半导体光刻胶单体的产业化难点及市场售价情况

中美贸易战以来，我国半导体产业加速发展，国产替代迫在眉睫，光刻胶作为半导体材料皇冠上的“明珠”，更是重中之重。光刻胶是由树脂、光致产酸剂、溶剂和添加剂等混合而成的，其中，作为生产树脂的原材料——光刻胶单体，究竟在光刻胶制作过程中到底起到什么样的作用？价值量多少？半导体级的光刻胶单体与一般的单体区别大不大？光刻胶单体工艺放大到量产的难点有哪些？

光刻胶是芯片生产过程中的核心原材料之一，用于晶圆制造中的光刻工艺。其中，树脂是光刻胶最重要的组成部分，光刻胶树脂不是大众化的聚合物，必须由专门的供应商定制生产或光刻胶厂家自行生产，而光刻胶单体则是合成树脂的原料。

在晶圆制造的光刻工艺中，光刻效果均保持在纳米级别，所以光刻胶的质量一致性、稳定性至关重要。作为光刻胶核心构成的树脂，决定了其光刻性能和耐刻蚀性能，而树脂是由单体合成的，在“单体——树脂——光刻胶”的合成过程中，每一个环节都会影响着光刻胶终端产品的质量，单体的性能和质量稳定性决定着树脂的性能和质量稳定性——树脂由单体聚合而成，形状类似于很多的长丝。品质最好批次的长丝中有长、中、短等不同长度，优质的树脂要求每种长度的长丝实现长度、根数等一致或者相近，这是保证最终光刻胶性能稳定和一致性的重要因素。简而言之，要生产质量好的光刻胶，就必须拥有性能良好、质量稳定的单体。

目前，市场上主要的光刻胶可分为IC光刻胶(即半导体光刻胶）、面板光刻胶以及PCB光刻胶（即印刷电路板光刻胶）。其中，IC光刻胶中主要包括G线光刻胶、I线光刻胶、Krf光刻胶、Arf光刻胶、EUV光刻胶等。如果把研发光刻胶想象成打怪兽，那G线胶就好比小钻风，I线胶好比总钻风，一直到EUV光刻胶就是金角大王了，过关难度越来越大，更别说在批量生产环节，那简直就是N 1个金银角大王同时站在你面前，大吼一声：“我叫你一声你敢答应吗？”，怎一个“难”字了得......不同光刻胶类型都有相应的光刻胶单体，传统I线单体主要是甲基酚和甲醛，是大宗化学品；KrF单体主要是苯乙烯类单体，性状是液体；ArF单体主要是甲基丙烯酸酯类单体，性状有固体也有液体。

光刻胶单体的性能指标包括纯度，水份，酸值，单杂，金属离子含量等指标。同时，不同光刻胶单体做成树脂的收率是不一样的（所谓收率就是单位数量单体最终聚合而成的树脂数量）。具体来看，KrF单体做成KrF树脂的收率高一些，1吨单体大约会做出0.8-0.9吨树脂；ArF的收率会低一些，大约1吨单体产生0.5-0.6吨ArF树脂，而且ArF树脂是由几种单体聚合的，每种单体的性能和价格也是不一样的。一般KrF与ArF光刻胶中的树脂含量是10%-20%。如果按10%来计算，那1.5吨树脂就可以做15吨光刻胶（即近4000加仑）。

光刻胶单体的上游原料是一些基础化工原料，单体的合成需要前道合成和后道提纯两道工艺。其中，前道合成反应阶段的主要原料除了主原料外还有甲醇，乙醇，二甲基甲酰胺等溶剂，后道纯化处理阶段的原料包括乙酸乙酯，甲基叔丁基醚等，这些材料国内有大量的供应商，量多且价格不高，就像你到超市中购买鸡蛋一样，也不是让你去买恐龙蛋，可以自由从市场批量采购。

半导体级光刻胶单体的合成具有一定的特殊性，与一般类单体差异体现在三方面：第一，半导体级光刻胶单体的合成技术难度更大。第二，半导体级光刻胶单体要求质量更稳定，金属离子杂质更少。例如，半导体级单体纯度要求达到99.5%，金属离子含量小于1ppb（即10亿分之一）；而面板级别的单体结构是环氧乙烷类，纯度要求或仅99.0%，金属离子含量最少小于100ppb即可。第三，半导体级光刻胶单体的价格远高于一般类单体。

光刻胶单体产业化同样面临不少难点。

第一，在合成和纯化是需要异常小心，防止单体聚合。

第二，光刻胶单体种类繁多，针对不同的单体必须研究不同的合成方法，难易不一。

第三，对于单体的纯化而言，高纯度即高要求。高纯度要从不同指标上来定义，如从气相（GC）、液相（HPLC）、凝胶色谱（GPC）等不同的来考察，有时纯度要达到99.9%以上。甚至还有衡量单体含水量的指标要求，如100PPM，同样是难度大的挑战。

第四，最具有挑战性的难点是金属离子控制，半导体级单体中尤其是ArF单体中的金属离子含量要达到1ppb以下。而要做到如此严格的金属离子含量的控制，需要研发人员在尝试多种具体的方案。

第五，工艺放大。实验室中生产的达标单体并不能满足客户需求，还需要通过稳定的规模化量产来实现工业级供应。首先，实验室级别的纯化手段和规模化生产的纯化手段相差甚远，在实验室制备单体过程中，可以通过采用硅胶柱等方法达到达标的纯度，而在规模化生产中就只能通过有限的方法，如重结晶或蒸馏实现高纯度的目标。此外，在规模化生产中严格控制金属离子含量更是极大的挑战，环境控制与质量管控也至关重要。

第六，光刻胶单体企业进入下游客户的供应商体系需要一个长期的认证过程，一般下游客户是不会轻易更换原有的单体供应商，除非有特别原因，且需要征得终端的光刻胶厂家的同意和认证才可更换。

半导体级光刻胶单体的市场售价，一般的 I线单体100-200元/公斤，KrF单体500-1000元/公斤，ArF干法和湿法的单体价格在3000-10000元/公斤不等，看使用量和纯化难度。当然，高级别的单体有钱也不一定买得到。