从正负胶显影技术的起源看,全球光刻胶格局的底色由欧美日的技术积累奠定,而当前半导体材料坐标系中日本占据绝对主导地位,中国正处于从低端负胶向高端正胶艰难攀升的追赶阶段。光刻胶按反应效果分为正性和负性两种:正胶曝光部分可被显影液溶解,留下的图形与掩膜版相同;负胶则相反,曝光后变为不可溶物质,图形与掩膜版相反。这一技术分野的产业化进程,深刻塑造了今天全球光刻胶市场的版图。

显影技术史:从负胶到正胶的产业跃迁

光刻胶的技术体系始终与曝光光源波长相匹配,由此形成g线、i线、KrF、ArF、浸没式ArF和EUV六大类。其中KrF和ArF是当前最主要的两类光刻胶,KrF主要应用于3D堆叠架构,ArF则用于相对先进的制程工艺。从全球竞争格局看,日本企业在高端光刻胶领域拥有深厚积累,尤其在阴离子聚合等先进树脂合成技术上,只有信越化学、JSR等少数日本公司实现了良好产业化。中国在g/i线正胶领域已初步实现突破,但高端KrF、ArF光刻胶仍处于验证阶段。

产业链上游:成膜树脂是真正的“卡脖子”环节

光刻胶的核心价值并不在成品本身,而在更上游的原材料。光刻胶由溶剂、光引发剂、成膜树脂和添加剂四类成分构成,其中成膜树脂是价值量最大的原材料,约占总材料成本的50%,其次是占比约35%的单体。成膜树脂作为高分子聚合物,其结构设计直接决定光刻胶能够形成的线宽和光刻工艺的精细度。目前各类光刻胶所需的树脂几乎全部由海外垄断,即使是相对低端的g线环化橡胶树脂和i线线性酚醛树脂,中国仍主要依赖进口,而高端的ArF树脂则面临“想买都买不到”的困境。

产业化的难点集中在两方面:一是合成技术,目前最常用的自由基聚合难以精确控制分散度,而能实现更优光刻效果的阴离子聚合工业化条件苛刻;二是单体的稳定供应,单体纯度需达到99.5%、金属离子含量小于十亿分之一,目前全球能实现稳定供应的供应商仅有四五家。

中国卡位:原材料局部突破,全链条自给尚远

从半导体材料全链条自给率评估,中国的真实卡位是上游原材料领域已现局部突破,但核心的树脂和高端单体仍受制于人。在溶剂领域,国内产能已占全球总产量的35%;光引发剂领域,国产龙头久日新材的产品在国内市占率已接近三成。在最重要的单体领域,徐州博康是公认做得最好的国内企业,已拥有品种最多、产量最大的KrF和ArF单体,其中ArF单体覆盖率达80%以上,部分产品为独家供应,除信越化学外,其他头部光刻胶厂商均为其客户。

常见问题

光刻胶为什么分为正胶和负胶?

正胶和负胶的区别在于曝光后的溶解特性。正胶曝光部分可被显影液溶解,留下的图形与掩膜版相同;负胶曝光后变为不可溶物质,显影后获得的图形与掩膜版相反。这一特性差异决定了它们在不同制程精度下的适用性。

中国光刻胶产业目前最薄弱的环节是什么?

最薄弱的环节是成膜树脂。树脂是光刻胶中价值量最大的原材料,但各类光刻胶所需的树脂几乎全部由海外垄断,高端ArF树脂甚至难以采购。产业化的主要障碍在于树脂合成的经验积累不足,以及高纯度单体的稳定供应受限。

中国在光刻胶原材料领域有哪些突破?

在溶剂和光引发剂领域,国内企业已具备一定竞争力;在单体领域,徐州博康已实现KrF和ArF单体的规模化供应,ArF单体覆盖率达80%以上,并打通了除单体以外的其他原材料,实现了自主可控。但树脂仍是尚未攻克的短板。