光刻膠:針尖上的壁壘,我們怎麼破?

ASML的EUV極紫外光刻機何時能獲得出口中國的許可,是橫在國人心口的一根尖刺。中芯國際在沒有EUV設備的情況下,退而求其次開發的7nm製程,叫做FinFET製程N+1,相比於14nm效能增加20%,低於友商臺積電7nm30%的提升,據猜測中芯國際的N+1應該位於10nm和7nm之間。這與中芯國際無法獲得EUV設備有直接的關係。

與ASML一臺售價媲美一架F35 戰鬥機,達到1億以上歐元的NXE3400B EVU設備比較起來,全球市場規模只有90億美元的光刻膠就要不顯眼許多。

光刻膠:針尖上的壁壘,我們怎麼破?

但是,光刻膠在光刻工藝中的作用卻舉足輕重。江蘇博硯技術部章宇軒打了一個比方:“假如我們把光刻機比作一把菜刀,那麼光刻膠就好比要切割的菜,沒有高質量的菜,即便有了鋒利的菜刀,也無法做出一道佳餚”。我們理解一下,就好比牛刀用來砍骨頭,手術刀就是用來剝離血管的,如果我們有極紫外光刻機,卻用它來砍骨頭,那再好的刀也要砍缺了。

光刻膠是一種具有光化學敏感性的功能性化學材料,是由光引發劑(包括光增感劑、光致產酸劑)、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,其中,樹脂約佔50%,單體約佔35%。它能通過光化學反應改變自身在顯影液中的溶解性,通過將光刻膠均勻塗布在硅片、玻璃和金屬等不同的襯底上,利用它的光化學敏感性,通過曝光、顯影、刻蝕等工藝過程,將設計在掩膜版上的圖形轉移到襯底上。

光刻膠在半導體材料領域與光刻工藝緊密相關,是精細化工行業技術壁壘最高的材料,生產工藝複雜,需要長期的技術積累,其重要性十分突出。在主流的半導體制造工藝中,一般需要40 步以上獨立的光刻步驟,貫穿了半導體制造的整個流程,光刻工藝的先進程度決定了半導體制造工藝的先進程度,光刻工藝的成本約為整個芯片製造工藝的35%。

光刻膠:針尖上的壁壘,我們怎麼破?

經電子顯微鏡放大的芯片表層

整個光刻膠市場按應用領域大致分成四類:半導體光刻膠佔比24.1%,LCD 光刻膠佔比26.6%,PCB 光刻膠佔比24.5%,其他類光刻膠佔比24.8%。我國大陸光半導體材料市場規模就達到83億美元(光刻膠是其中之一),全球佔比16%,次於臺灣和韓國排第三。

從2016年開始,我國PCB行業產值超過全球總產值的一半,其配套的PCB光刻穩健提升,因技術壁壘較低,國內的PCB光刻膠相對成熟,已初步實現進口替代。但是高端PCB光刻膠還需進口。

光刻膠:針尖上的壁壘,我們怎麼破?

在半導體和LCD的光刻膠領域,國內廠家與國外廠家的差距較大,6英寸以下硅片的g/i線光刻膠自給率約20%,適用於8英寸硅片的KrF光刻膠的自給率不足5%,而適用於12寸硅片的ArF光刻膠幾乎只能進口。

LCD光刻膠主要由日本和韓國壟斷,如JSR、LG化學、TOK、CHEIL等。這次LG化學被江蘇雅克科技收購,希望能借此豐富光刻膠技術。

半導體光刻膠核心技術和95%的市場被美日佔據,日本的JSR、信越化學、TOK、住友化學,美國的SEMATECH、IBM等。

國產高端光刻膠依賴進口的現狀,在現在的國際貿易形勢之下,核心技術及材料的缺失將帶來整個行業的癱瘓,國產化刻不容緩。

在2015年的國家重點支持的高新技術領域中提到了,“高分辨率光刻膠及配套化學品作為精細化學品重要組成部分,是重點發展的新材料技術”,國家已對芯片製造工藝鏈的關鍵材料和設備進行政策扶持。我國也有不少企業開始在這個針尖大小的市場上啃骨頭。

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2018年彩虹集團正性光刻膠項目投產

2005年以前,我國在光刻膠方面的專利申請極少,2005-2011年開始進入快速增長期,2011-2017年進入平穩期。到2019年上半年,國內申請人共申請了兩千多件。中國科學院、京東方、奇美實業股份有限公司(臺灣地區)佔據申請量前3位,申請量分別為238件、216件、150件,另外還有幾家企業,中芯國際集成電路、中國電子信息產業集團、TCL集團、臺灣積體電路、華中科技大學、上海交通大學、蘇州華飛微電子、友達光電。但是,總體上國內申請人僅有10%的實效專利,主要還是在研究院和高校,技術轉化率待提高。


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