光刻机背后的“粮食”——光刻胶

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半导体小罗罗

首先，我们都知道要制作一颗芯片可以简单分为三个步骤：IC芯片设计—芯片制造—封装测试。从最早诞生于电路设计师的脑袋中，到将大脑中的线路图像设计出来，最后送到半导体车间经由光刻机反复光刻，中间经过数百道工艺的层层打磨，一颗崭新的芯片才正式诞生。

而芯片制造所需的关键设备就是光刻机，但是我们今天不谈光刻机，我们要来聊一聊光刻机中最重要的材料——光刻胶。

光刻胶又称为光致抗蚀剂，它是一种对光敏感的有机化合物，受紫外光曝光后，在显影液中的溶解度会发生变化。光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶，主要区别在于光刻过程中理化性质变化不同。

光刻过程基本可以分为8个步骤：1. 氧化及表面处理；2.涂胶；3. 预烘；4.曝光；5.显影；6.后烘；7.腐蚀；8.去胶。

俗话说“巧妇难为无米之炊”，如果把光刻机比作巧妇，那么光刻胶就是那闪着金光的粮食。没有食物，即使有技术最高超的厨师也无法烹饪出一道美味佳肴。

光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的 35%，并且耗费时间约占整个芯片工艺的 40%-50%。光刻胶材料约占 IC 制造材料总成本的 4%，市场巨大。因此光刻胶是半导体集成电路制造的核心材料。

IBM 在 1980s 早期就突破了 KrF 光刻，并在 1980s 早期至 1995 年的十余年时间一直保持垄断地位。1995 年日本东京应化（TOK）成功突破了高分辨率 KrF 正性光刻胶 TDUR-P007/009 并实现了商业化销售，打破了 IBM 对于 KrF 光刻胶的垄断。尽管落后了IBM十余年，但东京应化很快占领市场并一跃进入行业第一梯队。

当前，全球光刻胶由日本住友化学、东京应化、美国陶氏化学等掌握了超过90%的市场份额，尤其在高分辨率的KrF、ArF和EUV光刻胶领域。中国本土企业在光刻胶市场的份额较低，与国外光刻胶制造商仍存在差距。

我国在光刻胶领域研究始于20世纪70年代，说晚也不算太晚几乎和日本同时起步。最初阶段与国际水平相差无几，但同样受限于技术、资金和人才等因素，导致我国和国际先进水平的差距越来越大。我国光刻胶目前正处于追赶阶段，光刻胶行业与海外最先进水平有近 40 年的差距。

资料显示，2019 年全球光刻胶市场规模预计近 90 亿美元，自 2010 年至今 CAGR 约 5.4%。预计该市场未来 3 年仍将以年均 5%的速度增长，至 2022 年全球光刻胶市场规模将超过 100 亿美元。光刻胶的主要应用场景有四个：半导体、显示面板（LCD）、PCB（印制线路板）和其他光刻胶市场占比都差不多，基本都为25%左右。

其中，PCB 光刻胶主要用于中低端产品，技术壁垒相对较低。在全球 PCB 产业向亚洲转移的背景下，中国以巨大的内需市场和较为低廉的生产成本承接了大量 PCB 产能投资。2006 年起，我国成为 PCB 的最大生产国，也是 PCB光刻胶的最大使用国。据第三方机构测算，从 2016 年至 2020 年，中国 PCB 行业产值自 271 亿美元增长到了 311.6 亿美元，年复合增长率约为 3.5%。