光刻膠技術的案例
半導體材料簡介─光刻膠
但是較高端的干膜光刻膠市場主要由日本旭化成、日本日立化成、中國臺灣長興化學壟斷，這三大企業在全球的市場占有率超過80%，我國在干膜光刻膠方面仍高度依賴進口。
LCD 光刻膠的全球供應集中在日本、韓國、中國臺灣等地區，我國彩色和黑色光刻膠市場國產化率僅為 5%左右。彩色濾光片所需的高分子顏料和顏料的分散技術主要集中在 Ciba 等日本顏料廠商手中，因此彩色光刻膠和黑色光刻膠的核心技術基本被日本和韓國企業壟斷。另一方面，近年來我國在觸控屏光刻膠技術上有所突破，晶瑞股份和北京科華微已經實現了觸控屏光刻膠的量產，國產化率在 30%-40%左右。
行業壁壘
技術壁壘：光刻膠生產工藝要求極高，配方是其根本。作為光刻工藝的核心，光刻膠需滿足四大條件。選擇光刻膠的決定因素是晶圓表面對尺寸的要求。光刻膠必須要同時滿足四大條件：1）產生要求的尺寸。2）在刻蝕過程中具有阻擋刻蝕的功能，保持特定厚度
的光刻膠層中一定不能存在針孔。3）必須和晶圓（或其他襯底）表面能很好的粘合，否則刻蝕后的圖形可能發生扭曲。4）工藝維度和階梯覆蓋能力。光刻膠的主要性能指標包括：分辨率、黏附性、對比度、敏感度、抗蝕性、表面張力、曝光速度、針孔密度、階梯覆蓋度等。光刻膠的選擇和光刻膠工藝的研發是一項漫長而復雜的過程，一旦一種光刻工藝被建立，一般不再改變。
光刻膠下游不同客戶的需求差異明顯，即使同一客戶的不同應用需求也不一致。這就導致光刻膠的整體生產缺乏統一的工藝，每一類光刻膠使用的原料在化學結構、性能上均有所區別，要求使用不同品質等級的專用化學品。這就迫使制造商需要有能力設計出符合不同需求設計不同配方，并有相應的生產工藝完成生產。
展開 半導體光刻膠解析和光刻工藝詳解！
光刻是半導體制造微圖形工藝的核心，光刻膠是關鍵材料
光刻膠是光刻工藝中最關鍵材料，國產替代需求緊迫。光刻工藝是指在光照作用下，借助光刻膠將掩膜版上的圖形轉移到基片上的技術，在半導體制造領域，隨著集成電路線寬縮小、集成度大為提升，光刻工藝技術難度大幅提升，成為延續摩爾定律的關鍵技術之一。同時，器件和走線的復雜度和密集度大幅度提升，高端制程關鍵層次需要兩次甚至多次曝光來實現。其中，光刻膠的質量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關鍵因素。目前，日本和美國光刻膠巨頭完全主導了高端光刻膠市場。2019 年 7 月的日韓貿易摩擦中，日本通過限制對韓出口光刻膠，引發韓國半導體產業鏈震蕩。中美貿易摩擦大背景下，光刻膠也成為深刻影響中國半導體產業鏈安全的關鍵材料。
光刻膠經過幾十年不斷的發展和進步，應用領域不斷擴大，衍生出非常多的種類。不同用途的光刻膠曝光光源、反應機理、制造工藝、成膜特性、加工圖形線路的精度等性能要求不同，導致對于材料的溶解性、耐蝕刻性、感光性能、耐熱性等要求不同。因此每一類光刻膠使用的原料在化學結構、性能上都比較特殊，要求使用不同品質等級的光刻膠專用化學品。1959 年光刻膠被發明以來，被廣泛運用在加工制作廣電信息產業的微細圖形路線。作為光刻工藝的關鍵性材料，其在 PCB、TFT-LCD 和半導體光刻工序中起到重要作用。
圖表1：ASML EUV 光刻機 3400C
圖表2：光刻膠旋轉涂敷于晶圓上
光刻膠是光刻工藝的核心材料
光刻膠又稱光致抗蝕劑，它是指由感光樹脂、增感劑和溶劑三種主要成分構成的對光敏感的混合液體。
展開 A股光刻膠飆漲背后：僅一家可供應高端光刻膠
此外，光刻膠的緊缺與其市場交易習慣也有一定關系。光刻膠作為晶圓制造的核心化學工藝品，有效期較短，晶圓廠正常的庫存通常不會太多，因此光刻膠供應鏈易受自然災害或政治經濟沖突等突發事件影響，產生缺貨、漲價現象。
國產KrF光刻膠技術處于追趕期
海外供應告急之下，國產KrF光刻膠的發展也備受關注。據了解，一直以來，光刻膠的客戶壁壘較高，市場上光刻膠產品的更新速度較快，光刻膠廠家為了實現技術保密性，會與上游的原料供應商保持密切合作關系，共同研發新技術，增大了客戶的轉換成本。
但現在中小晶圓廠苦于位列海外光刻膠客戶列表尾部，目前無貨可取，在地緣政治的風險下，大客戶也在積極建設光刻膠的本土供應鏈，國產光刻膠產品在國內有望迎來新一輪的客戶導入。
據芯師爺不完全統計，目前中國多家光刻膠供應廠商已經宣布在KrF光刻膠領域取得技術進展，主要有北京科華微電子、晶瑞股份，南大光電，上海新陽等。
整體而言，國產KrF光刻膠還處于客戶驗證與導入階段。預計伴隨KrF光刻膠、ArF光刻膠研發完畢順利完成客戶驗證后，國產光刻膠將進入國產替代的高峰期。
北京科華：KrF已量產，ArF光刻膠尚在研發過程中
北京科華微電子材料有限公司是一家中美合資企業，現該公司的第一股東為彤程新材，是目前國內唯一一家可供應KrF光刻膠企業。
展開 半導體光刻膠淺析
KrF和ArF光刻膠核心技術基本被日本和美國企業所壟斷。
光刻膠對光刻工藝的重要性
光刻膠不僅具有純度要求高、工藝復雜等特征，還需要相應光刻機與之配對調試。一般情況下，一個芯片在制造過程中需要進行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。
針對不同應用需求，光刻膠的品種非常多，這些差異主要通過調整光刻膠的配方來實現。因此，通過調整光刻膠的配方，滿足差異化的應用需求，是光刻膠制造商最核心的技術。
此外，由于光刻加工分辨率直接關系到芯片特征尺寸大小，而光刻膠的性能關系到光刻分辨率的大小。限制光刻分辨率的是光的干涉和衍射效應。光刻分辨率與曝光波長、數值孔徑和工藝系數相關。
光刻膠的曝光波長由寬譜紫外向g線→i線→KrF→ArF→EUV(13.5nm)的方向移動。隨著曝光波長的縮短，光刻膠所能達到的極限分辨率不斷提高，光刻得到的線路圖案精密度更佳，而對應的光刻膠的價格也更高。
光刻光路的設計，有利于進一步提升數值孔徑，隨著技術的發展，數值孔徑由0.35發展到大于1。相關技術的發展也對光刻膠及其配套產品的性能要求變得愈發嚴格。
工藝系數從0.8變到0.4，其數值與光刻膠的產品質量有關。結合雙掩膜和雙刻蝕等技術，現有光刻技術使得我們能夠用193nm的激光完成10nm工藝的光刻。
為了實現7nm、5nm制程，傳統光刻技術遇到瓶頸，EUV(13.5nm)光刻技術呼之欲出，臺積電、三星也在相關領域進行布局。
展開 
光刻膠解析和發展困境
光刻膠的生產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 級的黃光區潔凈房進行混合，在氮氣氣體保護下充分攪拌，使其充分混合形成均相液體，經過多次過濾，并通過中間過程控制和檢驗，使其達到工藝技術和質量要求，最后做產品檢驗，合格后在氮氣氣體保護下包裝、打標、入庫。整個工藝流程可以如下圖所示：
（光刻膠的生產工藝簡要流程）
光刻膠的技術壁壘包括配方技術，質量控制技術和原材料技術。配方技術是光刻膠實現功能的核心，質量控制技術能夠保證光刻膠性能的穩定性而高品質的原材料則是光刻膠性能的基礎。
配方技術：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用需求，同一個客戶也有不同的光刻應用需求。一般一塊半導體芯片在制造過程中需要進行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。針對以上不同的應用需求，光刻膠的品種非常多，這些差異主要通過調整光刻膠的配方來實現。因此，通過調整光刻膠的配方，滿足差異化的應用需求，是光刻膠制造商最核心的技術。
質量控制技術：由于用戶對光刻膠的穩定性、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，光刻膠生產商不僅僅要配臵齊全的測試儀器，還需要建立一套嚴格的QA體系以保證產品的質量穩定。
原材料技術：光刻膠是一種經過嚴格設計的復雜、精密的配方產品，由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等不同性質的原料，通過不同的排列組合，經過復雜、精密的加工工藝而制成。
展開 市場 | 原料漲價，日企斷供······國內光刻膠上下游產業鏈完善還要多久？
作為一家單體生產企業，杭州凱方對勢銀（TrendBank）表示：中國的光刻膠產業發展需要在兩個方向做努力，一個是產品質量，要求產業鏈的企業都要提升自身的技術水平，提高良品率；另一個就是自有知識產權產品的開發，打破國外壟斷。因此，杭州凱方也將開發有完整知識產權的、可商業化的、應用前景良好的光刻膠單體以配合下游客戶需求。
除此之外，順應半導體納米級工藝技術的進程，我們還要重點關注及加快國內ArF光刻膠以及EUV膠的開發進度。
目前國內主力光刻膠企業中，南大光電于6月11日在投資者互動平臺表示，公司ArF光刻膠產品拿到首個小批量訂單，可用于90nm-14nm的集成電路工藝節點，目前尚未實現穩定量產；晶瑞股份于6月22日表示，公司ArF高端光刻膠研發工作已正式啟動，旨在研發滿足90-28nm芯片制程的ArF（193nm）光刻膠。
博康信息、漢拓光學屬于光刻膠產業上下游配合的公司，前者生產光刻膠及其單體，后者開發中高端光刻膠技術和生產工藝。
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伴隨消費升級、應用終端產品更新迭代速度加快，下游應用領域企業對半導體、平板顯示和PCB制造提出愈加精細化的要求，將帶動光刻膠行業持續發展。
光刻膠專用化學品具有市場集中度高、技術壁壘高、客戶壁壘高的特點。相同用途的光刻膠需要大量投資，行業退出壁壘較大，同時光刻膠專用化學品相似特征較多，例如品種多，用量少，品質要求高等特點。
又由于市場相比下游行業的市場份額小，因此行業的集中度高；光刻膠用于微小圖形的加工，生產工藝復雜，技術壁壘較高。
多重技術因素綜合考慮使光刻膠的技術壁壘較高；光刻膠的客戶壁壘較高。
市場上光刻膠產品的更新速度較快，光刻膠廠家為了實現技術保密性，從而會與上游的原料供應商保持密切合作關系，共同研發新技術，增大了客戶的轉換成本。因此光刻膠行業的上下游合作處于互相依賴互相依存的關系，使得客戶的進入壁壘較高。
隨著集成電路的集成度不斷提高，由原來的微米級水平進入納米級水平，為了匹配集成電 路對密度和集成度水平，制備光刻膠的分辨率水平由紫外寬譜逐步至 g 線（436nm）、i 線（ 365nm）、 KrF（248nm）、 ArF（193nm）、 F2（157nm），以及最先進的 EUV(<13.5nm) 線水平。在市場中 g 線和 i 線光刻膠是使用量最大的光刻膠，KrF 和 ArF 光刻膠核心技術 基本被日本和美國企業所壟斷。
展開 北京科華與杜邦達成戰略合作，聚焦國產光刻膠
來源：全球半導體觀察
11月8日，杜邦電子與工業事業部和北京科華微電子材料有限公司宣布開展一項合作計劃，雙方圍繞 “先進光刻膠”和“其它光刻材料”簽署了戰略合作協議，旨在為中國集成電路芯片制造商提供高性能光刻材料。
光刻膠被譽為電子化學品產業“皇冠上的明珠”，由于光刻膠產品的技術要求較高，中國光刻膠市場基本由外資企業占據，高分辨率的KrF和ArF光刻膠核心技術基本被日本和美國企業所壟斷，產品也基本出自日本和美國公司，包括杜邦、JSR株式會社、信越化學、東京應化工業、Fujifilm，以及韓國東進等企業。
近兩年來，我國解決高端材料“卡脖子”問題迫在眉睫，產業轉移和自主可控加速高端光刻膠國產化。根據國際半導體產業協會
(SEMI)
發布的季度全球晶圓廠預測報告，中國芯片制造商宣布到2022年開工建設8座新晶圓廠。這些新晶圓廠將加速中國國內半導體行業的發展，推動未來幾年對原材料、電子化學品和本地供應需求的不斷增長。
資料顯示，杜邦是全球領先的半導體材料供應商，已推出大量榮獲認可、多種波長的光刻產品，其中包括193nm
（ArF）
、248nm
（KrF）
和i/g-line光刻膠，以及碳膜涂層
（SOC）
、抗反射涂層
（BARC）
、先進表面涂層和光刻膠配套試劑，致力于半導體、電路板、顯示器、數碼和柔版印刷、醫療保健、航空航天、工業和運輸行業。
展開 揭秘中國光刻膠產業，國產水平到底如何？
在國家出臺相關利好政策的背景下，中國光刻膠制造商在光刻膠研發技術上積極性革新，當前中國光刻膠的研發技術水平逐漸提高，在制造工藝技術和配方工藝領域積累了豐富經驗，中國光刻膠行業正加速發展。未來，隨著中國光刻膠企業對光刻膠的研發投入持續上升，光刻膠企業的技術水平將不斷提高，中國有望打破國外企業在光刻膠市場的壟斷格局，國產光刻膠有望迎來發展新機遇
國產光刻膠上演“冰火兩重天”
然而，全球光刻膠技術逐步由g/i線向EUV發展的技術迭代路線清晰且國外企業已有ArF產品研發完成并量產。
彤程新材在半年報中指出，從中國大陸半導體光刻膠產品結構來看，2020年，ArF光刻膠占比40%；KrF光刻膠占比39%；g/i線光刻膠占比20%。可見，KrF和ArF光刻膠需求量快速增長，而目前高分辨率的KrF和ArF光刻膠產品基本出自日本和美國公司。
而前不久在某個“半導體行業交流”群里，一位證券分析師與國內知名晶圓代工廠商一位技術人員的一場討論，似乎引發了更多人對于國產光刻膠“火熱”背后的“冷思考”。
上文提到，ArF光刻膠在國內仍主要處于認證或研發階段，正如南大光電在公告中所指出的，“ArF光刻膠的復雜性決定了其在穩定量產階段仍然存在工藝上的諸多風險，不僅需要技術攻關，還需要在應用中進行工藝的改進、完善，這些都會決定ArF光刻膠的量產規模和經濟效益。”
展開 解析半導體光刻膠技術發展路徑
其它聚合物光刻膠制造商應該也不會保持沉默，因為L/S為幾nm級別的尖端半導體目前還不會有穩定的產品供應，而對10nm以上的電路圖案仍然會有強烈的需求，或許可用于EUV領域的聚合物材料也可能會問世。特別是JSR、信越化學、東京應化等公司引以為豪的聚合物合成技術、無機材料分散技術和酸發生劑技術的應用將成為一個關鍵點。事實上，雖然在LWR上苦戰，但在2017年，JSR宣布了一種化學增幅型酸發生型聚合物光刻膠，并且達到了5nm級別的 L/S的分辨率，之后的這5年里或許已經上升到更高的一個級別。
最近，信越化學一直在擴大其在EUV光刻膠方面的市場份額，可能信越化學已經完成了一個材料系統，如有機-無機混合材料，將取代Inpria的位置。無論如何，新項目的出現將能進一步刺激相關行業的技術水平。
展開 
砥礪前行的國內光刻膠
光刻膠是光刻時用于接收圖像的介質：光刻膠是一種有機化合物，受特定波長光線曝光作用后其化學結構改變，在顯影液中的溶解度會發生變化，因此又稱光致抗蝕劑。正膠在曝光后發生光化學反應，可以被顯影液溶解，留下的薄膜圖形與掩膜版相同；而負膠經過曝光后變成不可溶物質，非曝光部分被溶解，獲得的圖形與掩膜版相反。
主要成分：光刻膠是光刻工藝的核心材料，主要由樹脂、感光劑、溶劑、添加劑等組成，其中樹脂和感光劑是最核心的部分。
使用UV光的簡易光刻工藝圖：
光刻膠主要成分：
樹脂（聚合物）：在光照下不發生化學反應，主要作用是保證光刻膠薄膜的附著性和抗腐蝕性，也決定了一些其他特性如膜厚、彈性、熱穩定性等。
感光劑：受特定波長光照后在曝光區發生光固化反應，使得材料的物理特性，尤其是溶解性發生顯著變化。
溶劑：為了方便涂覆，要將溶質加入溶劑進行溶解，形成液態物質。
添加劑：用以改變光刻膠的某些特性，如為改善發生反射而添加染色劑等。
概述|光刻技術是半導體
制造最關鍵的技術
光刻技術是半導體制造的關鍵環節：光刻技術用于電路圖形生成和復制，是半導體制造最為關鍵的技術。
光刻技術的進步是集成電路技術遵循摩爾定律更新的重要技術先導，其先進程度決定了半導體制造技術水平的高低。
光刻工藝貫穿半導體器件和集成電路制造工藝始終，當代超大規模集成電路制作需要幾十次乃至上百次光刻才能完成，光刻的最小線條尺寸是集成電路發展水平的標志。
展開 淺析 光刻膠到底難在哪里？
光刻膠的生產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 級的黃光區潔凈房進行混合，在氮氣氣體保護下充分攪拌，使其充分混合形成均相液體，經過多次過濾，并通過中間過程控制和檢驗，使其達到工藝技術和質量要求，最后做產品檢驗，合格后在氮氣氣體保護下包裝、打標、入庫。整個工藝流程可以如下圖所示：
（光刻膠的生產工藝簡要流程）
光刻膠的技術壁壘包括
配方技術，質量控制技術和原材料技術
。配方技術是光刻膠實現功能的核心，質量控制技術能夠保證光刻膠性能的穩定性而高品質的原材料則是光刻膠性能的基礎。
配方技術
：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用需求，同一個客戶也有不同的光刻應用需求。一般一塊半導體芯片在制造過程中需要進行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。針對以上不同的應用需求，光刻膠的品種非常多，這些差異主要通過調整光刻膠的配方來實現。因此，通過調整光刻膠的配方，滿足差異化的應用需求，是光刻膠制造商最核心的技術。
質量控制技術
：由于用戶對光刻膠的穩定性、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，光刻膠生產商不僅僅要配臵齊全的測試儀器，還需要建立一套嚴格的QA體系以保證產品的質量穩定。
展開 LG化學 | 開始研發半導體后工程光刻膠
CINNO Research產業資訊，LG化學以供應給全球半導體企業為目標，著手開發半導體后工藝中使用的光刻膠(PR)。在半導體全過程刻上超細微電路圖案，然后開發可強化芯片性能的后工程用光刻膠。
根據韓媒ETNews報道，據了解，LG化學近期與全球半導體企業合作，投入后工程光刻膠開發。材料業界相關人士表示：“LG化學在尖端材料事業本部投入了半導體后工程用光刻膠技術的開發”，并稱“基于半導體后工藝薄膜材料技術經驗，加快了光刻膠的開發速度”。
LG化學開發的PR是半導體后工程用感光液。用于在半導體前工程繪制細微電路后，加強半導體芯片性能。在后工程中，用光刻膠材料進一步刻出圖案。
在韓國，成功實現半導體全工程的核心材料極紫外線(EUV)光刻膠的韓國國產化，為對應后工程需求擴大，正在進行光刻膠的開發。在日本主導的光刻膠市場，韓國企業積極進入。
LG化學計劃以自身技術為基礎，開發后工藝光刻膠，供應給半導體企業。考慮還處于開發的初期階段，預計還需要一段時間。以現有的材料開發業績為基礎，預計將能加快開發和供應。
自2019年日本對韓半導體出口管制事件以來，LG化學一直在加強半導體材料的開發。在半導體后工藝中，創建了連接芯片與電路基板的粘合膜(DAF)，成功應用于韓國半導體廠商的量產線。
展開 光刻膠｜總投資1.03億！國科天驥超高精細光刻膠項目試生產
光刻是大規模集成電路和超大規模集成電路制備過程中最重要的工藝過程之一，而作為光刻工藝中使用的核心材料，超高精細光刻膠也成為了半導體工業中最關鍵的材料之一，是制約我國半導體工業健康發展的“卡脖子”材料。
面對我國對光刻膠快速增長的需求，國產高檔半導體光刻膠還處于空白狀況。
國科天驥（濱州）新材料有限責任公司的“超高精細光刻膠項目”將可以填補上述國內空白。
半導體光刻膠具有廣闊的經濟前景。
目前，國內外光刻膠市場日益增長。
預計到2022年全球光刻膠市場規模將突破100億美元。
而隨著微電子制造業精細度不斷提升，高檔光刻膠的占比也將不斷增大。
國科天驥的“超高精細光刻膠項目”將為保障國家核心技術產業的戰略安全貢獻力量，同時也帶來顯著的社會效益和經濟效益，將有利于光刻膠上下游產業的發展，吸引更多高精尖、高技術企業來濱州投資。
儀式結束后，與會領導嘉賓參觀考察了國科天驥新材料有限責任公司、魏橋國科、渤海先進技術研究院等處。
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