光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一,特别是近年来大规模和超大规模集成电路的发展,更是大大促进了光刻胶的研究开发和应用。印刷工业是光刻胶应用的另一重要领域。1954 年由明斯克等人首先研究成功的聚乙烯醇肉桂酸脂就是用于印刷工业的,以后才用于电子工业。[1]光刻胶是一种有机化合物,它被紫外光曝光后,在显影溶液中的溶解度会发生变化。硅片制造中所用的光刻胶以液态涂在硅片表面,而后被干燥成胶膜。
目的
硅片制造中,光刻胶的目的主要有两个:光刻胶原理,小孔成像!技术源头,古老的相机!
(1)将掩模版图形转移到硅片表面顶层的光刻胶中;
(2)在后续工艺中,保护下面的材料(例如刻蚀或离子注入阻挡层)。
分类
光刻胶的技术复杂,品种较多。根据其化学反应机理和显影原理,可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶;反之,对某些溶剂是不可溶的,经光照后变成可溶物质的即为正性胶。
利用这种性能,将光刻胶作涂层,就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构,光刻胶可以分为三种类型。
光聚合型
采用烯类单体,在光作用下生成自由基,自由基再进一步引发单体聚合,最后生成聚合物,具有形成正像的特点。
光分解型
采用含有叠氮醌类化合物的材料,经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性,可以制成正性胶。
光交联型
采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开,并使链与链之间发生交联,形成一种不溶性的网状结构,而起到抗蚀作用,这是一种典型的负性光刻胶。柯达公司的产品KPR胶即属此类。
含硅光刻胶
为了避免光刻胶线条的倒塌,线宽越小的光刻工艺,就要求光刻胶的厚度越薄。
在20nm技术节点,光刻胶的厚度已经减少到了100nm左右。但是薄光刻胶不能有效的阻挡等离子体对衬底的刻蚀[2]。为此,研发了含Si的光刻胶,这种含Si光刻胶被旋涂在一层较厚的聚合物材料(常被称作Underlayer),其对光是不敏感的。曝光显影后,利用氧等离子体刻蚀,把光刻胶上的图形转移到Underlayer上,在氧等离子体刻蚀条件下,含Si的光刻胶刻蚀速率远小于Underlayer,具有较高的刻蚀选择性。
含有Si的光刻胶是使用分子结构中有Si的有机材料合成的,例如硅氧烷,硅烷,含Si的丙烯酸树脂等。
光刻胶作为光刻过程的核心材料,其质量和性能直接决定集成电路的性能、良率。伴随着先进节点所需光刻胶分辨率的提升以及多次图形化技术的应用,光刻胶的成本占比以及市场规模呈现不断提升趋势,根据SEMI的数据,2018年光刻胶占晶圆制造材料比例约为5.4%,对应全球半导体光刻胶市场总规模为17.3亿美元,预计2019年市场规模可达17.7亿元。
根据统计国内晶圆投资情况,建厂热潮直接带动晶圆代工产业链快速成长,光刻胶直接用于实际生产过程且具备采购相对迅速特点,预计2019-2020年为国内光刻胶需求快速放量期。国家政策推动自主可控、国内光刻胶技术逐渐突破、代工厂商分摊供应商风险将持续推动内资晶圆代工厂商提升对国产光刻胶的接受程度,给予国内优质的光刻胶厂商快速成长的机会。
南大光电
南大光电 主要从事高纯电子材料研发、生产和销售,通过承担国家重大技术攻关项目并实现产业化。目前,公司形成MO源、电子特气、ALD/CVD前驱体材料等业务板块。公司与宁波经济技术开发区管理委员会签署了《投资协议书》。按照协议,上市公司拟在宁波经济技术开发区投资开发高端集成电路制造用各种先进光刻胶材料以及配套原材料和底部抗反射层等高纯配套材料,形成规模化生产能力,建立配套完整的国产光刻胶产业链。
项目计划总投资6亿元,预计总用地50亩。项目完全达产后,预计实现约10亿元的年销售额,年利税预计约2亿元。目前公司正在自主创新和产业化的193nm光刻胶项目仍处于研发阶段,产业化建设同步进行。
容大感光
容大感光 的光刻胶产品主要包括紫外线正胶、紫外线负胶两大类产品以及稀释剂、显影液、剥离液等配套化学品,主要应用于平板显示、发光二极管及集成电路等领域。
本文仅供参考,不作任何投资建议,股市有风险,入市需谨慎!
众所周知,光刻机在芯片的生产过程中起着举足轻重的作用。只要拥有一台EUV光刻机,芯片制造企业就可以研制出更加先进的芯片工艺。除了光刻机之外,光刻胶等半导体材料对于芯片的光刻环节发挥了重要作用。南大光电公司自主研发的ArF光刻胶产品已经通过认证,打破了日本企业的垄断局面,成功获得第一个国产光刻胶订单。
被日德占据的光刻胶市场,南大光电正在打破垄断局面。或许大部分人都不知道光刻胶是什么,就好比版画刻印过程需要使用的油墨。由此不难看出,光刻胶的质量与芯片的良品率息息相关。
然而,全球的光刻胶市场被日本、德国等国家企业占据了80%以上的份额,特别是日本的“化学三大巨头”,包括JSR、TOK、信越,而且三大巨头还是世界上唯一可以供应EUV光刻胶的企业。在国外企业的垄断之下,国产半导体企业只能通过进口光刻胶实现生产。因此,南大光电公司实现国产光刻胶的强势崛起,可以推动光刻胶产业的发展。
国产光刻胶打破日本企业的垄断,面临的两个难点。在高端光刻胶市场上,日本企业更是出于高度垄断的地位。由于我国高度依赖进口的光刻胶,无论是研发技术还是市场规模,国产企业与国际巨头都存在明显的差距。在重重限制之下,国产光刻胶打破日本企业的垄断局面主要有两个难点。
其一:光刻胶产业的门槛越来越高,不仅需要投入大量的资金和技术,而且需要一批专业人才。值得一提的是,光刻胶对一致性和稳定性的要求十分严格。只要光刻胶的质量出现问题,就会带来严重的损失。除此之外,光刻胶必须符合差异化应用需求,按照不同客户和应用场景等需求进行调节。由此可见,光刻胶的细分种类复杂多样,根本无法实现标准化、模块化。
其二:由于光刻胶的验证周期较长,所以下游客户不会随意更换光刻胶制造厂商。在这种情况下,国产光刻胶难以打破当下的发展格局。
当然,这种情况不能说明国产光刻机无望打破传统。随着技术的积累,如今的南大光电公司已经发布了两条光刻胶生产线,ArF光刻胶正在广泛展开客户的验证任务,进一步扩大商用规模。在此期间,南大光电不仅发布了许多被国外企业垄断的中间体材料,而且发现了许多决定光刻胶性能的重要数据,推动了国产光刻胶的生产、制造等环节。为了研制出更加完美的光刻胶,南大光电投入了大量资金和人力。在我国半导体材料行业上,南大光电的研发支出增速与营收总额的占比已经处于前列。
国产光刻胶不会“被卡脖子”,日企垄断局面被打破。令人意想不到的是,南大光电仅仅用了一年时间,193nm ArF光刻胶研发项目就通过了使用认证,并且得到了第一份光刻胶订单,目前正在小批量销售。
由此可见,我国已经在光刻胶行业上打破了日本企业的垄断,并且开启了一条全新的发展道路。根据当前的测试结果进行分析,南大光电旗下的ArF光刻胶性能与日本企业研制的光刻胶产品基本处于同等水平,已经实现了ArF光刻胶的本土化和国产化,并且成为我国最先进的光刻胶产品,成功打破了长期被日本企业垄断的局面。
在南大光电举行的业绩说明大会上,南大光电对外披露:公司自主研制的ArF光刻胶产品与产业化项目建设了25吨光刻胶生产线。与此同时,南大光电已经在光刻机、原材料和生产设备方面进行布局。由于光刻胶的主要原材料是我国自主研发的,并且联合我国企业共同研制了生产设备,所以不会出现“被卡脖子”的风险。
光刻胶是芯片生产环节的重要材料,主要应用于光刻工艺。如果没有光刻胶,那么光刻机只是一堆价格昂贵的废铜烂铁。
因此,实现光刻胶的国产替代迫在眉睫。成功打破日本企业的垄断,南大光电自主研制的光刻胶产品目前正在验证,在未来发展有望得到更多的光刻胶订单。当下的南大光电公司已经成为国产光刻胶替代的企业巨头,在南大光电等国产企业的积极奋斗之下,相信我国能够在高端光刻胶市场上取得重大突破。对此,你有什么独到的见解呢?
光刻胶需要酞菁蓝颜料。
光刻胶photoresist又称光致抗蚀剂,由感光树脂、增感剂(见光谱增感染料)和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后,在曝光区能很快地发生光固化反应,使得这种材料的物理性能,特别是溶解性、亲和性等发生明显变化。
经适当的溶剂处理,溶去可溶性部分,到所需图像(见图光致抗蚀剂成像制版过程)。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂,品种较多。
根据其化学反应机理和显影原理,可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶。
基本信息:
酞菁与铜生成的铜酞菁具有非常鲜艳的蓝色,称为酞菁蓝。也称铜酞菁。
别名:还原蓝15:3;颜料蓝 15;酞菁蓝B;C.I.颜料蓝15;酞菁铜(II)等。
英文名:Copper phthalocyanine。
EINECS号:205-685-1。
熔点:600 oC (DEC.)。
安全术语:S24/25。
光刻胶有成为光制扛蚀机是光刻成像的承载介质,可以利用化学反应原理讲光哥系统中经过滤波颜色后的光信息转化为能量,完成掩膜图形的复制。 有消息称,日本东北213地震使得其企业的光刻胶出现了供应告急的问题,而信越更是宣布了关闭厂区,要知道日本信越占据全球光刻胶市场的20%。而光刻胶又是半导体的关键材料,日本信越宣布关闭厂区,就意味着全球光刻胶出现了供不应求的情况,其所带来的连锁反应就是加剧了芯片急慌的问题。
有相关数据显示,2018年之中,全球半导体市场结构之中光刻胶的占比达到了5.24%,被称之为半导体的核心材料。在全球半导体光刻胶市场之中,日本企业可以说是一家独大的,随随便便就能够形成垄断的现象,其占比达到了80%。其中前面讲到过的信越以及住友化学和TOK等等都是光刻胶市场领域之中的巨头,可是日本此次突发地震,使得光刻胶市场1度面临供不应求的状况。
我们国家在光刻胶领域几乎是一片空白。不过,目前已经有很多中国企业正在不断的追求国产替代,在PCB光刻胶市场,这种国产化率已经达到了50%。 虽然只是门槛相对较低的市场,但好歹也算是一定的成就吧,而在LCD光刻胶市场之中,国产化已经达到了5%。在这种领域之内,其实我们还需要面临很大的挑战。而此次日本光刻胶出现告急的情况,给中国的企业带来了一定的机遇。
目前,我们国家已经涌现了很多的光刻胶领头企业,填补在这上面所遇见的空白,其中就包括晶瑞股份,南大光电,上海新阳等等。在南大光电的努力之下,企业发的ARF193纳米光刻胶,已经通过了客户使用认证,成为中国首只通过产品验证的国产ARF光刻胶,代表着在光刻胶领域之中,我们又向前一步。除了南大光电之外,晶瑞股份也传来了消息,其KrF光交已经进入了客户测试阶段。要知道,晶瑞股份曾经花费巨资达到1102.5万美元从sk海力士手中收购了阿斯买的光刻机设备。这种光科技能够研发出最高28纳米的光刻胶。对于晶锐股份的ARF光刻胶以及ARfi光刻胶有着一定的推动作用。
而上海信阳花费7.32亿元推动集成电路制造,其中ARF光刻胶与KrF光刻胶成为其公司项目的主要攻克方向。不管是南大光电还是晶锐股份,又或者是上海新阳,这些企业为中国在光刻胶领域上面的发展填上了一笔又一笔色彩,使得我们在这个领域之中不再是小白的状态。除了在光刻胶领域之中,我们在其他很多领域之中也都获得了一定的成就。相信在全国上下无数企业的努力之下,我们一定能够完成在半导体内各个领域之中的突破。虽然我们底子薄弱,但是我们有不服输的精神,尽管我们起步晚,但是我们有决心。我们不能够决定我们在全球领域内会拥有多大的地位,但是我们能够决定我们付出多少就会收获多少。
近日,半导体领域迎来重磅消息,南大光电的ArF光刻胶取得突破,国产光刻胶终于来了!
南大光电光刻胶突破
早在5月30日,南大光电就已经发布公告称,公司自主研发的ArF光刻胶产品通过客户认证,具备55nm工艺要求。
7月2日,有报道称,南大光电的ArF光刻胶产品目前已经拿到了小批量订单。
这都在表明,国产光刻胶终于不再受制于人,而是实现国产化了。
芯片在制造过程中,除了硅这种主要材料之外,一些辅助材料也至关重要,其中有一种名为光刻胶的材料,在芯片制造过程中必不可少,然而,这个材料却长期被日本垄断,中国也在这方面一直被卡脖子。
而最近传出的一个消息,对我国半导体的发展非常不利,日本对中国供应的光刻胶出现了“断供”的现象。美国召开G7峰会后,日本宣布光刻胶断供中国,日本信越化学等光刻胶企业开始限制供应ArF光刻胶产品。
断供光刻胶,对半导体行业的人而言并不陌生,2019年日韩贸易冲突白热化,日本就断供了光刻胶,导致当时全球最大的芯片厂商三星陷入了困境之中。
虽然韩国积极向日本低头求和并开展自救,但芯片生产依然受到巨大影响,间接推动了2020年的芯片短缺。
巧妇难为无米之炊,没有了光刻胶,对于中国的晶圆厂而言是巨大的打击,芯片生产将被迫停止!
好在,光刻胶的国产化进程并不慢,日企断供短短半年时间,南大光电就已经将国产光刻胶投入市场中了。
南大光电,成立于2000年12月,是以南京大学国家863计划研究成果作为技术支持的中国高纯金属有机化合物MO源的产业化基地。
1986年,863计划启动,在高济宇院士的支持和指导下,学者孙祥祯牵头进行MO源的技术攻关。MO源是一种禁运物资,更是生产化合物半导体的源头材料,对我国国防安全、高 科技 民族工业有重要意义。
历经重重困难,孙祥祯带领的课题组终于研制出了纯度大于5.5N的多个品种的MO源,全面向国内近20家研究单位供货,缓解了我国对MO源的急求。
这项工艺不仅促进了国防工业的发展,更为国内化合物半导体材料的发展奠定了原始的基础。
孙祥祯退休后,带领年轻人创立了南大光电,注册资本3770万元,生产拥有自主知识产权的高纯金属有机化合物,是国内唯一实现MO源产业化的企业,公司的技术主要来源便是南京大学863计划中的项目。
公司主要产品有三甲基镓,三甲基铟,三甲基铝,二茂镁等十几种MO源,在产品的合成、纯化、分析、封装、储运及安全操作等方面已达到国际先进水平,产品远销日本、韩国、欧洲市场,并占有大陆70%的市场份额。
作为国内唯一将半导体光学原材料实现量产的企业,南大光电对于光刻胶可以说十分熟悉,也是最有可能突破光刻胶技术的企业。
中国半导体在崛起
光刻胶到底是做什么用的呢?
芯片生产过程中,需要用光学材料将数以万计的电路刻在小小的7nm的芯片上,而这种辅助的光学材料,就是光刻胶。
在光刻胶领域,材料主要分为四种,分别为g线、i线、KrF、ArF光刻胶,半导体工艺越高,光刻机的精度越高,照射的光线频率越高,波长越短。
光刻胶的分辨率会随着光线频率的改变而不断变化,基本的演进路线是:g线(436nm) i线(365nm) KrF(248nm) ArF(193nm) F2(157nm) EUV(
其中,ArF光刻胶的制造难度是最高的,这也是14nm/7nm芯片制造过程中不可或缺的原材料。
芯片的工艺也分等级,平板电脑、 汽车 芯片等工艺水平并不高,这各等级的芯片中国已经实现了从光刻机到芯片的完全自主化生产。真正困难的在于7nm的芯片,也就是华为遭到断供的手机芯片。
这种工艺的手机芯片,不仅需要荷兰ASML先进的EVU光刻机来生产,更需要高端的光刻胶作为辅助材料,以及大量的芯片原材料,才能成功生产出华为手机所需要的芯片。
光刻机被美国和荷兰的公司垄断,现在EVU光刻机对中国处于断供状态,中芯国际花了12亿购买的EVU光刻机至今仍未到货;
芯片原材料,虽然国内已有部分原材料实现自主生产,但是硅片、光掩模、电子特气、抛光材料、溅射靶材、光刻胶以及湿电子化学品这其中原材料完全依赖进口。
在全球光刻胶市场,日本东京应化,JSR,住友化学,信越化学等企业,掌握了全球半导体光刻胶市场的90%左右份额,几乎是垄断的状态。
方正证券的报告显示,中国大陆企业在全球光刻胶领域占有率不到13%,在半导体光刻胶领域更是不足5%,完全被日本卡了脖子!
但是,进入2021年以后,中国半导体行业国产化的趋势越来越强!
首先是光刻机领域,上海微电子已经实现28nm光刻机的量产,预计2022年可以交付,这款光刻机的性能与荷兰ASML的DVU光刻机相似,可以生产14nm制程工艺的芯片。
另外,美国虽然断供了最先进的EVU光刻机,但是制程工艺相对较低的DVU光刻机却没有断供,而荷兰ASML也明确表态过,EVU光刻机也可以用于7nm工艺芯片,英特尔的10nm工艺、台积电第一个7nm芯片,都是用DVU光刻机实现。
这意味着,2022年,现有的光刻机技术或许能够提前量产华为所需的7nm芯片,打破美国封锁。
而生产7nm工艺芯片所需要的ArF光刻胶,在7月2日就已经有国外企业向南大光电订购了,这意味着半导体光刻胶原材料也实现了自主化。
另外,南大光电,容大感光、上海新阳等国内企业,也在持续研发高端光刻胶,争取在现有技术上进一步突破,追上日本的光刻胶技术。
剩下的6种完全依赖进口的原材料,国内的企业肯定也已经发现了商机,正在朝着国产化转变;最关键的两项技术突破后,中国实现手机芯片国产化的日子也就不远了。
空谈误国、实干兴邦,中国的半导体行业,正在默默地奋力追赶,一如这次南大光电突然给市场来个惊喜一样,未来还将会看到更多的一鸣惊人的突破。
中国半导体,正在以惊人的速度崛起!
作者 | 金莱