01
有突破，但不多
近日，武漢太紫微光電科技有限公司推出的T150 A-光刻膠產品，宣佈已透過半導體工藝量產驗證，實現“配方全自主設計”。這意味著我國在半導體領域又突破了？先別太激動。
之前的文章中曾詳細介紹過光刻工藝的整個過程，而光刻膠和光刻機都是晶片生產不可或缺的核心材料和裝置。光刻膠是一種對光敏感的聚合物，由於它們對光的反應不同，從而決定了曝光後圖案的形成方式，如果曝光後可以被溶解，那就是正膠，如果不能溶解，那就是負膠。
從應用環節來看，光刻膠不僅是光刻工藝的必備材料，也是驅動產品更新的關鍵，決定了半導體圖形工藝的精密程度和良率。
據全球半導體行業協會資料，光刻膠在半導體材料價值中佔比近6%，光刻輔助試劑佔7.4%，二者共計13.4%，是矽片和電子氣體之外的第三大半導體材料。
這些都屬於耗材，且有效期短，80%以上的光刻膠在進廠後的有效期僅為90天，為了減少不必要的損失，晶圓廠的光刻膠庫存量一般不多。在產線滿載的晶圓廠裡通常會用到30多種光刻膠，其中部分產品甚至每個月都需進貨——這有點挪用汽車行業的“精益生產理念”。
現在再來看太紫微光電這款新產品。它對標的是美國陶氏杜邦的產品UV1610，屬於KrF光刻膠，主要用於製造90奈米到45奈米節點的晶片。不同的晶片製程對應的是不同的光刻機解析度，這就要不同效能的光刻膠來匹配。當然，製程越先進，所匹配的光刻膠效能要求就越強。
KrF光刻膠算是國際上比較常規且走量的一款光刻膠，其實我國在這個類目以前就有產品，不能算突破；要說具有“突破性”，太紫微光電提到的“能實現配方全自主設計”，確實值得側目。
02
壁壘在原材料也在於配方
業內之所以把光刻膠稱為“化工行業皇冠”，是因為它研發和生產難度極高，“不僅僅是一款材料那麼簡單”。
光刻膠屬技術驅動型行業，由於基板、解析度、蝕刻方式不同，不同光刻過程、不同廠商對光刻膠的要求多有不同，導致其產品種類多、更新快、質量要求高。因此，雖然光刻膠聽起來只是塗料，成分也不算複雜，但卻能有各種各樣有待我們突破的“壁壘”。
光刻膠的其實就是由樹脂、光敏劑、溶劑以及新增劑組成的。樹脂是主體成分，起到結構支撐的作用，用來整合其他成分；但樹脂對光是沒反應的，真正決定光刻膠有感光能力的其實是光敏劑，溶劑的作用就是調節光敏劑的粘度，使其能更好地塗覆於矽片上。新增劑則是為了改善光刻膠效能，比如提高膜厚均勻性、提高光刻膠的儲存穩定性等等。
大家能知道的都不能算門檻。雖然成分幾句話就能講完，但原材料的生產和配方往往就是難以逾越的大山。
樹脂和光敏劑是四種成分中最核心的物質，它倆在一款KrF光刻膠中的成本佔比能分別達到75%和23%，重要性不言而喻。
樹脂重要是因為它決定了光刻膠的基本物理和化學性質，甚至能直接決定最終光刻工藝能做成什麼樣的解析度。這是因為樹脂的化學特性，會影響它在溶解時的形態保持能力，例如樹脂的分子量、分子結構和玻璃化轉變溫度等引數會影響最終光刻圖案的線寬控制、解析度等。
光是精確的分子量和分子量分佈控制已經很難了，現代光刻工藝又對樹脂的分子結構提出了越來越高的要求，所以配方就成了一個非常關鍵的因素。
前面提到過，每種光源都有特定類別的光刻膠，這就是因為樹脂的配方不同，導致其在特定波長附近的光學表現不同，比如KrF光刻膠需要在248奈米處有較好的光學透明性，不然就會和光敏劑爭奪光源，最終導致曝光不均勻，影響圖案的精度。
也正因此，不同類別的光刻膠，它們的樹脂是不能通用的；哪怕是在同一類別，也要根據不同的製程節點匹配不同效能的光刻膠；有意思的是，不同廠家光刻膠的效能還都不一樣，這就是競爭點之一了。
再說光敏劑，光敏劑能夠吸收特定波長的紫外光或深紫外光，並將其能量轉移給光刻膠中的其他組分，例如酸產生劑（PAG），使其分解。PAG產生的酸會催化樹脂的化學反應：在正膠中，這個酸會促進樹脂的分解，使其容易被顯影液溶解掉；在負膠中，這個酸將會在曝光區域發生交聯反應，使曝光區域變得更堅挺，可以抗刻蝕。和樹脂一樣，光敏劑的成分和配比也很複雜，同樣是影響光刻膠效能的重要因素。
總的來說，光刻膠中的重要成分都會透過原材料和配方，來影響、改變光刻膠的效能，而光刻膠整體又是一個“混合物”，它也有個混合配方。同時這個行業又像鍊金術一樣，完全是個經驗學科，只能憑藉大量的實驗去驗證，不能根據產品去逆向揭秘配方。這就給了先發者諸多優勢。
日本就有數家公司在光刻膠領域投入幾十年，佔據了主要話語權，信越化學、東洋合成、住友電木和三菱化學等日本廠商都是光刻膠的原材料供應商或製造商，國內需要的樹脂，幾乎都要從這幾家廠商進口。這也是為什麼去年第一季度美國想要拖慢中國在GPU等晶片先進製程上的進度時，曾試圖拉攏日本。
目前根據中泰證券資料，國內光刻膠的平均自給率也就是國產化率，僅10%左右，高階ArF光刻膠則完全依賴進口。用於65奈米以下的ArF光刻膠大多處於研發或送樣階段；用於3—7奈米先進晶片的EUV光刻膠尚處於早期研發階段。
太紫微光電能掌握KrF光刻膠的配方相當於邁過一個門檻，值得肯定，但要讓下游客戶接受並且穩定供貨則又是一個難題——業內客戶一般不會輕易換供應商，所以這就要看產業鏈其他參與者的開放程度了。
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編輯｜張毅
稽核｜吳新
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