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国产光刻胶自给率几近于无,上游这一原料瓶颈或是主因
时间:2023-06-14 09:32:28 点击次数:

目前芯片制造均是采用光刻工艺,而光刻工艺下,光刻胶是非常重要的材料。光刻胶是一种具有光敏化学作用的高分子聚合物材料,外观上呈现为胶状液体。涂在硅晶圆上,作为抗刻蚀层保护衬底表面。

当光刻机的光线照射至涂了光刻胶的硅晶圆上时,光刻胶就会发生变化,再经过后续的刻蚀等工序之后,电路图就会留在硅晶圆上了。

光刻胶在芯片制造中至关重要,同时光刻胶与芯片的工艺、光刻机的光线也是对应的。目前从市场来看,光刻胶分为g线、i线、KrF、ArF、EUV这么5种,对应着不同的芯片工艺和光刻机的技术。

从全球市场来看,光刻胶主要被日本厂商垄断,特别是EUV光刻胶,目前全球仅日本厂商能够生产。2021年市场数据为:在g线/i线、KrF、ArF、EUV光刻胶市场中,日本企业的市占率分别为61%、80%、93%,100%,总体份额超过75%。

1、光刻胶也分“三六九等”

光刻胶是一个名副其实的“大家庭”,用途广泛,按照从低端往高端的划分,分为PCB(印刷电路板)光刻胶、LCD(液晶显示屏)光刻胶和半导体光刻胶,也有少量光刻胶用于半导体封测等环节。半导体光刻胶还分为紫外宽谱(300~450nm)、g线(436nm)、i线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、EUV(13.5nm)等等。

国产光刻胶自给率几近于无,上游这一原料瓶颈或是主因

光刻胶上游材料主要是树脂、感光剂、溶剂和单体。不过,虽然大家都叫光刻胶,但“此”光刻胶非“彼”光刻胶,每种产品的组成和配方都千差万别,原材料的自给率和成本占比也大不相同。

是否受制于人决定了成本的高低。各类光刻胶中溶剂基本都能实现自给自足,因此成本占比最低。中低端光刻胶(PCB光刻胶、LCD光刻胶及g/i线半导体光刻胶)中,树脂已经可以国产化,从而还需依赖进口的光引发剂成本占比近60%。

高端光刻胶的树脂也需依赖进口,而树脂成本占比更高,达到60~70%甚至更高。根据南大光电公告,ArF树脂以丙二醇甲醚醋酸酯为主,质量占比仅 5%-10%,但成本占光刻胶原材料总成本的97% 以上,光引发剂则占比20%。早日用上充足稳定、物美价廉的原材料,是光刻胶行业长期以来的梦想。

2、为了生存,所以干到了全球第一

事实上,光引发剂不能和光刻机划等号。光引发剂除了在光刻胶中使用外,还广泛用于光固化领域,而后者的市场空间远大于光刻胶。

光固化技术是一种高效、环保、节能、优质的材料表面处理技术。通俗来说,涂料、油墨等材料一般都以溶液形式生产出来,涂覆的时候再自然固化或热固化,光固化是指在光(紫外光或可见光)的照射下固化。和前者相比,光固化具有高效(仅需几秒或几十秒)、环保(不含有挥发性溶剂)、节能、适应性好、经济等显著优点,广泛应用于建筑、汽车、木材、塑料、印刷电路板等领域,获得了快速的发展。

自2017年开始,国内的环保政策趋严,限制VOCs(挥发性有机物)的排放量,国内UV(紫外光固化)涂料的产量开始保持20%左右的增长速度,远超同期涂料总产量的增长速度。一般情况下,光引发剂的使用量在光固化材料中占比为 3%-5%。但由于光引发剂价格相对昂贵,其成本一般占到光固化产品整体成本的 10%-15%。

中国光固化光引发剂的发展是一段激励人心的发展历史。光引发剂源于欧美。光引发剂产业的发展起步于西方,过去光引发剂的生产基本被巴斯夫、汽巴等老牌欧美企业所垄断,大部分商品化品种均被专利保护。彼时,中国光引发剂产品一片空白,依赖进口,且产品价格昂贵。

国产光刻胶自给率几近于无,上游这一原料瓶颈或是主因

从九十年代中期开始,随着部分高效的光引发剂产品专利过期,国内企业相继生产出ITX、DETX、TPO、907 等高效光引发剂产品。根据RadTechChina 的报道,自2001 年起我国的光引发剂产量及出口量便双双跃居世界第一,实现这一切只用了不到十年。

当前,中国在光固化光引发剂领域全球遥遥领先。根据久日新材(688199)招股书披露,久日新材是全国产量最大、品种最全的光引发剂生产供应商,光引发剂业务市场占有率约 30%,在光固化剂领域具有全球影响力。中国光引发剂产量也增长迅速,中国感光学会辐射固化专业委员会统计数据显示,2019和2020年度我国光引发剂产量分别为3.84万吨4.54万吨,同比上升了18.23%。

3、何时能突破光刻胶光引发剂

最后,我们再把眼光投回到光刻胶光引发剂。同样名为“光引发剂”,光刻胶光引发剂能重现光固化光引发剂的辉煌吗?

当前,光刻胶用光引发剂的技术牢牢掌握在海外巨头的手中,基本形成了以巴斯夫、意大利Lamberti、IGM Resins 等大型跨国企业为主的寡头局面。中国企业的技术水平和发展现状距离这些公司还有较大的差距。

久日新材披露,公司在用于LCD光刻胶和半导体i/g线光刻胶的光引发剂上取得了一定成绩,但依然处于送样和小批量供货的阶段。强力新材(300429)2022年年报披露,其拥有半导体光刻胶光引发剂产能80吨/年,实现营业收入4979万元,规模依然较小。

那么,什么原因导致了中国光刻胶光引发剂的发展较为缓慢呢?首先,中国半导体和光刻胶产业先天不足,半导体行业属于“天上一日,地上一年”的行业,晚研发一年可能会导致产业整体落后发达国家好几年;另外,光刻胶的上游原材料“一胶一策”,每种都不一样。研发光刻胶光引发剂不仅仅需要归纳发散思维,还需要迁移思维甚至需要点“顿悟”,归纳发散思维类似于从“1+1”到“1+2”,迁移思维类似于从“1+1”到微积分,这一切都非常不容易;最后,中国半导体生态脆弱,上下游盲点很多,久日新材

位于光刻胶产业链的最上游,都要被迫自购光刻机用于研发。每家企业各自为战,既拖慢进度,又浪费资源。

当前,中国光刻胶及光刻胶光引发剂的发展依然前路漫漫。光刻胶是中国半导体产业链的短板,海外巨头们早已量产EUV光刻胶,国内主要企业还在“啃”ArF/KrF光刻胶,本身就落后世界先进技术好几代,也落后于同产业链上湿电子化学品、电子气体、靶材等材料;光刻胶光固化剂的进度则更慢,目前还在推进i/g线光刻胶光固化剂,又落后了好几代,也比同行业的溶剂和成膜树脂更慢。

从某种意义上,光刻胶光引发剂已经成为半导体产业链上“短板中的短板”,发展依然任重而道远,相关企业和科研院所更要加油了。

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