中國(guó)芯片的未來(lái)，或?qū)⑹芟抻诠饪棠z，它是比光刻機(jī)更要命的存在。

業(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，中國(guó)的芯片制造業(yè)務(wù)，未來(lái)將受一個(gè)因素制約，光刻膠。連華為都沒(méi)能突破的技術(shù)，或許會(huì)卡住中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的脖子。

光刻膠與芯片制造擁有怎樣的因果關(guān)系？目前，我國(guó)對(duì)于光刻膠的市場(chǎng)占有率又是怎樣的情況？

華為推出的“麒麟芯片”，讓不少持續(xù)關(guān)注中國(guó)芯片制造的群眾揚(yáng)眉吐氣。沒(méi)有外援，中國(guó)如今也能產(chǎn)出完全屬于自我的芯片產(chǎn)品。

相比于群眾的驕傲和狂歡，業(yè)內(nèi)專家則顯得冷靜許多。他們同樣因?yàn)橹袊?guó)芯片的誕生而欣喜，但他們卻無(wú)法不為芯片行業(yè)的未來(lái)而憂慮。


光刻膠：真正被卡脖子的環(huán)節(jié)

雖然一切都在往好的方向發(fā)展，但業(yè)內(nèi)專家還是提出了令內(nèi)行較為擔(dān)憂的問(wèn)題，光刻膠。

他們認(rèn)為，真正要命的東西從來(lái)不是光刻機(jī)，而是光刻膠。后者，才是中國(guó)需要面臨的真正卡脖子的關(guān)鍵因素。

光刻機(jī)可以從國(guó)外進(jìn)口，現(xiàn)在我們也能自己搞研發(fā)。但光刻膠，我們卻沒(méi)有生產(chǎn)的技術(shù)和條件。原材料其實(shí)并不是問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)才是關(guān)鍵。

光刻膠行業(yè)的利潤(rùn)空間并不大，有可能技術(shù)類企業(yè)辛辛苦苦研究個(gè)五年十年，投入了幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)資金，最后的收入連時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本都沒(méi)有辦法覆蓋。

在追求高效和高利潤(rùn)生產(chǎn)的今天，光刻膠很難在國(guó)內(nèi)找到供應(yīng)商?，F(xiàn)階段，我們85%左右的光刻膠，都只能依靠進(jìn)口。國(guó)產(chǎn)光刻膠當(dāng)然也有，可因?yàn)橐?guī)格問(wèn)題，中國(guó)企業(yè)吃過(guò)大虧。臺(tái)積電曾經(jīng)為了擺脫對(duì)光刻膠進(jìn)口產(chǎn)業(yè)的依賴，嘗試著自己研發(fā)生產(chǎn)了一批光刻膠。

他們根據(jù)已有的數(shù)據(jù)情況和材料配比范例，嚴(yán)格按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，最后成功獲得成品。

只是，成品的規(guī)格經(jīng)不起實(shí)踐的檢驗(yàn)。為了自己的突破，臺(tái)積電也付出了巨大的代價(jià)。當(dāng)季產(chǎn)出的大量芯片全部作廢，由此而產(chǎn)生的直接或者間接的經(jīng)濟(jì)損失，超過(guò)了60億人民幣。而第一季度，他們的營(yíng)收率下降了50%以上，市值也在不斷下跌。

這次的代價(jià)直戳心窩，負(fù)責(zé)人或許產(chǎn)生了深深的心理陰影。從今以后，他也不敢再提研發(fā)一事，還是老老實(shí)實(shí)依靠進(jìn)口維持生產(chǎn)。


光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈高壁壘，多環(huán)節(jié)亟待突破

光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈上游原材料主要由樹脂、感光劑、溶劑、添加劑等組成，其中樹脂和感光劑是 最核心的部分，技術(shù)難度較大。溶劑和其他添加劑等技術(shù)難度較低，光刻膠廠商普遍通過(guò)外 購(gòu)獲得。光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈中游主要由光刻膠廠商進(jìn)行光刻膠的配方調(diào)配和生產(chǎn)。光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈 下游應(yīng)用主要分為半導(dǎo)體、LCD/OLED 顯示面板及 PCB 制造。


1.樹脂及單體、感光劑等材料性能要求高，技術(shù)難度大

光刻膠主要由樹脂（Resin）、感光劑（Sensitizer）、溶劑（Solvent）及添加劑組成。從成 分來(lái)看，根據(jù)《中國(guó)石油和化工》期刊的數(shù)據(jù)，光刻膠含量成分占比分別為溶劑 50-90%、樹 脂 10%-40%、感光劑 1%-8%、添加劑 1%。從成本來(lái)看，樹脂占光刻膠總成本的比重最大，以 KrF 光刻膠為例，樹脂成本占比高達(dá)約 75%，感光劑約為 23%，溶劑約為 2%。根據(jù)南大光電公告，在 ArF 光刻膠中，樹脂以丙二醇甲醚醋酸酯為主，質(zhì)量占比僅 5%-10%，但成本占光 刻膠原材料總成本的 97%以上。 光刻膠樹脂是一種惰性聚合物基質(zhì)，作用是將光刻膠中的不同材料粘合在一起。樹脂決 定光刻膠的機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)（粘附性、膠膜厚度、柔順性等），樹脂對(duì)光不敏感，曝光后 不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化。 感光劑是光刻膠中的光敏成分，曝光時(shí)會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)光刻圖形轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。 溶劑讓光刻膠在被旋涂前保持液體狀態(tài)，多數(shù)溶劑會(huì)在曝光前揮發(fā)，不會(huì)影響光刻膠的 光化學(xué)性質(zhì)。

樹脂是光刻膠原材料的最核心成分，成本價(jià)值量占比最高。樹脂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及單體（樹脂 主要合成材料）的種類和比例，會(huì)直接決定光刻膠在特定波長(zhǎng)下可以達(dá)到的線寬，也會(huì)影響 ADR（堿溶解速率）的特性，從而決定曝光能量（EOP）、EL（能量窗口），LWR(線寬邊緣粗糙 度）等等。此外，樹脂的分子量、PDI（分散度）等也會(huì)影響光刻膠的膠膜厚度、耐刻蝕性、 附著力等，即樹脂的質(zhì)量決定了光刻“成畫”的水平，而樹脂質(zhì)量的穩(wěn)定性決定了每一幅畫的 水平是否穩(wěn)定。

高端光刻膠對(duì)樹脂性能要求更高，各類光刻膠樹脂難以通用。在光刻工藝中，線寬主要由 CD=k1*λ/NA 決定（K1：工藝的難易程度，k1 通常在 0.25~1 之間；λ：光源的波長(zhǎng)；NA：投 影透鏡的數(shù)值孔徑）。所以線寬和波長(zhǎng)正相關(guān)，在其他條件不變下，光源波長(zhǎng)越短，線寬越小。 而光刻膠樹脂在對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)下需要滿足透光、低吸收等要求，曝光波長(zhǎng)越短，對(duì)樹脂的性能要 求越高。例如，ArF 光刻膠樹脂的要求條件為：在 193nm 處具有低吸收，較高的光學(xué)透明性； 具有較高的熱穩(wěn)定性能，且 Tg 溫度介于 130-170℃；由于膜厚的不斷減小，需要具有較高的 抗蝕刻性能；具有酸敏感基團(tuán)，可以運(yùn)用化學(xué)增幅技術(shù)以降低曝光能量等等。因此，線寬越 小，曝光波長(zhǎng)越短，對(duì)應(yīng)的光刻膠及樹脂性能要求越高。 酚醛樹脂適用于 G 線和 I 線，其曝光波長(zhǎng)為 G 線 436nm、I 線 365nm,但在 KrF 適用的 248nm 曝光光源處不透明，與產(chǎn)酸劑存在競(jìng)爭(zhēng)吸收關(guān)系，光敏性較差； 聚甲基丙烯酸甲酯和聚對(duì)羥基苯乙烯則在 248nm 處具有較高的光透過(guò)性和分辨率，因此 被適用作 KrF 光刻膠樹脂。 類似地，KrF 光刻膠樹脂在 ArF 的 193nm 曝光光源下具有較高的吸收性，也無(wú)法達(dá)到 ArF 光 刻膠樹脂的要求條件，不同曝光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光刻膠品類之間，樹脂也需一一對(duì)應(yīng)，難以通用。

光刻膠樹脂單體用于合成光刻膠樹脂，高端光刻膠樹脂的對(duì)應(yīng)單體成本更高。 光刻膠制備鏈條順序：①光刻膠樹脂單體合成光刻膠樹脂，②樹脂和感光劑等光刻膠原 料再加工，形成光刻膠。不同光刻膠類型都有相應(yīng)的光刻膠單體，傳統(tǒng) I 線單體主要是 甲基酚和甲醛，屬于大宗化學(xué)品；KrF 單體主要是苯乙烯類單體，性狀是液體；ArF 單體 主要是甲基丙烯酸酯類單體，性狀有固體也有液體。 光刻膠單體的性能指標(biāo)：包括純度，水份，酸值，單雜，金屬離子含量等指標(biāo)。 光刻膠單體和樹脂的對(duì)應(yīng)關(guān)系：不同光刻膠單體做成樹脂的收率不同（收率:單位數(shù)量單 體最終聚合而成的樹脂數(shù)量）。高端光刻膠單體對(duì)應(yīng)的單位樹脂產(chǎn)能少。根據(jù)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) 網(wǎng)的數(shù)據(jù)，1 噸 KrF 單體大約會(huì)做出 0.8-0.9 噸 KrF 樹脂；大約 1 噸 ArF 單體產(chǎn)生 0.5- 0.6 噸 ArF 樹脂，而且 ArF 樹脂需要多種單體聚合而成，每種單體的性能和價(jià)格存在差 異。

半導(dǎo)體光刻膠單體合成技術(shù)難度大，穩(wěn)定性、純度要求高，價(jià)格貴。單體的合成工藝包括前 道合成和后道提純兩道工藝。其中前道合成反應(yīng)階段的主要原料除主原料外還有甲醇、乙醇、 二甲基甲酰胺等溶劑；后道純化處理階段的原料包括乙酸乙酯，甲基叔丁基醚等，這些材料 國(guó)內(nèi)有大量的供應(yīng)商，量多且價(jià)格不高。半導(dǎo)體級(jí)光刻膠單體的合成具有一定的特殊性，與 一般類單體差異體現(xiàn)在三方面： ① 半導(dǎo)體級(jí)光刻膠單體的合成技術(shù)難度更大。 ② 半導(dǎo)體級(jí)光刻膠單體要求質(zhì)量更穩(wěn)定，金屬離子雜質(zhì)更少。例如，半導(dǎo)體級(jí)單體純度要求 達(dá)到 99.5%，金屬離子含量小于 1ppb（即 10 億分之一）；而面板級(jí)別的單體結(jié)構(gòu)是環(huán)氧乙烷 類，純度要求或僅 99.0%，金屬離子含量最少小于 100ppb 即可。 ③ 半導(dǎo)體級(jí)光刻膠單體的價(jià)格遠(yuǎn)高于一般類單體。根據(jù)徐州博康公眾號(hào) 2022 年發(fā)布的數(shù)據(jù)， 普通 I 線單體 100-200 元/公斤，KrF 單體 500-1000 元/公斤，ArF 單體價(jià)格在 3000-10000 元 /公斤不等。

感光劑（光敏劑、光引發(fā)劑）是影響光刻膠性能的重要原料，不同品類的光刻膠用感光劑價(jià) 差達(dá)數(shù)十倍。 光分解型光刻膠（g 線、i 線）：采用含有重氮醌類化合物材料(PAC)作為光引發(fā)劑，經(jīng)光 照后發(fā)生光分解反應(yīng)，用于制成正性光刻膠。光交聯(lián)型光刻膠采用聚乙烯醇月桂酸酯等 作為光引發(fā)劑，經(jīng)光照后形成不溶性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到抗蝕作用，用于制成負(fù)性光刻膠。 化學(xué)放大光刻膠（KrF 光刻膠、ArF 光刻膠、EUV 光刻膠、電子束光刻膠）：采用光致酸 劑（PAG）作為光引發(fā)劑，經(jīng)光照后光致酸劑產(chǎn)生酸酸在后烘中作為催化劑，可以移除樹 脂的保護(hù)基因使樹脂變得易于溶解。 根據(jù)徐州博康公眾號(hào)，PAC 在 i 線光刻膠原料占比為 1%-6%，單價(jià)在 600-700 元/kg。PAG 在 化學(xué)放大型光刻膠（主要是 KrF 光刻膠、ArF 光刻膠）中占總成本的 10%-20%。KrF 光刻膠用 PAG 單價(jià)在 0.5-1.5 萬(wàn)元/kg，ArF 光刻膠用 PAG 單價(jià)約 1.5-30 萬(wàn)元/kg，價(jià)差可達(dá) 20 倍。


2.原材料依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商亟待突破

高端光刻膠原料進(jìn)口難度高，國(guó)產(chǎn)替代需求緊迫。全球范圍內(nèi)光刻膠原料大廠主要來(lái)自日本， 一類是自產(chǎn)樹脂的光刻膠廠商，如信越化學(xué)、杜邦；另一類是專門生產(chǎn)原料的生產(chǎn)商，如光 刻膠樹脂廠商：東洋合成、住友電木、三菱化學(xué)等。光刻膠光引發(fā)劑廠商包括：巴斯夫、黑 金化成、臺(tái)灣優(yōu)禘、國(guó)內(nèi)的強(qiáng)力新材等。因此對(duì)于國(guó)內(nèi)光刻膠廠商，實(shí)現(xiàn)高端光刻膠突破， 需先解決原料穩(wěn)定供應(yīng)難題。 KrF 光刻膠樹脂基本依賴進(jìn)口：KrF 用聚對(duì)羥基苯乙烯類樹脂，單體為對(duì)羥基苯乙烯的 衍生物單體，此類樹脂目前基本依賴進(jìn)口，原因一是國(guó)產(chǎn)化難度高，生產(chǎn)樹脂需要的單 體國(guó)內(nèi)只有很少?gòu)S家供應(yīng)，同時(shí)光刻膠生產(chǎn)商和原材料供應(yīng)商之間的業(yè)務(wù)關(guān)系一旦建立， 就會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定,供應(yīng)鏈切換難；原因二是樹脂的生產(chǎn)工藝有一定難度。 ArF 光刻膠樹脂難以進(jìn)口：根據(jù)徐州博康公眾號(hào)，ArF 的樹脂由幾種單體共聚而成，定 制化程度比較高，國(guó)際市場(chǎng)上能夠買到部分普通款的 ArF 樹脂，但高端的 ArF 樹脂幾乎 沒(méi)有購(gòu)買渠道。

超凈高純?cè)噭﹪?guó)產(chǎn)化率低，國(guó)內(nèi)精細(xì)化工水平與海外差距較大。合成光刻膠過(guò)程中，需要丙 二醇甲醚醋酸酯、乳酸乙酯等高純?cè)噭Ｄ壳皣?guó)際上公認(rèn)的濕電子化學(xué)品雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)是 SEMI 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，共分為五個(gè)等級(jí)。集成電路制造對(duì)于材料品質(zhì)有較高要求，g/i 線光刻膠需 要 G1 至 G3 SEMI 等級(jí)的超凈高純?cè)噭?，KrF 光刻膠需要 G3 至 G4 SEMI 等級(jí)的超凈高純?cè)噭?ArF 光刻膠則需要 G4 SEMI 等級(jí)以上的超凈高純?cè)噭?。中?guó)大陸大多數(shù)企業(yè)濕電子化學(xué)品產(chǎn) 品等級(jí)在 SEMI G1 至 G2，部分企業(yè)在單一產(chǎn)品上達(dá)到 SEMI G3 級(jí)別，只有極少數(shù)企業(yè)個(gè)別產(chǎn) 品達(dá)到 SEMI G4 以上級(jí)別，與世界領(lǐng)先水平還有較大差距。根據(jù)亞化咨詢 2022 年公布數(shù)據(jù)， 濕電子化學(xué)品的高端產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化率僅 10%左右。


3.制造端：高端光刻膠產(chǎn)品配方技術(shù)復(fù)雜，研發(fā)投入大，制備要求高

光刻膠由分辨率、對(duì)比度、敏感度、粘滯性黏度、粘附性、抗蝕性和表面張力等參數(shù)指標(biāo)評(píng) 估。 ①分辨率：是指區(qū)別硅片表面相鄰圖形特征的能力，在光刻膠上形成圖案的關(guān)鍵尺寸越小， 光刻膠的分辨率越好； ②對(duì)比度：指光刻膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)時(shí)，從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過(guò)渡的側(cè)壁陡度，側(cè)壁越陡， 對(duì)比度越好； ③敏感度：指在光刻膠上形成一個(gè)良好圖形所需一定波長(zhǎng)光的最小曝光量，對(duì)于波長(zhǎng)更短的 深紫外光和極紫外光，光刻膠的敏感度更為重要； ④粘滯性：黏度用來(lái)衡量光刻膠流動(dòng)特性，光刻膠中溶劑越少，粘滯性越高； ⑤粘附性：指光刻膠粘著于襯底的強(qiáng)度，粘附性需要經(jīng)受住后續(xù)的刻蝕、離子注入等藝，以 保證硅片表面的圖形不會(huì)變形； ⑥抗蝕性：指光刻膠的耐熱穩(wěn)定性、抗刻蝕能力和抗離子轟擊能力，以保證在后續(xù)刻蝕工序 中能夠保護(hù)襯底表面； ⑦表面張力：指液體中將表面分子拉向液體主體內(nèi)的分子間吸引力，光刻膠基于流動(dòng)性和覆 蓋的考慮，要求具有比較小的表面張力。

壁壘一：配方復(fù)雜，無(wú)法通過(guò)現(xiàn)有產(chǎn)品反推配方，不同光刻膠配方差異大。光刻膠是一種經(jīng) 過(guò)嚴(yán)格設(shè)計(jì)的復(fù)雜、精密的配方產(chǎn)品，由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等不同性質(zhì)的原料， 通過(guò)不同的排列組合，經(jīng)過(guò)復(fù)雜、精密的加工工藝而制成，是一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)型學(xué)科，無(wú)法通過(guò)現(xiàn) 有產(chǎn)品反向推斷原材料配方。以 EUV 光刻膠為例，EUV 光刻膠有多種技術(shù)方向，如有機(jī)無(wú)機(jī) 雜化體系、將酸敏感基團(tuán)引入聚合物主鏈等。國(guó)內(nèi)目前能同時(shí)達(dá)到具有高靈敏度、高分辨率、 低 LWR（線寬粗糙度）且成本較低、易于工業(yè)化生產(chǎn)的 EUV 光刻膠體系還在研究階段，未量 化生產(chǎn)。

壁壘二：前期研發(fā)投入高昂，高端光刻機(jī)設(shè)備進(jìn)口受限。光刻膠研發(fā)費(fèi)用高，設(shè)備支出投入 巨大。光刻膠廠商需要購(gòu)買光刻機(jī)用于內(nèi)部配方測(cè)試，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果調(diào)整配方。根據(jù) 2021 年 晶瑞電材公告，單一臺(tái) ArF 光刻機(jī)需支出 1.5 億元，設(shè)備總支出為 3.4 億元。根據(jù)國(guó)際光刻 機(jī)巨頭 ASML 公告，2022 年 ASML 公司單臺(tái) EUV 光刻機(jī)平均售價(jià)在 1.76 億歐元，ArFi 浸沒(méi)式 光刻機(jī)平均售價(jià)在 0.65 億歐元。另一方面，高端光刻機(jī)依賴進(jìn)口，影響產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度。自 2019 年 12 月瓦森納協(xié)議修訂以來(lái)，美國(guó)、日本等成員國(guó)對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體出口一般按照 N-2 原 則審批，即比最先進(jìn)的技術(shù)晚兩代。根據(jù)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫的數(shù)據(jù)，光刻機(jī)國(guó)外廠商的交期是 3～5 年，不確定性增加。國(guó)內(nèi)進(jìn)口高端光刻機(jī)受限，阻礙了和光刻機(jī)相配套光刻膠的研發(fā)突 破。

壁壘三：產(chǎn)品穩(wěn)定性難控制和潔凈度要求高。高端光刻膠的制備過(guò)程需要嚴(yán)格控制產(chǎn)品穩(wěn)定 和金屬雜質(zhì)含量。光刻膠生產(chǎn)工藝采用分步法以保證各生產(chǎn)批次間的穩(wěn)定性。主要制造流程 為： ①分別生產(chǎn)高感度光刻膠半成品和低感度光刻膠半成品。 ②取樣檢測(cè)后進(jìn)行配合比試驗(yàn)。 ③針對(duì)不同樹脂原料進(jìn)行配方調(diào)整以保證產(chǎn)品的感度穩(wěn)定，同時(shí)調(diào)整溶劑配比以保證產(chǎn)品的 膜厚穩(wěn)定，當(dāng)產(chǎn)品達(dá)到相應(yīng)的感度和動(dòng)粘度規(guī)格后，配方調(diào)整結(jié)束。 ④產(chǎn)品調(diào)整結(jié)束后，進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾，以保證產(chǎn)品的潔凈度（控制產(chǎn)品中的粒子數(shù)），并得到最 終產(chǎn)品。


4.需求端：半導(dǎo)體光刻膠品類需求多，導(dǎo)入認(rèn)證周期長(zhǎng)

芯片制程越高，所使用的光刻膠品類越多。集成電路為多層結(jié)構(gòu)，相同層的工藝方案沒(méi)有規(guī) 定一致，因此不同的制造廠會(huì)采用不同的光刻方案。以鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinFET）的半導(dǎo) 體邏輯器件為例，從下到上每一層的圖形實(shí)現(xiàn)都需要依賴不同的光刻技術(shù)，從而需要不同的 光刻膠： ①前道工藝關(guān)鍵層鰭式（Fin）和柵（Gate）采用氟化氬（ArF）浸沒(méi)式（波長(zhǎng) 193nm）雙重投 影光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)使用 ArF 浸沒(méi)式光刻膠； ②如需進(jìn)行切割，切割層（Cut Layer）采用極紫外（EUV，波長(zhǎng) 13.5nm）光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì) 應(yīng)使用 EUV 光刻膠； ③中道工藝（MOL）連接層 C（Contact Layer）采用 ArF 浸沒(méi)式三重投影光刻技術(shù)或極紫外 光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)使用 ArF 浸沒(méi)式光刻膠或 EUV 光刻膠； ④后道工藝（BEOL）。一是關(guān)鍵層的 V1/V2（通孔）和 M1/M2（金屬）采用 ArF 浸沒(méi)式雙重投 影光刻或 EUV 光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng) ArF 浸沒(méi)式光刻膠和 EUV 光刻膠。二是后道工藝非關(guān)鍵層 分別采用 ArF 干法、氟化氪（KrF，波長(zhǎng) 248nm）和 i 線（I-line，波長(zhǎng) 365nm）等光刻技術(shù) 實(shí)現(xiàn)，分別對(duì)應(yīng) ArF 干法光刻膠、KrF 光刻膠和 i 線光刻膠等。

先進(jìn)封裝 g/i 線光刻膠、PSPI 光刻膠用于 Bumping、RDL、TSV 等先進(jìn)封裝工藝環(huán)節(jié)。與 IC 制造時(shí)使用的 g/i 線光刻膠相比,大多數(shù)封裝技術(shù)中所用到的光刻膠層要厚很多，一方面是 由于先進(jìn)封裝對(duì)精度要求相對(duì)晶圓制造環(huán)節(jié)低，另一方面是由于凸塊需要厚涂。根據(jù)中國(guó)電 子材料行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2022 年中國(guó)集成電路 g/i 線光刻膠市場(chǎng)規(guī)?？傆?jì) 9.14 億元，預(yù)計(jì) 2025 年將增長(zhǎng)至 10.09 億元；其中集成電路封裝用 g/i 線光刻膠市場(chǎng)規(guī)模 5.47 億元，預(yù)計(jì) 2025 年將增長(zhǎng)至 5.95 億元。先進(jìn)封裝 g/i 線正性光刻膠可用于先進(jìn)封裝 Bumping 工藝中圖 形轉(zhuǎn)移、線路重排（RDL）、TSV 技術(shù)；先進(jìn)封裝 g/i 線負(fù)性光刻膠用于先進(jìn)封裝 Bumping 工 藝中。凸塊制作封裝光刻膠 PSPI 是一種光敏性聚酰亞胺材料，兼具光刻膠的圖案化和樹脂 薄膜的應(yīng)力緩沖、介電層等功能，類似于有圖案的介電薄膜，可用于 Bumping 和 RDL 等先進(jìn) 封裝工藝流程中。根據(jù)中國(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2021 年中國(guó)集成電路晶圓制造用 PSPI 市場(chǎng)規(guī)模 7.12 億元，預(yù)計(jì)到 2025 年將增長(zhǎng)至 9.67 億元。

下游客戶端導(dǎo)入及驗(yàn)證周期長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)頭部廠商具有自主替代先發(fā)優(yōu)勢(shì)。由于光刻膠的質(zhì)量穩(wěn) 定直接影響芯片良率，集成電路制造企業(yè)對(duì)光刻膠的使用謹(jǐn)慎，從實(shí)驗(yàn)室樣品到產(chǎn)線樣品都 需要在客戶端進(jìn)行反復(fù)多次的測(cè)試驗(yàn)證，才能確定光刻膠產(chǎn)品的基本配方，驗(yàn)證周期一般在 2-3 年?？蛻舢a(chǎn)品驗(yàn)證過(guò)程需要經(jīng)過(guò)四個(gè)階段：PRS（基礎(chǔ)工藝考核）、STR（小批量試產(chǎn)）、 MSTR（中批量試產(chǎn)）、RELEASE（量產(chǎn)）。在四個(gè)階段的測(cè)試驗(yàn)證都順利通過(guò)的前提下，才有機(jī)會(huì)獲得芯片生產(chǎn)公司的訂單。因此，對(duì)光刻膠廠商來(lái)講，驗(yàn)證周期長(zhǎng)，會(huì)光刻膠研發(fā)項(xiàng)目開 始產(chǎn)生銷售回報(bào)的時(shí)間變長(zhǎng)，變相增加前期投入成本，并且存在產(chǎn)品開發(fā)出來(lái)但客戶認(rèn)證計(jì) 劃拖后、無(wú)法實(shí)行客戶認(rèn)證計(jì)劃或無(wú)法通過(guò)客戶認(rèn)證的風(fēng)險(xiǎn)。因而我們認(rèn)為，率先成功在客 戶端導(dǎo)入并形成量產(chǎn)突破的國(guó)內(nèi)光刻膠廠商，有望在國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中占據(jù)先發(fā)主導(dǎo)地位，保證 相對(duì)較高的客戶端份額。


影響光刻膠用量的因素

光刻膠的用量，即體積，體積越大，則用量越大。而留存在晶圓上的光刻膠體積可以近似等于晶圓的面積x光刻膠厚度。那么直觀影響因素是晶圓的尺寸與光刻膠的膠厚。

勻膠方式：目前流行的勻膠有靜態(tài)旋轉(zhuǎn)法和動(dòng)態(tài)噴灑法。靜態(tài)旋轉(zhuǎn)法是指在開始旋轉(zhuǎn)晶圓之前，將一定量的光刻膠滴在靜止的晶圓中心。然后啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，利用離心力將光刻膠均勻鋪展到整個(gè)晶圓表面。動(dòng)態(tài)噴灑法指的是在晶圓旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過(guò)噴嘴動(dòng)態(tài)地噴灑光刻膠到旋轉(zhuǎn)中的晶圓上。噴灑的位置和速率可以精確控制，以實(shí)現(xiàn)勻膠的均勻性。動(dòng)態(tài)噴灑法的光刻膠使用效率更高，所需的光刻膠更少。


影響光刻膠厚度的因素

設(shè)計(jì)的要求：光刻膠不能太厚或太薄，需要按制程需求來(lái)定。比如對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間蝕刻以形成深孔的應(yīng)用場(chǎng)景，較厚的光刻膠層能提供更長(zhǎng)的耐蝕刻時(shí)間；對(duì)于線寬較小的圖形，過(guò)厚的光刻膠則會(huì)影響制程的精度。

旋涂速度和時(shí)間：旋涂速度增加使離心力變大，多余的膠液被甩出晶圓邊緣，光刻膠的厚度會(huì)變薄。延長(zhǎng)旋涂時(shí)間可以使光刻膠層更平整，但對(duì)厚度的影響相對(duì)有限，因?yàn)橐坏┻_(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，膠層厚度基本不再改變。

光刻膠黏度：隨著光刻膠黏度的增加，其流動(dòng)性降低，使得在旋涂過(guò)程中較難被離心力甩出晶圓邊緣。結(jié)果是在給定的旋涂條件下，較高黏度的光刻膠會(huì)形成較厚的膠層。


如何減少光刻膠用量？

設(shè)計(jì)合理的膠厚；

選擇合適的光刻膠種類，黏度等；

選擇臨界的均膠轉(zhuǎn)速，在保證質(zhì)量的前提下，適當(dāng)降低勻膠速度。低轉(zhuǎn)速少量滴膠就可以達(dá)到高轉(zhuǎn)速大量滴膠的厚度；

找到臨界的滴膠量與滴膠速率，在晶圓轉(zhuǎn)速固定的情況下，提?滴膠速率可以顯著減少光刻膠的使?量；

優(yōu)化涂膠方式，運(yùn)用動(dòng)態(tài)噴灑法進(jìn)行勻膠


光刻膠黏度如何測(cè)量？

刻膠在未曝光之前是一種黏性流體，不同種類的光刻膠具有不同的黏度。黏度是光刻膠的一項(xiàng)重要指標(biāo)。那么光刻膠的黏度為什么重要？黏度用什么表征？哪些光刻膠算高黏度，哪些算低黏度呢？

需要注意的是cP和cSt并非國(guó)際單位，換算時(shí)，先換算為國(guó)際單位制，再將運(yùn)動(dòng)粘度乘以介質(zhì)所在溫度下的密度kg/m3即可得到對(duì)應(yīng)的動(dòng)力粘度。

動(dòng)力粘度單位：1cP（厘泊）=0.01P(泊)=1mPa·s=0.001Pa·s=1kg/（m*s）。

運(yùn)動(dòng)粘度單位：1cSt（厘斯）=0.01St(斯)=1m㎡/s=0.000001㎡/s=0.0036㎡/h。

以甘油為例，20℃時(shí)粘度1500cp左右，密度為1261kg/m3，換算為St（斯）。

1500×0.001Pa·s/1261=1.1895*10(-3次方)㎡/s。因?yàn)?St(斯)=0.0001㎡/s，計(jì)算得11.895St=1189.5cSt。


粘度影響因素：

對(duì)于氣液相，溫度升高，粘度會(huì)下降；對(duì)于氣體，壓力升高，分子間力增大，粘度也會(huì)升高。溶液濃度越高，粘度越大！所以部分高粘度液體輸送時(shí)需要加熱，降低粘度和管道阻力，便于輸送。


光刻膠黏度的重要性？

光刻膠的黏度會(huì)影響到涂層的厚度和均勻性。不同的產(chǎn)品應(yīng)用需要不同厚度的光刻膠涂層。

半導(dǎo)體制造中，當(dāng)特征尺寸進(jìn)入亞微米或納米級(jí)別時(shí)，需要使用低粘度的光刻膠。低黏度光刻膠在晶圓上流動(dòng)性強(qiáng)，旋涂時(shí)，低黏度光刻膠能夠迅速鋪展，形成較薄且均勻的涂層。薄膠能夠減少光學(xué)衍射效應(yīng)，有利于高分辨率的圖案制作。 在微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、微流體器件等中，需要使用高黏度的光刻膠，一般可以達(dá)到幾微米到幾十微米厚。在干濕法刻蝕中，厚的光刻膠層可以作為掩膜，保護(hù)下方的材料不被蝕刻劑侵蝕。但是，隨之而來(lái)的問(wèn)題是，旋涂時(shí)間，曝光時(shí)間，顯影時(shí)間都在相應(yīng)增加，控制難度變大，而膜層的均勻性卻在下降。


光刻膠黏度如何測(cè)量？

光刻膠供應(yīng)商一般會(huì)要求晶圓廠在生產(chǎn)過(guò)程中多次測(cè)量流體粘度，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。我們會(huì)使用在線的黏度計(jì)持續(xù)地對(duì)光刻膠的黏度進(jìn)行測(cè)量。為什么不是將樣品采集出來(lái)離線測(cè)量？為了進(jìn)行離線測(cè)量，需要從生產(chǎn)過(guò)程中提取樣品，這導(dǎo)致生產(chǎn)的暫時(shí)中斷。且由于處理和分析時(shí)間的延遲，離線測(cè)量無(wú)法提供即時(shí)的反饋。