UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 1 证券研究报告 行业 研究 /专题研究 2020年 11月 18日 集成电路 增持（维持） 胡剑 SAC No. S057051808001 研究员 SFC No. BPX762 021-28972072 hujianhtsc 刘叶 SAC No. S057051906003 研究员 SFC No. BKS183 021-38476703 liuyehtsc 李梓澎 SAC No. S05701209023 联系人 lizipenghtsc 1通富微电 (002156 SZ,买入 ): 与 AMD共成长，与中国芯共奋进 2020.1 2电子元器件 : 内核架构意义凸显， RISC-V现新机 2020.10 3电子元器件 : 以史为鉴， IC产业内循环新机遇2020.08 资料来源： Wind 中国半导体光刻胶迎时代新机遇 集成电路产业系列报告之三 全球半导体市场重心向中国转移，国产半导体光刻胶发展现新机 半导体光刻胶是半导体光刻工艺的核心材料，决定了半导体图形工艺的 精密程度和良率 。作为高精尖的半导体制造核心材料，由于 技术壁垒 和 客户壁垒 高，全球半导体光刻胶市场集中度高，市场被美日公司长期垄断。国内在半导体光刻胶领域自给率低，高端 ArF光刻胶则完全依赖进口，中美贸易摩擦下，出于半导体产业安全的考虑，光刻胶自主可控意义凸显。以日本光刻胶发展史为鉴，我们认为在拥有全球最大电子产业和半导体市场的中国，持续扩大的本土半导体产能、国家政策和决心与集成电路大基金的支持都将为中国国产光刻胶提供前所未有的发展新机遇。 半导体光刻胶产业壁垒高，全球市场由美日企业垄断，国内自给率低 半导体光刻胶由于 市场集中度高、技术壁垒高、客户壁垒高 等原因形成了难以轻易逾越的产业壁垒，主要由美日企业垄断。根据产业信息网数据，2019年作为半导体光刻胶主流的 KrF和 ArF光刻胶市场，美日企业分别占据 85%和 87%全球市场份额。中国光刻胶产业发展薄弱且不平衡，国内在 PCB光刻胶实现自给自足，而更高端的 LCD和半导体光刻胶自给率严重不足。在半导体光刻胶方面，产业信息网数据显示，截至 2019年国内在 g线 /i线光刻胶仅达到 20%自给率，而 KrF光刻胶自给率不足 5%， ArF光刻胶则完全依赖进口，国产化率提升刻不容缓。 以日本为鉴，半导体市场重心向中国转移，国产半导体光刻胶迎发展良机 1970年代，随着日本成为全球电子产业和半导体市场重心，日本企业抓住本土产业机遇切入光刻胶市场，成为 光刻胶领域霸主并延续至今。如今，随着中国成为全球最大的电子产业和半导体消费市场，中国本土晶圆制造产能持续扩大，据 SEMI预测 2020年中国晶圆产能将达到每月 400万片，并且在产能布局全面涵盖逻辑制程、存储器、特色工艺等领域，有望带动半导体光刻胶需求持续提升。根据 智研咨询 预测， 2022年中国大陆半导体光刻胶市场空间将会接近 55亿元 ，是 2019年的两倍。以日本半导体光刻胶发展史为鉴，中国国产半导体光刻胶迎来发展良机。 国家政策彰显决心，国产半导体光刻胶研发生产或进入快车道 在 半导体 供应链安全逐渐得到重视的背景 下 ，一方面我国出台了多项相关政策，为光刻胶产业发展提供了良好的政策支持，另一方面国家集成电路大基金二期布局规划明确支持包括光刻胶在内的国产半导体材料产业链，国产光刻胶研发和量产或将提速， 国内厂商纷纷计划在被日美垄断的半导体光刻胶领域扩大投入 ，并在高端 ArF光刻胶领域研发和量产持续突破。 产业链相关 公司 晶瑞股份（ g-line/i-line光刻胶量产， KrF光刻胶进入中试）、南大光电（干法 /湿法 ArF光刻胶承担 02专项， ArF生产线建成投产）、上海新阳（ KrF、ArF光刻胶产能建设）；非上市公司：北京科华（ g-line/i-line、 KrF光刻胶量产）、艾森半导体（ i-line正胶、紫外负胶等）。 风险提示：中美贸易摩擦加剧；国产技术突破不及预期 。 (10)2254861819/1120/0120/0320/0520/0720/09(%)集成电路 沪深 300一年内行业 走势图 相关研究 行业 评级： UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw行业 研究 /专题研究 | 2020年 11月 18日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 2 正文目录 光刻是半导体制造微图形工艺的核心，光刻胶是关键材料 . 4 光刻胶是光刻工艺的核心材料 . 4 光刻胶主要技术参数决定了图形工艺的精密程度和良率 . 5 光刻胶依据不同的产品标准进行分类 . 6 曝光波长 是半导体光刻胶最常见的分类依据 . 7 光刻是半导体制造关键工艺，光刻胶通过曝光显影实现图形转移 . 7 半导体光刻制程通常遵循八步基本工艺 . 8 半导体光刻胶行业壁垒明显，市场遭遇国外垄断 . 10 半导体光刻胶属高精尖材料，随光刻工艺演进细分种类繁多 . 10 全球 半导体技术持续演进，光刻胶发展空间扩大 . 11 器件尺寸随摩尔定律缩小，光刻胶不断革新，多重曝光带来用量提升 . 11 NAND Flash堆叠层数大幅增加，为光刻胶用量带来增长机会 . 12 日企垄断半导体光刻胶市场，高端市场头部聚集效应越发明显 . 13 国产光刻胶产品结构不平衡，高端半导体光刻胶依赖进口 . 15 以史为鉴，半导体产业转移激发中国光刻胶产业机遇 . 16 半导体产业转移和分工，日本光刻胶崛起 . 16 全球电子产业转移带动半导体产业转移 . 16 在集成电路产业发展史上，欧美厂商领导了前期光刻胶产品的研发 . 16 半导体产业转移与分工细化，日本光刻胶借机崛起 . 17 以日本为鉴，中国已成全球最大半导体市场，为光刻胶自主发展提供空间 . 17 中国晶圆制造产能持续扩张，半导体光刻胶迎历史机遇 . 18 外部环境复杂多变，政策和大基金共同助力，半导体光刻胶国产替代正当时 . 19 国内半导体光刻胶产业链重点公司情况 . 20 UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw行业 研究 /专题研究 | 2020年 11月 18日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 3 图表目录 图表 1： ASML EUV光刻机 3400C . 4 图表 2： 光刻胶旋转涂敷于晶圆上 . 4 图表 3： 生产光刻胶的原料 . 4 图表 4： 光 刻胶主要成本构成 . 5 图表 5： 光刻胶主要技术参数 . 5 图表 6： 正性及负性光刻胶的反应原理示意图 . 6 图表 7： 光刻胶分类 . 6 图表 8： 半导体光刻胶按曝光波长分类 . 7 图表 9： 芯片制 造工艺流程 . 7 图表 10： 电子显微镜下集成电路俯视图 . 8 图表 11： 集成电路截面多层结构示意图 . 8 图表 12： 八步基本的光刻工艺 . 8 图表 13： 尼康光刻机曝光系统内部原理图 . 9 图表 14： 光刻胶涉及产业链 . 10 图表 15： 曝光光源技术与器件特征尺寸发展趋势 . 10 图表 16： 三星 DRAM里程碑时间线 . 11 图表 17： 台积电逻辑工艺路线图 . 12 图表 18： 3D NAND Flash结构示意图 . 12 图表 19： 2018年全球光刻胶应用结构 . 13 图表 20： 2018年全球半导体光刻胶产值占比（按品类） . 13 图表 21： 2019年全球 g/i线光刻胶市场格局 . 13 图表 22： 2019年全球 KrF光刻胶市场格局 . 14 图表 23： 2019年全球 ArF光刻胶市场格局 . 14 图表 24： 东京应化光刻胶成品线全面 . 14 图表 25： 2018年全球光刻胶市场份额（按应用分类） . 15 图表 26： 2018年我国国产光刻胶产值份额（按应用分类） . 15 图表 27： 2017年全球光刻胶市场份额占比（按地区） . 15 图表 28： 全球半导体产业转移 . 16 图表 29： 全球半导体销售额及增速 . 18 图表 30： 中国集成电路产业销售额及增速 . 18 图表 31： 2019年 -2020年中国纯晶圆代工市场规模（单位：亿美元） . 18 图表 32： 截至 2019年 FAB项目情况（硅基） . 19 图表 33： 光刻胶行业相关政策 . 20 图表 34： 截至 2020年国内半导体光刻胶项目进展 . 20 图表 35： 报告中提及公司信息概览 . 21 UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw行业 研究 /专题研究 | 2020年 11月 18日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 4 光刻是半导体制造微图形 工艺 的核心，光刻胶 是关键 材料 光刻胶是光刻工艺 中最 关键材料 ，国产替代需求紧迫 。 光刻 工艺 是 指在光照作用下，借 助光刻胶将掩膜版上的图形转移到基片上的技术 ，在半导体制造领域，随着集成电路线宽缩小、集成度大为提升，光刻工艺技术难度大幅提升，成为延续摩尔定律的关键技术之一。同时，器件和走线的复杂度和密集度大幅度提升，高端制程关键层次需要两次甚至多次曝光来实现。 其中 ， 光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素 。目前，日本和美国光刻胶巨头完全主导了高端光刻胶市场。 2019年 7月的日韩贸易摩擦中，日本通过限制对韩出口光刻胶，引发韩国半导体产业链震荡。中美贸易摩擦大背景下， 光刻胶也成为深刻影响中国半导体产业链安全的关键材料。 光刻胶经过几十年不断的 发展和进步，应用领域不断扩大，衍生出非常多的种类。 不同用途的光刻胶曝光光源、反应机理、制造工艺、成膜特性、加工图形线路的精度等性能要求不同，导致对于材料的溶解性、耐蚀刻性、感光性能、耐热性等要求不同。因此每一类光刻胶使用的原料在化学结构、性能上都比较特殊，要求使用不同品质等级的光刻胶专用化学品。 1959年光刻胶被发明以来，被广泛运用在加工制作广电信息产业的微细图形路线。作为光刻工艺的关键性材料，其在 PCB、 TFT-LCD和半导体光刻工序中起到重要作用。 图表 1： ASML EUV光刻机 3400C 图表 2： 光刻胶旋转涂敷于晶圆上 资料来源： ASML，华泰证券研究所 资料来源： ShinEtsu， 华泰证券研究所 光刻胶是光刻工艺的核心材料 光刻胶又称光致抗蚀剂，它是指由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分构成的对光敏感的混合液体。在紫外光、电子束、离子束、 X射线等辐射的作用下，其感光树脂的溶解度及亲和性由于光固化反应而发生变化，经适当溶剂处理，溶去可溶部分可获得所需图像。生产光刻胶的原料包括光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）、光刻胶树脂、单体及其他助剂等 。根据 2020年前瞻产业研究院报告 2020-2025年中国光刻胶行业市场前瞻与投资规划分析报告 数据显示， 树脂占 光刻胶 总成本 的 50%，在光刻胶各成分的中占比最大，其次是占 35%的单体和占 15%的光引发剂及其他助体。 图表 3： 生产光刻胶的原料 原料 主要功能 光引发剂 光刻胶的关键组分，对光刻胶的感光度，分辨率等起决定性作用 光增感剂 引发助剂，能够吸收光能并将能量传给光引发剂或本身不吸收光能但协同参与光化学 反应提高引发效率的物质 光致产酸剂 在吸收光能后分子发生光解反应，产生强酸引发反应的物质，用于最尖端的化学增幅光刻胶 光刻胶树脂 光刻胶中比例最大的部分，构成光刻胶的基本骨架，主要决定曝光后光刻胶的基本性能，包括硬度，柔韧性，附着力，热稳定性，溶解度变化等 单体 含有可聚合官能团的小分子，又称活性稀释剂，一般参与光固化反应，降低光固化体 系黏度，同时调节光固化材料的各种性能 助剂 根据不同用途添加的颜料、固化剂、分散剂等调节性能的添加剂 资料来源：新材料在线，华泰证券研究所 UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw行业 研究 /专题研究 | 2020年 11月 18日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 5 图表 4： 光刻胶主要成本构成 资料来源：前瞻产业研究院，华泰证券研究所 光刻胶主要技术参数决定了图形工艺的精密程度和良率 光刻胶作为光刻曝光的核心材料 ，其分辨率是光刻胶实现器件的关键尺寸（如器件线宽）的衡量值，光刻胶分辨率越高形成的图形关键尺寸越小。对比度是指 光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度 ， 对比度越 高 ，形成图形的侧壁越陡峭，图形完成度更好。敏感度决定了光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的 最 小能量值 。抗蚀性决定了光刻胶作为覆盖物在后续刻蚀或离子注入工艺中，不被刻蚀或抗击离子轰击，从而保护被覆盖的衬底。 图表 5： 光刻胶主要技术参数 技术参数 参数释义 分辨率 resolution 区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸 (CD, Critical Dimension) 来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。 对比度 contrast 指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越好，形成图形的 侧壁越陡峭，分辨率越好。 敏感度 sensitivity 光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值（ 或最小曝光量 ）。单位：毫焦 / 平方厘米或 mJ/cm20 光刻胶的敏感性对于波长更短的深紫外光 (DUV) 、极深紫外光 (EUV) 等尤为重要。 粘滞性 /黏度 viscosity 衡量光刻胶流动特性的参数。 粘滞性随着光刻胶中的溶剂的减少而增加； 高的粘滞性会产生厚的光刻胶 ；越小的粘滞性，就有越均匀的光刻胶厚度。 粘附性 adherence 表征光刻胶粘着于衬底的强度。光刻胶的粘附性不足会导致硅片表面 的图形变形。光刻胶的粘附性必须经受住后续工艺刻蚀、离子注入等。 抗蚀性 anti-etching 光刻胶必须保持它的粘附性，在后续的刻蚀工序中保护衬底表面。耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。 表面张力 surface tension 液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力。光刻胶应该具有 比较小的表面张力，使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。 存储和传送 storage and transmision 能量（光和热）可以激活光刻胶。应该存储在密闭、低温、不透光的 盒中。同时必须规定光刻胶的闲置期限和存贮温度环境。一旦超过存 储时间或较高的温度范围， 负胶会发生交联，正胶会发生感光延迟。 资料来源：文灏股份官网，华泰证券研究所 树脂50%单体35%光引发剂及助剂 15%UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw行业 研究 /专题研究 | 2020年 11月 18日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 6 光刻胶依据不同的产品标准进行分类 按照化学反应和显影的原理，光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。 如果显影时未曝光部分溶解于显影液，形成的图形与掩膜版相反，称为负性光刻胶；如果显影时曝光部分溶解于显影液，形成的图形与掩膜版相同，称为正性光刻胶。在实际运用过程中，由于负性光刻胶在显影时容易发生变形和膨胀的情况，一般情况下分辨率只能达到 2微米，因此正性光刻胶的应用更为广泛。 图表 6： 正性及负性光刻胶的反应原理示意图 资料来源： CNKI，华泰证券研究所 根据感光树脂的化学结构来分类，光刻胶可以分为光聚合型、光分解型和光交联型三种类别。 光聚合型，可形成正性光刻胶，是通过采用了烯类单体，在光作用下生成自由基 从而进一步引发单体聚合，最后生成聚合物的过程；光分解型光刻胶可以制成正性胶，通过采用含有叠氮醌类化合物的材料在经过光照后 ,发生光分解反应的过程。光交联型，即采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料，在光的作用下，其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，从而起到抗蚀作用，是一种典型的负性光刻胶。 按照应用领域的不同，光刻胶又可以分为印刷电路板（ PCB）用光刻胶、液晶显示 (LCD）用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。 PCB光刻胶技术壁垒相对其他两类较低，而 半导体光刻胶代表着光刻 胶技术最先进水平。 图表 7： 光刻胶分类 分类依据 分类名称 分类说明 显示效果 正性光刻胶 显影时未曝光部分溶解于显影液，形成的图形与掩膜版相反 负性光刻胶 显影时曝光部分溶解于显影液，形成的图形与掩膜版相同 感光树脂的化学结构 光聚合型 光照后生成自由基并进一步引发单体聚合 光分解型 光照后由油溶性分解为水溶性，可以制成正性胶 光交联型 光照后分子双键被打开，链与链之间发生交联反应形成一种不溶性网状结构防止溶解，典型负性光刻 胶 曝光波长 紫外光刻胶 30450 nm 深紫外光刻胶 160280 nm 极紫外光刻胶 EUV， 13.5 nm 应用领域 PCB用光刻胶 主要分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶、光成像阻焊油墨。技术壁垒相对较低，主要为中低端品种 面板光刻胶 分为彩色光刻胶与黑色光刻胶、 LCD触摸屏用光刻胶与 TFT-LCD正性光刻胶 半导体光刻胶 g线光刻胶、 i线光刻胶、 KrF光刻胶、 ArF光刻胶、聚酰亚胺光刻胶、掩膜板光刻胶等 其他用途 CCD摄像头彩色滤光片彩色光刻胶、触摸屏透明光刻胶、 MEMS光刻胶、生物芯片光刻胶等 资料来源： CNKI， 华泰证券研究所 UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw行业 研究 /专题研究 | 2020年 11月 18日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 7 曝光波长是半导体光刻胶最常见的分类依据 依照曝光波长分类，光刻胶可分为紫外光刻胶（ 30450nm）、深紫外光刻胶（ 160280nm）、极紫外光刻胶（ EUV， 13.5nm）、电子束光刻胶、离子束光刻胶、 X射线光刻胶等 。光刻胶在不同曝光波长的情况下，适用的光刻极限分辨率也不尽相同，在加工方法一致时，波长越小加工分辨率更佳。因此，不同波长光源的光刻机需要搭配相应波长的光刻胶进去光刻。 目前 半 导体光刻胶最常使用曝光波长分类 ，主要有 g线、 i线、 KrF、 ArF和最先进的 EUV光刻胶 ，其中 DUV光刻机分为干法和浸润式，因此 ArF光刻胶也对应分为干法和浸润式两类。 越先进制程相应需要使用越短曝光波长光刻胶，以达到特征尺寸微小化。 图表 8： 半导体光刻胶按曝光波长分类 类别 曝光波长 适用 逻辑 制程工艺 晶圆尺寸 g线 436nm 0.5um以上 6寸 i线 365nm 0.5um-0.35um 6寸 KrF 248nm 0.25um-0.1um 8寸 ArF 193nm 90nm-7nm 12寸 EUV 13.4nm 7nm以下 12寸 资料来源：赛瑞研究，前瞻产业研究院，华泰证券研究所 光刻是半导体制造关键工艺，光刻胶通过曝光显影实现图形转移 芯片制造又称晶圆制造，是通过物理、化学工艺步骤在晶圆表面形成器件，并生成金属导线将器件相互连接形成集成电路的过程。晶圆制造可分为前道工艺线（ FEOL）和后道工艺线（ BEOL）工艺 ， 前道工艺是在晶圆上形成晶体管和其他器件，而后道工艺是形成金属线并在每层之前加上绝缘层。依次通过光刻（ lithography）、刻蚀（ etch）、离子注入（ implantation ）、扩散（ disposition）、化学气相沉积（ CVD）、物理气相沉积（ PVD）、化学机械研磨等工序（ CMP）形成一层电路 ， 通过循环重复上述工艺，最终在晶圆表面形成立体的多层结构，实现整个集成电路 的制造 。由于制程提升，晶圆上集成的器件和电路复杂度和密度随之提升，需要上千道工序去完成芯片的制造。 图表 9： 芯片制造工艺流程 资料来源：中芯国际招股书，华泰证券研究所 UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw行业 研究 /专题研究 | 2020年 11月 18日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 8 图表 10： 电子显微镜下集成电路俯视图 图表 11： 集成电路截面多层结构示意图 资料来源： 芯片制造 -半导体工艺制程实用教材， 华泰证券研究所 资料来源： 芯片制造 -半导体工艺制程实用教材（ Peter Van Zant）， 华泰证券研究所 光刻工艺是半导体集成电路制造的核心工艺。 光刻的基本原理是将对光敏感的光刻胶旋涂在晶圆上，在表面形成一层薄膜，光源透过光罩（掩模版）照射在光刻胶上，使得光刻胶选择性的曝光，接着对光刻胶显影，完成光罩上电路特定层的图形的转移。剩余的光刻胶在接下来的刻蚀或离子注入工艺中充当掩盖层， 然后通过刻蚀工艺将光掩模上的图形转移到所在衬底上。 根据产业链调研反馈，在集成电路制造工艺中，光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的 35%，并且耗费时间约占整个芯片工艺的 40%-60%。 半导体光刻制程通常遵循八步基本工艺 典型的集成电路制造光刻制程的八步基本工艺包括 衬底的准备、光刻胶涂 覆 、软烘焙、曝光、曝光后烘培、显影、硬烘焙和显影检测。 衬底准备 主要是 在涂抹光刻胶之前， 对 硅衬底 进行 预处理。一般情况下，衬底表面上的水分需要蒸发掉，这一步 在带有抽气的密闭腔体内 通过脱水烘焙来完成。此外，为了提高光刻胶在衬底表面的附着能力，还会在衬底表面涂抹化合物。 图表 12： 八步基本的光刻工艺 资料来源： 强力新材招股说明书 ，华泰证券研究所 光刻胶涂覆是将光刻胶均匀、平整地分布在衬底表面上，当前涂胶方式一般是旋涂。 首先将 光刻胶溶液喷洒在硅片表面 ， 将硅片放在一个平整的金属托盘上，加速旋转托盘，直到达到所需的旋转速度 。 托盘内有小孔与真空管相连 ， 由于大气压力的作用，硅片可以被“吸附”在托盘上，这样硅片就可以与托盘一起旋转 。 达到所需的旋转速度之后，以这一速度保持一段时间 ， 以旋转的托盘为参考系，光刻胶在随之旋转受到离心力，使得光刻胶向着硅片外围移动 。 UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw行业 研究 /专题研究 | 2020年 11月 18日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 9 软烘焙 是完成光刻胶的涂抹之后进行的烘干操作。软烘焙主要 目的 是将硅片上覆盖的光刻胶溶剂挥发出来，降低灰尘的沾污。此外，该步骤 也 缓和在旋转过程中光刻胶胶膜内的应力，从而增强光刻胶的粘附性。在旋涂之前，光刻胶包含 65%至 85%的溶剂，而旋涂后的 溶剂 比例会 下降到 10%至 20%， 软烘焙 的 目标 是 将溶剂比例下降到 4%至 7%。 曝光是光刻工艺中最要的工序 ， 曝光 使用特定波长的光 经过光罩的 覆盖 在 衬底的光刻胶进行照射 ，实现图形转移 。 照明光源发出的光线经汇聚透镜照射在光罩上，透过光罩产生衍射 的 光束携带了光罩的图形信息 。透过光罩的 光束 再 经过投影透镜聚焦到晶圆 或衬底 表面，在晶圆 或衬底 表面形成掩模图形的 ， 光刻胶中的感光剂 被光束照射的区域 会发生光化学反应， 即 使正光刻胶被照射区域（感光区域）、负光刻胶未被照射的区域（非感光区）化学成分发生变化。这些化学成分发生变化的区域，在下一步 显影工艺中 能够溶解于特定的显影液中。 图表 13： 尼康光刻机曝光系统内部原理图 资料来源： Nikon官网，华泰证券研究所 曝光后烘培（后烘焙） 是曝光后非常重要的一步， 在 I-line光刻机中， 后烘焙 的目的是消除光阻层侧壁的驻波效应，使侧壁平整竖直；而在 DUV光刻机中 后烘焙 的目的则是起化学放大反应 ， DUV设备曝光时，光刻胶不会完全反应，只是产生部分反应生成少量 H+离子，而在这一步烘烤中 H+离子起到类似催化剂的作用，使感光区光刻胶完全反应。 后烘焙 主要控制的是 烘焙 温度与时间， 此外 对于温度的均匀性要求也非常高，通常 DUV的光阻要求热板内温度偏差小于 0.3。 后烘焙过程完成 后加入显影液进行 显影 ， 将光刻胶曝光后可溶部分除去 ， 正光刻胶的感光区 和 负光刻胶的非感光区，会溶解于显影液中。这一步完成后，光刻胶层中的图形就可以显现出来。为了提高分辨率，几乎每一种光刻胶都有专门的显影液，以保证高质量的显影效果。 一般来说正胶可以得到更高的分辨率，而负胶则更耐腐蚀。显影和清洗都在显影槽中完成，每一步的转速和时间都至为重要，对最后图形的均匀性和质量影响很大 。 硬烘焙 又称显影后烘焙，为接下来刻蚀或者离子注入工艺做准备。其主要目的是蒸发光刻胶中的溶剂，提高抗刻蚀和抗离子注入性，提高光刻胶的粘附性，聚合化并稳定光刻胶以及光刻胶流动填平针孔。 最后进行显影检测后，进行下一步刻蚀或者离子注入工艺。 UDAwMDE3MDY3NTIwMjAxMTE4MTA0NzMw行业 研究 /专题研究 | 2020年 11月 18日 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 10 半导体光刻胶行业壁垒明显，市场遭遇国外垄断 半导体光刻胶属高精尖材料，随光刻工艺演进细分种类繁多 光刻胶所属产业链覆盖范围广泛，从上游的基础化工材料行业和精细化学品行业，到中游光刻胶制备，再到下游电子加工商和电子产品应用终端。光刻胶是微电子领域微细图形加工核心上游材料，占据了电子材料至高点。 图表 14： 光刻胶涉及产业链 资料来源：前瞻产业研究院，华泰证券研究所 光刻胶专用化学品具有市场集中度高、技术壁垒高、客户壁垒高的特点。 相同用途的光刻胶需要大量投资，行业退出壁垒较大，同时光刻胶专用化学品相似特征较多，例如品种多， 用量少，品质要求高等特点。又由于市场相比下游行业的市场份额小，因此行业的集中度高；光刻胶用于微小图形的加工，生产工艺复杂，技术壁垒较高。多重技术因素综合考虑使光刻胶的技术壁垒较高；光刻胶的客户壁垒较高 ， 市场上光刻胶产品的更新速度较快，光刻胶厂家为了实现技术保密性，从而会与上游的原料供应商保持密切合作关系，共同研发新技术，增大了客户的转换成本。因此 ， 光刻胶行业的上下游合作处于互相依赖互相依存的关系，使得客户的进入壁垒 较高。 为了匹配集成电路对密度和集成度水平，制备光刻胶的分辨率水平由紫外宽谱逐步至 g线（ 436nm）、 i线（ 365nm）、 KrF（ 248nm）、 ArF（ 193nm）、 F2（ 157nm），以及最先进的 EUV(<13.5nm)线水平。 同时，双重曝光（ Double-Patterning）在 16nm制程被台积电引入，多重曝光（ Multiple-Patterning）在之后的先进制程被相继采用实现更小的线宽，先进制程需要更多的曝光层数为光刻胶用量提供增长空间。 图表 15： 曝光光源技术与器件特征尺寸发展趋