半导体关键材料领域介绍(二)

作者:半导体行业前沿 来源:公众号 时间:2025-06-03
光刻胶用于光刻工艺,在曝光后通过显影形成图形化的抗蚀涂层,随后通过刻蚀或离子注入等工艺,将电路图形转移到硅片表面,从而实现特定的功能,其光敏度是决定微纳图形的精度之一,光刻胶的质量和性能则直接影响制造产线的良率,因此光刻胶的重要性凸显,是泛半导体行业的核心材料

二、光刻胶:半导体工业皇冠上的明珠,国内企业逐步突破

光刻胶是半导体光刻工艺中最重要的关键材料,是半导体工业皇冠上的明珠。光刻工艺是半导体生产制造的核心工艺,包括涂胶、曝光、显影等步骤。光刻胶也叫光致抗蚀剂,是由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体,在光刻工艺过程中用作抗腐蚀涂层材料。光刻胶用于光刻工艺,在曝光后通过显影形成图形化的抗蚀涂层,随后通过刻蚀或离子注入等工艺,将电路图形转移到硅片表面,从而实现特定的功能,其光敏度是决定微纳图形的精度之一,光刻胶的质量和性能则直接影响制造产线的良率,因此光刻胶的重要性凸显,是泛半导体行业的核心材料。

光刻胶按其形成的图像分类,可分为正性、负性两大类。正性光刻胶在曝光后,受光区域变得可溶于显影液,被去除,形成的图形与掩膜图形一致;而负性光刻胶在曝光后,受光区域发生交联反应,变得不溶于显影液,未曝光区域被去除,最终图形与掩膜图形相反。一般来说,正性光刻胶适用于高分辨率场景,负性光刻胶则适用于需要较高附着力和软薄膜厚度的情况。

按照下游应用领域划分,光刻胶可分为PCB光刻胶、显示面板光刻胶和半导体光刻胶等,生产难度依次递减。

PCB 光刻胶:可分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶和阻焊油墨。其中,干膜光刻胶通过加热加压的方式压合在覆铜板上,经过曝光和显影过程,将电路图形转移到光刻胶上,再利用其抗蚀刻性能进行蚀刻加工,最终形成印制电路板的精细铜线路。湿膜光刻胶则以液态形式直接涂敷在基材表面,具有分辨率高、成本低的特点,适用于高精度要求的应用场景。近年来,受益全球PCB产业持续向中国大陆转移,我国成为全球最大的PCB光刻胶生产国之一,并逐步积累了充足的产业化经验,国内企业在湿膜光刻胶等产品上已实现较大规模的国产替代,逐步减少对进口产品的依赖。具备较强的市场竞争力。 显示面板光刻胶:光刻工艺同样也是显示面板制造(LCD、OLED等)的核心工艺,显示面板光刻胶是一种专门用于显示面板制造过程中光刻工艺的感光材料。它通过光照(通常是紫外光)和显影工艺,在显示面板基板(如玻璃或柔性基板)上形成微米级的精细图案,用于定义像素结构、电路图案、彩色滤光片或黑矩阵等关键部件。显示面板光刻胶需要具有高分辨率、良好的附着力和化学稳定性,以满足显示面板高精度和多层复杂结构的制造需求,是显示技术中不可或缺的关键材料。按显示应用分类,显示面板可分为TFT-LCD正性光刻胶,彩色/黑色光刻胶等、触屏光刻胶等。三类显示面板光刻胶被应用在显示面板制造过程的不同工序中。TFT-LCD光刻胶用于加工液晶面板前段Array制程中的微细图形电极;彩色光刻胶和黑色光刻胶用于制造显示面板中的彩色滤光片;触摸屏光刻胶用于制作触摸电极。平板显示器中TFT-LCD是市场的主流,彩色滤光片是TFT-LCD实现彩色显示的关键器件。 

半导体光刻胶:半导体光刻胶应用于半导体制造的光刻工艺中,用于将电路设计图形从掩膜版精确转移到硅片表面。根据曝光波长的不同,半导体光刻胶可分为紫外光谱、g线、i线、Krf、ArF和EUV等类型。通常来说,曝光波长越短,则加工分辨率越高,能够形成更小尺寸的精细图案。随着高集成度、超高速、超高频集成电路及元器件的开发,集成电路与元器件特征尺寸呈现出越来越精细的趋势,加工尺寸达到百纳米直至纳米级,光刻设备和光刻胶产品也为满足超微细电子线路图形的加工应用而推陈出新。为适应集成电路线宽不断缩小的要求,光刻胶的曝光波长由紫外宽谱向g线(436nm)→i线(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的方向转移,并通过分辨率增强技术不断提升光刻胶的分辨率水平,而紫外宽谱光刻胶更多应用于分立器件。相比PCB光刻胶和显示面板光刻胶,半导体光刻胶(尤其是KrF、ArF和EUV光刻胶)技术壁垒更高,研发投入更大,且附加值显著高于其他品类光刻胶。随着AI驱动芯片工艺制程不断向先进节点推进,对高端光刻胶(如深紫外光刻胶和极紫外光刻胶)的需求显著增加,先进制程比例提升也驱动半导体光刻胶市场规模增速高于其他细分市场。据SEMI统计,2021年全球半导体光刻胶市场整体规模达到24.71亿美元,2015-2021 年 CAGR 为12.03%。其中,ArF光刻胶是集成电路制造需求金额最大的光刻胶产品,占半导体光刻胶比重超过50%。

半导体光刻胶国产化率较低,但国内企业正逐步突破。光刻胶作为光刻工艺的核心,对配方研发及生产工艺的要求极高,此外由于下游不同客户的需求差异明显,即使对于同一客户,应用需求也不一致,这导致光刻胶的整体生产缺乏统一的工艺,使得每一类光刻胶所使用的原料在化学结构、性能上均有所差别,要求制造商根据差异化设计不同配方,并由相应的生产工艺完成生产。相对应而言,我国在生产难度较低的PCB 光刻胶领域国产替代最快,而在中高端领域的显示面板光刻胶、半导体光刻胶国产化率极低,尤其是在中高端本土DUV市场被日本巨头垄断,而对于更高端的EUV光刻胶市场,本土企业仍处于空白状态。

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