國產光刻膠技術的發(fā)展歷程

光刻膠是一種對光敏感的混合液體，其組成部分包括光引發(fā)劑、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑，它可以通過光化學反應，經曝光、顯影等光刻工序將所需要的微細圖形從光罩（掩模版）轉移到待加工基片上，在集成電路制造等眾多領域有著至關重要的作用。

中國光刻膠技術的發(fā)展起步相對較晚，2000年左右才開始著手光刻膠的研發(fā)。早期國內光刻膠市場主要由進口設備和產品占據，尤其是高端光刻膠市場幾乎被國外企業(yè)壟斷，國內在高端光刻膠及配套關鍵材料產品方面一直處于空白狀態(tài)。

隨著中國半導體產業(yè)等相關行業(yè)的發(fā)展需求，國內科研機構和企業(yè)開始重視光刻膠技術的研發(fā)。企業(yè)一方面加大自主研發(fā)力度，另一方面積極引進和吸收國外先進技術。在這個過程中，國內光刻膠技術逐步發(fā)展，從最初的低技術含量的PCB光刻膠開始取得進展，到后來逐漸向LCD光刻膠和半導體光刻膠等高端領域探索。例如北京化學試劑研究所經過多年努力，在紫外光刻膠的研究與開發(fā)方面取得突出成績，相繼研制出多個系列的紫外正負型光刻膠，部分產品能滿足一定生產技術需求，并與美國公司合資成立企業(yè)從事相關研發(fā)生產銷售工作；無錫化工研究設計院在電子束膠的研究方面有了一定基礎并能提供小批量產品。

國內光刻膠技術的發(fā)展也受益于政策支持和市場的推動。在國家一系列紅利政策帶動下，國內半導體、平板顯示及PCB行業(yè)發(fā)展勢頭良好，對光刻膠的需求激增，也促使國內光刻膠技術不斷發(fā)展進步，盡管目前整體還處于起步階段，但在部分領域已經開始嶄露頭角。

國產光刻膠技術的當前成果

近年來，國產光刻膠技術取得了不少成果。

在PCB光刻膠方面，由于其技術含量相對較低，中國已取得較好的進展。中國已成為全球最大的PCB光刻膠生產基地，PCB光刻膠國產化率較高，全球PCB光刻膠市場規(guī)模在20億美元左右，中國市場規(guī)模占比達50%以上，外企東移和內資企業(yè)的不斷發(fā)展促使這一成果的達成。

在LCD光刻膠方面，國產化率相對PCB光刻膠較低，但也有一定的進展。例如國內一些企業(yè)在LCD光刻膠領域持續(xù)投入研發(fā)，部分產品已經能夠進入市場，雖然目前所占市場份額還比較小，但已經在逐步替代進口產品。

在半導體光刻膠這個技術壁壘最高的領域，也有積極的突破。2024年，華中科技大學與湖北九峰山實驗室的研究團隊取得重大進展，成功突破“雙非離子型光酸協(xié)同增強響應的化學放大光刻膠”技術。這一具有自主知識產權的光刻膠體系已在生產線上完成了初步工藝驗證，并同步完成了各項技術指標的檢測優(yōu)化，實現(xiàn)了從技術開發(fā)到成果轉化的全鏈條打通，且性能優(yōu)于大多數商用光刻膠，為光刻制造的共性難題提供明確方向的同時，也為EUV光刻膠的著力開發(fā)做技術儲備。

此外，國內一些企業(yè)也在積極布局和推動半導體光刻膠的發(fā)展。例如南大光電的ARF193納米光刻膠通過客戶使用認證，成為中國首只通過產品驗證的國產ARF光刻膠；晶瑞股份的KrF光刻膠進入客戶測試階段；徐州博康公司的濕法光刻膠成功突破14納米節(jié)點等，這些成果標志著中國在高端光刻膠技術方面正在不斷縮小與國外的差距。

國產光刻膠技術面臨的挑戰(zhàn)

國產光刻膠技術面臨著諸多挑戰(zhàn)。

一、技術方面

1. 基礎材料依賴進口

• 光刻膠由樹脂、光致產酸劑、溶劑和添加劑等混合而成，在這些組成部分中，我國半導體光刻膠樹脂特別是高端產品，基本依賴進口。例如ArF樹脂定制化程度較高，國際市場上僅能買到部分標準款樹脂，無法買到高端的ArF樹脂。而且光敏材料中的高端光酸的合成和純化難度較大，國內的光酸廠商在質量穩(wěn)定性等方面仍與國外存在差距，目前國內主要的光刻膠公司大多還是使用進口的光酸。

2. 技術差距

• 全球高端光刻膠市場主要由日本和美國公司壟斷，國內光刻膠企業(yè)在技術和經驗上與國際差距較大。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不斷進行配方調整的方法學過程，但不同的光刻膠涉及到樹脂、光敏劑、溶劑和其他助劑的配比各有差異，并非是標準化的產品，這需要大量的研發(fā)經驗積累，國外企業(yè)在這方面已經有較長的發(fā)展歷程，而國內企業(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、工藝參數的控制等方面與國外先進水平還有差距。隨著半導體工藝的不斷進步，芯片上的線寬以及間距要求越來越小，光刻膠必須具有更高的分辨率，而傳統(tǒng)的光刻技術已難以滿足這一需求，我國在提升光刻膠分辨率等性能方面面臨技術挑戰(zhàn)。例如在極紫外光刻膠（EUV光刻膠）技術上，國外已經處于領先地位，而我國還在努力研發(fā)追趕，EUV的波長只有13nm，絕大多數有機材料，甚至空氣對它都有強烈的吸收，光刻膠材料的選擇非常困難，國外在這方面的研究成果和技術儲備比國內更豐富。

二、市場方面

1. 客戶驗證困難

• 半導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)對于光刻膠的質量和穩(wěn)定性要求極高。國產光刻膠要進入這些企業(yè)的供應鏈，需要經過漫長的客戶驗證過程。由于芯片制造工藝復雜且成本高昂，客戶在選擇光刻膠時非常謹慎，一旦光刻膠出現(xiàn)問題，可能會導致整個芯片制造過程失敗，所以國產光刻膠在獲得客戶信任和通過驗證方面面臨很大挑戰(zhàn)。

2. 市場份額低

• 目前國內光刻膠大規(guī)模產業(yè)化生產企業(yè)相對較少且企業(yè)所占市場份額較低。如2021年，晶瑞電材光刻膠業(yè)務收入為2.74億元，所占行業(yè)市場份額僅2.94%。國內大部分企業(yè)目前仍處于光刻膠產品技術研發(fā)階段或光刻膠生產線加緊建設階段，在與國外光刻膠企業(yè)競爭市場份額時處于劣勢地位。

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三、其他方面

1. 研發(fā)投入需求大

• 光刻膠的研發(fā)和生產涉及多個學科領域，技術門檻較高，需要投入大量的研發(fā)資金和人力資源。從研發(fā)資金來看，要進行光刻膠的研發(fā)，需要購置先進的研發(fā)設備、進行大量的實驗和測試等，這都需要巨額的資金支持。而從人力資源角度，需要化學、物理、材料等多學科背景的專業(yè)人才，目前國內在這方面的專業(yè)人才數量和質量上都有待提升。

2. 環(huán)保要求

• 光刻膠的生產過程涉及到環(huán)境污染和資源浪費等問題，要實現(xiàn)國產光刻膠的替代，還需考慮到環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的要求。在環(huán)保政策日益嚴格的情況下，如何在滿足環(huán)保要求的同時進行光刻膠的生產也是一個挑戰(zhàn)。

國產光刻膠技術的未來趨勢

一、技術創(chuàng)新與升級

1. 向高端光刻膠發(fā)展

• 隨著全球半導體產業(yè)的不斷發(fā)展，對高端光刻膠的需求日益增長。例如在芯片制造向更小制程發(fā)展的過程中，如7nm以下的先進制程需要EUV光刻膠，國產光刻膠技術必然要朝著開發(fā)高端光刻膠的方向發(fā)展。目前國內已經有企業(yè)在這方面取得了一定的突破，如華中科技大學與九峰山實驗室的聯(lián)合研究成果為EUV光刻膠的開發(fā)做技術儲備，未來將有更多企業(yè)和科研機構投入到高端光刻膠的研發(fā)中，不斷提高國產高端光刻膠的性能和質量，以滿足國內半導體產業(yè)發(fā)展的需求。

2. 探索新的光刻膠技術

• 下一代光刻膠技術是未來發(fā)展的方向之一。在157nm之后，小于32nm節(jié)點的光刻技術，如193nm浸入式光刻技術、極短紫外光刻技術（EUVL）、電子束光刻技術（EBL）、X射線光刻技術（XRL）、離子束投影光刻技術（IPL）都有可能成為下一代光刻技術。國內企業(yè)和科研機構也將積極探索這些新的光刻膠技術，例如電子束光刻膠方面，國內可以在電子束光刻技術發(fā)展的同時，對電子束光刻膠進行研究，由于電子束光刻沒有紫外吸收問題，在材料的選擇上有更大的自由度，可以采用化學增幅技術來發(fā)展電子束光刻膠，提高其性能，以適應未來光刻技術發(fā)展的需求。

二、市場拓展與應用領域擴大

1. 提高國內市場占有率

• 隨著國產光刻膠技術的不斷進步，其在國內市場的占有率有望逐步提高。目前國內半導體、平板顯示及PCB行業(yè)發(fā)展勢頭良好，對光刻膠的需求不斷增加。國產光刻膠企業(yè)可以憑借自身的技術進步、成本優(yōu)勢和地緣優(yōu)勢等，逐漸擴大在國內市場的份額，減少對進口光刻膠的依賴。例如在PCB光刻膠已經取得較高國產化率的基礎上，繼續(xù)提高在LCD和半導體光刻膠領域的國內市場份額。

2. 拓展國際市場

• 在滿足國內市場需求的同時，國產光刻膠也將逐步走向國際市場。當國產光刻膠技術達到國際先進水平，并且在成本、質量和供應穩(wěn)定性等方面具有競爭力時，就可以開拓國際市場。例如中國的一些光伏產品在國際市場上具有很強的競爭力，隨著光刻膠技術的發(fā)展，未來光刻膠產品也有望像光伏產品一樣在國際市場上占據一席之地。

三、產業(yè)協(xié)同與合作

1. 產學研合作加深

• 未來，企業(yè)、高校和科研機構之間的合作將更加緊密。高校和科研機構在光刻膠技術的基礎研究方面具有優(yōu)勢，而企業(yè)在產業(yè)化方面更有經驗。通過產學研合作，可以加速光刻膠技術的研發(fā)和成果轉化。例如華中科技大學與湖北九峰山實驗室的合作取得了重大成果，未來將有更多這樣的合作模式出現(xiàn)，高校和科研機構將為企業(yè)提供技術支持，企業(yè)則為高校和科研機構的研究提供實踐平臺和資金支持。

2. 上下游產業(yè)協(xié)同發(fā)展

• 光刻膠產業(yè)鏈上游為原樹脂、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合成，下游主要為各芯片應用環(huán)節(jié)等。上下游產業(yè)之間的協(xié)同發(fā)展至關重要。上游原材料企業(yè)可以根據中游光刻膠生產企業(yè)的需求進行研發(fā)和生產，提高原材料的質量和供應穩(wěn)定性；中游光刻膠企業(yè)可以與下游芯片制造等企業(yè)加強合作，了解其對光刻膠的需求變化，及時調整產品研發(fā)和生產方向，實現(xiàn)整個產業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。

國內外光刻膠技術對比

一、技術水平方面

1. 高端光刻膠技術

• 在高端光刻膠領域，國外尤其是日本和美國的技術處于領先地位。例如在EUV光刻膠方面，目前僅有國外集團掌握EUV光刻膠所對應的光刻機技術，并且在光刻膠材料的選擇和制備等技術方面也更為成熟。日本的企業(yè)在全球光刻膠市場占據了較大的份額，像合成橡膠、東京應化、信越化學等企業(yè)在高端光刻膠的研發(fā)和生產上有著豐富的經驗和先進的技術，能夠生產滿足不同半導體制造工藝需求的光刻膠產品。而國內在高端光刻膠技術方面還處于追趕階段，雖然已經有一些企業(yè)取得了部分突破，如南大光電的ARF193納米光刻膠通過客戶使用認證，但整體在高端光刻膠的量產能力、技術穩(wěn)定性等方面與國外仍存在差距。

2. 光刻膠性能指標

• 在光刻膠的性能指標方面，如分辨率、對紫外線的敏感度、耐化學腐蝕性等，國外先進的光刻膠產品也表現(xiàn)更為出色。隨著半導體工藝制程的不斷縮小，對光刻膠的分辨率要求越來越高，國外光刻膠企業(yè)能夠利用先進的技術手段和材料來提升分辨率，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，國外企業(yè)可以更好地兼顧材料的化學性質、物理性質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、顯影等工藝參數的控制上更為精確，從而保證制造出高質量的芯片。

二、市場份額方面

1. 全球市場格局

• 全球光刻膠市場被日美廠商壟斷，日本的企業(yè)占據80%的全球市場。在半導體光刻膠市場，日本的合成橡膠、東京應化、杜邦、信越化學、富士電子五大廠商壟斷了85%的市場份額，日本的四家占據超過70%。國內光刻膠企業(yè)在全球市場所占份額極低，目前主要還是在國內市場進行發(fā)展，并且在國內市場也面臨著國外企業(yè)的競爭，在市場份額的爭奪上處于劣勢地位。不過隨著國內光刻膠技術的不斷進步，這種局面有望逐漸得到改善。

2. 客戶資源

• 國外光刻膠企業(yè)由于長期在市場上占據主導地位，擁有眾多穩(wěn)定的客戶資源，尤其是國際大型芯片制造企業(yè)等高端客戶。這些客戶對于光刻膠的質量和穩(wěn)定性要求極高，一旦與國外光刻膠企業(yè)建立合作關系，就很難被替代。而國內光刻膠企業(yè)在開拓客戶資源方面面臨較大挑戰(zhàn)，需要花費更多的精力和時間來獲得客戶的認可，尤其是高端客戶的認可。

三、研發(fā)能力方面

1. 研發(fā)投入

• 國外光刻膠企業(yè)在研發(fā)投入上相對較大。由于光刻膠技術的研發(fā)需要大量的資金和人力，國外企業(yè)憑借其在市場上的壟斷地位和高額利潤，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)化等方面不斷進行探索，以保持其技術領先地位。而國內光刻膠企業(yè)相對來說規(guī)模較小，利潤有限，在研發(fā)投入上與國外企業(yè)存在差距，這也在一定程度上影響了國內光刻膠技術的發(fā)展速度。

2. 研發(fā)成果轉化

• 國外光刻膠企業(yè)在研發(fā)成果轉化方面也有一定的優(yōu)勢。由于其擁有成熟的產業(yè)鏈和市場渠道，一旦有新的研發(fā)成果，能夠較快地將其轉化為實際的產品并推向市場。而國內企業(yè)在這方面可能會面臨一些障礙，例如在與下游企業(yè)的對接、市場推廣等方面可能存在不足，導致研發(fā)成果轉化的效率相對較低。