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光刻机90nm，光刻胶28nm。
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出品 | 科技智谷
经历过缺芯潮的人，谁都不想再经历一次大停产。
2021年2月，位于日本东北地区最南部的福岛县发生了一场7.3级地震，这次地震虽然未造成大规模人员伤亡，但却造成了设立在福岛县周边半导体工厂的数日停产，而其背后的原因不是因为这些半导体工厂设备遭受地震破坏，而是因为位于这里的光刻胶企业因地震破坏停产了，随后其造成的蝴蝶效应在三个月后传到中国，占据全球光刻胶市场份额超两成的信越化学向中国大陆多家一线晶圆厂限制供货KrF光刻胶，供应链断裂是去年那场缺芯潮的罪魁祸首之一。
01
光刻胶有多重要？
光刻胶是芯片生产制造中所必须用到的一种材料。我们都知道，制造芯片过程中，在晶圆清洗、热氧化后，需通过光刻和刻蚀工艺，将设计好的电路图案转移到晶圆表面上，实现电路布图，之后再进行离子注入、退火、扩散、气相沉积、化学机械研磨等流程，最终才能在晶圆上实现特定的集成电路结构，而在光刻这个环节中，就必须要光刻胶。
光刻胶又称光致抗蚀剂，是一种对光敏感的混合液体，是光刻工艺中最核心的耗材，其性能决定着光刻质量。作为图像转移“中介”，光刻胶是通过曝光显影蚀刻工艺发挥转移作用，首先将光刻胶涂覆于有功能层的基底上，然后紫外光通过掩膜版进行曝光，在曝光区促使光刻胶发生溶解度变化反应，选择性改变其在显影液中的溶解度，未溶解部分最后在蚀刻过程中起保护作用，从而将掩模版上的图形转移到基底上。
光刻胶主要是由树脂、光引发剂、溶剂、单体和其他助剂组成。其中树脂主要是用于把光刻胶中不同材料聚在一起的粘合剂，给予光刻胶机械和化学性质；光引发剂，又称光敏剂或光固化剂，系光刻胶材料中的光敏成分，在吸收一定波长的紫外光或可见光能量后，可分解为自由基或阳离子并可引发单体发生化学交联反应；而溶剂的作用是使光刻胶具有流动性，易挥发，对于光刻胶的化学性质几乎没有影响；单体又称活性稀释剂，含有可聚合官能团的小分子，能参与聚合反应形成高分子树脂的低分子化合物；最后助剂则用于控制光刻胶的特定化学性质。
根据化学反应机理不同，光刻胶可分正性光刻胶和负性光刻胶。正性光刻胶受光照射后，感光部分发生分解反应，可溶于显影液，未感光部分显影后仍留在基底表面，形成的图形与掩膜版相同；负性光刻胶正好相反，曝光后的部分形成交联网格结构，在显影液中不可溶，未感光部分溶解，形成的图形与掩膜版相反。
而根据应用领域不同，光刻胶可分为PCB光刻胶、LCD光刻胶和半导体光刻胶，技术门槛逐渐递增。其中PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶、光成像阻焊油墨等，LCD光刻胶可分为TFT正性光刻胶、触控用光刻胶、彩色光刻胶和黑色光刻胶等，而半导体光刻胶则分为g线、i线、KrF、ArF、EUV等种类的光刻胶。
在当下大规模集成电路的制造过程中，光刻和刻蚀技术是精细线路图形加工中最重要的工艺，决定着芯片的最小特征尺寸，占芯片制造时间的40-50%，占制造成本的30%。在图形转移过程中，一般要对硅片进行十多次光刻，光刻胶需经预烘、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影和蚀刻等环节，将掩膜版上的图形转移到硅片上，最终才能形成与掩膜版对应的几何图形，由此可见光刻胶在半导体领域中不可替代的重要性。
02
国产光刻胶正在突破
光刻胶生产工艺复杂，技术壁垒高，其研发和量产需要企业的长期技术积累，对企业研发人员的素质、行业经验、技术储备等都具有极高要求，新进入者需要极大的研发投入。例如光刻胶的培养的研发是通过几百个、几千个树脂、光酸和添加剂的排列组合尝试出来，且难以通过现有产品反向解构出其配方，这对技术及经验积累有非常高的要求。同时，原材料比重的微调会直接影响到光刻胶的各个性能指标，比如溶剂的多少会影响粘度，光引发剂的多少会影响光刻胶的灵敏度，因此光刻胶与其他高精尖产业一样，我国均处于追赶之位。
光刻胶领域里，光刻胶的制造环节处于中游，上游主要依托基础化工原料，生产树脂、光引发剂、溶剂、单体等电子化学品；中游包括PCB光刻胶、面板光刻胶和半导体光刻胶的制备；下游为印刷电路板、显示面板和电子芯片，广泛应用于消费电子、航空航天、军工等领域。

在上游的生产设备领域，高端光刻胶生产的大量专利掌握在海外龙头企业中，以EUV光刻胶为例，全球专利申请量前十名中日本占据7席，富士胶片以422件排在第一；美国罗门哈斯和陶氏化学占据两席；韩国三星电子占据一席。而国内光刻胶以中低端产品为主生产能力主要集中在PCB光刻胶、TN/STN-LCD光刻胶等中低端产品，其中PCB光刻胶占比达94%。先进制程半导体光刻胶方面，g/i线胶自给率约10%，KrF胶自给率不足5%，ArF胶基本依靠进口，而EUV胶还仍处研发阶段。不过随着光刻技术的变化，在上游国内已形成一定光刻胶用电子化学品产能，强力新材、久日新材、万润股份等相关公司市场份额逐步提升，国产替代正持续进行。
而在上游的生产原料上，胶树脂、光引发剂、溶剂、单体及其他助剂等国产替代均在加速。在光刻胶树脂方面，虽然日本、美国企业目前占据主要市场，但我们也看到国内的圣泉、彤程新材、强力新材等目前也在开始逐步布局；光引发剂方面，国内强力新材、久日新材等企业也具备光刻胶引发剂量产能力；单体方面，微芯新材、徐州博康、万润股份、瑞联新材具备量产能力，而溶剂方面，由于技术壁垒相对较低，常用材料为丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA或PMA），所以国内企业涉足的就更多了。
总的来说，虽然在总体研发和生产能力上，国内公司还不能完全与BASF等国际竞争对手全面抗衡，但经过多年技术积累，国内已形成一定光刻胶用电子化学品产能，相关公司市场份额逐步提升，国产替代正持续进行。
END
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