1、簡介及工作原理
光刻膠(又稱光致抗蝕劑)，是指通過紫外光、準分子激光、電子束、離子束、x射線等光源的照射或輻射，其溶解度發(fā)生變化的耐蝕刻材料。光刻膠具有光化學敏感性，其經過曝光、顯影、刻蝕等工藝，可以將設計好的微細圖形從掩膜版轉移到待加工基片。因此光刻膠微細加工技術中的關鍵性化工材料，被廣泛應用于光電信息產業(yè)的微細圖形線路的加工制作。生產光刻膠的原料包括光引發(fā)劑（包括光增感劑、光致產酸劑）、光刻膠樹脂、單體和其他助劑等。
2、光刻膠的分類
市場上，光刻膠產品依據(jù)不同標準，可以進行分類。依照化學反應和顯影原理分類，光刻膠可以分為正性光刻膠和負性光刻膠。使用正性光刻膠工藝，形成的圖形與掩膜版相同；使用負性光刻膠工藝，形成的圖形與掩膜版相反。
按照感光樹脂的化學結構分類，光刻膠可以分為①光聚合型，采用烯類單體，在光作用下生成自由基，進一步引發(fā)單體聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特點；②光分解型，采用含有疊氮醌類化合物的材料，其經光照后,發(fā)生光分解反應，可以制成正性膠；③光交聯(lián)型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作為光敏材料，在光的作用下，形成一種不溶性的網(wǎng)狀結構，而起到抗蝕作用，可以制成負性光刻膠。
按照曝光波長分類，光刻膠可分為紫外光刻膠（300~450nm）、深紫外光刻膠（160~280nm）、極紫外光刻膠（EUV，13.5nm）、電子束光刻膠、離子束光刻膠、X射線光刻膠等。不同曝光波長的光刻膠，其適用的光刻極限分辨率不同，通常來說，在使用工藝方法一致的情況下，波長越小，加工分辨率越佳。
3、光刻膠的應用
1975年，美國的國際半導體設備與材料協(xié)會首先為微電子工業(yè)配套的超凈高純化學品制定了國際統(tǒng)一標準——SEMI標準。1978年，德國的伊默克公司也制定了MOS標準。兩種標準對超凈高純化學品中金屬雜質和(塵埃)微粒的要求各有側重，分別適用于不同級別IC的制作要求。其中，SEMI標準更早取得世界范圍內的普遍認可。
3.1 印刷電路板領域應用
光刻膠廣泛應用于印刷電路板的設計與加工中。PCB光刻膠主要包括干膜光刻膠、濕膜光刻膠和光成像阻焊油墨。自2006年，我國成為PCB的最大生產國和最大使用國。PCB光刻膠技術壁壘較低，但是我國PCB光刻膠的自給率仍僅占10%左右。
3.2平面顯示器領域應用
平板顯示器領域，TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）是市場的主流，彩色濾光片是TFT-LCD實現(xiàn)彩色顯示的關鍵器件，占面板成本的15%左右；彩色光刻膠和黑色光刻膠是制備彩色濾光片的核心材料，占彩色濾光片成本的27%左右。TFT-LCD用光刻膠技術壁壘較高，市場基本被如JSR、住友化學、三菱化學等日韓公司占領，占有率可達90%。
3.3半導體領域應用
光刻膠應用于半導體產業(yè)鏈中的晶圓加工過程。隨著市場對半導體產品小型化、功能多樣化的要求，半導體用光刻膠需要不斷通過縮短曝光波長提高極限分辨率，從而達到集成電路更高密度的集積。
4、光刻加工分辨率與光刻膠
現(xiàn)代微電子(集成電路)工業(yè)按照摩爾定律在不斷發(fā)展，芯片的特征尺寸每3年縮小√2倍。柵極的寬度為典型的特征尺寸，圖中的晶體管結構中，電流從Source(源極)流入Drain(漏級)，Gate(柵極)相當于閘門，主要負責控制兩端源極和漏級的通斷。電流會損耗，而柵極的寬度則決定了電流通過時的損耗，表現(xiàn)出來就是手機常見的發(fā)熱和功耗，寬度越窄，功耗越低。而柵極的最小寬度(柵長)，就是XXnm工藝中的數(shù)值。三星、intel、臺積電等公司先后在22nm、16nm、14nm工藝上發(fā)力，布局10nm以下工藝。
晶體結構與特征尺寸
光刻加工分辨率直接關系到芯片特征尺寸大小，而光刻膠的性能關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應。光刻分辨率與曝光波長、數(shù)值孔徑和工藝系數(shù)相關。
光刻膠的曝光波長由寬譜紫外向g線(436nm)→i線(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的方向移動。隨著曝光波長的縮短，光刻膠所能達到的極限分辨率不斷提高，光刻得到的線路圖案精密度更佳，而對應的光刻膠的價格也更高。
光刻光路的設計，有利于進一步提升數(shù)值孔徑，隨著技術的發(fā)展，數(shù)值孔徑由0.35發(fā)展到大于1。相關技術的發(fā)展也對光刻膠及其配套產品的性能要求變得愈發(fā)嚴格。
工藝系數(shù)從0.8變到0.4，其數(shù)值與光刻膠的產品質量有關。結合雙掩膜和雙刻飾等技術，現(xiàn)有光刻技術使得我們能夠用193nm的激光完成10nm工藝的光刻。
雙掩膜技術示意圖
為了實現(xiàn)7nm、5nm制程，傳統(tǒng)光刻技術遇到瓶頸，EUV(13.5nm)光刻技術呼之欲出，臺積電、三星也在相關領域進行布局。EUV光刻光路基于反射設計，不同于上一代的折射，其所需光刻膠主要以無機光刻膠為主，如金屬氧化物光刻膠。上游的國外大型化工公司早已布局了EUV光刻膠產業(yè)，而我國在這一領域仍未空白。
EUV光刻示意圖
二、產業(yè)鏈及市場容量
1.光刻膠產業(yè)鏈
光刻膠產業(yè)鏈覆蓋范圍廣，從上游的基礎化工材料行業(yè)、精細化學品行業(yè)，到下游電子加工商、各電子器產品應用終端；各行業(yè)分工明確，環(huán)環(huán)相扣，聯(lián)系緊密。由于上游產品對最終下游企業(yè)的產品性能具有重大影響，下游行業(yè)企業(yè)對公司產品的質量和供貨能力十分重視，常采用認證采購的模式?？紤]到采購成本和認證成本，上游供應商和下游采購商通常會形成比較穩(wěn)固的合作模式，新的供應商加入供應鏈比較困難。
我國化工產品原料品種齊全，可以為光刻膠產業(yè)提供充足和價格低廉的基礎原料供給，但是由于資金和技術的差距，生產光刻膠的原料如引發(fā)劑、增感光刻膠樹脂等被外資壟斷導致光刻膠自給能力不足。當下電子產業(yè)鏈已經主要被日本、韓國、臺灣地區(qū)的大公司控制，我國電子化學品供應商要突破現(xiàn)有的產業(yè)格局需要在研發(fā)、市場開拓方面付出巨大的努力。
光刻膠產業(yè)鏈
2.光刻膠市場規(guī)模與發(fā)展趨勢
得益于我國平面顯示和半導體產業(yè)的發(fā)展，我國光刻膠市場需求，在2022年可能突破27.2萬噸。在光刻膠生產種類上，我國光刻膠廠商主要生產PCB光刻膠，而LCD光刻膠和半導體光刻膠生產規(guī)模較小，相關光刻膠主要依賴進口。放眼國際市場，光刻膠也主要被日本合成橡膠（JSR）、東京應化（TOK）、住友化學、美國杜邦、德國巴斯夫等化工寡頭壟斷。
全球光刻膠市場份額
3.下游產業(yè)發(fā)展趨勢及需求
3.1 半導體及集成電路保持增長，國產半導體光刻膠成長空間巨大
光刻膠的質量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關鍵因素。光刻工藝的成本約為整個芯片制造工藝的35%，并且耗費時間約占整個芯片工藝的40%到50%。光刻膠材料約占IC制造材料總成本的4%，市場巨大。因此光刻膠是半導體集成電路制造的核心材料。
中國半導體產業(yè)穩(wěn)定增長，全球半導體產業(yè)向中國轉移。
近些年來，全球半導體廠商在中國大陸投設多家工廠，如臺積電南京廠、聯(lián)電廈門廠、英特爾大連廠、三星電子西安廠、力晶合肥廠等。諸多半導體工廠的設立，也拉動了國內半導體光刻膠市場需求增長。
3.2 LCD面板產能增加，拉動國內LCD光刻膠增長
全球LCD面板總出貨面積增長，LCD光刻膠需求增加。隨著LCD出貨面積的持續(xù)增長，未來幾年全球LCD光刻膠的需求量增長速度為4%~6%。隨著國內廠商占據(jù)LCD市場比重越來越大，國內LCD光刻膠需求也會持續(xù)增長。
3.3 PCB產業(yè)穩(wěn)定，光刻膠剛需強勁
PCB被譽為“電子產品之母”，廣泛應用于各個電子終端。國外研究機構預測，PCB市場年復合增長率可達3%，到2020年，PCB全球市場規(guī)模將達到610億美元；中國在2020年PCB產值有望達到311億美元，在2015-2020年期間，年復合增長率略高于國際市場，為3.5%。得益于PCB行業(yè)發(fā)展剛需，我國PCB光刻膠需求空間巨大。
