半导体材料光刻胶按曝光光源波长可划分为 g线、i线、KrF、ArF(含干法与浸没式)、EUV 六类体系,其中 KrF 与 ArF 是当前最主要的两类光刻胶,分别对应 3D 堆叠架构与先进制程工艺。产业链的卡位差异,本质上是上游原材料(成膜树脂、单体、光引发剂、溶剂)的自主可控程度下游晶圆厂制程配套需求共同作用的结果。

六类体系与制程对应关系

光刻胶体系与光刻机曝光光线相匹配,不同波长对应不同制程工艺与适用芯片尺寸:

光刻胶类型曝光光源波长制程工艺适用芯片尺寸
g 线436mm0.5μm+6 英寸
i 线365nm0.5-0.35μm6、8、12 英寸
KrF248mm0.24-0.15μm8、12 英寸
干法 ArF193nm65-130nm12 英寸
浸没式 ArF193nm45-10nm12 英寸
EUV134nm32nm12 英寸

从应用角度看,KrF 光刻胶主要用在 3D 堆叠架构中,ArF 光刻胶主要用在相对先进的制程工艺中,因此这两类成为市场关注度最高的主流品种。

上游原材料的卡位差异

光刻胶由感光树脂、溶剂、光引发剂和添加剂配制而成。按价值量排序,成膜树脂约占总材料成本的 50%,单体约占 35%,其余材料合计约 15%。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。

成膜树脂是决定光刻胶性能的核心,其产业化难点集中在两方面:一是合成技术的 Know-how 积累,目前自由基聚合虽易产业化但分散度控制受限,阴离子聚合可达到更优的光刻效果但工业化条件苛刻;二是单体的稳定供应,单体纯度要求达到 99.5%,金属离子含量需小于 10 亿分之一,目前全球能实现稳定供应的单体供应商仅有四五家。

在原材料布局上,溶剂主要成分为 PMA(丙二醇甲醚醋酸酯),国内产能占全球总产量的 35%;光引发剂领域国产龙头产品在国内市占率已接近三成。而在最核心的单体领域,以徐州博康为代表的国产厂商已实现突破,其拥有品种最多、产量最大的 KrF 和 ArF 单体,ArF 单体覆盖率达 80% 以上,并已打通除单体以外的其他原材料环节。

常见问题

为什么 KrF 和 ArF 是最主要的两类光刻胶?

因为 KrF 光刻胶主要应用于 3D 堆叠架构,ArF 光刻胶主要应用于先进制程工艺,这两类需求覆盖了当前半导体制造的主流场景。从市场规模预测数据看,KrF 与 ArF 的市场规模显著高于其他类别,且保持持续增长态势。

光刻胶上游原材料中哪个环节最薄弱?

成膜树脂是价值量最大、同时也是国产化水平最低的环节。即使是相对低端的 g 线环化橡胶树脂和 i 线线性酚醛树脂,国内仍主要依赖进口,而高端的 ArF 树脂则面临难以采购的局面。产业化的主要瓶颈在于树脂合成的经验积累和单体的稳定供应。

国产光刻胶原材料企业进展如何?

在单体领域,徐州博康从化学定制合成起步,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,部分为独家产品,除个别头部厂商外,其他主要光刻胶厂商均为其客户。此外,国内已有众多公司布局溶剂、树脂、光引发剂等环节,产业链自主可控正在推进。