光刻胶成膜树脂是一种惰性聚合物基质,主要作用是把光刻胶中的其他材料结合在一起,并决定曝光后光刻胶的基本性能。按曝光光源划分,G线光刻胶对应环化橡胶树脂,I线对应线性酚醛树脂,KrF、ArF等高端品类则对应各自专用的化学放大树脂体系,制程越先进,对成膜树脂的线宽控制与边缘粗糙度等指标要求越高。从需求结构看,光刻胶整体下游覆盖面板显示、PCB、半导体及其他领域,半导体是其中重要一块;而在半导体内部,成熟制程与先进制程对树脂的品类和性能要求差异明显,高端树脂需求集中于先进晶圆制造环节。
成膜树脂在光刻胶中的位置
光刻胶由感光树脂、溶剂和添加剂按特定配方配制而成,其中成膜树脂含量约占10%—40%。含量不等于经济价值:从价值量看,成膜树脂约占总材料成本的50%,是最核心的原材料,其次是占比约35%的单体,其他材料合计约15%。在高端品类中树脂价值占比更高,例如ArF光刻胶的树脂价值量占比可达97%以上。树脂的分子结构设计主要涉及单体的种类和比例,会直接决定光刻胶能够形成的线宽,并影响曝光能量、边缘粗糙度等光刻工艺参数。
下游应用与制程需求分布
光刻胶体系与曝光光线相匹配,按曝光光源可分为G线、I线、KrF、干法ArF、浸没式ArF和EUV六大类,不同品类对应不同的制程工艺与适用晶圆尺寸:
| 光刻胶类型 | 曝光光源波长 | 制程工艺 | 适用芯片尺寸 |
|---|---|---|---|
| G线 | 436nm | 0.5μm+ | 6英寸 |
| I线 | 365nm | 0.5-0.35μm | 6、8、12英寸 |
| KrF | 248nm | 0.24-0.15μm | 8、12英寸 |
| 干法ArF | 193nm | 65-130nm | 12英寸 |
| 浸没式ArF | 193nm | 45-10nm | 12英寸 |
| EUV | 134nm | 32nm | 12英寸 |
从应用角度看,KrF胶主要用在3D堆叠架构中,ArF胶主要用在相对先进的制程工艺中,两者是最主要的两类光刻胶。由此可以勾勒出需求结构的大致轮廓:G线、I线树脂对应成熟制程与功率、模拟等对线宽要求相对宽松的场景;KrF树脂覆盖3D存储堆叠等需求;ArF及浸没式ArF树脂则集中在先进逻辑与先进存储制造,是高端需求的核心所在。
高端树脂的供给矛盾
各类光刻胶所需的树脂目前几乎全部由海外垄断。即便是相对低端的G线环化橡胶树脂和I线线性酚醛树脂,国内也主要依赖进口,国产化水平很低;高端一些的ArF树脂则面临“想买都买不到”的局面。产业化难点集中在两方面:一是树脂合成技术,目前最常用的是自由基聚合,活性自由基聚合尚未实现工业化,而合成背后更多是企业对Know-how经验的积累,以及保证每批产品质量一致的管控能力;二是单体稳定供应,单体性能直接影响光刻胶质量,纯度要求达99.5%、金属离子含量需小于十亿分之一,目前能满足要求的单体供应商只有四五家。国内已有彤程新材、圣泉集团、强力新材等企业布局树脂环节,单体领域则以徐州博康为代表,已拥有品种最多、产量最大的KrF和ArF单体,其中ArF单体覆盖80%以上。
常见问题
光刻胶成膜树脂主要用在哪里?
成膜树脂是光刻胶的粘合剂与性能决定组分,随光刻胶一同用于晶圆光刻工艺,覆盖G线、I线、KrF、ArF、浸没式ArF和EUV等各曝光体系。低端品类以G线环化橡胶树脂、I线线性酚醛树脂为主,高端品类集中在ArF等先进制程用胶。
半导体光刻胶的需求结构怎么分布?
从光刻胶整体下游看,面板显示、PCB、半导体及其他领域共同构成需求,半导体是其中一部分。在半导体内部,KrF胶主要用于3D堆叠架构,ArF胶主要用于相对先进的制程工艺,二者是最主要的两类产品,高端树脂需求因此集中在先进晶圆制造环节。
高端光刻胶树脂为什么供应紧张?
一方面ArF等高端树脂的合成依赖长期Know-how积累,活性自由基聚合尚未工业化,产品批次一致性管控难度大;另一方面其核心原料单体纯度要求达99.5%、金属离子含量需小于十亿分之一,具备稳定供应能力的供应商只有四五家。目前各类光刻胶所需树脂几乎全部由海外垄断,高端ArF树脂采购难度尤为突出。