根据2019年数据,全球半导体光刻胶**大厂商占据全球光刻胶市场87%份额。其中日本占有四家,分别是JSR、东京应化(TOK)、信越化学与富士电子材料,这四家的市场份额达到72%,市场集中度明显。在半导体光刻胶细分领域,日本厂商在市场中具有较强话语权。(1)g/i线光刻胶市场:日本的东京应化、JSR、住友化学和富士胶片分别占据26%、15%、15%、8%的份额,在全球市场占据64%份额。(2)KrF光刻胶市场:日本企业东京应化、信越化学和JSR在全球KrF光刻胶细分市场分别占据34%、22%和18%份额,合计占比达到74%。(3)ArF光刻胶市场:日本企业JSR、信越化学、东京应化和住友化学包揽前四,分别占据全球ArF光刻胶细分市场25%、23%、20%和15%市场份额,合计市场份额达到83%。(4)EUV光刻胶市场:较先进的EUV光刻胶领域完全被日本企业所主导,日本JSR、东京应化、信越化学成为EUV光刻胶市场可实现量产的厂商。目前引入EUV工艺的*有三星电子和台积电两家公司。光刻胶达到下游客户要求的技术指标后,还需要进行较长时间验证测试(1-3 年)。苏州KrF光刻胶显影
肉桂酸酯类的光刻胶:这类光刻胶在紫外光的照射下,肉桂酸上的不饱和键会打开,产生自由基,形成交联结构。主要品种有聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯光刻胶和肉桂叉二酯光刻胶等。前者胶是早期被用于光刻胶制备的光敏高分子化合物,对二氧化硅、铝、氧化铬等材料都有良好的附着力,耐氢氟酸、磷酸腐蚀;中者胶在曝光下几乎不受氧的影响,无须氮气保护,分辨率1 μm左右,灵敏度较前者胶高1倍,黏附性好,抗蚀能力强,图形清晰、线条整齐,耐热性好,显影后可在190℃坚膜0.5 h不变质,感光范围在250~475 nm,特别对436 nm十分敏感,属线型高分子聚合物;第三种胶能溶于酮类、烷烃等溶剂,不溶于水、乙醇等。有较好的黏附性和感光性 ,分辨率也很高,感光速度快。浦东i线光刻胶集成电路材料光刻胶的国产化公关正在展开,在面板屏显光刻胶领域,中国已经出现了一批有竞争力的本土企业。
化学放大型光刻胶体系中有一个比较大的问题,就是光酸的扩散问题。光酸的扩散会增加光刻过程的图案的粗糙度,进而影响光刻结果的分辨率。而将光致产酸剂与光刻胶主体材料聚合在一起,则有可能解决这一问题。此外,光致产酸剂(特别是离子型光致产酸剂)的化学结构与主体材料相差较大,极易在成膜时发生聚集,导致微区分相现象;而光致产酸剂与光刻胶主体材料共价键合后,分布均匀性可以得到改善,这也有利于获得质量更好的光刻图案。
光刻胶所属的微电子化学品是电子行业与化工行业交叉的领域,是典型的技术密集行业。从事微电子化学品业务需要具备与电子产业前沿发展相匹配的关键生产技术,如混配技术、分离技术、纯化技术以及与生产过程相配套的分析检验技术、环境处理与监测技术等。同时,下游电子产业多样化的使用场景要求微电子化学品生产企业有较强的配套能力,以及时研发和改进产品工艺来满足客户的个性化需求。光刻胶的生产工艺主要过程是将感光材料、树脂、溶剂等主要原料在恒温恒湿 1000 级的黄光区洁净房进行混合,在氮气气体保护下充分搅拌,使其充分混合形成均相液体,经过多次过滤,并通过中间过程控制和检验,使其达到工艺技术和质量要求,然后做产品检验,合格后在氮气气体保护下包装、打标、入库。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,国内公司市场份额逐步提升,国产替代正在进行。
在EUV图形曝光工序中,光致产酸剂产生光酸,这些光酸一方面可以与光刻胶主体材料的离去基团反应,另一方面也可使光敏剂前体变为光敏剂。EUV曝光结束后,曝光区域富集了大量的光敏剂。再进行UV整片曝光,此时,只有富集了光敏剂的区域可以吸收UV光,光敏剂作为天线,使胶膜中的光致产酸剂继续产生光酸;与之相对地,EUV曝光过程中未曝光区域由于有对UV光透明的光敏剂前体,对UV光同样没有吸收的光致产酸剂无法形成光酸,进而无法发生光化学反应。接着,需像其他的化学放大光刻胶一样,进行后烘、显影即可得到光刻图形。产品纯度、金属离子杂质控制等也是光刻胶生产工艺中需面临的技术难关,光刻胶纯度不足会导致芯片良率下降。华东KrF光刻胶印刷电路板
碳酸甲酯型光刻胶:这种类型的光刻胶在制造高分辨率电路元件方面非常有用。苏州KrF光刻胶显影
受制于国内光刻胶技术发展水平,目前我国前沿光刻胶的自给率仍然保持较低水平。尽管国内光刻胶市场保持良好的增长趋势,但以KrF、ArF光刻胶为主的半导体光刻胶领域国内市场份额仍然较小,前沿光刻胶市场长期为国外巨头所垄断。从技术水平来看,目前中国本土光刻胶的整体技术水平与国际先进水平存在明显差距,且主要集中在技术含量较低的PCB光刻胶领域,而在半导体光刻胶和LCD光刻胶方面自给率较低。具体而言,半导体光刻胶中g线/i线光刻胶国产化率为10%,而ArF/KrF光刻胶的国产化率为1%,对于前沿的EUV光刻胶目前仍处于研发阶段。苏州KrF光刻胶显影