光刻膠：微細圖形加工的關鍵
光刻膠技術原理及分類
光刻膠是由光引發(fā)劑（包括光增感劑、光致產(chǎn)酸劑）、光刻膠樹脂、單體（活性稀釋劑）、 溶劑和其他助劑組成的對光敏感的混合液體。經(jīng)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后，其溶解度會發(fā)生變化。光刻膠具有光化學敏感性，其經(jīng)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。
光刻膠目前被廣泛運用在加工制作廣電信息產(chǎn)業(yè)的微細圖形路線，作為微細加工技術的關鍵性材 料，其在 PCB、LCD 和半導體晶圓加工生產(chǎn)中起到重要作用。由于受到現(xiàn)有技術的制約， 市場中的各類產(chǎn)品被外企占據(jù)了主導地位，國產(chǎn)企業(yè)正在謀求發(fā)展之路。
光刻膠可依據(jù)不同的產(chǎn)品標準進行分類。按照化學反應和顯影的原理，光刻膠可分為正性 光刻膠和負性光刻膠。如果顯影時未曝光部分溶解于顯影液，形成的圖形與掩膜版相反， 稱為負性光刻膠；如果顯影時曝光部分溶解于顯影液，形成的圖形與掩膜版相同，稱為正 性光刻膠。在實際運用過程中，由于負性光刻膠在顯影時容易發(fā)生變形和膨脹的情況，一 般情況下分辨率只能達到 2 微米，因此正性光刻膠的應用更為廣泛。
根據(jù)感光樹脂的化學結構來分類，光刻膠可以分為光聚合型、光分解型和光交聯(lián)型三種類別。光聚合型，可形成正性光刻膠，是通過采用了烯類單體，在光作用下生成自由基從而 進一步引發(fā)單體聚合，最后生成聚合物的過程；光分解型光刻膠可以制成正性膠，通過采 用含有疊氮醌類化合物的材料在經(jīng)過光照后,發(fā)生光分解反應的過程。光交聯(lián)型，即采用聚 乙烯醇月桂酸酯等作為光敏材料，在光的作用下，其分子中的雙鍵被打開，并使鏈與鏈之 間發(fā)生交聯(lián)，形成一種不溶性的網(wǎng)狀結構，從而起到抗蝕作用，是一種典型的負性光刻膠。
依照曝光波長分類，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。光刻膠在不同曝光波長的情況下，適用的光刻極限分辨率也不盡相同，在加 工方法一致時，波長越小加工分辨率更佳。
按照應用領域的不同，光刻膠又可以分為印刷電路板（PCB）用光刻膠、液晶顯示(LCD） 用光刻膠、半導體用光刻膠和其他用途光刻膠。PCB 光刻膠技術壁壘相對其他兩類較低， 而半導體光刻膠代表著光刻膠技術最先進水平。
行業(yè)壁壘明顯，三大板塊助推蓬勃發(fā)展
光刻膠所屬產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋范圍廣泛，從上游的基礎化工材料行業(yè)和精細化學品行業(yè)，到中游 光刻膠制備，再到下游電子加工商和電子產(chǎn)品應用終端。光刻膠是微電子領域微細圖形加 工核心上游材料，占據(jù)了電子材料至高點。
光刻膠專用化學品具有市場集中度高、技術壁壘高、客戶壁壘高的特點。相同用途的光刻 膠需要大量投資，行業(yè)退出壁壘較大，同時光刻膠專用化學品相似特征較多，例如品種多， 用量少，品質要求高等特點。
又由于市場相比下游行業(yè)的市場份額小，因此行業(yè)的集中度 高；光刻膠用于微小圖形的加工，生產(chǎn)工藝復雜，技術壁壘較高。光刻膠主要參數(shù)包含分 辨率、對比度、敏感度相關因素，同時還需要考慮其粘滯性黏度和粘附性。分辨率的技術 參數(shù)用來衡量形成的關鍵尺寸問題；對比度是用來衡量光刻膠從曝光區(qū)到非曝光區(qū)的陡度；敏感度是用來描述良好圖形品質的所需波長光的最小能量值。
多重技術因素綜合考慮使光刻膠的技術壁壘較高；光刻膠的客戶壁壘較高。市場上光刻膠 產(chǎn)品的更新速度較快，光刻膠廠家為了實現(xiàn)技術保密性，從而會與上游的原料供應商保持 密切合作關系，共同研發(fā)新技術，增大了客戶的轉換成本。
因此光刻膠行業(yè)的上下游合作 處于互相依賴互相依存的關系，使得客戶的進入壁壘較高。
隨著集成電路的集成度不斷提高，由原來的微米級水平進入納米級水平，為了匹配集成電 路對密度和集成度水平，制備光刻膠的分辨率水平由紫外寬譜逐步至 g 線（436nm）、i 線（ 365nm）、 KrF（248nm）、 ArF（193nm）、 F2（157nm），以及最先進的 EUV(<13.5nm) 線水平。
在市場中 g 線和 i 線光刻膠是使用量最大的光刻膠，KrF 和 ArF 光刻膠核心技術 基本被日本和美國企業(yè)所壟斷。
半導體光刻膠：內資企業(yè)市場份額低，發(fā)展?jié)摿Υ?/b>
光刻膠的質量和性能對集成電路性能、成品率及可靠性有至關重要的影響。一般的半導體 光刻過程需要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烤、對準曝光、中烘，顯影、 硬烤、蝕刻、檢測等過程。半導體光刻膠根據(jù)曝光波長可分為 g 線（ 436nm） 、 i 線（ 365nm）、 KrF（248nm）、ArF（193nm）和 EUV（13.4nm），曝光波越短，光刻膠的極限分辨率就 越高，這樣才能應對下游半導體產(chǎn)品小型化、多樣化的要求。
以 248nmKrF 光刻膠作用機理為例，光刻膠中的光致產(chǎn)酸劑曝光下分解出酸，在中烘時， 酸作為催化劑催化成膜樹脂脫去保護基（正膠）或催化交聯(lián)劑與成膜樹脂發(fā)生交聯(lián)反應（負 膠）；
在發(fā)生上述反應之后，酸又被重新釋放出來，繼續(xù)起催化反應。半導體光刻膠和 PCB 光刻膠以及 LCD 光刻膠的構成基本類似，由光刻膠樹脂和光引發(fā)劑組成。但半導體光刻 膠在性能和價格方面遠高于其他兩類，對樹脂和引發(fā)劑在性能、質量和規(guī)格等方面的要求 極其嚴格。
半導體光刻膠作為光刻膠中最高端的組成部分，我國本土企業(yè)目前僅占有較低的市場份額。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)，2017 年我國半導體光刻膠在市場份額占全球 32%，居全球第 一位。然而適用于 6 英寸硅片的 g/i 線光刻膠的自給率約為 20%，適用于 8 英寸硅片的 KrF 光刻膠的自給率不足 5%，而適用于 12 寸硅片的 ArF 光刻膠則完全依靠進口。
目前國 內半導體光刻膠的市場主要被日本、美國企業(yè)所占據(jù)，主要體現(xiàn)在高分辨率的 KrF 和 ArF 光刻膠核心技術基本被壟斷，產(chǎn)品也出自壟斷公司。半導體光刻膠在三大產(chǎn)業(yè) PCB 光刻 膠、LCD 光刻膠和半導體光刻膠中的市場份額僅為 2%，突出體現(xiàn)了我國半導體光刻膠行 業(yè)的短板。
中國半導體市場全球增速最快，世界半導體產(chǎn)業(yè)向中國轉移。根據(jù)美國半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會統(tǒng) 計的數(shù)據(jù)，2018 年全球半導體市場規(guī)模為 4691 億美元，同比增長 15.80%，增長貢獻主 要來自于中國；2018 年中國半導體市場規(guī)模為 1581.6 億美元，增速達 21.92%，占全球 市場的 32%。
半導體產(chǎn)能正持續(xù)向亞太地區(qū)尤是中國大陸地區(qū)轉移，同時隨著 5G、消費 電子、汽車電子等下游產(chǎn)業(yè)的進一步興起，預計中國半導體產(chǎn)業(yè)規(guī)模將會進一步增長。近 些年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。
半導體光刻膠市場超過 90%市場份額被日本住友、信越化學、JSR、TOK、美國陶氏等 公司占據(jù)，國內半導體光刻膠技術與國外先進技術差距較大。目前我國半導體光刻膠生產(chǎn) 和研發(fā)企業(yè)僅有五家，分別為蘇州瑞紅（晶瑞股份子公司）、北京科華、南大光電、容大 感光、上海新陽。
根據(jù)科技部 02 專項資料，蘇州瑞紅承接國家重大科技項目 02 專項“I 線光刻膠產(chǎn)品開發(fā)及 產(chǎn)業(yè)化”，率先在全國范圍內實現(xiàn) I 線光刻膠的量產(chǎn)，目前正膠產(chǎn)能 100 噸/年、厚膜光刻 膠產(chǎn)能 20 噸/年，248nm（KrF）光刻膠進入中試階段；
北京科華可實現(xiàn) I 線光刻膠產(chǎn)能 500 噸/年、248nm（KrF）光刻膠產(chǎn)能 10 噸/年，其參與的國家科技重大專項極紫外（EUV） 光刻膠項目已通過驗收；南大光電擬投資 6.56 億元，3 年建成年產(chǎn) 25 噸 193nm（ArF 干 式和浸沒式）光刻膠生產(chǎn)線，該啟動項目已獲得國家 02 專項正式立項。
LCD 光刻膠：下游面板產(chǎn)能刺激 LCD 光刻膠穩(wěn)定發(fā)展
面板光刻膠在 LCD 的加工中主要用于制作顯示器像素、電極、障壁、熒光粉點陣等。在 加工制作大屏幕、高分辨率平板顯示器的過程中，為了縮小印制精度誤差，只有通過光刻 技術來實現(xiàn)。在 LCD 制造中，圖形加工大多使用紫外正性光刻膠，即由感光膠、堿溶性 樹脂和溶劑組成，是一種透明紅色粘性液體，紫外正性光刻膠可使用醇、醚、酯類等有機 溶劑稀釋，在遇水后會產(chǎn)生沉淀，受熱和光發(fā)生分解，是一種可燃性液體。其基板粘附性 好，具有較好的曝光寬容度和顯影寬容度，顯影后留膜率高，具有良好的涂覆均勻性。
LCD 光刻膠技術壁壘較高，目前 LCD 光刻膠市場主要被日韓廠商壟斷。LCD 光刻膠技術 壁壘高，長期被外國壟斷。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)，TFT 正性光刻膠主要生產(chǎn)廠家有日 本東京應化（TOK）、美國羅門哈斯、韓國 AZ 和 DONGJIN SEMICHEM、臺灣永光化學；彩色光刻膠市場主要由日本、韓國廠商壟斷，主要生產(chǎn)商有 JSR、LG 化學、CHEIL、TOYO INK、住友化學、奇美、三菱化學，七家公司占全球產(chǎn)量逾 90%；黑色光刻膠行業(yè)的集中 度更高，日本、韓國仍為主要生產(chǎn)地區(qū)，主要生產(chǎn)商有 TOK、CHEIL、新日鐵化學、三菱 化學、ADEKA，占全球產(chǎn)量亦超過 90%。
國外市場狀況：歐美日長期壟斷，國產(chǎn)替代之路任重道遠
進入 20 世紀以來，光刻膠進入了高速發(fā)展的階段，全球光刻膠的產(chǎn)值從 2010 年 55.5 億 美元增長至 2018 年的約 85.5 億，年復合增長率約為 6%。據(jù) IHS 預測，光刻膠未來消費 量以年均 5%的速度增長，至 2022 年全球光刻膠市場規(guī)模可超過 100 億美元。
光刻膠產(chǎn)能集中于歐美日等國家，2018 年前五大廠商占據(jù)全球市場約 87%的市場份額。 根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù)，日本的光刻膠行業(yè)形成龍頭領跑的狀態(tài)，日本 JSR、東京應化、日本信 越與富士電子材料市占率合計達到 72%。大陸內資企業(yè)所占市場份額不足 10%。光刻膠 下游應用較為平均，PCB、LCD、半導體光刻膠及其他占比基本都在 25%左右。
國內發(fā)展趨勢：高端領域研發(fā)迫在眉睫，政策支持響應
近幾年全球光電產(chǎn)業(yè)、消費電子產(chǎn)業(yè)、半導體產(chǎn)業(yè)向我國轉移的趨勢愈加明顯，隨著下游 產(chǎn)品 PCB、LCD、半導體等產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，國內市場對半導體的需求量迅猛增加。并且我 國光刻膠行業(yè)發(fā)展和起步時間較晚，應用結構較為單一，主要集中于 PCB 光刻膠、 TN/STN-LCD 光刻膠中低端產(chǎn)品。高端產(chǎn)品則需要從國外大量進口，例如 TFT-LCD、半 導體光刻膠等。
根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)，從下游市場應用結構來看，我國PCB光刻膠產(chǎn)值占比為94.4%， 而 LCD 和半導體用光刻膠產(chǎn)值占比分別僅為 2.7%和 1.6%。2015 年中國光刻膠行業(yè)前五 大外資廠商市占率已達到 89.7%，分別為臺灣長興化學、日立化成、日本旭化成、美國杜 邦及臺灣長春化工。相較之下，中國企業(yè)市場份額不足 10%，主要有晶瑞股份、北京科華、 飛凱材料、廣信材料、容大感光等。
為鼓勵光刻膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展、突破產(chǎn)業(yè)瓶頸，我國出臺了多項政策支持半導體行業(yè)發(fā)展，為光刻膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的環(huán)境氛圍。
文章來源： 行業(yè)研究報告；
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