引言:半导体制造的“血液”与“卡脖子”之痛
在半导体制造的数千道工序中,光刻是决定芯片性能和集成度的核心环节,而光刻胶(Photoresist)则是光刻工艺中不可或缺的“血液”。它通过光化学反应,将电路图精确地转移到硅片上,其性能直接决定了芯片的线宽、良率与成本。
然而,光刻胶的技术壁垒极高,长期以来,全球市场被日本的JSR、东京应化(TOK)、信越化学以及美国的陶氏化学等少数巨头垄断。特别是在应用于先进制程的ArF(193nm)和EUV(极紫外)光刻胶领域,国产化率极低,成为我国半导体产业链上最突出的“卡脖子”环节之一 。
一、光刻胶的“配方”壁垒:一场化学的极致较量
光刻胶并非单一物质,而是一种复杂的高分子化学配方,通常由四种核心组分构成:
1.成膜树脂(Resin):决定光刻胶的机械性能、耐刻蚀性和显影特性。
2.光致产酸剂(PAG):光刻胶的“灵魂”,在曝光后产生酸性物质,引发树脂的化学反应。
3.溶剂(Solvent):保证光刻胶均匀涂布在晶圆上。
4.添加剂(Additive):用于改善光刻胶的附着力、对比度等性能。
光刻胶的技术壁垒,本质上是对这四种组分极致纯度、精确分子量控制和复杂配方体系的掌握。
“国际巨头的光刻胶配方,是经过数十年积累的‘黑箱’,任何一个原材料的微小杂质或分子量分布的偏差,都可能导致晶圆厂良率的断崖式下跌。这种对化学精密度的要求,是国产化突围的首要难点。”
二、技术代差:从193i到EUV的跨越式挑战
随着芯片制程的不断微缩,光刻光源的波长也在不断缩短,这对光刻胶提出了几何级数增长的挑战。
光刻胶类型
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对应光源波长
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对应主流制程
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技术难度核心
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国产化现状(2025-2026)
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KrF
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248nm
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90nm - 180nm
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树脂合成与纯度控制
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已实现批量供货,国产化率较高。
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ArF (干式)
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193nm
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65nm - 45nm
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树脂的透明度与耐刻蚀性
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中试阶段,部分企业小批量供货。
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ArFi (浸没式)
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193nm
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28nm - 7nm
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双重曝光、高分辨率、缺陷控制
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加速突破,南大光电等已通过14nm验证并量产 。
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EUV
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13.5nm
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7nm - 3nm
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灵敏度、线边缘粗糙度(LER)、缺陷
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研发与小试阶段,预计2028年前实现产业化 。
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193i (ArFi)光刻胶是当前国产化突围的重点。它通过浸没式技术和多重曝光,将193nm的光源用于7nm制程,对光刻胶的缺陷控制和高分辨率要求极高。
EUV光刻胶则是下一代技术的制高点。由于EUV光的能量极高,光刻胶需要具备极高的灵敏度(Sensitivity),同时还要保证极低的线边缘粗糙度(LER),这要求光刻胶的化学反应和分子结构必须达到原子级的精确控制。目前,国内EUV光刻胶仍处于实验室向中试线过渡的关键阶段。
三、国产化突围的“铁三角”模式与最新进展
面对巨大的技术壁垒,国产光刻胶的突围并非单打独斗,而是依赖于“材料-设备-晶圆厂”的产业协同“铁三角”模式。
1.头部企业的关键突破
企业名称
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核心产品线
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最新里程碑(2025-2026)
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意义
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南大光电
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ArF/ArFi光刻胶
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ArFi光刻胶通过中芯国际14nm工艺验证,实现量产 。
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标志着国产光刻胶首次进入先进制程主流供应链,打破了国外垄断。
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彤程新材
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KrF光刻胶
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KrF光刻胶市占率超40%,并成为台积电二级供应商 。
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在成熟制程领域实现国产替代的领先地位,并成功进入国际大厂供应链。
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上海新阳
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ArF/ArFi光刻胶
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ArFi光刻胶进入客户验证阶段,并向上游核心原材料延伸。
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积极布局先进制程,通过产业链垂直整合降低原材料风险。
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2.核心原材料的向上游延伸
光刻胶的国产化,最终取决于核心原材料的自主可控。国内企业正积极向上游延伸,特别是光致产酸剂(PAG)和特种树脂的合成。通过掌握这些核心“配方”,才能从根本上摆脱对国际巨头的依赖。
3.标准体系的建立
国家标准的制定是产业成熟的标志。目前,国内正在积极推进《极紫外(EUV)光刻胶测试方法》等国家标准的制定,这将为国产EUV光刻胶的研发和产业化提供统一的规范和依据,加速其进入晶圆厂的验证流程 。
结论与展望:从“跟跑”到“并跑”
光刻胶的国产化突围是一场涉及化学、材料学、光学和精密制造的系统性工程。
•短期展望(2025-2026):国产光刻胶在 KrF/ArF 等成熟和主流制程领域的替代将加速,国产化率有望突破50%。
•中期展望(2027-2028):EUV光刻胶有望实现从实验室到中试线的突破,填补国内在5nm及以下制程核心耗材的空白。
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