[涨知识]⼀⽂了解芯⽚关键材料——光刻胶分类、应⽤及⾏业趋势 1.光刻胶的简介及⼯作原理
光刻胶(⼜称光致抗蚀剂)，是指通过紫外光、准分⼦激光、电⼦束、离⼦束、x射线等光源的照射或辐射，其溶解度发⽣变化的耐蚀刻材料。光刻胶具有光化学敏感性，其经过曝光、显影、刻蚀等⼯艺，可以将设计好的微细图形从掩膜版转移到待加⼯基⽚。因此光刻胶微细加⼯技术中的关键性化⼯材料，被⼴泛应⽤于光电信息产业的微细图形线路的加⼯制作。⽣产光刻胶的原料包括光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）、光刻胶树脂、单体和其他助剂等。
2.光刻胶的分类
市场上，光刻胶产品依据不同标准，可以进⾏分类。依照化学反应和显影原理分类，光刻胶可以分为正性光刻胶和负性光刻胶。使⽤正性光刻胶⼯艺，形成的图形与掩膜版相同；使⽤负性光刻胶⼯艺，形成的图形与掩膜版相反。
按照感光树脂的化学结构分类，光刻胶可以分为①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，具有形成正像的特点；②光分解型，采⽤含有叠氮醌类化合物的材料，其经光照后，发⽣光分解反应，可以制成正性胶；③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。
按照曝光波长分类，光刻胶可分为紫外光刻胶（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射线光刻胶等。不同曝光波长的光刻胶，其适⽤的光刻极限分辨率不同，通常来说，在使⽤⼯艺⽅法⼀致的情况下，波长越⼩，加⼯分辨率越佳。
3.光刻胶的应⽤
1975年，美国的国际半导体设备与材料协会⾸先为微电⼦⼯业配套的超净⾼纯化学品制定了国际统⼀标准——SEMI标准。1978年，德国的伊默克公司也制定了MOS标准。两种标准对超净⾼纯化学品中⾦属杂质和(尘埃)微粒的要求各有侧重，分别适⽤于不同级别IC的制作要求。其中，SEMI标准更早取得世界范围内的普遍认可。 （1）印刷电路板领域应⽤
光刻胶⼴泛应⽤于印刷电路板的设计与加⼯中。PCB光刻胶主要包括⼲膜光刻胶、湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨。⾃2006年，我国成为PCB的最⼤⽣产国和最⼤使⽤国。PCB光刻胶技术壁垒较低，但是我国PCB光刻胶的⾃给率仍仅占10%左右。
（2）平⾯显⽰器领域应⽤
平板显⽰器领域，TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显⽰器）是市场的主流，彩⾊滤光⽚是TFT-LCD实现彩⾊显⽰的关键器件，占⾯板成本的15%左右；彩⾊光刻胶和⿊⾊光刻胶是制备彩⾊滤光⽚的核⼼材料，占彩⾊滤光⽚成本的27%左右。TFT-LCD⽤光刻胶技术壁垒较⾼，市场基本被如JSR、住友化学、三菱化学等⽇韩公司占领，占有率可达90%。
（3）半导体领域应⽤
光刻胶应⽤于半导体产业链中的晶圆加⼯过程。随着市场对半导体产品⼩型化、功能多样化的要求，半导体⽤光刻胶需要不断通过缩短曝光波长提⾼极限分辨率，从⽽达到集成电路更⾼密度的集积。
4.光刻加⼯分辨率与光刻胶
现代微电⼦(集成电路)⼯业按照摩尔定律在不断发展，芯⽚的特征尺⼨每3年缩⼩√2倍。栅极的宽度为典型的特征尺⼨，图中的晶体管结构中，电流从Source(源极)流⼊Drain(漏级)，Gate(栅极)相当于闸门，主要负责控制两端源极和漏级的通断。电流会损耗，⽽栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗，表现出来就是⼿机常见的发热和功耗，宽度越窄，功耗越低。⽽栅极的最⼩宽度(栅长)，就是XXnm⼯艺中的数值。三星、intel、台积电等公司先后在22nm、16nm、
14nm⼯艺上发⼒，布局10nm以下⼯艺。
晶体结构与特征尺⼨
光刻加⼯分辨率直接关系到芯⽚特征尺⼨⼤⼩，⽽光刻胶的性能关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应。光刻分辨率与曝光波长、数值孔径和⼯艺系数相关。
光刻胶的曝光波长由宽谱紫外向g线(436nm)→i线(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的⽅向移动。随着曝光波长的缩短，光刻胶所能达到的极限分辨率不断提⾼，光刻得到的线路图案精密度更佳，⽽对应的光刻胶的价格也更⾼。
光刻光路的设计，有利于进⼀步提升数值孔径，随着技术的发展，数值孔径由0.35发展到⼤于1。相关技术的发展也对光刻胶及其配套产品的性能要求变得愈发严格。
⼯艺系数从0.8变到0.4，其数值与光刻胶的产品质量有关。结合双掩膜和双刻饰等技术，现有光刻技术使得我们能够⽤193nm的激光完成10nm⼯艺的光刻。
双掩膜技术⽰意图
为了实现7nm、5nm制程，传统光刻技术遇到瓶颈，EUV(13.5nm)光刻技术呼之欲出，台积电、三星也在相关领域进⾏布局。EUV光刻光路基于反射设计，不同于上⼀代的折射，其所需光刻胶主要以⽆机光刻胶为主，如⾦属氧化物光刻胶。上游的国外⼤型化⼯公司早已布局了EUV光刻胶产业，⽽我国在这⼀领域仍未空⽩。
EUV光刻⽰意图
1.光刻胶产业链
光刻胶产业链覆盖范围⼴，从上游的基础化⼯材料⾏业、精细化学品⾏业，到下游电⼦加⼯商、各电⼦器产品应⽤终端；各⾏业分⼯明确，环环相扣，联系紧密。由于上游产品对最终下游企业的产品性能具有重⼤影响，下游⾏业企业对公司产品的质量和供货能⼒⼗分重视，常采⽤认证采购的模式。考虑到采购成本和认证成本，上游供应商和下游采购商通常会形成⽐较稳固的合作模式，新的供应商加⼊供应链⽐较困难。
我国化⼯产品原料品种齐全，可以为光刻胶产业提供充⾜和价格低廉的基础原料供给，但是由于资⾦和技术的差距，⽣产光刻胶的原料如引发剂、增感光刻胶树脂等被外资垄断导致光刻胶⾃给能⼒不⾜。当下电⼦产业链已经主要被⽇本、韩国、台湾地区的⼤公司控制，我国电⼦化学品供应商要突破现有的产业格局需要在研发、市场开拓⽅⾯付出巨⼤的努⼒。
2.光刻胶市场估摸与发展趋势
得益于我国平⾯显⽰和半导体产业的发展，我国光刻胶市场需求，在2022年可能突破27.2万吨。在光
刻胶⽣产种类上，我国光刻胶⼚商主要⽣产PCB光刻胶，⽽LCD光刻胶和半导体光刻胶⽣产规模较⼩，相关光刻胶主要依赖进⼝。放眼国际市场，光刻胶也主要被⽇本合成橡胶（JSR）、东京应化（TOK）、住友化学、美国杜邦、德国巴斯夫等化⼯寡头垄断。
3.下游产业发展趋势及需求
（1）导体及集成电路保持增长，国产半导体光刻胶成长空间巨⼤
光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。光刻⼯艺的成本约为整个芯⽚制造⼯艺的35%，并且耗费时间约占整个芯⽚⼯艺的40%到50%。光刻胶材料约占IC制造材料总成本的4%，市场巨⼤。因此光刻胶是半导体集成电路制造的核⼼材料。
中国半导体产业稳定增长，全球半导体产业向中国转移。近些年来，全球半导体⼚商在中国⼤陆投设多家⼯⼚，如台积电南京⼚、联电厦门⼚、英特尔⼤连⼚、三星电⼦西安⼚、⼒晶合肥⼚等。诸多半导体⼯⼚的设⽴，也拉动了国内半导
电南京⼚、联电厦门⼚、英特尔⼤连⼚、三星电⼦西安⼚、⼒晶合肥⼚等。诸多半导体⼯⼚的设⽴，也拉动了国内半导体光刻胶市场需求增长。
（2）LCD⾯板产能增加，拉动国内LCD光刻胶增长
全球LCD⾯板总出货⾯积增长，LCD光刻胶需求增加。随着LCD出货⾯积的持续增长，未来⼏年全球LCD光刻胶的需求量增长速度为4%~6%。随着国内⼚商占据LCD市场⽐重越来越⼤，国内LCD光刻胶需求也会持续增长。
（3）PCB产业稳定，光刻胶刚需强劲
PCB被誉为“电⼦产品之母”，⼴泛应⽤于各个电⼦终端。国外研究机构预测，PCB市场年复合增长率可达3%，到2020年，PCB全球市场规模将达到610亿美元；中国在2020年PCB产值有望达到311亿美元，在2015-2020年期间，年复合增长率略⾼于国际市场，为3.5%。得益于PCB⾏业发展刚需，我国PCB光刻胶需求空间巨⼤。
