CAR 作用原理:在感光组成物中加入光致产酸剂,光致产酸剂(Photoacid Generator,PAG) 在光照射下生成酸,酸作为催化剂催化光刻胶树脂发生反应, 通过化学方法将光学信号进行放大,解决光刻胶的感光效率问题。同时,使用聚对 羟基苯乙烯作为主要的成膜树脂,解决了在 248 nm 波长下的透光性的问题。缺点: 曝光中产生酸,容易污染镜头,并且后烘过程中产生的 H + 扩散造成线边粗糙度的 增加。
g 线/i 线光刻胶:主要用酚醛树脂和重氮萘醌体系,酚醛树脂为成膜树脂、重氮萘 醌为感光剂,曝光后二者反应的部分易于溶于显影剂被去除。添加剂:在正型 i-线 光刻胶中加入添加剂可以提高抗刻蚀性能、感光性能等。
KrF 光刻胶:光源强度大大降低,对光刻胶敏感性提出极高要求,IBM 通过化学放 大光刻胶(Chemically Amplified Resists,CARs,也叫化学增幅胶),提高光刻胶感 光度。
ArF 光刻胶:聚甲基丙烯酸酯类型的光刻胶,随着光刻制程不断降低,光刻胶的胶 膜厚度也需要不断下降,尤其是在 193 nm 光刻工艺基础上,发展了 193 nm 浸没 式光刻以及多重曝光的技术以提升光刻胶的分辨率,这使得光刻胶的抗刻蚀性能需 要进一步提升(聚甲基丙烯酸酯类型的光刻胶抗腐蚀性能低)。
行业壁垒高耸,研发能力要求极高,资金需求巨大。在上述我们也对众多光刻胶进行 了简单的分类,但实际操作中由于各个客户的产品的要求不同,对应的光刻胶的具体需 求料号众多。这一点将会直接导致光刻胶企业在生产制作光刻胶的时候需要具备足够的 配方研发能力,对众多国内仍在起步的厂商无疑是个巨大的挑战。另一方面由于光刻胶 最终需要应用在光刻机上,以 ASML 为例,EUV 光刻机常年保持在 1 亿欧元左右, 248nm 的 KrF 光刻机也基本维持在一千万欧元以上。 从光刻胶全球市场来看,根据 Cision,2019 年约有 91 亿美元的市场规模,至 2022 年 预计将达到 105 亿美元,实现复合增长 5%。而其中半导体、LCD、PCB 这三类主要的 应用场景分别占据了市场空间的 24.1%、26.6%、及 24.5%,分别对应 2019 年的市场 规模 22 亿美元、24 亿美元、及 22 亿美元。
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Cision 同时也统计了中国光刻胶市场的规模,在 2019 年约为 88 亿元人民币,至 2022 年预计将达到 117 亿元人民币,实现复合增长 15%。如若我们根据全球光刻胶的应用 场景分布来看,在中国大陆所需要的半导体、LCD、及PCB的市场需求分别将达到21、 23、22 亿元人民币。 248nm及以上高端光刻胶为全球市场的主流。中国产业信息网的数据显示,2019年中 国光刻胶市场规模在 158 亿人民币,而其中半导体用光刻胶市场达到 20.7 亿人民币; 至 2020 年的预期,国内光刻胶市场有望达到 176 亿人民币,而半导体用光刻胶则将达 到 25 亿人民币,均将实现超过 10%的行业规模增长。而随着国内晶圆厂不断扩产,以 及制程和工艺的提高,有望在后续给光刻胶行业带来更大的增量空间。
然而我们复盘过往中国半导体光刻胶市场规模来看,通过智研产业研究院的统计,在 2015 年中国半导体光刻胶市场规模仅为 10 亿元左右,至 2020 年已经成功提高至约 25 亿人民币的市场规模。而其中的核心原因我们认为是中国半导体晶圆代工产业逐步完善, 晶圆厂产能持续增长带来的市场增长。而随着未来中国内地将要兴建更多的产能之时, 我们有望看到中国半导体光刻胶需求的持续高增长。
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虽然中国市场增速巨大,但是从产业端来看,全球共有 5 家主要的光刻胶生产企业。其 中,日本技术和生产规模占绝对优势。而其中在半导体光刻胶中,占据主导位置的还是 以日美两国为主。 国产光刻胶份额:受益于半导体、显示面板、PCB 产业东移的趋势,根据雅克科技,自 2011 年至今,光刻胶中国本土供应规模年华增长率达到 11%,高于全球平均 5%的增 速。根据智研咨询,2019 年中国光刻胶市场本土企业销售规模约 70 亿元,全球占比约 10%,发展空间巨大。目前,中国本土光刻胶以 PCB 用光刻胶为主,平板显示、半导 体用光刻胶供应量占比极低。中国半导体光刻胶的占比仅有 2%,LCD 仅为 3%,而最 为简单 PCB 光刻胶占比高达 94%。