半导体光刻胶成膜树脂的海外垄断,是随曝光波长缩短、技术门槛逐级抬升而一步步固化下来的。按曝光光源划分,半导体光刻胶主要分为G线、I线、KrF、干法ArF、浸没式ArF和EUV六大类,对应的成膜树脂也从G线环化橡胶、I线线性酚醛树脂,迭代到KrF、ArF树脂。每一次技术迭代都提高了合成技术与单体供应的门槛,而Know-how经验与稳定单体供应恰恰集中在少数海外厂商手中,垄断格局由此逐步形成。 目前各类光刻胶所需的树脂几乎全部由海外垄断,即使是较低端的G线环化橡胶树脂和I线线性酚醛树脂,我国也主要依赖进口,国产化水平很低,而高端一些的ArF树脂想买都买不到。
一、技术迭代如何逐级抬高门槛
光刻胶需要与曝光光线发生反应,因此其体系与光刻机的曝光波长相互匹配。从G线到EUV,波长不断缩短,对成膜树脂的要求也层层加码。成膜树脂是一种高分子聚合物,可简单理解为由多种单体共聚而成,树脂结构设计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,进而影响曝光能量和边缘粗糙度等参数。这意味着,越往高端走,树脂配方与合成工艺的容错空间越小,后来者需要跨越的技术台阶越高。
二、垄断为何难以被打破
树脂产业化的难点集中在两方面:合成技术与单体供应。
合成技术方面,树脂合成主要分为自由基聚合、阴离子聚合和活性自由基聚合,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。自由基聚合容易控制树脂分子量、容易产业化,但分散度难以控制得很小,导致无法达到某些光刻性能;阴离子聚合可以控制分散度,使光刻胶在更精细尺寸上更好地实现光刻效果,但工业化条件比较苛刻,只有少数公司在产业化上做得很好。此外,生产企业还须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,树脂合成的背后更多是企业对合成Know-how经验的理解和积累。
单体供应方面,单体是成膜树脂的核心原料,性能要求很高,纯度要达到99.5%,金属离子含量要小于10亿分之一。成膜树脂产业化不仅要求单体供应稳定,也要求单体质量稳定,而目前能够实现这一点的单体供应商只有四五家。技术经验与原料供应双重集中,使海外厂商在每一轮迭代中持续占据先发位置。
三、价值量最高、国产化最薄弱的一环
从原材料结构看,成膜树脂是价值量最大的部分,约占材料总成本的50%,其次是占比35%的单体,其他材料合计占比15%;一些高端光刻胶的树脂占比更高,比如ArF光刻胶的树脂,价值量占比可达97%以上。价值量高、技术门槛高、供应集中,三者叠加,使成膜树脂成为光刻胶自主可控绕不开的环节。目前国内已有多家公司布局光刻胶原材料,覆盖溶剂、单体、树脂、光引发剂等环节;其中在单体领域,徐州博康已拥有品种最多、产量最大的KrF和ArF单体,ArF单体覆盖80%以上,并打通了除单体以外的其他原材料。
常见问题
光刻胶成膜树脂的垄断是一步形成的吗?
不是。它是伴随曝光波长从G线、I线向KrF、ArF、EUV逐级缩短,在技术门槛不断抬升的过程中逐步形成的。每一代树脂对合成工艺和单体质量的要求都更高,而掌握Know-how经验与稳定单体供应的厂商数量有限,垄断因此层层加固。
为什么低端树脂我国也主要依赖进口?
即使是较低端的G线环化橡胶树脂和I线线性酚醛树脂,我国也主要依赖进口,国产化水平很低。这说明差距不只在最高端环节,树脂合成的经验积累和单体稳定供应是贯穿各代产品的共性难点。
国内企业目前在哪些环节已有布局?
国内已有多家公司布局光刻胶原材料,涵盖溶剂、单体、树脂、光引发剂等环节。单体领域以徐州博康为代表,已拥有品种最多、产量最大的KrF和ArF单体,ArF单体覆盖80%以上,并打通了除单体以外的其他原材料;成膜树脂整体仍是国产化最薄弱的部分。