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“兩軍交戰(zhàn)，兵馬未動，糧草先行”，詮釋了糧草的重要性，而在半導體行業(yè)的激烈競爭中，半導體光刻膠的及時補給亦如此。
01、核心材料
光刻膠（Photoresist）是一種對光敏感的混合液體，是微電子技術(shù)中微細圖形加工的關(guān)鍵材料，由光引發(fā)劑（光增感劑、光致產(chǎn)酸劑）、光刻膠樹脂、溶材料劑、單體（活性稀釋劑）和其他助劑組成。
從化學反應機理上看，光刻膠可分為負性和正性兩類。其中，負性光刻膠在顯影時，由于易變形和膨脹，通常情況下其分辨率只能達到2μm，更適用于低成本低價質(zhì)量的芯片；而正性光刻膠分辨率對比度高，更適用于小型圖形，高端光刻膠以正性為主。按應用領(lǐng)域，光刻膠可分為PCB光刻膠、LCD光刻膠、半導體光刻膠。而下文將主要圍繞半導體光刻膠展開描述。
數(shù)十年里，半導體行業(yè)的迅猛發(fā)展離不開光刻工藝的進步，而光刻工藝必然也離不開光刻機、光源、光刻膠等關(guān)鍵設備和材料的跟進。
半導體光刻工藝需要經(jīng)歷硅片表面脫水烘烤、旋轉(zhuǎn)涂膠、軟烘、曝光、曝光后烘烤、顯影、堅膜烘烤、顯影檢查等工序。而在光刻過程中，光刻膠則被均勻涂布在襯底，經(jīng)過曝光、顯影與刻蝕等工藝，將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上，形成與掩膜版完全對應的幾何圖形。光刻膠在其中起到的作用，主要是保護底層材料不被后續(xù)工藝刻蝕和將掩膜板圖形轉(zhuǎn)移到基片上。
據(jù)了解，光刻工藝約占整個芯片制造成本的35%，耗時占整個芯片工藝的40-50%，是半導體制造中最核心的工藝。而光刻膠是光刻工藝中不可或缺的核心材料，在半導體制造環(huán)節(jié)有著重要作用，并被譽為“半導體材料皇冠上的明珠”。
02、各“線”神通
一直以來，摩爾定律的進步始終驅(qū)動著半導體行業(yè)的發(fā)展，半導體光刻技術(shù)的進化也牽動著光刻膠材料不斷革新，其中光刻膠曝光波長也在不斷地縮短以滿足需要。
按曝光光源波長來分，如今的半導體光刻膠可主要分為六大品類，分別為紫外全譜光（300～450nm波長）、g線（436nm波長）、i線（365nm波長）、KrF（248nm波長）、ArF（193nm波長）、以及目前最前沿的EUV光刻膠（<13.5nm波長）。通常來講，波長越短加工分辨率越佳，能制造的芯片工藝越先進，技術(shù)難度也越高。
其中， g線、 i線光刻膠分別適用于436nm、365nm的波長光源，目前已成熟應用于汽車電子、MEMS、平板等領(lǐng)域。
KrF光刻膠適用于248nm波長光源，主要應用于3D NAND堆疊架構(gòu)中。NAND工藝已逐漸從2D轉(zhuǎn)向3D、4D堆疊架構(gòu)，隨著堆疊層數(shù)的增加，光刻次數(shù)也在遞增，相應光刻膠的用量隨著光刻次數(shù)的增加而大幅增長，KrF光刻膠的使用量將顯著提升。
ArF光刻膠適用于193nm波長光源，主要用于邏輯芯片和高端存儲芯片的制造，可大致分為干式和浸沒式，ArF干式主要應用于130-65nm光刻工藝，而ArFi浸沒式主要應用于65-7nm光刻工藝。據(jù)悉，ArFi光刻膠主要用于先進制程中的多重曝光過程，其需求量為普通光刻膠的2-4倍。
EUV光刻膠則使用波長為13.5nm的紫外光，主要用于7nm或更小邏輯制程節(jié)點的關(guān)鍵制造工序中，其用到的設備EUV光刻機，目前只有荷蘭ASML能制造。目前EUV光刻膠仍處于應用早期，未來有望成長為光刻膠最核心的細分市場之一。
03、劍指高端
眾所周知，光刻膠產(chǎn)業(yè)的壁壘主要在于配方和經(jīng)驗的長期積累、原材料的穩(wěn)定供給、客戶黏性和認證周期長、前期資金和人才投入大。
擁有百年歷史的光刻膠，如今已形成獨屬于自身的產(chǎn)業(yè)格局。多年來，半導體光刻膠市場主要以日美廠商為主導，從產(chǎn)品種類、產(chǎn)能規(guī)模上來看，國內(nèi)廠商還存在較大差距。不過近幾年，隨著國產(chǎn)替代“浪潮”的推動下，國內(nèi)光刻膠瓶頸正在不斷被突破，同時，南大光電、上海新陽、容大感光、北京科華（彤程新材）、晶瑞電材、漢拓光學（徐州博康）、廈門恒坤等眾多企業(yè)開始嶄露頭角。
當前不少光刻膠企業(yè)致力于轉(zhuǎn)向中高端光刻膠市場。其中，在高端光刻膠EUV方面，目前只有日本合成橡膠（JSR）、信越化學（SEC）、東京應化（TOK）等日本廠商完成了對EUV的量產(chǎn)，國內(nèi)來看，上海新陽已經(jīng)開啟了EUV研發(fā)道路。
具體來看，南大光電的193nm ArF光刻膠已在下游客戶存儲芯片50nm和邏輯芯片55nm技術(shù)節(jié)點的產(chǎn)品上通過認證，其中一款產(chǎn)品已達到商用水平并實現(xiàn)銷售；晶瑞電材KrF高端光刻膠部分品種已量產(chǎn)；上海新陽ArF干法光刻膠在驗證階段，其KrF光刻膠已有銷售，上海本部也已建設部分光刻膠生產(chǎn)產(chǎn)能，合肥項目尚在建設中，尚未投產(chǎn)。
而容大感光此前在回復深交所《關(guān)注函》時表示，目前公司顯示用光刻膠、半導體光刻膠的品質(zhì)性能僅能滿足中低端客戶的要求，要開發(fā)中高端客戶需要的產(chǎn)品尚存在技術(shù)瓶頸。目前公司半導體光刻膠主要是指g/i線正性光刻膠、負性光刻膠及配套的化學品。雖然這些光刻膠在國內(nèi)屬于領(lǐng)先水平，但公司對于中高端光刻膠開發(fā)尚存瓶頸。
04、非一日之功
作為一個勞動、資本和技術(shù)高度密集型的產(chǎn)業(yè)，半導體光刻膠技術(shù)的進步不僅需要科研人員堅持不懈地研發(fā)，還需要相關(guān)上下游企業(yè)共同努力。
從各大光刻膠企業(yè)的發(fā)展路線來看，隨著半導體光刻工藝技術(shù)不斷更新，以及芯片制程節(jié)點不斷縮短，高端半導體光刻膠將成為28nm、14nm及10nm以下制程的關(guān)鍵，也是企業(yè)研發(fā)的目標。
而在半導體光刻膠這條賽道上，海外企業(yè)的領(lǐng)先步伐也讓國內(nèi)企業(yè)牟足了勁頭，不過所謂煉成一技非一日之功，國內(nèi)光刻膠企業(yè)仍需不斷積累，未來任重而道遠。
作者：韋思維
