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半導體等精密電子器件制造的核心流程:光刻工藝

FQPg_cetc45_wet ? 來源:半導體工藝與設備 ? 作者:半導體工藝與設備 ? 2022-06-21 09:30 ? 次閱讀

光刻工藝是半導體等精密電子器件制造的核心流程,主要工藝流程包括前處理、涂膠、軟烘烤、對準曝光、PEB、顯影、硬烘烤和檢驗。光刻工藝通過上述流程將具有細微幾何圖形結構的光刻膠留在襯底上,再通過刻蝕等工藝將該結構轉移到襯底上。

光刻膠作為影響光刻效果核心要素之一,是電子產業的關鍵材料。光刻膠由溶劑、光引發劑和成膜樹脂三種主要成分組成,是一種具有光化學敏感性的混合液體。其利用光化學反應,經曝光、顯影等光刻工藝,將所需要的微細圖形從掩模版轉移到待加工基片上,是用于微細加工技術的關鍵性電子化學品。

因其在半導體等電子器件制造過程中的關鍵作用,光刻膠成為我國重點發展的電子產業關鍵材料之一。

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根據顯影效果不同,光刻膠可分正性光刻膠和負性光刻膠。正性光刻膠的曝光部分溶于顯影劑,顯影時形成的圖形與掩膜版上的圖形相同。

負性光刻膠的曝光部分不溶解于顯影劑,顯影時形成的圖形與掩膜版相反。兩者的生產工藝流程基本一致。

正性膠已成為主流半導體光刻膠。負性光刻膠最早應用在半導體光刻工藝中,但由于顯影時易變形和膨脹,1970s以后正性光刻膠成為主流。目前,在半導體光刻膠領域,g線、i線、ArF線均以正膠為主。

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根據應用領域的不同,光刻膠可分為PCB光刻膠、LCD光刻膠和半導體光刻膠。其中,PCB光刻膠的技術壁壘最低,半導體光刻膠的技術門檻最高。PCB光刻膠主要包括干膜光刻膠、濕膜光刻膠、光成像阻焊油墨。LCD領域光刻膠主要包括彩色光刻膠和黑色光刻膠、觸摸屏光刻膠、TFT-LCD光刻膠。

半導體光刻膠包括普通寬普光刻膠、g線(436nm)、i線(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)及最先進的EUV(《13.5nm)光刻膠,級越往上其極限分辨率越高,同一面積的硅晶圓布線密度越大,性能越好。

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光刻膠處于電子產業鏈核心環節,是半導體國產化的關鍵一環。光刻膠在電子產業鏈舉足輕重,其上游是精細化工行業,下游是半導體、印制電路板、液晶顯示器等電子元器件制造行業。

其中,半導體是光刻膠技術門檻最高的下游領域。在半導體精細加工從微米級、亞微米級、深亞微米級進入到納米級水平的過程中,光刻膠起著舉足輕重的作用,其生產制造也因此成為半導體產業鏈自主化的關鍵一環。

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光刻膠市場穩定成長,半導體類亟待國產化

光刻膠市場穩定成長,中國大陸領跑全球。根據Cision數據,2019年,全球整體光刻膠市場規模為91億美元,而到2022年則有望達到105億美元,年均復合增速5%。其中,作為全球最大電子產品進出口國,中國占據了光刻膠最大的市場份額。同時,伴隨中國在半導體、面板和PCB等電子元器件的市場影響力逐年提升,國內光刻膠市場規模快速擴大,根據SEMI數據,2015-2020年中國光刻膠市場規模由100億元增長至176億元,年均復合增速12.0%。

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國內缺乏半導體光刻膠供應能力,國產替代空間廣闊。分品類來看,在全球光刻膠市場,半導體、LCD、PCB類光刻膠各自占有27%、24%和24%的份額。其中半導體光刻膠占比最高,也是技術難度最高、成長性最好的細分市場。

不過,目前我國半導體光刻膠和面板光刻膠制造能力仍較弱,中國光刻膠企業主要生產技術水平較低的PCB用光刻膠,占整體生產結構中的94%。我國本土的半導體光刻膠及面板光刻膠供應能力十分有限,主要依賴進口,因此其國產替代空間廣闊。

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始于歐美盛于日本,中國大陸能否接棒

光刻膠產業最早由歐美主導,日本廠商后來居上。1839年,第一套“光刻系統”重鉻酸鹽明膠誕生。此后經過百年發展,光刻膠技術開始成熟,1950s,德國Kalle公司制成重氮萘醌-酚醛樹脂印刷材料,曝光光源可采用g線、i線。1980s,IBM使用自研的KrF光刻膠突破了KrF光刻技術。隨后,東京應化于1995年研發出KrF正性光刻膠并實現大規模商業化,因此迅速占據市場,這標志著光刻膠正式進入日本廠商的霸主時代。

此后光刻技術仍在持續進步,ArF、EUV光刻膠先后問世。2000年,JSR的ArF光刻膠成為半導體工藝開發聯盟認證的下一代半導體0.13μm工藝的抗蝕劑。2001,東京應化也推出了自己的ArF光刻膠產品。2002年,東芝開發出分辨率22nm的低分子EUV光刻膠。JSR在2011年與SEMATECH聯合開發出用于15nm工藝的化學放大型EUV光刻膠。

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目前日本企業在光刻膠領域仍保持壟斷地位。光刻膠的核心技術被日本和歐美企業所掌握,并且由于光刻膠的特殊性質,市場潛在進入者很難對成品進行逆向分析,因此光刻膠產業呈現日本企業寡頭壟斷格局。世界主要光刻膠企業有日本JSR、東京應化、信越化學,美國陶氏化學、韓國東進世美等。中國光刻膠產業規模仍較小,但已有眾多廠商積極布局,主要包括晶瑞電材、北京科華、華懋科技、上海新陽等。

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四大核心壁壘即是判斷標準

光刻膠產業鏈共有四大壁壘,從上游至終端分別是原材料壁壘、配方壁壘、設備壁壘和認證壁壘。其中,原材料壁壘和配方壁壘對光刻膠廠商從原料合成以及差異化研發能力提出較高要求。設備壁壘主要是研發中配套使用的,以光刻機為和核心的半導體設備,由于先進半導體設備往往價格不菲,因此這也構成光刻膠開發的壁壘之一。

此外,光刻膠雖是半導體制造的核心材料,但其成本占整體制造流程中的比例并不高,因此下游廠商更換意愿低,再加之光刻膠本身長達數年的認證周期,這就構成了下游認證壁壘。

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過去,受限于多項壁壘壓制,國內光刻膠廠商只能在夾縫中生存,產品基本集中在較低端的PCB光刻膠。而當前,國產光刻膠正處于替代窗口期,行業壁壘有逐步被打開的趨勢。

首先,國內光刻膠廠商經過多年積累,已儲備了更豐富的光刻膠生產技術,頭部廠商諸如北京科華、晶瑞電材等已經在KrF、ArF等高端品類中嶄露頭角,因此配方壁壘和原材料壁壘,在國內技術儲備接近突破奇點的位置上,有望被一定程度上打破。

同時,資本市場對光刻膠的投資升溫也大幅拉動了光刻膠企業的融資能力。設備壁壘的本質是資金壁壘,在資金充足的情況下,國內廠商正積極購置先進光刻機等高端設備,以匹配先進制程產品研發。

此外,國產化需求增強了下游晶圓廠對國內光刻膠供應商的認證意愿,再加之信越化學斷供等意外事件,國內光刻膠已經進入客戶認證加速期。

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光刻工藝從半導體到PCB,國產光刻膠持續突破

從市場占比來看,半導體、PCB與LCD三類光刻膠市場份額接近。其中,半導體作為成長動力最強、發展空間最廣、技術含量最高的下游市場,應當是國產光刻膠突破最核心的方向。同時,PCB和LCD光刻膠國產化也仍有不小空間,因此,本章將就光刻膠三大下游應用品類進行分類論述,以梳理不同類別光刻膠的投資邏輯。

半導體光刻膠:KrF、ArF為核心方向

光刻和刻蝕決定了芯片的最小特征尺寸,是大規模集成電路制造的過程中最重要的工藝。光刻和刻蝕工藝占芯片制造時間的40%-50%,占制造成本的30%。在圖形轉移過程中,一般要對硅片進行十多次光刻。光刻膠需經過硅片清洗、預烘、涂膠、前烘、對準、曝光、后烘、顯影、刻蝕等環節,將掩膜版上的圖形轉移到襯底上,形成與掩膜版對應的幾何圖形。

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隨著半導體制程由微米級、亞微米級、深亞微米級進入到納米級階段,配套光刻膠的感光波長也由紫外寬譜向g線(436nm)→i線(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→F2(157nm)的方向轉移,以達到集成電路更高的密集度,從而滿足市場對于半導體小型化、功能多樣化的的需求。

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ArF光刻膠占據半導體光刻膠市場四成份額,是目前最重要的半導體光刻膠之一。ArF光刻膠主要用于ArF準分子激光光源的DUV光刻機的光刻工藝當中,感光波長為193nm,可用于130nm-14nm芯片工藝制程(其中干式主要用于130nm-65nm工藝,浸沒式主要用于65nm-14nm工藝。),部分晶圓廠甚至可以使用ArF光源做到7nm制程。以中芯國際收入結構為例,在1Q21收入中66%的收入來自ArF光刻膠對應制程,其重要程度可見一斑。

目前,KrF光刻膠和g/i線光刻膠分別占據22%、24%份額,均是重要的成熟制程光刻膠。KrF光刻膠主要用于KrF激光光源光刻工藝,對應工藝制程在250nm-150nm;而g/i線光刻膠主要用于高壓汞燈光源的光刻工藝,對應350nm及以上工藝制程。

此外,用于極紫外光刻的EUV光刻膠是目前應用制程最先進的光刻膠產品,主要用于7nm及以下先進制程的光刻工藝,該產品目前仍處于應用早期,其市場份額較小且難以統計,不過未來有望成長為光刻膠最核心的細分市場之一。

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日本廠商在半導體光刻膠領域占據絕對主導地位。從整體市場來看,日本企業在光刻膠市場占據七成以上份額,其中JSR株式會社實現了光刻膠產品全覆蓋,是全球光刻膠龍頭廠商。其他主要廠商包括日本的東京應化、富士電子、信越化學和住友化學,美國的陶氏化學和韓國的東進世美肯等。

從細分市場來看,日本廠商幾乎壟斷先進制程市場。在g/i線光刻膠領域,除了日系廠商外,還有韓國東進世美肯和美國杜邦各自占據12%和18%份額。而在KrF領域,主要非日系廠商僅剩美國杜邦,占據11%份額。再到ArF光刻膠市場,美國杜邦份額也僅有4%,這一細分市場幾乎被日系廠商壟斷。至于目前工藝制程最先進的EUV光刻膠,則更是被JSR和信越化學兩家日系廠壟斷。

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國內半導體光刻膠企業主要包括晶瑞電材(蘇州瑞紅)、彤程新材(北京科華)、上海新陽、華懋科技(徐州博康)和南大光電等。國內光刻膠產品主要集中在g/i線市場,而KrF和ArF光刻膠仍處于技術積累和市場開拓期。

不過,國內企業已在KrF以上級別產品中有所突破。KrF光刻膠方面:

北京科華和徐州博康已具備批量供貨能力;

晶瑞電材已完成中試;

上海新陽已通過客戶認證并取得第一筆訂單。

ArF光刻膠方面,五家廠商均已購置了ArF光刻機用于產品研發,目前正處于技術開發或客戶驗證中。2021年7月初,南大光電自主研發的ArF光刻膠通過客戶認證,成為國內通過產品驗證的第一只國產ArF光刻膠。未來隨著國內光刻膠企業不斷在KrF領域拓寬客戶,并在ArF市場完成技術布局,國產光刻膠有望實現全面突破。

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面板光刻膠:國產化空間廣闊

光刻工藝同樣也是液晶面板制造的核心工藝,通過鍍膜、清洗、光刻膠涂覆、曝光、顯影、蝕刻等工序,將掩膜版上的圖形轉移到薄膜上,形成與掩膜板對應的幾何圖形,從而制得TFT電極與彩色濾光片。面板光刻膠在其中扮演了重要的角色,是LCD產業鏈上游至關重要的核心材料。

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面板光刻膠主要分為TFT-LCD光刻膠、彩色光刻膠和黑色光刻膠、和觸摸屏光刻膠。三類面板光刻膠被應用在LCD制造過程的不同工序中。TFT-LCD光刻膠用于加工液晶面板前段Array制程中的微細圖形電極;彩色光刻膠和黑色光刻膠用于制造LCD中的彩色濾光片;觸摸屏光刻膠用于制作觸摸電極。

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伴隨顯示產業轉移,國內面板光刻膠市場規模快速擴張。從2009年開始,面板產業鏈逐漸向中國轉移。經過十年的快速擴張,中國面板行業后來居上。目前全球前三大液晶面板供應商京東方、華星光電、惠科光電均為中國廠商,中國已經主導液晶顯示產業。

而隨著我國面板產能的不斷擴張,面板光刻膠作為核心材料,需求量也在不斷增加。根據產業信息網的數據,2015-2020年,中國面板光刻膠市場規模由3.07億美元成長為10.2億美元,年均復合增速27.14%。盡管國內市場對于LCD光刻膠的需求量不斷增長,但我國面板光刻膠生產能力仍嚴重不足。

目前面板光刻膠的生產被日韓廠商壟斷,以需求最多的彩色光刻膠為例,根據前瞻產業研究院數據,東京應化、LG化學、東洋油墨、住友化學、三菱化學、奇美等日本、韓國和中國臺灣企業占據了90%以上的市場份額,我國本土供應能力較弱。

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在LCD光刻膠巨大需求空間的背景下,國內廠商也在積極進行LCD光刻膠的國產化。國內面板光刻膠的主要廠商有北旭電子、晶瑞電材、容大感光、雅克科技、欣奕華等。目前,北旭電子適用于4MASK工藝的Halftone光刻膠實現量產,公司生產的高分辨率光刻膠也已通過客戶初步認證,面板用正性光刻機實現全線覆蓋。

飛凱材料TFT-LCD光刻膠已經形成穩定銷售,面板用光刻膠業務的大幅提升,2021Q1營收同比增長53%。博硯電子的黑色光刻膠已經完成開發和中試工作,整體技術達到國際先進。雅克科技收購LG化學彩色光刻膠事業部的生產機器設備、存貨、知識產權等,掌握了彩色光刻膠和正性光刻膠的制程工藝。

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PCB光刻膠:國內廠商多點開花

PCB光刻膠是印制線路板重要的上游原材料之一,占PCB制造成本的3%-5%。可分為干膜光刻膠、濕膜光刻膠與光成像阻焊油墨。干膜光刻膠是由液態光刻膠在涂布機上和高清潔度的條件下均勻涂布在載體PET膜上,經烘干、冷卻后覆上PE膜,收卷而成的薄膜型光刻膠。濕膜光刻膠的工作原理是將其涂布在敷銅板上,干燥后進行曝光顯影。

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濕膜光刻膠的性能優于干膜,目前正在加速替代干膜光刻膠。濕膜具有精度更高,價格更低廉的優勢,能夠滿足PCB高性能的要求。但同時操作難度更高,廢液會污染環境。干膜具有附著性強、操作簡便,易于加工、環境友好的特點,在處理高密度電路上更有優勢。但導致電路缺陷的可能性更大。

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光成像阻焊油墨是在PCB的制造過程中起阻焊作用的油墨,能夠防止焊錫搭線造成的短路,可保證印刷電路板在制作、運輸、貯存、使用時的安全性、電性能不變性。

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憑借我國在勞動力和資源等方面的優勢,21世紀以來,PCB產業開始向國內轉移,國內廠商逐步掌握了PCB上游關鍵原材料的核心技術,有效降低了成本,大幅提升了產能。據中商產業研究院估計,2019年全球印制電路板產值約637億美元,我國PCB市場規模達到329.4億美元,占全球市場的份額超過50%,是全球最大的PCB生產國。預計在2021年產值能達到370.5億美元。同時,2000-2019年間,日本、美國和歐洲產能所占份額從70%降至7%。

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我國目前已經成為世界PCB產業鏈的主導者,而作為PCB的關鍵原材料之一,PCB光刻膠的需求也在不斷增加。根據產業信息網的預估,2020年我國PCB光刻膠的市場規模為85億元,隨著PCB向更高的精度發展,市場對PCB光刻膠的質量將會有更高的要求。

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雖然我國擁有全球近一半的PCB產能,但PCB光刻膠市場仍然是日本主導。根據前瞻產業研究院的測算,臺灣長興化學、日本旭化成、日本日立化成三家企業就占據了干膜光刻膠超80%的市場份額。根據產業信息網的數據,在光成像阻焊油墨方面,僅日本一家企業太陽油墨就占據了60%的世界市場份額。

根據中商產業研究院數據,我國PCB光刻膠國產化率約50%。由于PCB光刻膠的技術壁壘遠低于LCD光刻機和半導體光刻膠,因此在三類光刻膠中,PCB光刻膠的國產替代進程最快。中國內資企業已在國內PCB市場中占據50%以上的市場份額。在我國PCB光刻膠生產企業中,本土企業占六成。

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國內市場研發進程加速。目前,容大感光、廣信材料、東方材料、北京力拓達等內資企業已占據國內50%左右的濕膜光刻膠和光成像阻焊油墨市場份額。國內企業中,飛凱材料、容大感光、廣信材料等已有相應PCB光刻膠產品投產。廣信材料公司年產8000噸感光材料為PCB油墨系列產品已經生產爬坡。

容大感光的車載PCB用阻焊油墨,已經成功應用于多個知名品牌的汽車上,目前年銷售量在100噸以上,后續會加大研發投入,并積極進行市場推廣。

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光刻工藝晶圓廠擴產+信越斷供,國產替代進入窗口期

在光刻膠產業最核心的半導體光刻膠領域,目前國產替代趨勢正愈演愈烈,除了下游廠商從供應鏈安全角度扶持國產光刻膠以及國家政策支持等因素外,還有國內外晶圓廠擴產潮帶來的需求爆發和認證窗口期。再加之全球光刻膠巨頭信越化學受地震影響而減產,斷供了部分中小晶圓廠,進一步加劇了半導體光刻膠產品短缺,也為國內光刻膠企業提供了寶貴的替代窗口期。

晶圓廠擴產潮來襲,光刻膠市場再啟成長

全球晶圓廠發力新線建設,拉動光刻膠需求成長。為了滿足5G通訊、新能源汽車、高性能計算、線上服務和自動化等對半導體日益增長的強勁需求,世界各大半導體制造商將在未來兩年分別新建19座和10座高容量晶圓廠。中國大陸和中國臺灣在未來兩年將分別建立8座晶圓廠,美國新建6座。這29座晶圓建成后將新增260萬片/月的晶圓產能,有望拉動全球半導體光刻膠市場規模繼續高速成長。

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國內晶圓廠建設火熱進行,光刻膠進入認證窗口期。隨著中美貿易沖突以來,國內對芯片行業的重視程度越來越高,中國大陸半導體制造商正加速擴產。例如長江存儲和紫光國微的在建產線建成后,每月將各有30萬片的新增產能。中芯國際目前有三條產線在建,晶合集成有一條4萬片/月的在建產線和16萬片的規劃產線、待投產后每月將各多釋放20萬片新產能。截止2021年8月,國內主要晶圓廠計劃擴充的產能約468.48萬片/月(折8英寸),僅2021年預計新增的產能就有約75.58萬片/月(折8英寸)。

中國大陸的晶圓廠產能擴張將大幅拉動國產光刻膠的市場需求。同時,相較于穩定產線,光刻膠產品在新建產線的客戶導入難度更低,因此國產光刻膠企業有望伴隨下游晶圓廠建設,而一同進入行業發展黃金時期。

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意外事件加劇供不應求,大基金投資彰顯信心

日本地震導致信越化學光刻膠減產,斷供缺口打開國產替代窗口期。2021年2月13日,日本福島東部海域發生7.3級地震,日本光刻膠大廠信越化學在當地的KrF產線遭到破壞被迫暫停生產。因此其向中國大陸多家晶圓廠限制供貨KrF光刻膠,并向小規模晶圓廠通知停止供貨KrF光刻膠。

由于日本信越化學占據世界22%左右的KrF光刻膠市場份額。因此,信越減產將使得KrF光刻膠供應存在較大的缺口,對于國產企業而言是寶貴的替代機遇。

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意外事件有望加速國產光刻膠驗證。國產光刻膠經歷多年發展已經形成了較為豐富的技術積累,目前多家國內廠商的KrF、ArF光刻膠已經處于產品驗證中,如北京科華、上海新陽和徐州博康的ArF干法光刻膠和晶瑞電材的KrF光刻膠等等。而此次信越意外斷供無疑加劇了光刻膠短缺,也間接推動了國產光刻膠驗證加速。

大基金加碼光刻膠廠商彰顯信心。2021年7月,南大光電控股子公司寧波南大廣電擬通過增資擴股方式引入戰略投資者大基金二期。大基金二期將以1.83億元認購南大光電新增注冊資本0.67億元。大基金二期入股寧波南大廣電,不僅能夠擴充企業的資金實力,同時也將進一步增強企業與國內半導體設備、芯片制造頭部企業的協同,從而加快光刻膠業務的發展,改變國內高端光刻膠受制于人的現狀。

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光刻工藝加速布局把握機遇,推進光刻膠國產化

目前,在半導體光刻膠領域,國內廠商在技術實力、市場影響力、份額占比等方面仍落后于日韓領先企業。不過,在晶圓廠擴產潮以及半導體國產化如火如荼的趨勢下,中國光刻膠廠商迎來了絕佳的發展機遇期。目前已有部分領先企業,如晶瑞電材、北京科華等,開始嶄露頭角,在KrF、ArF等高端光刻膠領域實現從零到一的突破。中國光刻膠產業有望步入快速成長期。

晶瑞電材:國內光刻膠領域先驅,加速高端產品科研攻關

晶瑞電材是一家微電子材料的平臺型高新技術企業,其圍繞泛半導體材料和新能源材料兩大方向,主要產品包括光刻膠及配套材料、超凈高純試劑、鋰電池材料和基礎化工材料等,廣泛應用于半導體、新能源、基礎化工等行業。

子公司蘇州瑞紅深耕光刻膠近30年,產品類型豐富。晶瑞電材子公司蘇州瑞紅1993年開始光刻膠生產,承擔并完成了國家02專項“i線光刻膠產品開發及產業化”項目。公司近30年致力于光刻膠產品的研發和生產,光刻膠產品類型覆蓋高中低分辨率的I線、G線紫外正性光刻膠、環化橡膠型負性光刻膠、化學增幅型光刻膠、厚膜光刻膠等類型,應用行業涵蓋IC、TFT-array、LED、Touchpanel、先進封裝等領域。

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半導體光刻膠方面,公司g線、i線產品已實現量產,客戶覆蓋國內一流廠商。蘇州瑞紅完成了多款g線、i線光刻膠產品技術開發工作,并實現銷售。取得中芯國際、揚杰科技、福順微電子等國內企業的供貨訂單,并在士蘭微、吉林華微、深圳方正等知名半導體廠進行測試。目前公司正不斷擴大g/i線光刻膠的市場占有率。

同時,公司持續推進KrF/ArF深紫外線光刻膠科研攻關。目前,KrF(248nm深紫外)光刻膠已完成中試,產品分辨率達到了0.25~0.13μm的技術要求,建成了中試示范線。公司于2020年下半年購買ASML1900Gi型光刻機設備,ArF高端光刻膠研發工作正式啟動,旨在研發滿足90-28nm芯片制程的ArF(193nm)光刻膠。

LCD光刻膠方面,公司2016年與日本三菱化學株式會社在蘇州設立了LCD用彩色光刻膠共同研究所,為三菱化學的彩色光刻膠在國內的檢測以及中國國內客戶評定檢測服務,并于2019年開始批量生產供應顯示面板廠家。

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公司持續投入研發資源,引進高端技術人才。2020年公司研發投入為3,384.70萬元,占營業收入的3.31%,研發人員增長至96人,占員工比例的16.6%。截至2020年底,公司及控股子公司已獲授權專利70項,其中發明專利43項,實用新型專利27項,其中光刻膠相關的已獲授權發明專利17項。

公司重視高端技術人才的引進,近期邀請陳韋帆先生擔任光刻膠事業部總經理職務。陳韋帆先生深耕半導體行業近20年,曾先后履職力晶、日月光、友達光電、美光(臺灣)、TOK等知名半導體企業,尤其在高端光刻膠產品的技術研發、市場開拓及評價實施上擁有豐富的經驗。此次陳韋帆先生的加入將會大力提高公司在高端光刻膠的研發及市場推廣的速度。

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隨著我國芯片制造行業國產替代進程加速,2020年公司核心產品光刻膠及配套材料的銷售取得歷史最好成績,全年實現銷售1.79億元,同比增長16.98%。與此同時,光刻膠業務在公司營業收入中的占比也得到顯著提升,2020年達到17.52%。

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北京科華:擁有高端光刻膠自主研發實力,KrF光刻膠實現量產出貨

北京科華是上市公司彤程新材的控股子公司,其56.56%的股權由彤程新材持有。北京科華是一家專注于光刻膠及配套試劑的高新技術企業,集先進光刻膠研發、生產和銷售為一體。

自2004年成立以來,承擔了多項國家級光刻膠重點研發及產業化項目。公司產品序列完整,覆蓋KrF(248nm)、I-line、G-line、紫外寬譜光刻膠。目前,集成電路用高分辨G線正膠、I線正膠、KrF-248nm深紫外光刻膠已實現產線建設和量產出貨。其產品已廣泛應用于集成電路、發光二極管、分立器件、先進封裝等領域。公司憑借先進的技術水平和穩定的產品質量,已經成為行業頂尖客戶的穩定合作伙伴。公司主要客戶包括中芯國際、上海華力微電子、長江存儲、華潤上華、杭州士蘭、吉林華微電子、三安光電、華燦光電等。

伴隨產品線拓展及客戶導入,公司收入規模逐年提升。2016-2020年,公司營收由5613萬元增至8929萬元,年均復合增速12%。2021年上半年,伴隨國產替代加速以及行業景氣上行,公司收入規模進入高速成長期,實現營收5647.83萬元,同比增長46.74%。此外,公司積極加大研發投入,助力高端光刻膠產品開發。2018-2020年的研發支出分別為934萬、2018萬和3780萬元,占收入比例約四成。

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北京科華技術團隊研發實力雄厚,創始人陳昕帶領的國際化團隊從事光刻膠行業近三十年,擁有多名光刻膠專家,具備原材料合成、配方以及相關基礎評價能力。同時公司分析和應用測試設備平臺較為完備。公司擁有分辨率達到0.11um的ASMLPAS5500/850掃描式曝光機、Nikon步進式曝光機、TELACT8涂膠顯影一體機和HitachiS9220CDSEM等主流設備。完備的支持產品研發和出廠檢驗的分析和應用測試平臺保障了公司在KrF、G/I線光刻膠產品及關鍵原料的順利進展。

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公司產品線完整且豐富,覆蓋KrF(248nm)、G/I線(含寬譜)等主流品類,主要包括KrF光刻膠DK1080、DK2000、DK3000系列;g-iline光刻膠KMPC5000、KMPC7000、KMPC8000、KMPEP3100系列和KMPEP3200A系列;Lift-off工藝使用的負膠KMPE3000系列;用于分立器件的BN、BP系列等。為保障生產,科華建設了高檔光刻膠生產基地,具有百噸級環化橡膠系紫外負性光刻膠和千噸級負性光刻膠配套試劑生產線、G/I線正膠生產線(500噸/年)和正膠配套試劑生產線(1000噸/年)、百噸級248nm光刻膠生產線等多條光刻膠產線。

同時公司ArF光刻膠樹脂也已進入實驗研發階段。2021年8月,公司使用自籌資金6.98億元投資建設“ArF高端光刻膠研發平臺建設項目”,主要研究ArF濕法光刻膠工業化生產技術開發,通過建立標準化的生產及控制流程,提升高端光刻膠的質量控制水平,實現193nm濕法光刻膠量產生產。項目預計于2023年末建設完成。

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上海新陽:光刻機陸續到位,加速推進光刻膠產業化

上海新陽是一家半導體用電子化學品及配套設備制造商。在半導體封裝材料領域,公司的功能性化學材料銷量與市占率位居全國第一。在半導體制造材料領域,公司的芯片銅互連電鍍液及添加劑、蝕刻后清洗液已實現大規模產業化。此外,公司積極布局高端半導體光刻膠,在ArF干法、KrF厚膜膠以及I線光刻膠領域均有重大突破。

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公司重視研發投入,研發費用及研發人員數量逐年增加。截至2020年底,公司研發團隊共有161人,占公司員工總數的26.35%。在半導體業務技術開發團隊中,95%人員為本科以上學歷,20%為碩士研究生以上學歷,近30%的技術人員有10年以上行業經驗。公司2020年研發投入總額8,027.46萬元,占全年營業收入的比重為11.57%,其中半導體業務研發投入占半導體業務的比重為20.60%。

截至2020年底,公司已申請專利275項,其中發明專利139項。集成電路制造用高端光刻膠項目是2020年內公司研發投入的重點項目之一。

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公司穩步推進光刻膠項目,部分產品已取得優異的線外測試數據。公司目前正在開發的集成電路制造用高端光刻膠產品包括邏輯和模擬芯片制造用的I線光刻膠、KrF光刻膠、ArF干法光刻膠,存儲芯片制造用的KrF厚膜光刻膠,以及底部抗反射膜(BARC)等配套材料。

公司集成電路制造用ArF干法、KrF厚膜等中試光刻膠產品已取得優異的客戶端測試結果,其中,KrF(248nm)厚膜光刻膠產品已通過客戶認證,并成功取得第一筆訂單。此外,子公司芯刻微開展的ArF濕法光刻膠項目研發已引進了核心技術專家團隊,為ArF濕法光刻膠項目的開發提供了技術保障。

光刻機設備陸續到位,有助于加速推進公司光刻膠技術產業化。公司采購的用于I線光刻膠研發的Nikon-i14型光刻機,用于KrF光刻膠研發的Nikon-205C型光刻機,用于ArF干法光刻膠研發的ASML-1400型光刻機,以及用于ArF浸沒式光刻膠研發的ASMLXT1900Gi型光刻機已全部到廠。公司光刻機設備的陸續到位運轉,為公司集成電路制造用全產業鏈光刻膠產品的開發提供了必要保障。

此外,公司于2020年定增募資8.15億元投入集成電路制造用高端光刻膠研發、產業化項目,主要開發集成電路制造中ArF干法工藝使用的光刻膠和面向3DNAND(閃存,屬于非易失性存儲器)臺階刻蝕的KrF厚膜光刻膠產品。公司預計KrF厚膜光刻膠2022年可實現穩定量產銷售,ArF(干式)光刻膠在2023年開始穩定量產銷售。

本項目研發成功后,公司將掌握包括原料純化工藝、配方工藝和生產工藝在內的、具有完整知識產權的ArF干法光刻膠和KrF厚膜光刻膠的規模化生產技術,可實現兩大類光刻膠產品及配套試劑的量產供貨。

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華懋科技:布局新材料領域,增資博康進軍光刻膠

華懋科技是一家專注于汽車安全領域的系統部件提供商,產品線覆蓋汽車安全氣囊布、安全氣囊袋以及安全帶等被動安全系統部件,國內市場占有率位居前列。公司在夯實汽車板塊業務的同時,通過參與設立產業基金的形式,逐步布局更具成長性以及技術壁壘的半導體光刻膠行業,延伸公司產業鏈條。

子公司增資徐州博康,切入光刻膠領域。華懋科技控股子公司東陽凱陽2020年向徐州博康增資3000萬元,并向徐州博康實控人傅志偉提供5.5億元的可轉股借款和2.2億元的投資款。華懋科技通過此舉合計持有徐州博康26.7%股權,從而實現了對半導體關鍵材料光刻膠領域的布局。

徐州博康是國內光刻膠領域領先企業,擁有光刻膠原材料到成品的完整產業鏈布局。徐州博康成立于2010年,是國內領先的電子化學品高新技術企業,從事光刻材料領域中的中高端化學品的研發、生產、銷售。公司光刻膠供應鏈實現了從單體、光刻膠專用樹脂、光酸劑及終產品光刻膠的完整布局,其單體產品客戶涵蓋Intel、JSR等半導體材料龍頭廠商。

在研發實力方面,徐州博康擁有專業的研發團隊和先進的研發設備,并與國內多個集成電路專業平臺開展合作。徐州博康在松江漕河涇科技綠洲設有5000平方米的國際標準研發中心,擁有研發團隊200余人,其中博士和碩士占比50%以上。公司已配置KrFNikonS204、I9、I12,ACT8track、日立CDSEM等先進光刻檢測設備,以及其它理化檢測設備如ICP-MS、HPLC、GC、IR等。同時,公司193nm光刻膠單體研發項目取得了國家“02專項”子課題立項。此外,公司與國內多個集成電路專業平臺進行合作,包括中科院微電子所、復旦大學微電子學院等平臺或企業。

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徐州博康光刻膠產品類型豐富,可覆蓋多種應用領域。公司目前已成功開發出40余種中高端光刻膠產品系列,包括KrF/ArF光刻膠單體、KrF/ArF光刻膠、G線/I線光刻膠、電子束光刻膠及GHI超厚負膠等產品類型,覆蓋IC集成電路制造、IC后段封裝、化合物半導體、分立器件、電子束等多種應用領域。

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徐州博康通過新建生產基地,進一步提升光刻膠產能。徐州博康目前正在新建生產基地,該項目完全建成投產后將擁有年產1100噸光刻材料及10000噸電子級溶劑的總產能,可實現年產值20億元,有望成為中國目前產品最齊全、技術水平最高的光刻膠材料研發制造基地之一。

南大光電:ArF通過認證,定增加碼擴張

南大光電是一家專業從事高純電子材料研發、生產和銷售的高新技術企業,通過承擔國家重大技術攻關項目并實現產業化,公司已經從多個層面打破了所在行業內的國外長期壟斷,前驅體、電子特氣、光刻膠三大關鍵半導體材料的布局基本形成。

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公司光刻膠技術研發始終堅持完全自主化路線,公司正在自主研發和產業化的ArF光刻膠(包含干式及浸沒式)可以達到90nm-14nm的集成電路工藝節點。2017及2018年,公司分別獲得國家02專項“高分辨率光刻膠與先進封裝光刻膠產品關鍵技術研發項目”和“ArF光刻膠產品的開發和產業化項目”的正式立項。

為此,公司組建了以高端光刻膠專業人才為核心的獨立研發團隊,建成了約1,500平方米的研發中心和百升級光刻膠中試生產線,開發出多款樹脂、光敏劑、單體,創新并不斷優化提純工藝,研究出193nm光刻膠的配方,產品研發進展和成果得到業界專家的認可。

ArF光刻膠產業化項目進展順利,產品再次通過客戶認證。公司目前已完成2條光刻膠生產線建設,主要先進光刻設備,如ASML浸沒式光刻機等已經完成安裝并投入使用。控股子公司寧波南大光電自主研發的ArF光刻膠產品繼2020年12月在一家存儲芯片制造企業的50nm閃存平臺上通過認證后,近日又在邏輯芯片制造企業55nm技術節點的產品上取得了認證突破,成為國內首個通過下游客戶驗證的國產ArF光刻膠產品。

在長期的發展過程中,公司形成了較為完備的研發設計體系,通過逐年加大科研力度,技術實力得到不斷增強。2020年,公司研發投入總額為2.32億元,占營業收入的比例為38.98%。研發投入同比增長247.54%,主要是“ArF光刻膠產品的開發和產業化”項目增加投入所致。同時,公司研發人員數量逐年增加,截至2020年底,公司擁有研發人員136人,占公司總人數的比例為19%左右。科研力度的加大,使得公司技術實力及自主創新能力得到不斷增強。截至2020年底,公司及主要子公司自主開發的專利共計79項,其中發明專利21項,實用新型專利58項。

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公司2021年擬通過定增募資1.5億元用于ArF光刻膠技術開發及產業化項目。項目計劃到2021年底,公司將達到年產25噸193nm(ArF干式和浸沒式)光刻膠產品的生產規模,產品性能滿足90nm-14nm集成電路制造的要求。同時,計劃建立國內第一個專業用于ArF光刻膠產品開發的檢測評估平臺,滿足先進光刻膠產品和技術開發的需求。公司欲通過此次定增項目實現高端光刻膠生產的完全國產化和量產零的突破,提升我國高端光刻膠這一領域的自主水平。

審核編輯 :李倩

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