中美貿易戰以來，我國半導體產業加速發展，國產替代迫在眉睫，光刻膠作為半導體材料皇冠上的“明珠”，更是重中之重。光刻膠是由樹脂、光致產酸劑、溶劑和添加劑等混合而成的，其中，作為生產樹脂的原材料——光刻膠單體，究竟在光刻膠制作過程中到底起到什么樣的作用？價值量多少？半導體級的光刻膠單體與一般的單體區別大不大？光刻膠單體工藝放大到量產的難點有哪些？

 

光刻膠是芯片生產過程中的核心原材料之一，用于晶圓制造中的光刻工藝。其中，樹脂是光刻膠最重要的組成部分，光刻膠樹脂不是大眾化的聚合物，必須由專門的供應商定制生產或光刻膠廠家自行生產，而光刻膠單體則是合成樹脂的原料。

 

 

在晶圓制造的光刻工藝中，光刻效果均保持在納米級別，所以光刻膠的質量一致性、穩定性至關重要。作為光刻膠核心構成的樹脂，決定了其光刻性能和耐刻蝕性能，而樹脂是由單體合成的，在“單體——樹脂——光刻膠”的合成過程中，每一個環節都會影響著光刻膠終端產品的質量，單體的性能和質量穩定性決定著樹脂的性能和質量穩定性——樹脂由單體聚合而成，形狀類似于很多的長絲。品質最好批次的長絲中有長、中、短等不同長度，優質的樹脂要求每種長度的長絲實現長度、根數等一致或者相近，這是保證最終光刻膠性能穩定和一致性的重要因素。簡而言之，要生產質量好的光刻膠，就必須擁有性能良好、質量穩定的單體。

 

目前，市場上主要的光刻膠可分為IC光刻膠(即半導體光刻膠）、面板光刻膠以及PCB光刻膠（即印刷電路板光刻膠）。其中，IC光刻膠中主要包括G線光刻膠、I線光刻膠、Krf光刻膠、Arf光刻膠、EUV光刻膠等。如果把研發光刻膠想象成打怪獸，那G線膠就好比小鉆風，I線膠好比總鉆風，一直到EUV光刻膠就是金角大王了，過關難度越來越大，更別說在批量生產環節，那簡直就是N+1個金銀角大王同時站在你面前，大吼一聲：“我叫你一聲你敢答應嗎？”，怎一個“難”字了得......不同光刻膠類型都有相應的光刻膠單體，傳統I線單體主要是甲基酚和甲醛，是大宗化學品；KrF單體主要是苯乙烯類單體，性狀是液體；ArF單體主要是甲基丙烯酸酯類單體，性狀有固體也有液體。

 

光刻膠單體的性能指標包括純度，水份，酸值，單雜，金屬離子含量等指標。同時，不同光刻膠單體做成樹脂的收率是不一樣的（所謂收率就是單位數量單體最終聚合而成的樹脂數量）。具體來看，KrF單體做成KrF樹脂的收率高一些，1噸單體大約會做出0.8-0.9噸樹脂；ArF的收率會低一些，大約1噸單體產生0.5-0.6噸ArF樹脂，而且ArF樹脂是由幾種單體聚合的，每種單體的性能和價格也是不一樣的。一般KrF與ArF光刻膠中的樹脂含量是10%-20%。如果按10%來計算，那1.5噸樹脂就可以做15噸光刻膠（即近4000加侖）。

 

光刻膠單體的上游原料是一些基礎化工原料，單體的合成需要前道合成和后道提純兩道工藝。其中，前道合成反應階段的主要原料除了主原料外還有甲醇，乙醇，二甲基甲酰胺等溶劑，后道純化處理階段的原料包括乙酸乙酯，甲基叔丁基醚等，這些材料國內有大量的供應商，量多且價格不高，就像你到超市中購買雞蛋一樣，也不是讓你去買恐龍蛋，可以自由從市場批量采購。

 

半導體級光刻膠單體的合成具有一定的特殊性，與一般類單體差異體現在三方面：第一，半導體級光刻膠單體的合成技術難度更大。第二，半導體級光刻膠單體要求質量更穩定，金屬離子雜質更少。例如，半導體級單體純度要求達到99.5%，金屬離子含量小于1ppb（即10億分之一）；而面板級別的單體結構是環氧乙烷類，純度要求或僅99.0%，金屬離子含量最少小于100ppb即可。第三，半導體級光刻膠單體的價格遠高于一般類單體。

 

光刻膠單體產業化同樣面臨不少難點。

第一，在合成和純化是需要異常小心，防止單體聚合。

第二，光刻膠單體種類繁多，針對不同的單體必須研究不同的合成方法，難易不一。

第三，對于單體的純化而言，高純度即高要求。高純度要從不同指標上來定義，如從氣相（GC）、液相（HPLC）、凝膠色譜（GPC）等不同的來考察，有時純度要達到99.9%以上。甚至還有衡量單體含水量的指標要求，如100PPM，同樣是難度大的挑戰。

第四，最具有挑戰性的難點是金屬離子控制，半導體級單體中尤其是ArF單體中的金屬離子含量要達到1ppb以下。而要做到如此嚴格的金屬離子含量的控制，需要研發人員在嘗試多種具體的方案。

第五，工藝放大。實驗室中生產的達標單體并不能滿足客戶需求，還需要通過穩定的規模化量產來實現工業級供應。首先，實驗室級別的純化手段和規模化生產的純化手段相差甚遠，在實驗室制備單體過程中，可以通過采用硅膠柱等方法達到達標的純度，而在規?；a中就只能通過有限的方法，如重結晶或蒸餾實現高純度的目標。此外，在規模化生產中嚴格控制金屬離子含量更是極大的挑戰，環境控制與質量管控也至關重要。

第六，光刻膠單體企業進入下游客戶的供應商體系需要一個長期的認證過程，一般下游客戶是不會輕易更換原有的單體供應商，除非有特別原因，且需要征得終端的光刻膠廠家的同意和認證才可更換。

 

半導體級光刻膠單體的市場售價，一般的 I線單體100-200元/公斤，KrF單體500-1000元/公斤，ArF干法和濕法的單體價格在3000-10000元/公斤不等，看使用量和純化難度。當然，高級別的單體有錢也不一定買得到。