yīng)化工業(yè)、Fujifilm，以及韓國東進(jìn)等企業(yè)。

在半導(dǎo)體和面板光刻膠領(lǐng)域，盡管國產(chǎn)光刻膠距離guoji xianjin水平仍然有差距，但是在政策的支持和自身的不懈努力之下，中國已經(jīng)有一批光刻膠企業(yè)陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。

在我國成熟制程、14nm FinFET、存儲廠紛紛建產(chǎn)后，光刻膠作為集成電路光刻工藝的關(guān)鍵材料，未來的市場需求將步入高速增長。但目前國內(nèi)晶圓廠的光刻膠大部分依賴于TOK、信越、DOW等品牌，國產(chǎn)化品牌北京科華、瑞紅在I-line光刻膠和KrF光刻膠有所突破，南大光電、上海新陽在ArF光刻膠也有所布局。