光刻材料发展概况及发展趋势
思瀚产业研究院 恒坤新材    2024-12-27

光刻材料主要包括 SOC（Spin On Carbon）、ARC（Anti-reflective Coating）、光刻胶、Top Coating、稀释剂、冲洗液、显影液等，系光刻工艺中重要材料之一，决定着晶圆工艺图形的精密程度与产品良率。

光刻工艺定义了集成电路产品的尺寸，是集成电路制造工艺中的关键一环，光刻工艺难度最大，耗时最长，芯片在生产过程中一般需要进行 20 至 90 次光刻。同时，光刻材料贯穿整个光刻工艺，集成电路生产制造过程中，光刻材料成本约占集成电路制造材料成本的13%-15%，光刻工艺成本约占晶圆制造工艺的 1/3，耗时占晶圆制造工艺的 40%-50%。

光刻材料市场需求与集成电路工艺发展紧密相关。一方面，随着晶圆制造工艺制程逐渐缩小，先进制程中光刻工艺曝光次数显著增加。尤其是境内缺失 EUV相关技术的背景下，多重曝光技术与浸没式光刻技术已被广泛应用以提升技术节点，相应曝光材料用量随之提升，对光刻材料需求保持增长；另一方面，存储芯片中闪存芯片推进 3D NAND、内存芯片技术节点持续升级、逻辑芯片转向FinFET 结构等都对光刻材料提出新要求，促使光刻材料持续演进。存储芯片与逻辑芯片合计市场规模占集成电路市场规模超过 60%，相应产品技术演变推动光刻材料技术不断进步，需求保持上升。

在存储芯片方面，持续提升读写速度和存储容量系各类存储芯片主要发展方向。其中，DRAM 制程工艺已在使用 DUV 技术与多重曝光技术，特别是技术节点进入 20nm 以下之后，制造难度大幅提升，DRAM 芯片厂商对工艺定义从具体线宽转变为在制程范围内技术迭代来提高存储密度；NAND 芯片制程工艺从 2D架构转向 3D 堆叠架构，以更多堆叠层数来得到更大存储容量，要求光刻材料满足多次台阶刻蚀和深层结构刻蚀要求。

在技术实现基础上，存储芯片容量提升对应制造工艺过程中的光刻次数与层数持续增加，对应光刻材料市场需求也将快速增长。在逻辑芯片方面，一方面，为了在现有技术范围内尽可能提高技术节点，晶圆厂引入浸没式光刻技术和多重曝光技术，Top Coating 作为与 ArF 浸没式光刻胶配套使用的光刻材料得以广泛应用。

同时，多重曝光技术使浸没式光刻技术在原有半周期极限分辨率仅能满足 28nm 技术节点背景下，通过多重曝光能够应用于 14nm、10nm 甚至 7nm 技术节点，而在多重曝光技术下，对光刻材料的分辨率、线条边缘粗糙度和光敏性均提出更高要求；另一方面，高数值孔径光刻机应用和 FinFET 器件工艺导致光刻工艺复杂性显著增加，除需要改善分辨率外，光刻材料还需应对 FinFET 器件不平整的三维衬底结构在平坦化和抗反射方面的需求。

多重曝光技术与 FinFET 器件工艺持续推动光刻材料技术进化，并同步带动光刻材料市场需求提升。除了来自集成电路前道工艺方面的技术挑战与市场需求外，后道封装工艺中，先进封装再布线层、穿透硅通孔、堆叠封装、凸块制作等技术应用也推动光刻材料进一步发展：如再布线层和铜凸块制作需要高对比度厚膜光刻胶；

特定穿透硅通孔需要高深宽比和高分辨率的负性光刻胶，并需同时满足形貌、厚度、涂布均匀性、对比度、高黏度等多维度参数要求；集成电路小型化和多功能化推动芯片布线和封装技术持续创新，在制造封装基板、薄膜和其他先进封装组件中，光敏聚酰亚胺已成为金属线和单元芯片之间应用最多的绝缘介质材料。境内光刻材料起步较晚，前期发展较为缓慢。

随着国家科技重大专项支持和集成电路产业快速成长的带动下，境内光刻材料企业开始持续研发投入，光刻材料整体研发与制备水平得到提升，但在先进制程领域，境外光刻材料厂商仍然占据较高市场份额。

伴随境内晶圆制造产能与良率不断提升，上下游行业快速发展，并结合光刻材料国产化战略持续深化，境内光刻材料市场本土供应量增速有望高于全球平均水平。根据弗若斯特沙利文市场研究，境内光刻材料整体市场规模从2019 年 53.7 亿元增长至2023 年 121.9 亿元，年复合增长率达 22.7%，并将于2028 年增长至 319.2 亿元，年复合增长率达 21.2%。

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