一文了解光刻胶及国产化进程

作为半导体制造的核心流程,光刻工艺对于芯片制造来说至关重要。光刻胶是光刻工艺最重要的耗材,光刻胶的质量对光刻精度至关重要。因此,光刻胶被称为半导体材料皇冠上的明珠,是半导体产业最关键的材料。

近年来,面对寡头垄断格局,中国半导体产业掀起了一股国产化替代的浪潮。本文将全面介绍什么是光刻胶?光刻胶国产化进程以及国产光刻胶企业有哪些?

什么是光刻胶

光刻胶又名光致抗蚀剂,由溶剂、光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂)、光刻胶树脂、单体和其他助剂等成分组成,具有光化学敏感性。光刻胶能够利用光化学反应,经过曝光、显影等光刻工艺,将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上。

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光刻胶分类

按照显影效果不同,光刻胶分为正性光刻胶和负性光刻胶。正性光刻胶的曝光部分溶于显影剂,显影时形成的图形与掩膜版上的图形相同。负性光刻胶的曝光部分则不溶于显影剂,显影时形成的图形与掩膜版相反。

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按照化学结构不同,光刻胶可分为光聚合型、光分解型、光交联型和化学放大型。光聚合型光刻胶采用烯类单体,在光作用下生成自由基,引发单体聚合反应生成聚合物,常用于负性光刻胶;光分解型光刻胶,采用含有重氮醌类化合物(DQN)材料作为感光剂,其经过光照后,发生光分解反应,可以制成正性光刻胶;光交联型光刻胶采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光作用下,形成不溶性的网状结构,起到抗蚀作用,可制成负性光刻胶;化学放大型光刻胶采用难以溶解的聚乙烯树脂,使用光致酸剂(PAG)作为光引发剂,当光刻胶曝光后,曝光区域PAG产生酸,可作为后续热烘焙工序的催化器,使得树脂变得易于溶解。

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按照下游应用领域不同,光刻胶可分为PCB光刻胶、LCD光刻胶和半导体光刻胶。PCB 光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶、光成像阻焊油墨。LCD 领域光刻胶主要包括彩色光刻胶和黑色光刻胶、触摸屏光刻胶、TFT-LCD 光刻胶。

其中,半导体光刻胶根据对应波长可以分为紫外光刻胶(300-450nm)、深紫外光刻胶(160-280nm)、极紫外光刻胶(EUV、13．5nm)、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶。光刻胶波长越短,加工分辨率越高。

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国产光刻胶市场现状

根据Cision数据,2019年全球光刻胶市场规模预计约91亿美元,预计至2022年全球光刻胶市场规模将超过100亿美元,复合增长率为5%。2019年中国光刻胶市场规模约88亿元,预计至2022年中国光刻胶市场规模将超过117亿元,年复合增长率将高达15%。

图源:天风证券

从光刻胶细分市场来看,半导体光刻胶技术壁垒最高,LCD光刻胶和PCB光刻胶次之。全球各类型光刻胶市场结构平均,市占率约25%。然而,中国光刻胶市场却以技术壁垒较低的PCB光刻胶为主,占据了94%的市场规模。KrF、ArF等高端光刻胶基本被日本和美国企业垄断,包括陶氏化学、JSR、信越化学、东京应化等企业。反观我国光刻胶产业链,高端光刻胶仍处于空白状态,亟待国产化突破。

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国产光刻胶厂商

晶瑞电材

晶瑞电材拥有近30年光刻胶产品研发和生产经验,公司光刻胶产品类型涵盖高中低分辨率的I线、G线紫外正性光刻胶、环化橡胶型负性光刻胶、化学增幅型光刻胶、厚膜光刻胶等,广泛适用于IC、TFT-array、LED、Touch Panel、先进封装等领域。2020年,该公司核心产品光刻胶及配套材料销售额突破1．79亿元,同比增长16．98%。

北京科华

北京科华(彤程新材控股)专注于光刻胶及配套试剂的研发、生产和销售,产品覆盖KrF(248nm)、I线、G线、紫外宽谱光刻胶及配套试剂,广泛应用于集成电路、发光二极管、分立器件、先进封装等领域。公司集成电路用高分辨率G线正胶、I线正胶、KrF-248nm深紫外光刻胶均已实现产线建设和量产出货。此外,该公司投资建设ArF高端光刻胶研发平台,主要研究193nm ArF湿法光刻胶生产,预计将于2023年底建设完成。

上海新阳

上海新阳积极布局光刻胶业务,正在开发集成电路制造用高端光刻胶产品,包括逻辑和模拟芯片制造用的I线光刻胶、KrF光刻胶、ArF干法光刻胶,存储芯片制造用的KrF厚膜光刻胶,以及底部抗反射膜(BARC)等配套材料。该公司预计KrF厚膜光刻胶可在2022年实现稳定量产销售,ArF光刻胶将于2023年开始量产。

南大光电

南大光电专业从事高纯电子材料研发,从前驱体、电子特气、光刻胶三大半导体材料布局。其中,该公司自主研发的ArF光刻胶可以达到90nm-14nm的集成电路工艺节点,并已经实现产业化。目前,南大光电已经完成2条光刻胶生产线建设。

徐州博康

徐州博康(华懋科技控股)从事光刻材料领域中的中高端化学品业务,在单体+树脂+成品+配套试剂全面发力,实现光刻胶全产业链覆盖。该公司集研发、生产、经营中高端光刻胶、光刻胶单体和光刻胶树脂等,博康旗下汉拓光学产品线覆盖电子束光刻胶、ArF光刻胶、KrF光刻胶、I线光刻胶等半导体光刻胶系列产品。