國產(chǎn)光刻膠技術(shù)的發(fā)展歷程

光刻膠是一種對光敏感的混合液體，其組成部分包括光引發(fā)劑、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑，它可以通過光化學(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，在集成電路制造等眾多領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用。

中國光刻膠技術(shù)的發(fā)展起步相對較晚，2000年左右才開始著手光刻膠的研發(fā)。早期國內(nèi)光刻膠市場主要由進(jìn)口設(shè)備和產(chǎn)品占據(jù)，尤其是高端光刻膠市場幾乎被國外企業(yè)壟斷，國內(nèi)在高端光刻膠及配套關(guān)鍵材料產(chǎn)品方面一直處于空白狀態(tài)。

隨著中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展需求，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)開始重視光刻膠技術(shù)的研發(fā)。企業(yè)一方面加大自主研發(fā)力度，另一方面積極引進(jìn)和吸收國外先進(jìn)技術(shù)。在這個過程中，國內(nèi)光刻膠技術(shù)逐步發(fā)展，從最初的低技術(shù)含量的PCB光刻膠開始取得進(jìn)展，到后來逐漸向LCD光刻膠和半導(dǎo)體光刻膠等高端領(lǐng)域探索。例如北京化學(xué)試劑研究所經(jīng)過多年努力，在紫外光刻膠的研究與開發(fā)方面取得突出成績，相繼研制出多個系列的紫外正負(fù)型光刻膠，部分產(chǎn)品能滿足一定生產(chǎn)技術(shù)需求，并與美國公司合資成立企業(yè)從事相關(guān)研發(fā)生產(chǎn)銷售工作；無錫化工研究設(shè)計院在電子束膠的研究方面有了一定基礎(chǔ)并能提供小批量產(chǎn)品。

國內(nèi)光刻膠技術(shù)的發(fā)展也受益于政策支持和市場的推動。在國家一系列紅利政策帶動下，國內(nèi)半導(dǎo)體、平板顯示及PCB行業(yè)發(fā)展勢頭良好，對光刻膠的需求激增，也促使國內(nèi)光刻膠技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，盡管目前整體還處于起步階段，但在部分領(lǐng)域已經(jīng)開始嶄露頭角。

國產(chǎn)光刻膠技術(shù)的當(dāng)前成果

近年來，國產(chǎn)光刻膠技術(shù)取得了不少成果。

在PCB光刻膠方面，由于其技術(shù)含量相對較低，中國已取得較好的進(jìn)展。中國已成為全球最大的PCB光刻膠生產(chǎn)基地，PCB光刻膠國產(chǎn)化率較高，全球PCB光刻膠市場規(guī)模在20億美元左右，中國市場規(guī)模占比達(dá)50%以上，外企東移和內(nèi)資企業(yè)的不斷發(fā)展促使這一成果的達(dá)成。

在LCD光刻膠方面，國產(chǎn)化率相對PCB光刻膠較低，但也有一定的進(jìn)展。例如國內(nèi)一些企業(yè)在LCD光刻膠領(lǐng)域持續(xù)投入研發(fā)，部分產(chǎn)品已經(jīng)能夠進(jìn)入市場，雖然目前所占市場份額還比較小，但已經(jīng)在逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。

在半導(dǎo)體光刻膠這個技術(shù)壁壘最高的領(lǐng)域，也有積極的突破。2024年，華中科技大學(xué)與湖北九峰山實驗室的研究團(tuán)隊取得重大進(jìn)展，成功突破“雙非離子型光酸協(xié)同增強(qiáng)響應(yīng)的化學(xué)放大光刻膠”技術(shù)。這一具有自主知識產(chǎn)權(quán)的光刻膠體系已在生產(chǎn)線上完成了初步工藝驗證，并同步完成了各項技術(shù)指標(biāo)的檢測優(yōu)化，實現(xiàn)了從技術(shù)開發(fā)到成果轉(zhuǎn)化的全鏈條打通，且性能優(yōu)于大多數(shù)商用光刻膠，為光刻制造的共性難題提供明確方向的同時，也為EUV光刻膠的著力開發(fā)做技術(shù)儲備。

此外，國內(nèi)一些企業(yè)也在積極布局和推動半導(dǎo)體光刻膠的發(fā)展。例如南大光電的ARF193納米光刻膠通過客戶使用認(rèn)證，成為中國首只通過產(chǎn)品驗證的國產(chǎn)ARF光刻膠；晶瑞股份的KrF光刻膠進(jìn)入客戶測試階段；徐州博康公司的濕法光刻膠成功突破14納米節(jié)點等，這些成果標(biāo)志著中國在高端光刻膠技術(shù)方面正在不斷縮小與國外的差距。

國產(chǎn)光刻膠技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

國產(chǎn)光刻膠技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)。

一、技術(shù)方面

1. 基礎(chǔ)材料依賴進(jìn)口

• 光刻膠由樹脂、光致產(chǎn)酸劑、溶劑和添加劑等混合而成，在這些組成部分中，我國半導(dǎo)體光刻膠樹脂特別是高端產(chǎn)品，基本依賴進(jìn)口。例如ArF樹脂定制化程度較高，國際市場上僅能買到部分標(biāo)準(zhǔn)款樹脂，無法買到高端的ArF樹脂。而且光敏材料中的高端光酸的合成和純化難度較大，國內(nèi)的光酸廠商在質(zhì)量穩(wěn)定性等方面仍與國外存在差距，目前國內(nèi)主要的光刻膠公司大多還是使用進(jìn)口的光酸。

2. 技術(shù)差距

• 全球高端光刻膠市場主要由日本和美國公司壟斷，國內(nèi)光刻膠企業(yè)在技術(shù)和經(jīng)驗上與國際差距較大。例如在光刻膠的研發(fā)方面，光刻膠的研發(fā)模式雖然可以理解為一個不斷進(jìn)行配方調(diào)整的方法學(xué)過程，但不同的光刻膠涉及到樹脂、光敏劑、溶劑和其他助劑的配比各有差異，并非是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，這需要大量的研發(fā)經(jīng)驗積累，國外企業(yè)在這方面已經(jīng)有較長的發(fā)展歷程，而國內(nèi)企業(yè)還處于追趕階段。

• 在光刻膠的性能方面，如分辨率要求、光敏材料的選擇和制備、工藝參數(shù)的控制等方面與國外先進(jìn)水平還有差距。隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，芯片上的線寬以及間距要求越來越小，光刻膠必須具有更高的分辨率，而傳統(tǒng)的光刻技術(shù)已難以滿足這一需求，我國在提升光刻膠分辨率等性能方面面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。例如在極紫外光刻膠（EUV光刻膠）技術(shù)上，國外已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，而我國還在努力研發(fā)追趕，EUV的波長只有13nm，絕大多數(shù)有機(jī)材料，甚至空氣對它都有強(qiáng)烈的吸收，光刻膠材料的選擇非常困難，國外在這方面的研究成果和技術(shù)儲備比國內(nèi)更豐富。

二、市場方面

1. 客戶驗證困難

• 半導(dǎo)體光刻膠的下游客戶主要是芯片制造企業(yè)等，這些企業(yè)對于光刻膠的質(zhì)量和穩(wěn)定性要求極高。國產(chǎn)光刻膠要進(jìn)入這些企業(yè)的供應(yīng)鏈，需要經(jīng)過漫長的客戶驗證過程。由于芯片制造工藝復(fù)雜且成本高昂，客戶在選擇光刻膠時非常謹(jǐn)慎，一旦光刻膠出現(xiàn)問題，可能會導(dǎo)致整個芯片制造過程失敗，所以國產(chǎn)光刻膠在獲得客戶信任和通過驗證方面面臨很大挑戰(zhàn)。

2. 市場份額低

• 目前國內(nèi)光刻膠大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)相對較少且企業(yè)所占市場份額較低。如2021年，晶瑞電材光刻膠業(yè)務(wù)收入為2.74億元，所占行業(yè)市場份額僅2.94%。國內(nèi)大部分企業(yè)目前仍處于光刻膠產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)階段或光刻膠生產(chǎn)線加緊建設(shè)階段，在與國外光刻膠企業(yè)競爭市場份額時處于劣勢地位。

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三、其他方面

1. 研發(fā)投入需求大

• 光刻膠的研發(fā)和生產(chǎn)涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，技術(shù)門檻較高，需要投入大量的研發(fā)資金和人力資源。從研發(fā)資金來看，要進(jìn)行光刻膠的研發(fā)，需要購置先進(jìn)的研發(fā)設(shè)備、進(jìn)行大量的實驗和測試等，這都需要巨額的資金支持。而從人力資源角度，需要化學(xué)、物理、材料等多學(xué)科背景的專業(yè)人才，目前國內(nèi)在這方面的專業(yè)人才數(shù)量和質(zhì)量上都有待提升。

2. 環(huán)保要求

• 光刻膠的生產(chǎn)過程涉及到環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等問題，要實現(xiàn)國產(chǎn)光刻膠的替代，還需考慮到環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求。在環(huán)保政策日益嚴(yán)格的情況下，如何在滿足環(huán)保要求的同時進(jìn)行光刻膠的生產(chǎn)也是一個挑戰(zhàn)。

國產(chǎn)光刻膠技術(shù)的未來趨勢

一、技術(shù)創(chuàng)新與升級

1. 向高端光刻膠發(fā)展

• 隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對高端光刻膠的需求日益增長。例如在芯片制造向更小制程發(fā)展的過程中，如7nm以下的先進(jìn)制程需要EUV光刻膠，國產(chǎn)光刻膠技術(shù)必然要朝著開發(fā)高端光刻膠的方向發(fā)展。目前國內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)在這方面取得了一定的突破，如華中科技大學(xué)與九峰山實驗室的聯(lián)合研究成果為EUV光刻膠的開發(fā)做技術(shù)儲備，未來將有更多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)投入到高端光刻膠的研發(fā)中，不斷提高國產(chǎn)高端光刻膠的性能和質(zhì)量，以滿足國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

2. 探索新的光刻膠技術(shù)

• 下一代光刻膠技術(shù)是未來發(fā)展的方向之一。在157nm之后，小于32nm節(jié)點的光刻技術(shù)，如193nm浸入式光刻技術(shù)、極短紫外光刻技術(shù)（EUVL）、電子束光刻技術(shù)（EBL）、X射線光刻技術(shù)（XRL）、離子束投影光刻技術(shù)（IPL）都有可能成為下一代光刻技術(shù)。國內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)也將積極探索這些新的光刻膠技術(shù)，例如電子束光刻膠方面，國內(nèi)可以在電子束光刻技術(shù)發(fā)展的同時，對電子束光刻膠進(jìn)行研究，由于電子束光刻沒有紫外吸收問題，在材料的選擇上有更大的自由度，可以采用化學(xué)增幅技術(shù)來發(fā)展電子束光刻膠，提高其性能，以適應(yīng)未來光刻技術(shù)發(fā)展的需求。

二、市場拓展與應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大

1. 提高國內(nèi)市場占有率

• 隨著國產(chǎn)光刻膠技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在國內(nèi)市場的占有率有望逐步提高。目前國內(nèi)半導(dǎo)體、平板顯示及PCB行業(yè)發(fā)展勢頭良好，對光刻膠的需求不斷增加。國產(chǎn)光刻膠企業(yè)可以憑借自身的技術(shù)進(jìn)步、成本優(yōu)勢和地緣優(yōu)勢等，逐漸擴(kuò)大在國內(nèi)市場的份額，減少對進(jìn)口光刻膠的依賴。例如在PCB光刻膠已經(jīng)取得較高國產(chǎn)化率的基礎(chǔ)上，繼續(xù)提高在LCD和半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域的國內(nèi)市場份額。

2. 拓展國際市場

• 在滿足國內(nèi)市場需求的同時，國產(chǎn)光刻膠也將逐步走向國際市場。當(dāng)國產(chǎn)光刻膠技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，并且在成本、質(zhì)量和供應(yīng)穩(wěn)定性等方面具有競爭力時，就可以開拓國際市場。例如中國的一些光伏產(chǎn)品在國際市場上具有很強(qiáng)的競爭力，隨著光刻膠技術(shù)的發(fā)展，未來光刻膠產(chǎn)品也有望像光伏產(chǎn)品一樣在國際市場上占據(jù)一席之地。

三、產(chǎn)業(yè)協(xié)同與合作

1. 產(chǎn)學(xué)研合作加深

• 未來，企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)之間的合作將更加緊密。高校和科研機(jī)構(gòu)在光刻膠技術(shù)的基礎(chǔ)研究方面具有優(yōu)勢，而企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化方面更有經(jīng)驗。通過產(chǎn)學(xué)研合作，可以加速光刻膠技術(shù)的研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化。例如華中科技大學(xué)與湖北九峰山實驗室的合作取得了重大成果，未來將有更多這樣的合作模式出現(xiàn)，高校和科研機(jī)構(gòu)將為企業(yè)提供技術(shù)支持，企業(yè)則為高校和科研機(jī)構(gòu)的研究提供實踐平臺和資金支持。

2. 上下游產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展

• 光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈上游為原樹脂、單體、感光劑、溶劑等光刻膠原材料，中游為基于配方的光刻膠生產(chǎn)合成，下游主要為各芯片應(yīng)用環(huán)節(jié)等。上下游產(chǎn)業(yè)之間的協(xié)同發(fā)展至關(guān)重要。上游原材料企業(yè)可以根據(jù)中游光刻膠生產(chǎn)企業(yè)的需求進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，提高原材料的質(zhì)量和供應(yīng)穩(wěn)定性；中游光刻膠企業(yè)可以與下游芯片制造等企業(yè)加強(qiáng)合作，了解其對光刻膠的需求變化，及時調(diào)整產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)方向，實現(xiàn)整個產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。

國內(nèi)外光刻膠技術(shù)對比

一、技術(shù)水平方面

1. 高端光刻膠技術(shù)

• 在高端光刻膠領(lǐng)域，國外尤其是日本和美國的技術(shù)處于領(lǐng)先地位。例如在EUV光刻膠方面，目前僅有國外集團(tuán)掌握EUV光刻膠所對應(yīng)的光刻機(jī)技術(shù)，并且在光刻膠材料的選擇和制備等技術(shù)方面也更為成熟。日本的企業(yè)在全球光刻膠市場占據(jù)了較大的份額，像合成橡膠、東京應(yīng)化、信越化學(xué)等企業(yè)在高端光刻膠的研發(fā)和生產(chǎn)上有著豐富的經(jīng)驗和先進(jìn)的技術(shù)，能夠生產(chǎn)滿足不同半導(dǎo)體制造工藝需求的光刻膠產(chǎn)品。而國內(nèi)在高端光刻膠技術(shù)方面還處于追趕階段，雖然已經(jīng)有一些企業(yè)取得了部分突破，如南大光電的ARF193納米光刻膠通過客戶使用認(rèn)證，但整體在高端光刻膠的量產(chǎn)能力、技術(shù)穩(wěn)定性等方面與國外仍存在差距。

2. 光刻膠性能指標(biāo)

• 在光刻膠的性能指標(biāo)方面，如分辨率、對紫外線的敏感度、耐化學(xué)腐蝕性等，國外先進(jìn)的光刻膠產(chǎn)品也表現(xiàn)更為出色。隨著半導(dǎo)體工藝制程的不斷縮小，對光刻膠的分辨率要求越來越高，國外光刻膠企業(yè)能夠利用先進(jìn)的技術(shù)手段和材料來提升分辨率，滿足更小線寬和間距的芯片制造需求。在光敏材料的選擇和制備上，國外企業(yè)可以更好地兼顧材料的化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)以及工藝可控性等方面的要求，確保光刻膠在紫外線照射下快速固化形成所需圖案，并且在涂覆、曝光、顯影等工藝參數(shù)的控制上更為精確，從而保證制造出高質(zhì)量的芯片。

二、市場份額方面

1. 全球市場格局

• 全球光刻膠市場被日美廠商壟斷，日本的企業(yè)占據(jù)80%的全球市場。在半導(dǎo)體光刻膠市場，日本的合成橡膠、東京應(yīng)化、杜邦、信越化學(xué)、富士電子五大廠商壟斷了85%的市場份額，日本的四家占據(jù)超過70%。國內(nèi)光刻膠企業(yè)在全球市場所占份額極低，目前主要還是在國內(nèi)市場進(jìn)行發(fā)展，并且在國內(nèi)市場也面臨著國外企業(yè)的競爭，在市場份額的爭奪上處于劣勢地位。不過隨著國內(nèi)光刻膠技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種局面有望逐漸得到改善。

2. 客戶資源

• 國外光刻膠企業(yè)由于長期在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位，擁有眾多穩(wěn)定的客戶資源，尤其是國際大型芯片制造企業(yè)等高端客戶。這些客戶對于光刻膠的質(zhì)量和穩(wěn)定性要求極高，一旦與國外光刻膠企業(yè)建立合作關(guān)系，就很難被替代。而國內(nèi)光刻膠企業(yè)在開拓客戶資源方面面臨較大挑戰(zhàn)，需要花費(fèi)更多的精力和時間來獲得客戶的認(rèn)可，尤其是高端客戶的認(rèn)可。

三、研發(fā)能力方面

1. 研發(fā)投入

• 國外光刻膠企業(yè)在研發(fā)投入上相對較大。由于光刻膠技術(shù)的研發(fā)需要大量的資金和人力，國外企業(yè)憑借其在市場上的壟斷地位和高額利潤，能夠持續(xù)投入大量資金用于光刻膠的研發(fā)。例如在新材料的研發(fā)、工藝優(yōu)化等方面不斷進(jìn)行探索，以保持其技術(shù)領(lǐng)先地位。而國內(nèi)光刻膠企業(yè)相對來說規(guī)模較小，利潤有限，在研發(fā)投入上與國外企業(yè)存在差距，這也在一定程度上影響了國內(nèi)光刻膠技術(shù)的發(fā)展速度。

2. 研發(fā)成果轉(zhuǎn)化

• 國外光刻膠企業(yè)在研發(fā)成果轉(zhuǎn)化方面也有一定的優(yōu)勢。由于其擁有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和市場渠道，一旦有新的研發(fā)成果，能夠較快地將其轉(zhuǎn)化為實際的產(chǎn)品并推向市場。而國內(nèi)企業(yè)在這方面可能會面臨一些障礙，例如在與下游企業(yè)的對接、市場推廣等方面可能存在不足，導(dǎo)致研發(fā)成果轉(zhuǎn)化的效率相對較低。