全面解讀光刻膠工藝制造流程

光刻膠又稱光致抗蝕劑，是一種對(duì)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。

光刻膠可以通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)曝光、顯影等光刻工序?qū)⑺枰奈⒓?xì)圖形從光罩（掩模版）轉(zhuǎn)移到待加工基片上。依據(jù)使用場(chǎng)景，這里的待加工基片可以是集成電路材料，顯示面板材料或者印刷電路板。 ?

? 據(jù)第三方機(jī)構(gòu)智研咨詢統(tǒng)計(jì)，2019年全球光刻膠市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)近90億美元，自2010年至2020年9月CAGR約5.4%。預(yù)計(jì)至2022年全球光刻膠市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)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。全球市場(chǎng)上不同種類光刻膠的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)較為均衡，具體占比可以如下圖所示。 ?

全球光刻膠市場(chǎng)結(jié)構(gòu) ? 智研咨詢的數(shù)據(jù)還顯示，受益于半導(dǎo)體、顯示面板、PCB產(chǎn)業(yè)東移的趨勢(shì)，自2011年至2020年，光刻膠中國(guó)本土供應(yīng)規(guī)模年增長(zhǎng)率達(dá)到11%，高于全球平均5%的增速。目前，中國(guó)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(guó)本土光刻膠企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)可以如圖所示。 ?

中國(guó)本土光刻膠企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)

光刻膠分類

在平板顯示行業(yè)，主要使用的光刻膠有彩色及黑色光刻膠、LCD觸摸屏用光刻膠、TFT-LCD正性光刻膠等。在光刻和蝕刻生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，光刻膠涂覆于晶體薄膜表面，經(jīng)曝光、顯影和蝕刻等工序?qū)⒐庹郑ㄑ谀ぐ妫┥系膱D形轉(zhuǎn)移到薄膜上，形成與掩膜版對(duì)應(yīng)的幾何圖形。

? ? ? 在PCB行業(yè)，主要使用的光刻膠有干膜光刻膠、濕膜光刻膠、感光阻焊油墨等。干膜是用特殊的薄膜貼在處理后的敷銅板上，進(jìn)行曝光顯影；濕膜和光成像阻焊油墨則是涂布在敷銅板上，待其干燥后進(jìn)行曝光顯影。干膜與濕膜各有優(yōu)勢(shì)，總體來(lái)說(shuō)濕膜光刻膠分辨率高于干膜，價(jià)格更低廉，正在對(duì)干膜光刻膠的部分市場(chǎng)進(jìn)行替代。 ? ? ?

在半導(dǎo)體集成電路制造行業(yè)，主要使用g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠等。在大規(guī)模集成電路的制造過(guò)程中，一般要對(duì)硅片進(jìn)行超過(guò)十次光刻。在每次的光刻和刻蝕工藝中，光刻膠都要通過(guò)預(yù)烘、涂膠、前烘、對(duì)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(gè)芯片制造工藝的35%，并且耗費(fèi)時(shí)間約占整個(gè)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(chǎng)巨大。因此光刻膠是半導(dǎo)體集成電路制造的核心材料。 ?

正性光刻膠顯影示意圖 ?

按顯示效果分類，光刻膠可分為正性光刻膠和負(fù)性光刻膠。負(fù)性光刻膠顯影時(shí)形成的圖形與光罩（掩膜版）相反；正性光刻膠形成的圖形與掩膜版相同。兩者的生產(chǎn)工藝流程基本一致，區(qū)別在于主要原材料不同。 ?

負(fù)性光刻膠顯影示意圖 ?

按照化學(xué)結(jié)構(gòu)分類，光刻膠可以分為光聚合型、光分解型、光交聯(lián)型和化學(xué)放大型。光聚合型光刻膠采用烯類單體，在光作用下生成自由基，進(jìn)一步引發(fā)單體聚合，最后生成聚合物。 ?

光聚合反應(yīng)示意圖 ?

光分解型光刻膠，采用含有重氮醌類化合物(DQN)材料作為感光劑，其經(jīng)光照后，發(fā)生光分解反應(yīng)，可以制成正性光刻膠；光交聯(lián)型光刻膠采用聚乙烯醇月桂酸酯等作為光敏材料，在光的作用下，形成一種不溶性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而起到抗蝕作用，可以制成負(fù)性光刻膠。

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光分解反應(yīng)示意圖 ?

在半導(dǎo)體集成電路光刻技術(shù)開始使用深紫外（DUV）光源以后，化學(xué)放大（CAR）技術(shù)逐漸成為行業(yè)應(yīng)用的主流。在化學(xué)放大光刻膠技術(shù)中，樹脂是具有化學(xué)基團(tuán)保護(hù)因而難以溶解的聚乙烯?；瘜W(xué)放大光刻膠使用光致酸劑（PAG）作為光引發(fā)劑。 ?

光交聯(lián)反應(yīng)示意圖 ?

當(dāng)光刻膠曝光后，曝光區(qū)域的光致酸劑（PAG）將會(huì)產(chǎn)生一種酸。這種酸在后熱烘培工序期間作為催化劑，將會(huì)移除樹脂的保護(hù)基團(tuán)從而使得樹脂變得易于溶解。化學(xué)放大光刻膠曝光速遞是DQN光刻膠的10倍，對(duì)深紫外光源具有良好的光學(xué)敏感性，同時(shí)具有高對(duì)比度，高分辨率等優(yōu)點(diǎn)。 ?

化學(xué)放大光反應(yīng)示意圖 ?

按照曝光波長(zhǎng)分類，光刻膠可分為紫外光刻膠（300~450nm）、深紫外光刻膠（160~280nm）、極紫外光刻膠（EUV，13.5nm）、電子束光刻膠、離子束光刻膠、X射線光刻膠等。不同曝光波長(zhǎng)的光刻膠，其適用的光刻極限分辨率不同。通常來(lái)說(shuō)，在使用工藝方法一致的情況下，波長(zhǎng)越短、加工分辨率越佳。

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光刻膠分類總結(jié) ? ?

光刻膠是半導(dǎo)體制程技術(shù)進(jìn)步的“燃料” ? 在集成電路制造領(lǐng)域，如果說(shuō)***是推動(dòng)制程技術(shù)進(jìn)步的“引擎”，光刻膠就是這部“引擎”的“燃料”。下圖展示了光刻膠如何在一個(gè)NMOS三極管的制造工藝中發(fā)揮作用。NMOS三級(jí)管是半導(dǎo)體制程工藝中最常用的集成電路結(jié)構(gòu)之一。 ?

一種NMOS三極管集成電路結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程 ? 在這樣一個(gè)典型例子中，步驟1中的綠色部分代表紅色部分多晶硅材料被涂上了一層光刻膠。在步驟2的光刻曝光過(guò)程中，黑色的掩膜遮擋范圍之外的光刻膠被都被光刻光源照射，發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)的改變，在步驟3中表現(xiàn)為變成了墨綠色。在步驟4里，經(jīng)過(guò)顯影之后，紅色表征的多晶硅材料上方只有之前被光罩遮擋的地方留下了光刻膠材料。 ? 于是，光罩（掩模版）上的圖形就被轉(zhuǎn)移到了多晶硅材料上，完成了“光刻”的過(guò)程。在此后的步驟5到步驟7里，基于“光刻”過(guò)程在多晶硅材料上留下的光刻膠圖形，“多晶硅層刻蝕”、“光刻膠清洗”和“N+離子注入”工藝共同完成了一個(gè)NMOS 三極管的構(gòu)造。 ? 上圖步驟1中的光刻膠涂膠過(guò)程也是一種重要的半導(dǎo)體工藝。其目的就是在晶圓表面建立輕薄，均勻且沒有缺陷的光刻膠膜。一般來(lái)說(shuō)，光刻膠膜厚度從0.5um到1.5um 不等，厚度的誤差需要在正負(fù)0.01um以內(nèi)。半導(dǎo)體光刻膠的涂敷方法主要是旋轉(zhuǎn)涂膠法，具體可以分為靜態(tài)旋轉(zhuǎn)法和動(dòng)態(tài)噴灑法。
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靜態(tài)旋轉(zhuǎn)法涂膠過(guò)程示意圖 ? 靜態(tài)旋轉(zhuǎn)法：首先把光刻膠通過(guò)滴膠頭堆積在硅片的中心，然后低速旋轉(zhuǎn)使得光刻膠鋪開，再以高速旋轉(zhuǎn)甩掉多余的光刻膠。在高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，光刻膠中的溶劑會(huì)揮發(fā)一部分。這個(gè)過(guò)程可以如下圖中所示。 ?

合格與不合格的靜態(tài)涂膠過(guò)程示意圖 ? 靜態(tài)涂膠法中的光刻膠堆積量非常關(guān)鍵，量少了會(huì)導(dǎo)致光刻膠不能充分覆蓋硅片，量大了會(huì)導(dǎo)致光刻膠在硅片邊緣堆積甚至流到硅片的背面，影響工藝質(zhì)量。 ? 動(dòng)態(tài)噴灑法：隨著硅片尺寸越來(lái)越大，靜態(tài)涂膠已經(jīng)不能滿足最新的硅片加工需求。相對(duì)靜態(tài)旋轉(zhuǎn)法而言，動(dòng)態(tài)噴灑法在光刻膠對(duì)硅片進(jìn)行澆注的時(shí)刻就開始以低速旋轉(zhuǎn)幫助光刻膠進(jìn)行最初的擴(kuò)散。
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動(dòng)態(tài)噴灑法涂膠過(guò)程示意圖 ? 這種方法可以用較少量的光刻膠形成更均勻的光刻膠鋪展，最終以高速旋轉(zhuǎn)形成滿足厚薄與均勻度要求的光刻膠膜。 ?

隨著IC集成度的提高，世界集成電路的制程工藝水平按已由微米級(jí)、亞微米級(jí)、深亞微米級(jí)進(jìn)入到納米級(jí)階段。集成電路線寬不斷縮小的趨勢(shì)，對(duì)包括光刻在內(nèi)的半導(dǎo)體制程工藝提出了新的挑戰(zhàn)。在半導(dǎo)體制程的光刻工藝中，集成電路線寬的特征尺寸可以由如右所示的瑞利公式確定：CD= k1*λ/NA ?

瑞利公式中各個(gè)參數(shù)的意義 ? CD（Critical Dimension）表示集成電路制程中的特征尺寸；k1是瑞利常數(shù)，是光刻系統(tǒng)中工藝和材料的一個(gè)相關(guān)系數(shù)；λ是曝光波長(zhǎng)，而NA（Numerical Aperture）則代表了***的孔徑數(shù)值。 ? 因此，***需要通過(guò)降低瑞利常數(shù)和曝光波長(zhǎng)，增大孔徑尺寸來(lái)制造具有更小特征尺寸的集成電路。其中降低曝光波長(zhǎng)與***使用的光源以及光刻膠材料高度相關(guān)。歷史上***所使用的光源波長(zhǎng)呈現(xiàn)出與集成電路關(guān)鍵尺寸同步縮小的趨勢(shì)。不同波長(zhǎng)的光刻光源要求截然不同的光刻設(shè)備和光刻膠材料。 ? 在20世紀(jì)80年代，半導(dǎo)體制成的主流工藝尺寸在1.2um（1200nm）至 0.8um（800nm）之間。那時(shí)候波長(zhǎng)436nm的光刻光源被廣泛使用。在90年代前半期，隨著半導(dǎo)體制程工藝尺寸朝 0.5um（500nm）和0.35um（350nm）演進(jìn)，光刻開始采用365nm波長(zhǎng)光源。 ? 436nm和365nm光源分別是高壓汞燈中能量最高，波長(zhǎng)最短的兩個(gè)譜線。高壓汞燈技術(shù)成熟，因此最早被用來(lái)當(dāng)作光刻光源。使用波長(zhǎng)短，能量高的光源進(jìn)行光刻工藝更容易激發(fā)光化學(xué)反應(yīng)、提高光刻分別率。以研究光譜而聞名的近代德國(guó)科學(xué)家約瑟夫·弗勞恩霍夫?qū)⑦@兩種波長(zhǎng)的光譜分別命名為G線和I線。這也是 g-line光刻和 i-line光刻技術(shù)命名的由來(lái)。 ? g-line與i-line光刻膠均使用線性酚醛成分作為樹脂主體，重氮萘醌成分（DQN 體系）作為感光劑。未經(jīng)曝光的DQN成分作為抑制劑，可以十倍或者更大的倍數(shù)降低光刻膠在顯影液中的溶解速度。 ? 曝光后，重氮萘醌(DQN)基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)橄┩c水接觸時(shí)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)檐崃u酸，從而得以在曝光區(qū)被稀堿水顯影時(shí)除去。由此，曝光過(guò)的光刻膠會(huì)溶解于顯影液而被去除，而未曝光的光刻膠部分則得以保留。 ? 雖然g-line光刻膠和i-line 光刻膠使用的成分類似，但是其樹脂和感光劑在微觀結(jié)構(gòu)上均有變化，因而具有不同的分辨率。G-line光刻膠適用于0.5um(500nm)以上尺寸的集成電路制作，而i-line光刻膠使用于0.35um（350nm至0.5um（500nm）尺寸的集成電路制作。 ? 此外，這兩種光刻膠均可以用于液晶平板顯示等較大面積電子產(chǎn)品的制作。 ?

90年代后半期，遵從摩爾定律的指引，半導(dǎo)體制程工藝尺寸開始縮小到0.35um（350nm）以下，因而開始要求更高分辨率的光刻技術(shù)。 ? 深紫外光由于波長(zhǎng)更短，衍射作用小，所以可以用于更高分辨率的光刻光源。隨著 KrF、ArF等稀有氣體鹵化物準(zhǔn)分子激發(fā)態(tài)激光光源研究的發(fā)展，248nm（KrF）、193nnm（ArF）的光刻光源技術(shù)開始成熟并投入實(shí)際使用。 ? 然而，由于 DQN 體系光刻膠對(duì)深紫外光波段的強(qiáng)烈吸收效應(yīng)，KrF和ArF作為光刻氣體產(chǎn)生的射光無(wú)法穿透DQN光刻膠，這意味著光刻分辨率會(huì)受到嚴(yán)重影響。因此深紫外光刻膠采取了與i-line和g-line光刻膠完全不同的技術(shù)體系，這種技術(shù)體系被稱為化學(xué)放大光阻體系（Chemically Amplified Resist, CAR）。 ? 在CAR技術(shù)體系中，光刻膠中的光引發(fā)劑經(jīng)過(guò)曝光后并不直接改變光刻膠在顯影液中的溶解度，而是產(chǎn)生酸。在后續(xù)的熱烘培流程的高溫環(huán)境下，曝光產(chǎn)生的酸作為催化劑改變光刻膠在顯影液中的溶解度。因此CAR技術(shù)體系下的光引發(fā)劑又叫做光致酸劑。 ? 由于CAR光刻膠的光致酸劑產(chǎn)生的酸本身并不會(huì)在曝光過(guò)程中消耗而僅僅作為催化劑而存在，因此少量的酸就可以持續(xù)地起到有效作用。CAR光刻膠的光敏感性很強(qiáng)，所需要從深紫外輻射中吸收的能量很少，大大加強(qiáng)了光刻的效率。CAR光刻膠曝光速遞是DQN光刻膠的10倍左右。 ?

從90年代后半期開始，光刻光源就開始采用 248nm 的 KrF 激光；而從2000年代開始，光刻就進(jìn)一步轉(zhuǎn)向使用193nm 波長(zhǎng)的ArF準(zhǔn)分子激光作為光源。在那之后一直到今天的約20年里，193nm波長(zhǎng)的ArF準(zhǔn)分子激光一直是半導(dǎo)體制程領(lǐng)域性能最可靠，使用最廣泛的光刻光源。 ? 一般而言，KrF（248nm）光刻膠使用聚對(duì)羥基苯乙烯及其衍生物作為成膜樹脂，使用磺酸碘鎓鹽和硫鎓鹽作為光致酸劑；而ArF（193nm）光刻膠則多使用聚甲基丙烯酸酯衍生物，環(huán)烯烴-馬來(lái)酸酐共聚物，環(huán)形聚合物等作為成膜樹脂；由于化學(xué)結(jié)構(gòu)上的原因，Arf(193nm)光刻膠需要比KrF（248nm）光刻膠更加敏感的光致酸劑。 ? 雖然在2007年之后，一些波長(zhǎng)更短的準(zhǔn)分子光刻光源技術(shù)陸續(xù)出現(xiàn)，但是這些波段的輻射都很容易被光刻鏡頭等光學(xué)材料吸收，使這些材料受熱產(chǎn)生膨脹而無(wú)法正常工作。 ? 少數(shù)可以和這些波段的輻射正常工作的光學(xué)材料，比如氟化鈣（螢石）等，成本長(zhǎng)期居高不下。再加上浸沒光刻和多重曝光等新技術(shù)的出現(xiàn)，193nm波長(zhǎng)ArF光刻系統(tǒng)突破了此前 65nm 分辨率的瓶頸，所以在45nm 到10nm之間的半導(dǎo)體制程工藝中，ArF光刻技術(shù)仍然得到了最廣泛的應(yīng)用。 ?

光刻用光源技術(shù)演進(jìn) ? 浸沒光刻；在與浸沒光刻相對(duì)的干法光刻中，光刻透鏡與光刻膠之間是空氣。光刻膠直接吸收光源發(fā)出的紫外輻射并發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。 ? 在浸沒光刻中，光刻鏡頭與光刻膠之間是特定液體。這些液體可以是純水也可以是別的化合物液體。光刻光源發(fā)出的輻射經(jīng)過(guò)這些液體的時(shí)候發(fā)生了折射，波長(zhǎng)變短。這樣，在不改變光源的前提條件下，更短波長(zhǎng)的紫外光被投影光刻膠上，提高了光刻加工的分辨率。下圖左展示了一個(gè)典型的浸沒光刻系統(tǒng)。 ?

典型的浸沒光刻系統(tǒng) ? 雙重光刻；雙重光刻的意思是通過(guò)兩次光刻使得加工分辨率翻倍。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的一種方法是在第一次光刻過(guò)后平移同一個(gè)光罩進(jìn)行第二次光刻，以提高加工分辨率。 ? 下圖右展示了這樣一個(gè)過(guò)程。下圖右中雙重光刻子進(jìn)行了兩次涂膠，兩次光刻和兩次刻蝕。隨著光刻膠技術(shù)的進(jìn)步，僅需要一次涂膠，兩次光刻和一次刻蝕的雙重光刻工藝也成為可能。 ?

雙重光刻使加工分辨率翻倍 ? 浸沒光刻和雙重光刻技術(shù)在不改變193nm波長(zhǎng)ArF光刻光源的前提下，將加工分辨率推向10nm的數(shù)量級(jí)。與此同時(shí)，這兩項(xiàng)技術(shù)對(duì)光刻膠也提出了新的要求。 ? 在浸沒工藝中；光刻膠首先不能與浸沒液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或浸出擴(kuò)散，損傷光刻膠自身和光刻鏡頭；其次，光刻膠的折射率必須大于透鏡，液體和頂部涂層。因此光刻膠中主體樹脂的折射率一般要求達(dá)到1.9以上；接著，光刻膠不能在浸沒液體的浸泡下和后續(xù)的烘烤過(guò)程中發(fā)生形變，影響加工精度；最后，當(dāng)浸沒工藝目標(biāo)分辨率接近10nm時(shí)，將對(duì)于光刻膠多個(gè)性能指標(biāo)的權(quán)衡都提出了更加苛刻的挑戰(zhàn)。 ? 浸沒ArF光刻膠制備難度大于干性ArF光刻膠，是 ArF光刻加工分辨率突破 45nm 的關(guān)鍵之一。 ?

不合格的雙重曝光 ? 在雙重曝光工藝中，若光刻膠可以接受多次光刻曝光而不在光罩遮擋的區(qū)域發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，就可以節(jié)省一次刻蝕，一次涂膠和一次光刻膠清洗流程。 ? 下圖左展示了一次不合格的雙重曝光過(guò)程。由于在非曝光區(qū)域光刻膠仍然會(huì)接受到相對(duì)少量的光刻輻射，在兩次曝光過(guò)程后，非曝光區(qū)域接受到的輻射有可能超過(guò)光刻膠的曝光閾值E0，而發(fā)生錯(cuò)誤的光刻反應(yīng)。 ? 在下圖右中，非曝光區(qū)域的光刻膠在兩次曝光后接受到的輻射能量仍然小于其曝光閾值E0，因此下圖右是一次合格的雙重曝光。從這個(gè)例子可以看出，與單次曝光不同，雙重曝光要求光刻膠的曝光閾值和光刻光源的照射強(qiáng)度之間的權(quán)衡。 ?

合格的雙重曝光 ? EUV（極紫外光）光刻技術(shù)是20年來(lái)光刻領(lǐng)域的最新進(jìn)展。由于目前可供利用的光學(xué)材料無(wú)法很好支持波長(zhǎng)13nm以下的輻射的反射和透射，因此 EUV 光刻技術(shù)使用波長(zhǎng)為13.5nm的紫外光作為光刻光源。 ? EUV（極紫外光）光刻技術(shù)將半導(dǎo)體制程技術(shù)在10nm以下的區(qū)域繼續(xù)推進(jìn)。在 EUV 光刻工藝的13.5nm波長(zhǎng)尺度上，量子的不確定性效應(yīng)開始顯現(xiàn)，為相應(yīng)光源，光罩和光刻膠的設(shè)計(jì)和使用帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。 ? 目前 EUV ***只有荷蘭ASML有能力制造，許多相應(yīng)的技術(shù)細(xì)節(jié)尚不為外界所知。在即將到來(lái)的 EUV 光刻時(shí)代，業(yè)界預(yù)期已經(jīng)流行長(zhǎng)達(dá) 20 年之久的KrF、ArF 光刻膠技術(shù)或?qū)⒂瓉?lái)全面技術(shù)變革。 ? ? 光刻膠材料制備壁壘高 ? 光刻膠所屬的微電子化學(xué)品是電子行業(yè)與化工行業(yè)交叉的領(lǐng)域，是典型的技術(shù)密集行業(yè)。從事微電子化學(xué)品業(yè)務(wù)需要具備與電子產(chǎn)業(yè)前沿發(fā)展相匹配的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)，如混配技術(shù)、分離技術(shù)、純化技術(shù)以及與生產(chǎn)過(guò)程相配套的分析檢驗(yàn)技術(shù)、環(huán)境處理與監(jiān)測(cè)技術(shù)等。 ? 同時(shí)，下游電子產(chǎn)業(yè)多樣化的使用場(chǎng)景要求微電子化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)有較強(qiáng)的配套能力，以及時(shí)研發(fā)和改進(jìn)產(chǎn)品工藝來(lái)滿足客戶的個(gè)性化需求。 ? 光刻膠的生產(chǎn)工藝主要過(guò)程是將感光材料、樹脂、溶劑等主要原料在恒溫恒濕 1000 級(jí)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?，使其充分混合形成均相液體，經(jīng)過(guò)多次過(guò)濾，并通過(guò)中間過(guò)程控制和檢驗(yàn)，使其達(dá)到工藝技術(shù)和質(zhì)量要求，最后做產(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(kù)。 ? 整個(gè)工藝流程可以如下圖所示：

光刻膠的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)要流程 ? 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(huì)有不同的應(yīng)用需求，同一個(gè)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(guò)程中需要進(jìn)行10-50道光刻過(guò)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(guò)程對(duì)光刻膠的具體要求也不一樣，即使類似的光刻過(guò)程，不同的廠商也會(huì)有不同的要求。 ? 針對(duì)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(guò)調(diào)整光刻膠的配方來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，通過(guò)調(diào)整光刻膠的配方，滿足差異化的應(yīng)用需求，是光刻膠制造商最核心的技術(shù)。 ? 質(zhì)量控制技術(shù)：由于用戶對(duì)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(duì)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)商不僅僅要配臵齊全的測(cè)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(guò)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(guò)不同的排列組合，經(jīng)過(guò)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(duì)光刻膠的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。對(duì)于半導(dǎo)體化學(xué)化學(xué)試劑的純度，際半導(dǎo)體設(shè)備和材料組織（SEMI）制定了國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如下表中所示。 ?

SEMI 超凈高純?cè)噭?biāo)準(zhǔn) ? 半導(dǎo)體集成電路用試劑材料的純度要求較高，基本集中在SEMI G3、G4水平，我國(guó)的研發(fā)水平與國(guó)際尚存在較大差距；半導(dǎo)體分立器件對(duì)超凈高純?cè)噭┘兌鹊囊笠陀诩呻娐罚炯性?SEMI G2 級(jí)水平，國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)能夠滿足大部分的生產(chǎn)需要；平板顯示和 LED 領(lǐng)域?qū)τ诔瑑舾呒冊(cè)噭┑牡燃?jí)要求為 SEMI G2、G3 水平，國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)能夠滿足大部分的生產(chǎn)需求。 ? 包括光刻膠在內(nèi)的微電子化學(xué)品有技術(shù)要求高、功能性強(qiáng)、產(chǎn)品更新快等特點(diǎn)，其產(chǎn)品品質(zhì)對(duì)下游電子產(chǎn)品的質(zhì)量和效率有非常大的影響。 ? 因此，下游企業(yè)對(duì)微電子化學(xué)品供應(yīng)商的質(zhì)量和供貨能力十分重視，常采用認(rèn)證采購(gòu)的模式，需要通過(guò)送樣檢驗(yàn)、技術(shù)研討、信息回饋、技術(shù)改進(jìn)、小批試做、大批量供貨、售后服務(wù)評(píng)價(jià)等嚴(yán)格的篩選流程。 ? 認(rèn)證時(shí)間久，要求嚴(yán)苛；一般產(chǎn)品得到下游客戶的認(rèn)證需要較長(zhǎng)的時(shí)間周期。顯示面板行業(yè)通常為 1-2 年，集成電路行業(yè)由于要求較高，認(rèn)證周期能達(dá)到 2-3 年時(shí)間；認(rèn)證階段內(nèi)，光刻膠供應(yīng)商沒有該客戶的收入，這需要供應(yīng)收有足夠的資金實(shí)力。 ? 光刻膠供應(yīng)商與客戶粘性大；一般情況下，為了保持光刻膠供應(yīng)和效果的穩(wěn)定，下游客戶與光刻膠供應(yīng)商一旦建立供應(yīng)關(guān)系后，不會(huì)輕易更換。通過(guò)建立反饋機(jī)制，滿足個(gè)性化需求，光刻膠供應(yīng)商與客戶的粘性不斷增加。后來(lái)者想要加入到供應(yīng)商行列，往往需要滿足比現(xiàn)有供應(yīng)商更高的要求。所以光刻膠行業(yè)對(duì)新進(jìn)入者壁壘較高。 ? 通常光刻膠等微電子化學(xué)品不僅品質(zhì)要求高，而且需要多種不同的品類滿足下游客戶多樣化的需。如果沒有規(guī)模效益，供應(yīng)商就無(wú)法承擔(dān)滿足高品質(zhì)多樣化需求帶來(lái)的開銷。因此，品種規(guī)模構(gòu)成了進(jìn)入該行業(yè)的重要壁壘。 ? 同時(shí)，一般微電子化學(xué)品具有一定的腐蝕性，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備有較高的要求，且生產(chǎn)環(huán)境需要進(jìn)行無(wú)塵或微塵處理。制備高端微電子化學(xué)品還需要全封閉、自動(dòng)化的工藝流程，以避免污染，提高質(zhì)量。 ? 因此，光刻膠等微電子化學(xué)品生產(chǎn)在安全生產(chǎn)、環(huán)保設(shè)備、生產(chǎn)工藝系統(tǒng)、過(guò)程控制體系以及研發(fā)投資等方面要求較高。如果沒有強(qiáng)大的資金實(shí)力，企業(yè)就難以在設(shè)備、研發(fā)和技術(shù)服務(wù)上取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，以提升可持續(xù)發(fā)展能力。因此，光刻膠這樣的微電子化學(xué)品行業(yè)具備較高的資金壁壘。 ? ? 美國(guó)和日本把持的市場(chǎng) ? 光刻膠行業(yè)具有極高的行業(yè)壁壘，因此在全球范圍其行業(yè)都呈現(xiàn)寡頭壟斷的局面。光刻膠行業(yè)長(zhǎng)年被日本和美國(guó)專業(yè)公司壟斷。 ? 目前前五大廠商就占據(jù)了全球光刻膠市場(chǎng)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率加和達(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(guó)企業(yè)所壟斷，產(chǎn)品絕大多數(shù)出自日本和美國(guó)公司，如杜邦、JSR 株式會(huì)社、信越化學(xué)、東京應(yīng)化工業(yè)、Fujifilm，以及韓國(guó)東進(jìn)等企業(yè)。 ? 整個(gè)光刻膠市場(chǎng)格局來(lái)看，日本是光刻膠行業(yè)的巨頭聚集地。 ?

全球光刻膠生產(chǎn)企業(yè)市場(chǎng)份額 ? 日韓材料摩擦：半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化是必然趨勢(shì)；2019年7月份，在日韓貿(mào)易爭(zhēng)端的背景下，日本宣布對(duì)韓國(guó)實(shí)施三種半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)材料實(shí)施禁運(yùn)，包含刻蝕氣體，光刻膠和氟聚酰亞胺。 ? 韓國(guó)是全球存儲(chǔ)器生產(chǎn)基地，顯示屏生產(chǎn)基地，也是全球晶圓代工基地，三星，海力士，東部高科等一大批晶圓代工廠和顯示屏廠都需要日本的半導(dǎo)體材料。這三種材料直接掐斷了韓國(guó)存儲(chǔ)器和顯示屏的經(jīng)濟(jì)支柱。 ? 在禁運(yùn)之后，韓國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨空前危機(jī)，一時(shí)間，三星半導(dǎo)體，海力士等全球存儲(chǔ)器龍頭都處于時(shí)刻停產(chǎn)危機(jī)，三星本身的材料存貨只能支撐3個(gè)月的生產(chǎn)。三星，海力士高管也是頻頻去日本交涉。同為美國(guó)重要盟友的日韓之間尚且如此，尚在發(fā)展初期的中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)更需要敲響警鐘。 ? 目前中國(guó)大陸對(duì)于電子材料，特別是光刻膠方面對(duì)國(guó)外依賴較高。所以在半導(dǎo)體材料方面的國(guó)產(chǎn)代替是必然趨勢(shì)。 ? 中美貿(mào)易摩擦：光刻膠國(guó)產(chǎn)代替是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迫切需要；自從中美貿(mào)易摩擦依賴，中國(guó)大陸積極布局集成電路產(chǎn)業(yè)。在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，光刻膠作為是集成電路制程技術(shù)進(jìn)步的“燃料”，是國(guó)產(chǎn)代替重要環(huán)節(jié)，也是必將國(guó)產(chǎn)化的產(chǎn)品。 ? 光刻是半導(dǎo)制程的核心工藝，對(duì)制造出更先進(jìn)，晶體管密度更大的集成電路起到?jīng)Q定性作用。每一代新的光刻工藝都需要新一代的光刻膠技術(shù)相匹配?，F(xiàn)在，一塊半導(dǎo)體芯片在制造過(guò)程中一般需要進(jìn)行10-50道光刻過(guò)程。其中不同的光刻過(guò)程對(duì)于光刻膠也有不一樣的具體需求。光刻膠若性能不達(dá)標(biāo)會(huì)對(duì)芯片成品率造成重大影響。 ? 目前中國(guó)光刻膠國(guó)產(chǎn)化水平嚴(yán)重不足，重點(diǎn)技術(shù)差距在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域，有 2-3 代差距，隨著下游半導(dǎo)體行業(yè)、LED及平板顯示行業(yè)的快速發(fā)展，未來(lái)國(guó)內(nèi)光刻膠產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化替代空間巨大。當(dāng)今，中國(guó)通過(guò)國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（大基金）撬動(dòng)全社會(huì)資源對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行投資和扶持。 ? 同時(shí)，國(guó)內(nèi)光刻膠企業(yè)積極抓住中國(guó)晶圓制造擴(kuò)產(chǎn)的百年機(jī)遇，發(fā)展光刻膠業(yè)務(wù)，力爭(zhēng)早日追上國(guó)際先進(jìn)水平，打進(jìn)國(guó)內(nèi)新建晶圓廠的供應(yīng)鏈。光刻膠的國(guó)產(chǎn)化公關(guān)正在全面展開，在面板屏顯光刻膠領(lǐng)域，中國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)了一批有競(jìng)爭(zhēng)力的本土企業(yè)。 ? 在半導(dǎo)體和面板光刻膠領(lǐng)域，盡管國(guó)產(chǎn)光刻膠距離國(guó)際先進(jìn)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(guó)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。 ?

國(guó)內(nèi)光刻膠主要生產(chǎn)企業(yè)及國(guó)產(chǎn)替代情況

編輯：黃飛

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