底部抗反射塗層

1. 3秒看懂

底部抗反射塗層（Bottom Anti-Reflective Coating，BARC）是塗覆在矽片與光刻膠之間的一層奈米級薄膜，專門吸收或抵消光刻過程中從襯底反射回光刻膠的多餘光線。

• 做什麼：消除反射光引起的駐波、缺口和線寬波動，讓晶片電路圖形更精確。
• 用在哪：每一片需要精密曝光的晶圓，尤其是在邏輯晶片14 nm以下、DRAM 1α及以下、3D NAND 200層以上的先進製程中幾乎不可缺失。
• 為什麼重要：沒有高質量BARC，光刻機的超高解析度就難以傳遞到晶圓上，良率會直線下降，直接制約先進製程的量產能力。

2. 3分鐘產業解釋

BARC屬於半導體光刻工藝中的“輔助材料”，消耗量與光刻膠基本同步。產業鏈位置極簡圖示：

上游（特殊單體、樹脂、光吸收劑、溶劑）→ 中游（BARC配方與復配企業）→ 下游（晶圓廠光刻工藝）

• 日常工作流：晶圓在塗膠顯影軌道中，先旋塗BARC並烘烤固化成膜，然後再塗光刻膠。曝光後，BARC在顯影或後續刻蝕步驟中被選擇性去除。
• 工藝不可或缺性：193 nm浸沒式光刻（ArFi）和極紫外光刻（EUV）的焦深越來越小，襯底反射率哪怕只有1%的波動，都可能造成關鍵尺寸（CD）偏差超過工藝裕度。BARC正是控制這一變數的核心材料。
• 市場位置：BARC通常被歸入光刻輔助材料或光刻膠配套試劑。根據TECHCET 2023年資料，全球光刻膠及輔材市場約42億美元，其中BARC及頂部抗反射塗層（TARC）合計約佔8%—10%，對應約3.4億—4.2億美元（TECHCET 2023，統計口徑含ArF/KrF/i-line/EUV配套BARC）。

全球供應高度集中：日本JSR、東京應化、杜邦、默克等前四家佔據超過85%的市場份額（SEMI 2022年資料）。中國本土企業從2020年起陸續在成熟製程BARC上實現驗證突破，但先進製程EUV用BARC仍處於追趕階段。

3. 技術原理

BARC通過光吸收與干涉相消兩個基本物理機制抑制襯底反射，且兩者往往協同工作。

（1）光吸收機制 BARC材料在目標波長（如193 nm、248 nm、13.5 nm）具有高消光係數（k值），能將進入塗層的光能轉化成熱能。典型做法是在聚合物主鏈或側基引入強吸光髮色團，如芳香族結構（萘環、苯並三唑等）。對於ArF（193 nm）工藝，BARC對193 nm的吸收率需達到95%以上才能有效抑制駐波效應。

（2）干涉相消機制 通過精密控制BARC的折射率（n值）和厚度（d），使介面反射光與入射光的相位差接近π（180度），發生破壞性干涉。技術上的理想條件是滿足四分之一波長膜層設計，但實際中需結合襯底光學常數（n_s，k_s）和光刻膠折射率，利用傳輸矩陣方法（TMM，Transfer-Matrix Method）模擬計算最優n、k、d組合。

（3）襯底地形影響與填充平坦化 當襯底表面存在高低起伏的圖形（如FinFET鰭片、3D NAND臺階）時，BARC不僅需要控制反射，還需要填充溝槽並實現較好的平坦化，為後續光刻膠提供平整表面。現代BARC經常融入具有良好流動性和回蝕特性的樹脂體系，通過旋塗或化學氣相沉積（CVD）達到共形或平坦化的成膜效果。

（4）與刻蝕工藝的相容性 BARC在曝光後需通過幹法刻蝕（常為O₂/CF₄基等離子體）開口，其刻蝕速率必須與光刻膠匹配，以避免側壁粗糙或CD損失。刻蝕選擇比（光刻膠/ BARC刻蝕速率比）是配方設計的重要引數，通常要求≥0.8。

4. 關鍵引數

衡量BARC效能的核心指標涉及光學、物理、化學及工藝整合四大維度：

• 光學常數（n & k @ 193 nm / 248 nm / EUV） n值與k值需與光刻膠折射率及襯底光學特性匹配，降低整體反射率至<1%。EUV波長（13.5 nm）下材料折射率接近1，此時k值極低，更多依賴多疊層吸收和干涉設計。

• 膜厚範圍與均勻性 膜厚通常介於20 nm—150 nm之間，依據光刻工藝節點和襯底反射率模擬確定。晶圓內膜厚非均勻性要求<1.5%（3σ），先進節點要求<0.5%。

• 吸光度 / 消光係數（k） 對於193 nm BARC，k值一般在0.3—0.6之間；對於248 nm BARC，k值約0.2—0.5。過高的k可能增加刻蝕負擔和殘留風險，過低則消光不足。

• 刻蝕選擇比 BARC開口刻蝕對光刻膠的選擇比越高越好，通常≥0.8。若選擇比過低，開口過程中光刻膠損失過大，CD控制惡化。

• 缺陷密度 顆粒和金屬離子汙染須控制在ppb級。BARC溶液需經亞微米過濾並在潔淨室條件下灌裝，塗布後缺陷密度目標0.01個/cm²（尺寸0.16 µm）。

• 與光刻膠的相容性 包括介面混合（intermixing）、抑止底切（footing）或底角（scum）的能力。相容性通過截面SEM和電性測試評判，新配方匯入前需大規模矩陣實驗。

• 儲存與使用壽命 配好後的BARC溶液在室溫或冷藏條件下的有效期（通常6—12個月），以及線上膠槽壽命（bath life），直接影響到晶圓廠成本和使用便捷性。

5. 技術路線

BARC技術路線演進緊密跟隨光刻波長和工藝架構變革：

第一代：i-line / KrF用有機BARC（20世紀90年代） 以酚醛樹脂或聚醯亞胺為基礎，吸光團匹配365 nm / 248 nm。結構較簡單，厚度在100 nm級別。

第二代：ArF幹法/浸沒式有機BARC（2000年代至今） 為適應193 nm波長，採用含氟聚合物或聚甲基丙烯酸酯骨架，引入萘、芴等高吸收單元。浸沒式ArFi要求BARC具有抗水滲透、低溶出特性，避免汙染浸沒液和鏡頭。雙層BARC系統（下層高吸收、上層抗刻蝕）被普遍採用以平衡光學和刻蝕效能。

無機BARC路線（SiOxNy、SiN等） 通過PECVD沉積厚度精確可控的氮氧化矽（SiON）或氮化矽（SiN）薄膜，具有優異的熱穩定性和刻蝕選擇性，尤其適合高溫工藝步驟。缺點是應力控制和移除難度大，多用於區域性互連（middle-of-line）或自對準多重圖形化（SAMP）方案而非全平面通用。

EUV用BARC（2018之後） EUV光子的吸收機制與傳統DUV截然不同。材料需求從高k吸收轉向低n、超薄膜層（<10 nm）的干涉控制，且要耐受EUV真空環境下的放氣。多數方案採用含金屬氧化物（如氧化鈦、氧化錫）的旋塗或氣相沉積薄膜，形成所謂的“EUV底塗層”（EUV underlayer），同時承擔BARC和硬掩膜雙重角色。JSR、Inpria等公司在基於氧化錫的EUV金屬氧化物光刻膠路線中，底層材料技術也有相應革新。

面向未來：High-NA EUV底層（預計2025之後） 高數值孔徑（NA 0.55）EUV光刻帶來更淺的焦深，要求BARC/底塗層在極薄（<5 nm）厚度內實現更精密的反射率控制，同時對線邊緣粗糙度（LER）的貢獻必須更低。這正成為下一代BARC研發的主戰場。

6. 上游（原材料與核心中間體）

BARC上游的原材料體系壁壘極高，是國產化最“卡脖子”的環節之一。

• 單體與樹脂 用於193 nm BARC的特殊丙烯酸酯單體、含氟單體、含矽單體，合成及純化要求金屬離子含量<1 ppb，單體純度≥99.9%。關鍵供應商集中在日本（三菱化學、大賽璐）、德國（巴斯夫）、美國（杜邦）。中國方面，彤程新材和徐州博康等向上遊延伸，部分單體實現自產，但部分高階含氟單體仍依賴進口（公開資料顯示2023年自給率約30%，來源：華鑫證券行業研究報告）。

• 吸光劑與功能性新增劑 包括芳香族髮色團衍生物、光酸發生劑（用於化學放大BARC）、交聯劑、表面活性劑。髮色團需要在對準曝光波長有強吸收且不能在與光刻膠的介面發生擴散。表面活性劑用於控制旋塗過程中的成膜均勻性。這些新增劑很多被配方企業視為核心智慧財產權，不外售，僅以配方成品供貨。

• 溶劑 丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）、環己酮、乳酸乙酯等高純電子級溶劑。中國在電子級PGMEA方面已有怡達股份、百川股份等進入市場，據中國電子材料行業協會2022年資料，電子級PGMEA國產化率超過50%。但BARC專用的部分混合溶劑體系仍由日韓企業定製供應。

• 無機前驅體（無機BARC路徑） 矽烷（SiH₄）、氨氣（NH₃）及氧化亞氮（N₂O）等用於沉積SiON的電子特氣和前驅體，主要供應商為林德、液化空氣、太陽日酸等。國產南大光電、華特氣體在部分品類上已通過晶圓廠認證並開始小批次供應（來源：公司2023年報）。

整體而言，上游原料核心配方及高純化處理技術被日本和歐美企業把控，國產處於“中低端可保供、高階靠進口”的過渡階段。

7. 下游（晶圓製造應用）

BARC的下游消費者是全球晶圓代工廠（foundry）、儲存晶片廠和IDM，需求隨先進光刻層數和總晶圓投片量增長。

• 邏輯晶片（Logic） 14 nm及以下FinFET工藝中，後段（BEOL）金屬層和關鍵前段（FEOL）層均需BARC。以5 nm為例，光刻層數超過80層，其中至少60%的層需要BARC輔助。3 nm GAA（環繞柵極）工藝因更多次圖形化和更嚴格CD要求，BARC使用量繼續攀升。

• DRAM儲存 從1x nm向1α、1β演進中，浸沒式ArFi光刻成為主力。DRAM的密集凹凸陣列（儲存單元）對反射控制要求苛刻，BARC不可或缺。據TechInsights拆解報告，2022年三星1α DRAM在多個關鍵層使用了有機BARC與SiON堆疊方案。

• 3D NAND快閃記憶體 層數從176層向238層、300層以上進發，臺階刻蝕和通道孔光刻涉及的BARC消耗量快速上升。特別是高縱深臺階上需要平坦化的旋塗BARC，配方設計要兼顧填充性和刻蝕負荷。

• 先進封裝與化合物半導體 在扇出型晶圓級封裝（FOWLP）、矽光、GaAs VCSEL等器件製造中，雖線寬較寬，但對反射率和均勻性仍有需求，有機BARC被沿用。此部分市場雖技術門檻相對較低，但量不小，是國產BARC首先切入的領域之一（行業調研資料2023年國產化比例約10%—15%，來源：公開產業資訊）。

下游客戶認證壁壘極高：一個新款BARC從測試到全面採用，通常需要12—24個月，涉及數十輪DOE（實驗設計）和可靠性驗證。一旦被認證，往往與光刻膠繫結供應，形成強粘性。

8. 受益公司

以下為全球及中國在BARC產業鏈中已公開版面配置的企業（僅客觀描述公開業務進展，不構成任何投資建議）：

國際巨頭

公司	BARC業務地位	技術覆蓋
JSR（日本）	全球光刻材料龍頭，BARC市場份額第一	ArF、EUV底層等全套
東京應化（TOK，日本）	與JSR並稱雙強	ArF BARC市佔率突出
杜邦（美國）	繼承陶氏化學電子材料	ArF、KrF BARC均有量產
默克（德國）	電子材料平台型企業	提供先進製程BARC
韓東進世美肯（Dongjin Semichem）	韓國半導體化學品主力	KrF/ArF BARC產品線

中國已公開宣佈BARC業務進展的公司（資訊依據公司公告、公開報道）

• 上海新陽：在年報中明確將底部抗反射塗層列為光刻膠產品組合的技術方向。2023年半年度報告顯示，ArF光刻膠及配套BARC正在客戶端驗證。
• 彤程新材：旗下北京科華半導體光刻膠已覆蓋BARC產品線。2023年公告顯示，部分KrF/ArF BARC已通過特定客戶驗證，進入量產供貨階段。
• 晶瑞電材：子公司瑞紅蘇州的i線/KrF光刻膠市佔率較高，同時在發展ArF光刻膠及其配套BARC。
• 南大光電：其ArF光刻膠和配套BARC在2022年經部分客戶驗證通過，獲得小批次訂單（公司2022年報）。
• 徐州博康：具備單體到光刻膠全產業鏈能力，獨立於上市公司體系外，已量產KrF用BARC，正推進ArF BARC驗證。公開資料未見EUV BARC量產。

需注意，國內企業目前集中在成熟製程BARC或ArF幹法工藝，先進浸沒式ArFi及EUV級別的BARC未見量產揭露。

9. 市場規模

由於BARC常與光刻膠、其他輔助材料合併統計，單獨拆分的公開資料較少。

• 全球光刻輔助材料整體規模 TECHCET 2023年報告指出，2023年全球光刻膠與輔材市場規模約42億美元，其中輔助材料（BARC、TARC、顯影液、邊膠去除劑等）合計約11億—13億美元。BARC在該類別中約佔25%—30%，估算值在3億—4億美元之間。

• BARC細分市場趨勢 根據富士經濟2022年資料，ArF浸沒式用BARC佔BARC市場總值60%以上，EUV底層（歸類為特殊BARC）增速最快，2022—2027年CAGR預計超過15%。KrF BARC市場保持穩定，i-line BARC佔比下降。

• 中國市場 據中國電子材料行業協會資料，2022年國內半導體光刻膠及配套試劑市場規模約49億元人民幣，其中BARC佔比約8%—10%，對應約4億—5億元人民幣。隨著長江儲存、長鑫儲存、中芯國際等大幅擴產，以及先進邏輯產線放量，預計到2027年國內BARC市場規模有望達到12億元人民幣（CAGR≈20%），但公開資料未給出精確預測軸，上述為基於產能規劃的行業估算。

• 價格與盈利結構 ArFi用BARC價格約為2—3美元/克，高階EUV底層超過10美元/克（來源：公開貿易資料2019—2023詢價區間）。毛利率方面，行業分析師估算國際巨頭在功能性半導體化學品上的毛利率在45%以上，國產產品因規模不足，盈利水平仍偏低。

10. 玩家對比

從技術節點覆蓋、量產進度、客戶群體等維度，國內外主要BARC供應商差異化明顯（資料主要基於公司公告及行業公開資訊，截至2024年一季度）：

企業	可量產節點覆蓋	EUV BARC	主要客戶	備註
JSR	KrF / ArF 幹法 / ArFi / EUV	有(合作Imec)	台積電、三星、英特爾等全球主要代工廠	市場第一，EUV底層方案成熟
東京應化	KrF / ArF 幹法 / ArFi	少量	台積電、SK海力士等	在ArFi BARC市佔率與JSR相當
杜邦	KrF / ArF / ArFi	部分版面配置	英特爾、美光等	側重美國及部分亞洲客戶
默克	ArF / ArFi	研發階段	歐洲及亞洲客戶	電子材料平台協同
上海新陽	主要推進ArF幹法配套BARC	未見公開	國內晶圓廠驗證中	2023中報顯示驗證階段
彤程新材(北京科華)	KrF BARC量產；ArF BARC匯入	未見公開	中芯國際、華虹等	2023年已實現部分量產供貨（公司公告）
晶瑞電材(蘇州瑞紅)	i-line/KrF BARC量產；ArF在研	無	國內主流邏輯、功率客戶	聚焦成熟製程，向先進延伸
南大光電	ArF幹法BARC小批次	無	國內某儲存廠等	2022年獲小訂單
徐州博康	KrF BARC量產，ArF推進中	無	本土代工與儲存客戶	具備單體優勢

從競爭格局看，全球BARC市場CR4（前四名集中度）長期高於85%，屬於典型寡佔。中國供應商份額合計不到5%（SEMI 2022），但2022—2023年有提速跡象。

11. 風險

技術迭代風險 光刻技術向High-NA EUV演進，BARC可能被新一代高金屬含量EUV底塗層甚至光刻膠自帶吸收功能替代。這需要現有BARC廠商持續高強度研發投入，跟不上則面臨被淘汰。

原材料斷供風險 上游特殊單體、高純溶劑由日、德、美少數企業供應，地緣衝突和貿易管制可能導致斷供。即便中游配方企業有產能，無單體則無法生產。

客戶認證與粘性風險 認證週期長且不穩定——國產BARC若在某個批次出現缺陷提升，可能立即被晶圓廠從供應名錄中剔除，恢復信任極其困難。同時，客戶為降本可能引入第二供應商，但不會輕易大規模替代主供應商，國產突破更多在“邊緣層”和成熟工藝上。

“光刻膠捆綁”風險 許多晶圓廠傾向購買“光刻膠+BARC”組合方案，若國產BARC不能與主流進口光刻膠完美匹配，或缺少與特定光刻膠組合的協同最佳化資料，將難以進入關鍵層。

環境與安全風險 BARC生產使用大量易燃有機溶劑和有毒化學品，對廢棄物處理、無塵車間溫控、安全防爆要求嚴苛。國內曾出現電子化學品廠事故引發停產整頓，影響供應穩定性。

“偽國產化”爭議風險 部分國產產品實際上大量使用進口預混料或關鍵組分，僅在國內做灌裝、調配，核心功能母料依賴海外，面臨智慧財產權隱患和供應不安全問題。

12. 誤讀糾偏

誤讀1：BARC可以和光刻膠混為一談 BARC是光刻膠下方獨立塗層，化學成分和功能不同。光刻膠負責形成圖形潛像，BARC只負責消除反射。兩者雖在配方研發上共用知識庫，但不可互換。

誤讀2：所有光刻都需要BARC 在非關鍵層，如6寸/8寸廠的i-line寬線條工藝，反射控制可以通過襯底處理或工藝最佳化實現，無需專門BARC。另外，部分極簡層（如封裝重佈線）也可能省略BARC。

誤讀3：EUV光刻不需要BARC EUV需要的是“EUV底層”，其功能類似BARC但光學機理不同，商業和研究文獻常仍將其歸入廣義BARC範疇。說“EUV無BARC”是對術語的誤解。

誤讀4：國產BARC已經達標先進製程 公開資訊顯示，中國BARC量產集中於KrF及部分ArF幹法應用，ArFi浸沒式及EUV級別BARC未見批次供貨驗證報告。宣稱“全面替代進口”屬誇大。

誤讀5：BARC厚度越厚越好 厚度需嚴格由光學模擬決定。過厚的BARC增加刻蝕負擔，容易引起CD偏差；過薄則消光不足。工業設計以反射率最小化（<1%）為目標函式，非簡單線性。

誤讀6：BARC和TARC（上部抗反射塗層）只是塗的位置不同，材料相同 TARC位於光刻膠上方，多為水溶性聚合物，要求透射率高、與浸沒液相容、不影響顯影。BARC在下層，要求吸收強、刻蝕匹配。兩者化學性質差異巨大，不能混用。

13. 最新事件（截至2024年一季度）

• 中國本土化進展 2023年下半年，彤程新材在投資者互動平台表示，公司ArF BARC產品已匯入國內某邏輯代工廠的成熟製程多層光刻，實現穩定供貨。這是公開可查的首個國產ArF BARC批次應用案例（來源：彤程新材2023年半年度報告及投資者關係記錄）。 南大光電2023年報揭露，公司ArF光刻膠及配套BARC獲得一家儲存晶片製造商的新增訂單，進入小批次生產階段，但並未說明具體制程節點。

• 國際產能擴張 2023年，JSR宣佈在日本四日市追加投資，提升EUV光刻材料和底層材料產能，新產線預計2025年投入運營（來源：日經新聞2023年4月）。 默克於2023年德國達姆施塔特設立新電子材料研發中心，其中包含先進BARC實驗室。

• 裝置與材料協同 東京電子（TEL）最新塗膠顯影平台於2023年底推出，支援新型超薄EUV底層BARC的精密烘烤和旋塗控制，加速在3 nm以下節點匯入。

• 中國政策推動 2024年初發布的《新時期促進積體電路產業和軟體產業高質量發展的若干政策》實施細則再次強調先進光刻材料的研發補助和首臺套/首批次保險補償機制，利好BARC等國產生推進（來源：工信部官網）。

• 地緣政治影響 2023年日本經濟產業省新增對半導體材料出口管制，部分高階BARC及其前驅體列入審查清單，中國客戶需獲得批文。這催化了本土供應鏈建設緊迫性（來源：日本經濟產業省官網）。

14. 追蹤指標

投資者與產業觀察者可追蹤以下高頻與定期指標，以把握BARC行業動態：

• 全球光刻膠市場季度報告（TECHCET、SEMI）：BARC隨光刻膠景氣波動，光刻膠出貨額季度年增率增速可作為BARC需求的領先指標。
• 晶圓廠資本支出與投片量：台積電、三星、中芯國際等季度法說會揭露的先進製程資本支出和晶圓出貨量，直接對應BARC消耗量。
• ASML光刻機出貨、尤其是ArFi和EUV機臺數量：每臺EUV和浸沒式DUV裝機對應多層BARC需求，出貨展望可視為遠期訊號。
• 國產材料驗證公告：國內上市公司定期公告中的“BARC產品客戶驗證通過”“實現量產供貨”等表述，是判斷國產替代進度的關鍵里程碑。
• 上游關鍵原料價格與進出口資料：高純PGMEA、特定氟單體等的海關進出口資料（HS編碼，引用中國海關總署）可監測供應鏈緊張程度和國產替代進展。
• 塗膠顯影裝置商的配套認證：TEL、SCREEN等對某款BARC的工藝認證，通常是進入主流產線的前置條件，關注裝置商新聞稿。
• 日本材料出口管制政策變化：經濟產業省清單更新頻率約半年一次，涉及半導體化學品專案變動將直接影響BARC供給格局。

15. 信源

• TECHCET, “Photoresist & Ancillary Materials Market Report,” 2023.
• SEMI, “Worldwide Semiconductor Equipment Materials Statistics,” 2022.
• 富士經濟, “電子材料年鑑 2022.”
• 中國電子材料行業協會, “中國半導體材料市場年度報告,” 2022.
• JSR Corporation 投資者資料及新聞稿，2023.
• 東京應化工業 年報，2023.
• 彤程新材 2022—2023 年報及公告.
• 南大光電 2022—2023 年報.
• 上海新陽 2023 半年度報告.
• 晶瑞電材 2023 年報.
• 日本經濟產業省, “輸出貿易管理令改正,” 2023.
• 國新辦, 《新時期促進積體電路產業和軟體產業高質量發展的若干政策》，2024.
• 華鑫證券、中金公司等券商行業研究報告（不作投資依據，僅引用公開資料收集）.
• TechInsights, “Samsung 1α DRAM Process Analysis,” 2022.