光刻胶被称为半导体材料皇冠上的明珠,是半导体光刻不可缺少的核心环节。
按照应用领域,可以分为PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶和其他,全球市场中这四者的供应比例均衡,均为25%左右;
但在中国本土市场的供应上,主要以低端PCB用光刻胶为主(国产化率50%),LCD和半导体用光刻胶供应量占比非常低,主要依靠进口。
光刻胶从低端到高端,分了好几类:g线、i线、KrF、ArF、EUV,从前到后越来越高端。
其中,KrF、ArF这两种类型的光刻胶已占据全球半导体用光刻胶销售额的60%以上。
这种分类,不是因为这个名称直接代表着光刻胶的成分,而是与光刻机的光源有关,代表着光刻机光源的种类,对应着不同的激光波长。
KrF对应着248nm的激光波长;ArF对应着193nm的激光波长;最新的EUV光刻胶,则到了13.5nm的波长。
激光波长越短,可以实现的光刻精度越高,所以要想实现7nm以下的工艺制程,就必须用到EUV光刻机,光刻机的精度不同,意味着需要对应配套的光刻胶的要求也不同。
光刻胶的身不由己,从原材料环节就开始了。
光刻胶是由光引发剂、光刻胶树脂、单体、溶剂和其他助剂组成的对光敏感的混合液体。
以ArF光刻胶各组分质量占比为例,它的溶剂占73%-95%,成膜树脂占5%-15%,光引发剂占0.05%-10%,其余添加剂占0.01%-2%。
其中,树脂和光引发剂是光刻胶最核心的部分。
树脂对整个光刻胶起到支撑作用,可以想象成光刻胶的骨架,它使光刻胶具有耐刻蚀性能。
它是科技含量最高的部分,不同的光刻胶树脂的结构不同,合成难度非常高,通常光刻胶厂商在合成一种树脂后就申请相应的专利,日本一直把光刻胶树脂等原材料的生产技术牢牢掌握在手中。
国内的企业虽然也有树脂产品,但集中在G线、I线用的树脂上,主要应用于PCB、LCD产品,KrF、ArF用的成膜树脂几乎没有;
圣泉集团虽有提供树脂的能力,但符合光刻胶要求的仅30%。
光引发剂是光刻胶材料中的光敏部分,能发生化学反应,对光刻胶的感光度、分辨率起着决定性作用。
由于技术门槛高,光引发剂的话语权主要也是掌握在日商手中。
国内的强力新材虽然在技术方面有领先优势,但其主要应用在PCB领域,半导体领域的光引发剂还很弱。
总体来看,根据TrendBank的数据(2019年),全球光刻胶用光引发剂、溶剂、成膜树脂及单体的主要生产企业总共44家,所属地在日本的企业最多,占据全球光刻胶原材料生产企业数量的49%。
我国的企业虽然占比达到29%,但产量和规模较小,品种规格较为单一。
原材料主要靠进口,下一步的制作更是被掐住了命运的咽喉。
光刻胶的制造环节,要想突破,必经步骤是对领先的光刻胶产品进行逆向分析并且仿制。
但不同类别、厂家、应用的光刻胶,在成本配比,加工工艺不同,在敏感度、感光度、分辨率等性能上差距明显,存在配方壁垒。
又因为光刻胶材料无法直接拆解,很难分析出制造工艺和具体配比,模仿难度非常大。
另外,光刻胶是光刻机的核心耗材,光刻机与光刻胶在新产品开发、产品销售等方面均存在一定协同效应,上世纪七八十年代日本光刻机的崛起带动了其光刻胶的发展,形成了一定的设备和品控壁垒,使日本目前依然牢牢占据了光刻胶的垄断地位。
日本的JSR、东京应化、信越化学及富士胶片四家企业占据了全球70%以上的市场份额;具体到半导体光刻胶领域,他们四家也占据了60%以上的市场份额。
在材料和制造的双层困境下,国内的光刻胶情况有多艰难呢?
“没有一家ArF能看得”,这句话的确是现状。
中国半导体光刻胶技术水平与世界先进水平有2-3 代的差距,半导体领域KrF光刻胶国产化率5%左右,半导体领域ArF光刻胶份额仅有1%左右、EUV更是全部进口。
但这并不代表国内的企业不努力。
晶瑞股份、彤程新材、上海新阳等目前处于KrF通过验证或量产阶段。
南大光电是目前国内光刻胶暂时领先的企业,其在7月29日发布公告称其ArF光刻胶通过验收,虽然通过验收和实际大规模量产是两回事,但这是南大光电踏入新征途、高端光刻胶国产替代的起点。
有差距我们一直承认,有进步我们也看在眼里,光刻胶那1%很难,半导体前路漫漫,但中国必争。
页面更新:2024-04-27
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