光刻胶配方全自主，在国内是个什么水平？

近日，武汉太紫微光电科技有限公司推出的T150 A-光刻胶产品，宣布已通过半导体工艺量产验证，实现“配方全自主设计”。这意味着我国在半导体领域又突破了？先别太激动。

之前的文章中曾详细介绍过光刻工艺的整个过程，而光刻胶和光刻机都是芯片生产不可或缺的核心材料和设备。光刻胶是一种对光敏感的聚合物，由于它们对光的反应不同，从而决定了曝光后图案的形成方式，如果曝光后可以被溶解，那就是正胶，如果不能溶解，那就是负胶。   

正胶负胶的区别          

从应用环节来看，光刻胶不仅是光刻工艺的必备材料，也是驱动产品更新的关键，决定了半导体图形工艺的精密程度和良率。

据全球半导体行业协会数据，光刻胶在半导体材料价值中占比近6%，光刻辅助试剂占7.4%，二者共计13.4%，是硅片和电子气体之外的第三大半导体材料。

这些都属于耗材，且有效期短，80%以上的光刻胶在进厂后的有效期仅为90天，为了减少不必要的损失，晶圆厂的光刻胶库存量一般不多。在产线满载的晶圆厂里通常会用到30多种光刻胶，其中部分产品甚至每个月都需进货——这有点挪用汽车行业的“精益生产理念”。

现在再来看太紫微光电这款新产品。它对标的是美国陶氏杜邦的产品UV1610，属于KrF光刻胶，主要用于制造90纳米到45纳米节点的芯片。不同的芯片制程对应的是不同的光刻机分辨率，这就要不同性能的光刻胶来匹配。当然，制程越先进，所匹配的光刻胶性能要求就越强。   

KrF光刻胶算是国际上比较常规且走量的一款光刻胶，其实我国在这个类目以前就有产品，不能算突破；要说具有“突破性”，太紫微光电提到的“能实现配方全自主设计”，确实值得侧目。

业内之所以把光刻胶称为“化工行业皇冠”，是因为它研发和生产难度极高，“不仅仅是一款材料那么简单”。

光刻胶属技术驱动型行业，由于基板、分辨率、蚀刻方式不同，不同光刻过程、不同厂商对光刻胶的要求多有不同，导致其产品种类多、更新快、质量要求高。因此，虽然光刻胶听起来只是涂料，成分也不算复杂，但却能有各种各样有待我们突破的“壁垒”。

光刻胶的其实就是由树脂、光敏剂、溶剂以及添加剂组成的。树脂是主体成分，起到结构支撑的作用，用来整合其他成分；但树脂对光是没反应的，真正决定光刻胶有感光能力的其实是光敏剂，溶剂的作用就是调节光敏剂的粘度，使其能更好地涂覆于硅片上。添加剂则是为了改善光刻胶性能，比如提高膜厚均匀性、提高光刻胶的储存稳定性等等。

大家能知道的都不能算门槛。虽然成分几句话就能讲完，但原材料的生产和配方往往就是难以逾越的大山。

树脂和光敏剂是四种成分中最核心的物质，它俩在一款KrF光刻胶中的成本占比能分别达到75%和23%，重要性不言而喻。

树脂重要是因为它决定了光刻胶的基本物理和化学性质，甚至能直接决定最终光刻工艺能做成什么样的分辨率。这是因为树脂的化学特性，会影响它在溶解时的形态保持能力，例如树脂的分子量、分子结构和玻璃化转变温度等参数会影响最终光刻图案的线宽控制、分辨率等。  

光是精确的分子量和分子量分布控制已经很难了，现代光刻工艺又对树脂的分子结构提出了越来越高的要求，所以配方就成了一个非常关键的因素。

前面提到过，每种光源都有特定类别的光刻胶，这就是因为树脂的配方不同，导致其在特定波长附近的光学表现不同，比如KrF光刻胶需要在248纳米处有较好的光学透明性，不然就会和光敏剂争夺光源，最终导致曝光不均匀，影响图案的精度。

也正因此，不同类别的光刻胶，它们的树脂是不能通用的；哪怕是在同一类别，也要根据不同的制程节点匹配不同性能的光刻胶；有意思的是，不同厂家光刻胶的性能还都不一样，这就是竞争点之一了。

再说光敏剂，光敏剂能够吸收特定波长的紫外光或深紫外光，并将其能量转移给光刻胶中的其他组分，例如酸产生剂（PAG），使其分解。PAG产生的酸会催化树脂的化学反应：在正胶中，这个酸会促进树脂的分解，使其容易被显影液溶解掉；在负胶中，这个酸将会在曝光区域发生交联反应，使曝光区域变得更坚挺，可以抗刻蚀。和树脂一样，光敏剂的成分和配比也很复杂，同样是影响光刻胶性能的重要因素。

做光刻胶就像炼金术，配方只能自行实验

总的来说，光刻胶中的重要成分都会通过原材料和配方，来影响、改变光刻胶的性能，而光刻胶整体又是一个“混合物”，它也有个混合配方。同时这个行业又像炼金术一样，完全是个经验学科，只能凭借大量的实验去验证，不能根据产品去逆向揭秘配方。这就给了先发者诸多优势。   

日本就有数家公司在光刻胶领域投入几十年，占据了主要话语权，信越化学、东洋合成、住友电木和三菱化学等日本厂商都是光刻胶的原材料供应商或制造商，国内需要的树脂，几乎都要从这几家厂商进口。这也是为什么去年第一季度美国想要拖慢中国在GPU等芯片先进制程上的进度时，曾试图拉拢日本。

目前根据中泰证券数据，国内光刻胶的平均自给率也就是国产化率，仅10%左右，高端ArF光刻胶则完全依赖进口。用于65纳米以下的ArF光刻胶大多处于研发或送样阶段；用于3—7纳米先进芯片的EUV光刻胶尚处于早期研发阶段。

太紫微光电能掌握KrF光刻胶的配方相当于迈过一个门槛，值得肯定，但要让下游客户接受并且稳定供货则又是一个难题——业内客户一般不会轻易换供应商，所以这就要看产业链其他参与者的开放程度了。   

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