成膜树脂是光刻胶中价值量最高的原材料,约占总材料成本的50%左右,在ArF光刻胶中这一比例可达97%以上。 从g/i线到KrF、ArF再到EUV,每一代光刻胶对树脂的分子结构、分子量分布控制以及刻蚀耐受性要求都截然不同,这也是高端树脂价值量远超低端产品的根本原因。
各世代光刻胶对树脂的核心要求
光刻胶体系需要与曝光光源波长相匹配,不同世代的光刻胶因此对成膜树脂提出了差异化的设计要求,直接决定了光刻胶能够形成的线宽及光刻工艺的曝光能量、边缘粗糙度等参数。
| 光刻胶世代 | 主要树脂类型 | 核心设计考量 |
|---|---|---|
| g/i线 | 环化橡胶/线性酚醛树脂 | 基础成膜性能,国产化水平仍较低 |
| KrF | 聚羟基苯乙烯类 | 适配248nm波长,需兼顾感光性与刻蚀耐受性 |
| ArF | 丙烯酸酯/脂环族树脂 | 适配193nm波长,对分子量及PDI控制要求显著提升 |
| EUV | 金属氧化物或分子玻璃体系 | 面向更精细制程,对分辨率与边缘粗糙度要求更高 |
树脂结构设计如何影响光刻性能
成膜树脂是一种高分子聚合物,由多种单体共聚而成。树脂结构的设计主要涉及单体的种类和比例,这会直接决定光刻胶能够实现的线宽精度,进而影响整个光刻工艺的曝光能量与边缘粗糙度等关键参数。
在合成技术层面,目前最常用的是自由基聚合,其优势在于容易控制树脂分子量且易产业化,但PDI(分散度)难以控制到很小,从而限制了一些光刻性能(如LWR)的达成。阴离子聚合则可以更好地控制PDI,使光刻胶在更精细尺寸上实现更好的光刻效果,但其工业化条件苛刻,仅有少数公司(如信越化学、JSR等)产业化做得较好。随着制程世代推进,对树脂分子量分布控制的要求只会更加严格。
高端树脂为何价值量更高
ArF树脂价值量占比可达97%以上,远超g/i线树脂,核心原因在于技术门槛的跨越式提升。高端光刻胶的定制化程度很高,树脂合成背后更多是企业对合成Know-how经验的理解与积累,同时还需要在生产管理和质量控制上严格把关,保证每批光刻胶质量一致。
此外,成膜树脂的核心原料——单体的性能会直接影响光刻胶质量,其纯度要求极高。目前能够满足稳定供应与质量一致性的单体供应商仅有少数几家,这也构成了高端树脂产业化的关键瓶颈。
常见问题
为什么KrF和ArF光刻胶是市场最关注的两大类?
KrF胶主要用在3D堆叠架构中,而ArF胶主要用在相对先进的制程工艺中,两者是半导体光刻胶中最主要的两类。高端ArF树脂目前几乎全部由海外垄断,部分高端树脂甚至难以采购,国产化突破意义重大。
成膜树脂国产化的主要难点是什么?
产业化难点主要体现在两方面:一是合成技术,尤其是对PDI的精确控制需要长期Know-how积累;二是单体稳定供应,单体的性能和质量稳定性直接决定树脂品质,目前能满足要求的供应商数量有限。
控制光刻胶原材料对下游厂商意味着什么?
由于高端光刻胶定制化程度高,控制了原材料就能更快速地响应下游需求并开发合适的光刻胶配方。目前国内已有彤程新材、圣泉集团等多家公司布局树脂领域,徐州博康则从单体开发起步,已打通全部光刻胶原材料环节。