二、光刻膠:半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠,國(guó)內(nèi)企業(yè)逐步突破
光刻膠是半導(dǎo)體光刻工藝中最重要的關(guān)鍵材料,是半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠。光刻工藝是半導(dǎo)體生產(chǎn)制造的核心工藝,包括涂膠、曝光、顯影等步驟。光刻膠也叫光致抗蝕劑,是由感光樹(shù)脂、增感劑和溶劑三種主要成分組成的對(duì)光敏感的混合液體,在光刻工藝過(guò)程中用作抗腐蝕涂層材料。光刻膠用于光刻工藝,在曝光后通過(guò)顯影形成圖形化的抗蝕涂層,隨后通過(guò)刻蝕或離子注入等工藝,將電路圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面,從而實(shí)現(xiàn)特定的功能,其光敏度是決定微納圖形的精度之一,光刻膠的質(zhì)量和性能則直接影響制造產(chǎn)線的良率,因此光刻膠的重要性凸顯,是泛半導(dǎo)體行業(yè)的核心材料。
光刻膠按其形成的圖像分類,可分為正性、負(fù)性兩大類。正性光刻膠在曝光后,受光區(qū)域變得可溶于顯影液,被去除,形成的圖形與掩膜圖形一致;而負(fù)性光刻膠在曝光后,受光區(qū)域發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),變得不溶于顯影液,未曝光區(qū)域被去除,最終圖形與掩膜圖形相反。一般來(lái)說(shuō),正性光刻膠適用于高分辨率場(chǎng)景,負(fù)性光刻膠則適用于需要較高附著力和軟薄膜厚度的情況。
按照下游應(yīng)用領(lǐng)域劃分,光刻膠可分為PCB光刻膠、顯示面板光刻膠和半導(dǎo)體光刻膠等,生產(chǎn)難度依次遞減。
PCB 光刻膠:可分為干膜光刻膠、濕膜光刻膠和阻焊油墨。其中,干膜光刻膠通過(guò)加熱加壓的方式壓合在覆銅板上,經(jīng)過(guò)曝光和顯影過(guò)程,將電路圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上,再利用其抗蝕刻性能進(jìn)行蝕刻加工,最終形成印制電路板的精細(xì)銅線路。濕膜光刻膠則以液態(tài)形式直接涂敷在基材表面,具有分辨率高、成本低的特點(diǎn),適用于高精度要求的應(yīng)用場(chǎng)景。近年來(lái),受益全球PCB產(chǎn)業(yè)持續(xù)向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移,我國(guó)成為全球最大的PCB光刻膠生產(chǎn)國(guó)之一,并逐步積累了充足的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn),國(guó)內(nèi)企業(yè)在濕膜光刻膠等產(chǎn)品上已實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的國(guó)產(chǎn)替代,逐步減少對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴。具備較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 顯示面板光刻膠:光刻工藝同樣也是顯示面板制造(LCD、OLED等)的核心工藝,顯示面板光刻膠是一種專門(mén)用于顯示面板制造過(guò)程中光刻工藝的感光材料。它通過(guò)光照(通常是紫外光)和顯影工藝,在顯示面板基板(如玻璃或柔性基板)上形成微米級(jí)的精細(xì)圖案,用于定義像素結(jié)構(gòu)、電路圖案、彩色濾光片或黑矩陣等關(guān)鍵部件。顯示面板光刻膠需要具有高分辨率、良好的附著力和化學(xué)穩(wěn)定性,以滿足顯示面板高精度和多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造需求,是顯示技術(shù)中不可或缺的關(guān)鍵材料。按顯示應(yīng)用分類,顯示面板可分為T(mén)FT-LCD正性光刻膠,彩色/黑色光刻膠等、觸屏光刻膠等。三類顯示面板光刻膠被應(yīng)用在顯示面板制造過(guò)程的不同工序中。TFT-LCD光刻膠用于加工液晶面板前段Array制程中的微細(xì)圖形電極;彩色光刻膠和黑色光刻膠用于制造顯示面板中的彩色濾光片;觸摸屏光刻膠用于制作觸摸電極。平板顯示器中TFT-LCD是市場(chǎng)的主流,彩色濾光片是TFT-LCD實(shí)現(xiàn)彩色顯示的關(guān)鍵器件。
半導(dǎo)體光刻膠:半導(dǎo)體光刻膠應(yīng)用于半導(dǎo)體制造的光刻工藝中,用于將電路設(shè)計(jì)圖形從掩膜版精確轉(zhuǎn)移到硅片表面。根據(jù)曝光波長(zhǎng)的不同,半導(dǎo)體光刻膠可分為紫外光譜、g線、i線、Krf、ArF和EUV等類型。通常來(lái)說(shuō),曝光波長(zhǎng)越短,則加工分辨率越高,能夠形成更小尺寸的精細(xì)圖案。隨著高集成度、超高速、超高頻集成電路及元器件的開(kāi)發(fā),集成電路與元器件特征尺寸呈現(xiàn)出越來(lái)越精細(xì)的趨勢(shì),加工尺寸達(dá)到百納米直至納米級(jí),光刻設(shè)備和光刻膠產(chǎn)品也為滿足超微細(xì)電子線路圖形的加工應(yīng)用而推陳出新。為適應(yīng)集成電路線寬不斷縮小的要求,光刻膠的曝光波長(zhǎng)由紫外寬譜向g線(436nm)→i線(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的方向轉(zhuǎn)移,并通過(guò)分辨率增強(qiáng)技術(shù)不斷提升光刻膠的分辨率水平,而紫外寬譜光刻膠更多應(yīng)用于分立器件。相比PCB光刻膠和顯示面板光刻膠,半導(dǎo)體光刻膠(尤其是KrF、ArF和EUV光刻膠)技術(shù)壁壘更高,研發(fā)投入更大,且附加值顯著高于其他品類光刻膠。隨著AI驅(qū)動(dòng)芯片工藝制程不斷向先進(jìn)節(jié)點(diǎn)推進(jìn),對(duì)高端光刻膠(如深紫外光刻膠和極紫外光刻膠)的需求顯著增加,先進(jìn)制程比例提升也驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)規(guī)模增速高于其他細(xì)分市場(chǎng)。據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì),2021年全球半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)整體規(guī)模達(dá)到24.71億美元,2015-2021 年 CAGR 為12.03%。其中,ArF光刻膠是集成電路制造需求金額最大的光刻膠產(chǎn)品,占半導(dǎo)體光刻膠比重超過(guò)50%。
半導(dǎo)體光刻膠國(guó)產(chǎn)化率較低,但國(guó)內(nèi)企業(yè)正逐步突破。光刻膠作為光刻工藝的核心,對(duì)配方研發(fā)及生產(chǎn)工藝的要求極高,此外由于下游不同客戶的需求差異明顯,即使對(duì)于同一客戶,應(yīng)用需求也不一致,這導(dǎo)致光刻膠的整體生產(chǎn)缺乏統(tǒng)一的工藝,使得每一類光刻膠所使用的原料在化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能上均有所差別,要求制造商根據(jù)差異化設(shè)計(jì)不同配方,并由相應(yīng)的生產(chǎn)工藝完成生產(chǎn)。相對(duì)應(yīng)而言,我國(guó)在生產(chǎn)難度較低的PCB 光刻膠領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)替代最快,而在中高端領(lǐng)域的顯示面板光刻膠、半導(dǎo)體光刻膠國(guó)產(chǎn)化率極低,尤其是在中高端本土DUV市場(chǎng)被日本巨頭壟斷,而對(duì)于更高端的EUV光刻膠市場(chǎng),本土企業(yè)仍處于空白狀態(tài)。