聚合劑是什麼？為什麼半導體制造中的光刻膠工藝中的聚合劑是什麼？

聚合劑是什麼

光刻工藝的成本約為整個晶片製造工藝的35%，耗時約佔整個晶片工藝的40%~50%，是半導體制造中最核心的工藝。

光刻膠作為微電子領域微細圖形加工核心上游材料，佔據電子材料制高點。其質量和效能是影響積體電路效能、成品率及可靠性的關鍵因素。

光刻膠隨著半導體市場規模的擴張保持著同比例變動，隨著半導體制程節點不斷縮小，光刻工藝對光刻膠要求越來越高，需求量也越來越大。

光刻膠利用光照反應後溶解度不同將掩膜版圖形轉移至襯底上，主要由感光劑（光引發劑）、聚合劑（感光樹脂）、溶劑與助劑構成。

以半導體光刻膠為例，在光刻工藝中，光刻膠被均勻塗布在襯底上，經過曝光（改變光刻膠溶解度）、顯影（利用顯影液溶解改性後光刻膠的可溶部分）與刻蝕等工藝，將掩膜版上的圖形轉移到襯底上，形成與掩膜版完全對應的幾何圖形。

從全球區域市場來看，中國半導體光刻膠市場規模佔全球比重最大，達到32%。其次是美洲地區，其光刻膠市場規模佔全球比重為21%。

據中國產業資訊網資料，全球光刻膠市場規模自2010年起，以約5。4%的複合增長率，增長至2019年的90億美元左右，預計未來3年仍將以5%的速度增長，至2022年全球市場規模將超過100億美元。

按照應用領域的不同，光膠刻又可以分為PCB用、LCD用、半導體用和其他用途光刻膠。

從全球市場來看，LCD光刻膠佔比較高，為26。6%，全球供應集中在日本、韓國、中國臺灣等地區，海外企業市佔率超過90%；PCB光刻膠技術壁壘較低，國產化率較高，中國內資企業已佔據國內市場份額50%以上；面板光刻膠和半導體光刻膠由於光刻膠的技術壁壘較高，國內高階光刻膠市場基本被國外企業壟斷。

資料來源：賽瑞研究

光刻膠根據所適配的刻蝕用光的波長不同而分為普通寬譜光刻膠、g線（436nm）、i線（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、F2（157nm），以及最先進的EUV（<13。5nm）線水平，其相關技術壁壘隨刻蝕用紫外光波長縮短而相應提高。

半導體行業目前主要使用光刻膠包括g線、i線、KrF、ArF四類。半導體光刻膠屬於高技術壁壘材料，生產工藝複雜，純度要求高，需要長期的技術積累。目前基本依賴於進口，僅佔國內生產光刻膠的2%。

ArF光刻膠材料是積體電路製造領域的重要關鍵材料，可以用於90nm-14nm甚至7nm技術節點的積體電路製造工藝，廣泛應用於高階晶片製造。

國內G線、I線光刻膠的自給率約為20%，KrF光刻膠的自給率不足5%，12寸矽片的ArF光刻膠目前尚無國內企業可以大規模生產。

資料來源：CNKI、興業證券

光刻膠專用化學品具有市場集中度高、技術門檻高、客戶壁壘高的特點。

一般相同用途的光刻膠，由於投資大、市場比下游應用行業小，行業集中度非常高，只能有幾家企業生存。光刻膠專用化學品具有相似特徵，即品種多、用量小、品質要求高，投資相對普通化學品大，行業集中度高。

光刻膠所在產業鏈覆蓋範圍十分廣泛，從上游基由於光刻膠技術含量高且處於產業鏈上游，其質量直接影響下游產品的質量，因此下游企業對光刻膠供貨企業的質量及供貨能力非常重視，通常採取認證採購的商業模式。

光刻膠更新換代較快，廠家出於技術保密的考慮，一般會和光刻膠原料供應商進行密切合作，共同開發新技術，並且客戶轉換成本大，這些特點使得光刻膠行業上下游相互依賴、關係非常緊密，進入壁壘高。

伴隨著更高的採購成本與認證成本，光刻膠生產廠家與下游企業通常會形成較為穩定的合作，這對新供應商涉足光刻膠行業設定了准入壁壘。製造商必須具備效能評價技術、嚴格的生產管理體系和潔淨生產技術以及ppb級微量分析技術。

光刻膠的種類繁多，實際操作中由於各個客戶的產品的要求不同，因此對光刻膠的具體要求也較多。這一點將會直接導致光刻膠企業在生產製作光刻膠的時候需要具備足夠的配方研發能力，對眾多國內仍在起步的廠商無疑是個巨大的挑戰。

由於光刻膠產品的特性，下游的採購商基本為大型企業，光刻膠行業市場集中度較高。

全球共有5家主要的光刻膠生產企業：日本合成橡膠（JSR）、東京應化（TOK）、住友化學、信越化學、美國羅門哈斯等，所佔市場份額超過85%。其中，日本廠商技術和生產規模佔絕對優勢。

從國內市場上看，國外企業強勢壟斷國內半導體市場絕大多數份額。尤其是以特種橡膠、信越、東京應化等為首的日本企業佔據高階光刻膠的主要市場。

從技術及產品線角度看，國內企業在半導體光刻膠領域與世界先進水平仍有2-3代的差距，實現國產化的光刻膠主要集中在低端PCB光刻膠和LCD光刻膠。

目前主要有晶瑞股份、北京科華、上海新陽、南大光電、北京北旭等國內廠商佈局半導體光刻膠，江化微等進軍半導體光刻膠配套材料。目前晶瑞股份（旗下蘇州瑞紅）、北京科華（南大光電於2020Q1轉讓持有北京科華股份）等起步較早的企業有穩定G\I光刻膠，南大光電已安裝並除錯第一條ArF光刻膠生產線，其他企業大多還處於規劃、研發以及產業化過程中。

隨著半導體制程的不斷升級，面向7nm以下製程的極紫外EUV（13。5nm）光刻技術及其配套的光刻膠或將成為未來各國際大廠的必爭之地。

根據調研機構IC Insights統計，製程10nm以下的半導體圓晶產量將從2019年的每月105萬片增長到2023年的每月627萬片，而這一尺寸對應的正為EUV光刻技術。

在下一代技術所配套的EUV光刻膠領域，我國企業目前尚為空白，僅北京科華有與科研院所合作專案。相比之下，Intel、臺積電、三星等大廠均已開始試產。而傳統光刻膠強勢企業如信越化學、東京應化、住友化學等廠商較早進行了專利佈局，相關專利保護壁壘逐漸形成，此領域也或將國內廠商在追趕傳統大廠過程中的下一個需要發力的節點。

中國光刻膠市場本土供應量增速高於全球平均水平，隨著下游半導體行業、LED及平板顯示行業的快速發展，以及受益於本土半導體產能持續擴大，國內光刻膠生產商未來有望把握進口替代契機實現快速發展。