2024年国产光刻胶现状及发展情况分析.docx

2024年国产光刻胶现状及发展情况分析2023年，半导体光刻胶的全球市场规模达到23.5亿美元，而我国在该领域却高度依赖进口，高达90%。是什么制约了我国的光刻胶领域，目前国产化的进度如何，未来光刻胶的发展方向是什么样的？在此进行探讨。光刻胶(photoresist),又名光致抗蚀剂，是指通过紫外光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射，经光刻工艺将设计所需要的微细图形从掩模版上转移到待加工基片上的图形转移介质，主要应用于集成电路芯片半导体分立器件、发光二极管(LED)、平板显示(FPD)、晶圆级先进封装、MEMS、印刷电路板(PCB)以及其他涉及图形转移的制程。按照不同分类在下述光刻胶中，半导体光刻胶是技术壁垒最高的种类，我国在此领域国产化率较低。数据显示，G/I线光刻胶国产化率不足30%、KrF光刻胶国产化率不足5%,ArF光刻胶国产化率不足1%,EUV光刻胶国产化率则为0。化学反应和显影原理正性光刻胶显影时曝光部分可溶于显影液，而未曝光部分不溶，形成的图形与掩模图形相同。优缺点：良好的粘附能力、良好的阻挡作用、感光速度快；显影时发生变形和膨胀。所以只能用于2m的分辨率。负性光刻胶显影时曝光部分不溶于显影液，而未曝光部分可溶，形成的图形与掩模图形相反。优缺点：分辨率高、台阶覆盖好、对比度好;粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本。化学结构光聚合型采用烯类单体，在光作用下生成自由基，进一步引发单体聚合，最后生成聚合物。光分解型采用含有重氮醛类化合物(DQN)材料作为感光剂，经光照后，发生光分解反应，可以制成正性光刻胶。光交联型采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料，在光的作用下，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，可以制成负性光刻胶。化学放大型在半导体集成电路光刻技术开始使用深紫外(DUV)光源以后，化学放大(CAR)技术逐渐成为行业应用的主流。化学放大型光刻胶使用光致产酸剂作为光引发剂，光致产酸剂吸收光生成酸，酸催化成膜树脂发生脱保护反应，使树脂更容易被显影液溶解，该过程将光信号放大为化学信号。应用领域半导体光刻胶半导体光刻胶的技术门槛最高，半导体光刻胶主要用于分立器件、LED、集成电路等产品的生产。按照曝光波长，半导体光刻胶可分为紫外宽谱(300-450nm)、G线(436nm)、I线(365m)、KrF(248nm)、ArF(193nm),EUV(13.5nm)等6个主要品类。其中,ArF光刻胶为目前大规模应用中分辨率最高的，而EUV光刻胶则是未来芯片的主流材料。显示面板光刻胶显示用光刻胶主要用于平板显示、显示器、LCD、OLED>触摸屏等产品的生产，使用的光刻胶品种根据应用工艺不同主要分为彩色光刻胶、黑色光刻胶、TFT阵列用光刻胶、触摸屏用光刻胶等。PCB光刻胶PCB光刻胶的技术壁垒相对较低，PCB光刻胶主要用于PCB制造过程的图案化工艺，主要分为干膜光刻胶，湿膜光刻胶、感光阻焊油墨。其他光刻胶电子束光刻胶、感光聚酰亚胺、光敏聚苯并哇树脂等。分类方式类别简介也可对光刻胶进行以下分类：商业化时间光刻胶体系曝光光源制程节点用源使光晶圆尺寸开发参与公司1957环化橡胶-双叠氮紫外全谱、g线、i线2m以上汞灯6英寸及以下伊士曼柯达（美国）1972重氮蔡酸-酚g线(436mm)0.5HnI以上汞灯6英寸及以下KaIIe（被德国HoeChSt收购）、通用贝克莱特（被联合碳化物公司收购，后又剥离至瀚森公司）醛树脂i线(365mm)0.50.35m汞灯8英寸1983聚4-叔丁氧赛基苯乙烯（PBOCSt）,光致产酸剂KrF(248mm)0.250.15UInKrF准分子激光器8英寸IBM、3M、TOKJSR,信越化学等1990丙烯酸酯类共聚物、光致产酸剂干法ArF(193mm)6513OnInArF准分子激光器12英寸IBM、TOK>JSR等2002丙烯酸酯类共聚物、光致产酸剂浸没式ArF(193mm)765n11ArF准分子激光器12英寸IBM、陶氏、JSR等2019分子玻璃、金属氧化物EUV(13.4mm)7nm及以下等离子体12英寸东京应化、JSR.住友化学、富士胶等一、我国的发展壁垒我国光刻胶市场主要面临的发展壁垒有四点：专利技术：光刻胶产品需要根据不同的应用需求定制，产品品类多，配方中原材料比重的细微差异将直接影响光刻胶的性能。且光刻胶的配方难以逆向解析，严重依赖于经验积累所形成的技术专利。原材料：上游原材料是影响光刻胶品质的重要因素，目前我国光刻胶原材料市场基本被国外厂商垄断，尤其是树脂和感光剂高度依赖于进口，国产化率很低，由此增加了国内光刻胶生产成本以及供应链风险。设备验证：送样前，光刻胶生产商需要购置光刻机用于内部配方测试，根据验证结果调整配方。光刻机设备昂贵且供应受国外限制，其是EUV光刻机目前全球只有荷兰ASML能批量供应。客户认证：光刻胶的品质会直接影响最终的芯片性能、良品率等，试错成本极高，因此验证周期通常需要2-3年。客户产品验证需要经过基础工艺考核、小批量试产、中批量试产、量产四个阶段。二、日本一家独大日本拥有全球光刻胶市场约90%的份额：JSR26%,东京应化25%,信越化学16%,住友化学13%,富士胶片10%o在最先进的EUV光刻胶市场上，东京应化、信越化学、JSR,住友化学则占据了几乎全部的全球市场份额。信越化学利用其材料生产企业的优势，从原料聚合物的合成到产品实现一体化生产，于1998年实现了光刻胶产品的商业化生产。主要产品包括I/G线抗蚀剂、KrF光刻胶、ArF光刻胶、EUV光刻胶东京应化在1968年和1972年分别开发出负性光刻胶和正性光刻胶后，成为世界半导体微制造的领军企业。在半导体晶圆、封装制造方面具有一定的竞争优势。2006年开始投资ArF浸没光刻胶的开发，保持着在世界光刻胶市场的领先地位住友化学在KrF领域拥有很高的市场占有率，代表产品为尖端ArF浸没光刻胶，早在2020年就实现了EUV光刻胶的量产富士胶片成立于1934年，在光刻胶领域有一系列产品，涵盖了负胶、i线、KrF.ArF和电子束胶。2019年，富士胶片便已启动EUV光刻胶业务。JSRJSR成立于1957年，于1979年进入光刻胶领域，如今是全球光刻胶领域的巨头之一，其产品覆盖从g线到EUV光刻胶。企业情况日本重点光刻胶企业情况不仅如此，日本政府还想再进一步巩固半导体材料寡头的地位，包括2019年对韩国断供半导体关键材料（点击阅读：被日本制裁了四年，这个行业为什么没有垮掉？）、推动JSR国有化、限制向我国出口ArF光刻机等。据统计，2023年，我国从全球范围的光刻胶进口总额为19.3亿美元，而从日本进口的光刻胶进口额为9.8亿美元，占比超过50%,这一比例在过去三年中保持稳定，说明我国在光刻胶领域高度依赖日本。三、国产化进程加速随着国内晶圆厂扩产及高端制程占比的提升，国内光刻胶市场规模也将迎来快速增长。2024年我国半导体光刻胶市场增长明显，有望达到39亿元，预计到2025年，我国半导体光刻胶市场规模将达到44亿元。我国政府先后发布新材料关键技术产业化实施方案、国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知等相关政策，推动国产光刻胶加速突破。此外，今年5月，国家大基金三期成立，人工智能芯片、先进半导体设备（光刻机等）、半导体材料（光刻胶等）将有望成为重点投资对象。详情请点击：3440亿！国家队又出手！这一新材料领域将再获利好目前，我国在G线、I线和KrF光刻胶方面已经实现了一定程度上的国产替代。中端光刻胶方面，KrF光刻胶的国产化率正在快速提升。彤程新材G/线、KrF.ArF包括ArF光刻胶均已实现量产销售晶瑞电材G/I线、KrFKrF量产，ArF多款送样上海新阳I线、KrFI线、KrF实现销售，ArF多款料号验证中南大光电ArF三款ArF光刻胶通过验证实现销售徐州博康光刻胶单体、I线、KrF、ArF多款ArF、KrF实现量产销售公司主要产品进度四、国内光刻胶重点企业现状今年10月，武汉太紫微光电科技有限公司就推出了T150A光刻胶产品，已通过半导体工艺量产验证，实现配方全自主设计，对标国际头部企业主流KrF光刻胶系列。该产品拥有12Onm的极限分辨率,工艺宽容度更大,稳定性更直，坚膜后烘留膜率优秀,对后道刻蚀工艺表现更为友好,并且验证发现T150A中密集图形经过刻蚀，下层介质的侧壁垂直度表现优异。五、光刻胶研究现状和未来趋势目前，光刻胶核心技术仍被日本企业所掌握，通过分析日本企业的论文和专利，能够有效地反映和预测光刻胶技术现状及趋势。从申请的趋势上看，2003-2012年是日本光刻胶企业专利申请的高峰，2013年以后逐步放缓。30025021501500EMS9t*06OZE寸S9C86(NCDCsICsJCsJeoe5ooococoooceo匹舔类占JOaVdNI申请年日本重点企业光刻胶专利申请趋势图从日本光刻胶近十年的技术主题看，20132017年，日本企业重点布局光敏树脂组成、光阻层、薄膜材料、可溶性树脂与含碱材杜、正性光刻胶以及复合物等领域。2018-2022年，除上述领域外，日本企业开始转而布局光刻胶图案、掩膜版、固体滤光片、剥离剂等领域。从论文分析看，当前光刻胶基础技术主要围绕新型材料、性能提升、加工技术创新以及高精度制造等方面展开，重点方向主要有: 光刻胶新型材料：无机材料（纳米颗粒，团簇和无机/有机杂化材料）、聚合物材料（可切割聚合物、分子玻璃）。 光刻胶的性能优化：光刻胶边缘粗糙度等光子随机和化学随机性等基础问题研究。 新型光刻技术：导向自组装（DSA-GDirectSelfASSembling）和纳米压印等EUV光刻替代技术的基础研究。 3D微纳加工技术：激光直写及光刻胶微纳加工技术。 生物基光刻胶：生物基环氧树脂等的研发及其应用。 光刻胶原材料树脂的制造工艺。 虚拟光刻技术：基于计算化学模拟的光刻胶组分、碱溶速率等性能以及光刻形貌研究。