國(guó)產(chǎn)光刻膠技術(shù)的發(fā)展歷程

光刻膠是一種對(duì)光敏感的混合液體，其組成部分包括光引發(fā)劑、光刻膠樹(shù)脂、單體、溶劑和其他助劑，它可以通過(guò)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(guó)光刻膠技術(shù)的發(fā)展起步相對(duì)較晚，2000年左右才開(kāi)始著手光刻膠的研發(fā)。早期國(guó)內(nèi)光刻膠市場(chǎng)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(chǎng)幾乎被國(guó)外企業(yè)壟斷，國(guó)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(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展需求，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)開(kāi)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)。在這個(gè)過(guò)程中，國(guó)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(kāi)始取得進(jìn)展，到后來(lái)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(guò)多年努力，在紫外光刻膠的研究與開(kāi)發(fā)方面取得突出成績(jī)，相繼研制出多個(gè)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(guó)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(wú)錫化工研究設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)光刻膠技術(shù)的發(fā)展也受益于政策支持和市場(chǎng)的推動(dòng)。在國(guó)家一系列紅利政策帶動(dòng)下，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體、平板顯示及PCB行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好，對(duì)光刻膠的需求激增，也促使國(guó)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(kāi)始嶄露頭角。

國(guó)產(chǎn)光刻膠技術(shù)的當(dāng)前成果

近年來(lái)，國(guó)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(duì)較低，中國(guó)已取得較好的進(jìn)展。中國(guó)已成為全球最大的PCB光刻膠生產(chǎn)基地，PCB光刻膠國(guó)產(chǎn)化率較高，全球PCB光刻膠市場(chǎng)規(guī)模在20億美元左右，中國(guó)市場(chǎng)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(guó)產(chǎn)化率相對(duì)PCB光刻膠較低，但也有一定的進(jìn)展。例如國(guó)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(chǎng)，雖然目前所占市場(chǎng)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(gè)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(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)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(shí)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(yàn)證，并同步完成了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了從技術(shù)開(kāi)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(shí)，也為EUV光刻膠的著力開(kāi)發(fā)做技術(shù)儲(chǔ)備。

此外，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)也在積極布局和推動(dòng)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(guò)客戶使用認(rèn)證，成為中國(guó)首只通過(guò)產(chǎn)品驗(yàn)證的國(guó)產(chǎn)ARF光刻膠；晶瑞股份的KrF光刻膠進(jìn)入客戶測(cè)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(diǎn)等，這些成果標(biāo)志著中國(guó)在高端光刻膠技術(shù)方面正在不斷縮小與國(guó)外的差距。

國(guó)產(chǎn)光刻膠技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

國(guó)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(shù)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(guó)半導(dǎo)體光刻膠樹(shù)脂特別是高端產(chǎn)品，基本依賴進(jìn)口。例如ArF樹(shù)脂定制化程度較高，國(guó)際市場(chǎng)上僅能買到部分標(biāo)準(zhǔn)款樹(shù)脂，無(wú)法買到高端的ArF樹(shù)脂。而且光敏材料中的高端光酸的合成和純化難度較大，國(guó)內(nèi)的光酸廠商在質(zhì)量穩(wěn)定性等方面仍與國(guó)外存在差距，目前國(guó)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(chǎng)主要由日本和美國(guó)公司壟斷，國(guó)內(nèi)光刻膠企業(yè)在技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)上與國(guó)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(gè)不斷進(jìn)行配方調(diào)整的方法學(xué)過(guò)程，但不同的光刻膠涉及到樹(shù)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(yàn)積累，國(guó)外企業(yè)在這方面已經(jīng)有較長(zhǎng)的發(fā)展歷程，而國(guó)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(guó)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(lái)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(guó)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(guó)外已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，而我國(guó)還在努力研發(fā)追趕，EUV的波長(zhǎng)只有13nm，絕大多數(shù)有機(jī)材料，甚至空氣對(duì)它都有強(qiáng)烈的吸收，光刻膠材料的選擇非常困難，國(guó)外在這方面的研究成果和技術(shù)儲(chǔ)備比國(guó)內(nèi)更豐富。

二、市場(chǎng)方面

1. 客戶驗(yàn)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(duì)于光刻膠的質(zhì)量和穩(wěn)定性要求極高。國(guó)產(chǎn)光刻膠要進(jìn)入這些企業(yè)的供應(yīng)鏈，需要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的客戶驗(yàn)證過(guò)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(shí)非常謹(jǐn)慎，一旦光刻膠出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)芯片制造過(guò)程失敗，所以國(guó)產(chǎn)光刻膠在獲得客戶信任和通過(guò)驗(yàn)證方面面臨很大挑戰(zhàn)。

2. 市場(chǎng)份額低

• 目前國(guó)內(nèi)光刻膠大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)相對(duì)較少且企業(yè)所占市場(chǎng)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(chǎng)份額僅2.94%。國(guó)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(guó)外光刻膠企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)份額時(shí)處于劣勢(shì)地位。

• 
  

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(gè)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(lái)看，要進(jìn)行光刻膠的研發(fā)，需要購(gòu)置先進(jìn)的研發(fā)設(shè)備、進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和測(cè)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(guó)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(guò)程涉及到環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)國(guó)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(shí)進(jìn)行光刻膠的生產(chǎn)也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

國(guó)產(chǎn)光刻膠技術(shù)的未來(lái)趨勢(shì)

一、技術(shù)創(chuàng)新與升級(jí)

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(duì)高端光刻膠的需求日益增長(zhǎng)。例如在芯片制造向更小制程發(fā)展的過(guò)程中，如7nm以下的先進(jìn)制程需要EUV光刻膠，國(guó)產(chǎn)光刻膠技術(shù)必然要朝著開(kāi)發(fā)高端光刻膠的方向發(fā)展。目前國(guó)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(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合研究成果為EUV光刻膠的開(kāi)發(fā)做技術(shù)儲(chǔ)備，未來(lái)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(guó)產(chǎn)高端光刻膠的性能和質(zhì)量，以滿足國(guó)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(lái)發(fā)展的方向之一。在157nm之后，小于32nm節(jié)點(diǎn)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(guó)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(guó)內(nèi)可以在電子束光刻技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)電子束光刻膠進(jìn)行研究，由于電子束光刻沒(méi)有紫外吸收問(wèn)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(lái)發(fā)展電子束光刻膠，提高其性能，以適應(yīng)未來(lái)光刻技術(shù)發(fā)展的需求。

二、市場(chǎng)拓展與應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大

1. 提高國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率

• 隨著國(guó)產(chǎn)光刻膠技術(shù)的不斷進(jìn)步，其在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率有望逐步提高。目前國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體、平板顯示及PCB行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好，對(duì)光刻膠的需求不斷增加。國(guó)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(shì)和地緣優(yōu)勢(shì)等，逐漸擴(kuò)大在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的份額，減少對(duì)進(jìn)口光刻膠的依賴。例如在PCB光刻膠已經(jīng)取得較高國(guó)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額。

2. 拓展國(guó)際市場(chǎng)

• 在滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的同時(shí)，國(guó)產(chǎn)光刻膠也將逐步走向國(guó)際市場(chǎng)。當(dāng)國(guó)產(chǎn)光刻膠技術(shù)達(dá)到國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力時(shí)，就可以開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)。例如中國(guó)的一些光伏產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，隨著光刻膠技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)光刻膠產(chǎn)品也有望像光伏產(chǎn)品一樣在國(guó)際市場(chǎng)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(lái)，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(shì)，而企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化方面更有經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)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(shí)驗(yàn)室的合作取得了重大成果，未來(lái)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(shí)踐平臺(tái)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(shù)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(duì)光刻膠的需求變化，及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)方向，實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。

國(guó)內(nèi)外光刻膠技術(shù)對(duì)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(guó)外尤其是日本和美國(guó)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(guó)外集團(tuán)掌握EUV光刻膠所對(duì)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(chǎng)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(yàn)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(guó)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(guò)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(guó)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(duì)紫外線的敏感度、耐化學(xué)腐蝕性等，國(guó)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(duì)光刻膠的分辨率要求越來(lái)越高，國(guó)外光刻膠企業(yè)能夠利用先進(jìn)的技術(shù)手段和材料來(lái)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(guó)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(chǎng)份額方面

1. 全球市場(chǎng)格局

• 全球光刻膠市場(chǎng)被日美廠商壟斷，日本的企業(yè)占據(jù)80%的全球市場(chǎng)。在半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)，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(chǎng)份額，日本的四家占據(jù)超過(guò)70%。國(guó)內(nèi)光刻膠企業(yè)在全球市場(chǎng)所占份額極低，目前主要還是在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)進(jìn)行發(fā)展，并且在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著國(guó)外企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，在市場(chǎng)份額的爭(zhēng)奪上處于劣勢(shì)地位。不過(guò)隨著國(guó)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(guó)外光刻膠企業(yè)由于長(zhǎng)期在市場(chǎng)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(guó)際大型芯片制造企業(yè)等高端客戶。這些客戶對(duì)于光刻膠的質(zhì)量和穩(wěn)定性要求極高，一旦與國(guó)外光刻膠企業(yè)建立合作關(guān)系，就很難被替代。而國(guó)內(nèi)光刻膠企業(yè)在開(kāi)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(shí)間來(lái)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(guó)外光刻膠企業(yè)在研發(fā)投入上相對(duì)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(guó)外企業(yè)憑借其在市場(chǎng)上的壟斷地位和高額利潤(rùn)，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(guó)內(nèi)光刻膠企業(yè)相對(duì)來(lái)說(shuō)規(guī)模較小，利潤(rùn)有限，在研發(fā)投入上與國(guó)外企業(yè)存在差距，這也在一定程度上影響了國(guó)內(nèi)光刻膠技術(shù)的發(fā)展速度。

2. 研發(fā)成果轉(zhuǎn)化

• 國(guó)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(shì)。由于其擁有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和市場(chǎng)渠道，一旦有新的研發(fā)成果，能夠較快地將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品并推向市場(chǎng)。而國(guó)內(nèi)企業(yè)在這方面可能會(huì)面臨一些障礙，例如在與下游企業(yè)的對(duì)接、市場(chǎng)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(duì)較低。