不同芯片制程对光刻胶的需求差异,本质上是曝光光源波长与制程工艺的匹配问题:制程越先进,所需光刻胶的曝光波长越短、树脂与单体的价值量占比越高,对原材料纯度与供应稳定性的要求也越苛刻。

从光刻胶体系看,半导体光刻胶主要分为 g 线、i 线、KrF、干法 ArF、浸没式 ArF 与 EUV 六大类,分别对应从 0.5μm 以上到 32nm 及以下的制程工艺。其中,KrF 与 ArF 是应用最主流的两类光刻胶:KrF 主要用在 3D 堆叠架构中,而 ArF 主要用在相对先进的制程工艺中。不同制程对光刻胶的定制化要求很高,这也直接传导至上游原材料——树脂与单体的选择。

树脂与单体:价值量随制程升级而抬升

光刻胶由感光树脂、溶剂、光引发剂和添加剂等配制而成。从含量看,溶剂占比最高(50%-90%),但从价值量看,成膜树脂是光刻胶最核心的原材料,约占总材料成本的 50%,单体约占 35%,其他材料合计约 15%。值得注意的是,高端光刻胶的树脂占比更高,例如 ArF 光刻胶的树脂价值量占比可达 97% 以上。

成膜树脂是由多种单体共聚而成的高分子聚合物,其结构设计直接决定光刻胶能够形成的线宽,进而影响曝光能量与边缘粗糙度等关键参数。因此,制程越先进,对树脂合成技术(如分子量分布控制)和单体纯度(如金属离子含量要求)的要求就越高。这也意味着,高端光刻胶的原材料壁垒主要体现在树脂的合成 Know-how 积累与单体的稳定供应上

存储芯片:3D NAND 堆叠拉动 KrF 需求

不同下游芯片对光刻胶品类的需求结构存在明显差异。以存储芯片为例,3D NAND 通过堆叠架构提升存储密度,这一工艺路线对 KrF 光刻胶形成了持续需求;而逻辑芯片的先进制程则更多依赖 ArF 及浸没式 ArF 光刻胶。由于 KrF 与 ArF 是最主要的两类光刻胶,下游芯片制程的演进方向,直接影响光刻胶及上游树脂、单体的产品结构布局。

从原材料国产化进程看,国内在溶剂、光引发剂等领域已有较好布局,而高端成膜树脂仍是相对薄弱的环节。在单体领域,徐州博康(A 股华懋科技参股 26%)已拥有品种较多、产量较大的 KrF 和 ArF 单体,其中 ArF 单体覆盖率达 80% 以上,部分单体为独家产品;除信越化学外,其他头部光刻胶厂商均为其客户,并已打通除单体以外的其他原材料,实现自主可控。

常见问题

为什么树脂和单体合计占光刻胶成本 85%?

光刻胶中溶剂含量最高但价值量低,而成膜树脂(约 50%)和单体(约 35%)合计占总材料成本约 85%,是决定光刻胶性能与品质的核心。制程越先进,树脂的价值量占比越高,例如 ArF 光刻胶的树脂价值量占比可达 97% 以上。

不同制程对光刻胶原材料的要求有何差异?

先进制程对树脂的分子量分布、单体的纯度与金属离子含量要求更为苛刻,且高端光刻胶定制化程度高,树脂结构设计直接决定可实现的线宽。因此,制程升级会同步抬升对上游树脂合成技术和单体稳定供应的要求。

存储芯片与逻辑芯片对光刻胶的需求有何不同?

存储芯片的 3D NAND 堆叠架构主要拉动 KrF 光刻胶需求,而逻辑芯片的先进制程更多依赖 ArF 及浸没式 ArF 光刻胶。两类芯片的制程路线差异,决定了光刻胶及上游原材料企业的产品结构布局方向。