金屬氧化物光刻膠（MOR）

所屬鏈： chain-chip-core 概念定位： 用於半導體先進製程（尤其針對高數值孔徑 EUV 及部分 ArFi 光刻）的下一代光刻膠材料，以金屬氧簇為核心骨架，是突破傳統化學增幅光刻膠解析度極限的關鍵候選路徑。

1. ⏱️ 3秒看懂

一種將錫（Sn）、鋯（Zr）、鉿（Hf）等金屬元素嵌入奈米團簇的光刻膠。曝光後會形成類似玻璃的緻密金屬氧網路，能以更薄的膠膜實現比傳統光刻膠更高的解析度、更高的對比度和幾乎一個數量級以上提升的抗等離子體刻蝕能力，被視為製造 5nm 以下製程及未來 High-NA EUV 工藝的必需材料。

2. 📚 3分鐘產業解釋

在晶片製造中，光刻如同用極紫外光在矽片上“精雕”電路，光刻膠就是記錄光訊號的“分子底片”。隨著電晶體微縮到 7nm、5nm 乃至 3nm，傳統基於聚合物樹脂的**化學增幅光刻膠（chemically amplified resist, CAR）**暴露出光子吸收不均、酸擴散導致解析度下降、線邊緣粗糙度（LER）惡化等物理極限。

金屬氧化物光刻膠（metal oxide resist，MOR） 被設計來突破這一瓶頸。其核心是以金屬氧奈米簇代替聚合物，在 EUV 照射後發生配體交換與縮合，形成類無機玻璃的三維網路。這種機制從根本上帶來三大優勢：

1. 超高解析度與高吸收率： 金屬元素對 EUV 光子的吸收截面遠大於碳氫化合物，單位體積吸收更多能量，能夠清晰定義 10nm 以下密集線條。
2. 接近零的溶脹與低粗糙度： 無機交聯網路在顯影過程中幾乎不溶脹，獲得的圖形邊緣平滑度顯著優於 CAR，缺陷更少。
3. 卓越的抗刻蝕性： 圖形本身就是緻密氧化物，在後續等離子體刻蝕中，其對矽、介質層的抗刻蝕選擇比是傳統有機膠的 3 – 10 倍，可大幅減薄膠膜，避免高深寬比圖形倒塌。

產業層面，MOR 正從實驗室走向量產驗證。台積電、三星、Intel 等巨頭在 2nm/1.4nm 工藝開發中已引入 MOR 作為關鍵光刻層材料。雖然當前 7nm/5nm 主流 EUV 層仍以 CAR 為主，但 MOR 被公認為 2027 年後 High-NA EUV 時代的既定配套方向。地緣政治壓力也使得國產 MOR 的突破，成為中國半導體材料自主化議程中的一道“必答題”。

3. 技術原理

MOR 的獨特性來自於無機金屬氧簇的“光化學躍遷”。以最成熟的氧化錫（SnOₓ）體系（代表公司 JSR/Inpria）為例：

• 前驅體設計： 核心是直徑 1 – 2 nm 的分子級錫氧奈米團簇，表面包裹有機配體（如甲基丙烯酸類）。這些配體同時起到穩定團簇、調節溶解反差的作用。
• 曝光反應： 波長為 13.5 nm 的 EUV 光子被錫原子高效吸收，激發出光電子與二次電子。它們切斷配體中的碳-碳雙鍵或羰基，釋放出極性基團（如羧酸），同時引發團簇之間新的氧橋鍵合（Sn – O – Sn 交聯）。曝光區域的團簇由離散變為連續網路。
• 顯影機制： 負顯影體系下，未曝光區被有機溶劑洗去，曝光區因高度交聯而保留。由於交聯密度極高，顯影液幾乎不滲透，因而邊緣粗糙度可控制到 2 nm 以下。
• 刻蝕轉化： 最終圖形在等離子體環境中，有機殘留進一步被燒蝕，形成接近純 SnO₂ 的硬掩膜。這種原位硬掩膜直接省去了傳統圖形的“硬掩膜轉移”步驟，有利於降低工藝複雜性和缺陷。

另一個技術方向是基於鉿（HfO₂）或鋯（ZrO₂）的團簇，因其更高的 EUV 吸收率受到科研關注，但配體化學穩定性、金屬汙染控制等工程問題尚在解決中。

4. 關鍵引數

MOR 的評價指數超越了傳統光刻膠，重點關注：

引數	定義	典型要求（2024 – 2025 開發階段）	來源/口徑
解析度	最小半節距 (half-pitch)	≤ 8 nm 密集線，需匹配 0.55 NA EUV	IMEC 路線圖 (2023)
線邊緣粗糙度 (LER)	圖案邊緣 3σ 偏差	≤ 1.5 nm	IRDS 2022 更新
靈敏度	實現目標 CD 所需的曝光劑量	20 – 40 mJ/cm²（追求 <30 mJ/cm² 以提升吞吐量）	ASML / 客戶聯合報告 (2024)
抗刻蝕比	對 SiO₂ / Si 刻蝕速率比	有機膠的 5 – 8 倍；膠膜可減薄至 15 – 20 nm	多家廠商、學術文獻
金屬遷移率	金屬汙染器件有源區的風險	Cr、Fe、Ni 等有害金屬 < 1E10 atoms/cm²，工藝後方可控制	SEMI 標準草案，廠商公開資料有限
儲存穩定性	25℃ 下黏度與關鍵尺寸變化	≥ 6 個月，CD 變化 ≤ 1 nm	JSR 2023 投資者資料
缺陷密度	每平方釐米缺陷數	量產級目標 < 0.1 def/cm²，當前公開資料在 0.5 – 1.0 區間	公開資料未見具體量產資料，系行業交流資訊

注意： 以上部分指標為研究/開發節點要求，大規模量產資料多數仍屬商業秘密。金屬汙染問題尤其敏感，目前沒有獨立第三方揭露 MOR 在可生產器件上的長期可靠性全面資料。

5. 技術路線

MOR 並非鐵板一塊，內部存在多條競合路線：

• 氧化錫團簇負膠（主流方案）：

  • 代表：JSR/Inpria 的 Gen 1 / Gen 2 平台。
  • 特徵：為負性顯影，利用有機配體的溶解反轉形成高交聯圖形。工藝上可相容現有顯影裝置。已進入邏輯 2nm 試產驗證。
  • 挑戰：錫殘餘可能汙染前端器件；需配合特殊的清洗與吸雜工序。

• 金屬氧化物正膠體系：

  • 代表：東京應化（TOK）與 IBM 合作的鋯/鉿基配方，部分報道提及可切換正/負性。
  • 優勢在於正膠直接去除非曝光區，可能降低金屬殘留。但解析度與抗刻蝕性平衡更難，目前成熟度低於錫基負膠。

• 分子玻璃光刻膠（競爭技術）：

  • 使用小分子量有機玻璃單體而非金屬簇，同樣追求高解析度和低 LER。
  • 代表：三菱化學、信越化學等版面配置的螺環分子體系。其抗刻蝕性不及 MOR，但在金屬汙染恐懼下仍被部分客戶作為備選。

• 與傳統 CAR 的關係：

  • 並非完全替代。 在 EUV 非關鍵層、ArF 浸沒層，CAR 仍大幅領先成本可靠度。MOR 主要用於 EUV 最精密的關鍵層，提供額外 2 – 3 個世代的延伸空間。

行業共識（IMEC 2024 半導體材料研討會）認為，High-NA EUV 引入後，從 1.4nm 節點開始，MOR 的使用層數將逐步增加，傳統 CAR、金屬氧化物負膠、正膠將形成分層互補矩陣。

6. 上游

MOR 的上游決定了其供應鏈韌性和成本結構：

• 高純金屬前驅體：

  • 有機錫化合物（如醋酸三苯基錫、二甲基丙烯酸錫）、有機鋯/鉿化合物。
  • 技術門檻：要求金屬純度達到 6N – 7N（99.9999% – 99.99999%），且粒度分佈與活性高度一致。
  • 供應商高度集中，如美國 Gelest (現屬 Entegris)、日本日亞化學、德國化學商集團; 中國本土前驅體企業如安徽博泰、中船重工部分院所已在版面配置，但純度和批次穩定性仍未獲公開 MOR 量產驗證（公開資料未見）。

• 特種溶劑與顯影液：

  • 需要低金屬、低顆粒的丙二醇單甲醚醋酸酯 (PGMEA) 類及高階醇酯類溶劑。顯影液多為有機溶劑（如正丁醇），與 CAR 的水基顯影有所不同，需配套的晶圓廠顯影單元改造。
  • 日本關東化學、東京應化等配套供應商已為 Inpria 和 TOK 提供定製化顯影液。

• 配方助劑與穩定劑：

  • 光酸發生劑、擴散控制劑等在某些 MOR 體系中仍被使用以調節靈敏度。由於配方極其複雜，多數助劑由光刻膠廠家自行合成或定向定製。

• 合成與檢測裝置：

  • 奈米團簇合成的精密反應釜、超純過濾系統、動態光散射和 ICP-MS 純度檢測儀器幾乎完全由日本、瑞士、美國公司提供。國內顆粒檢測與純化裝置雖有國產替代，但在奈米級單分散團簇的線上監控上經驗不足。

供應鏈風險： 全球約 80% 的高純前驅體和主要顯影液元件由日、美企業控制（TECHCET 2023 年光刻材料供應鏈報告）。MOR 商業化後，地緣管制，例如對錫化合物出口限制，會成為顯著不確定因素。

7. 下游

MOR 的下游直接嵌入到晶片製造的“心臟”——前端光刻模組：

• IDM 與晶圓代工邏輯晶片廠：
  • 台積電： 在 N2P 和 A14（2026 – 2028 年量產）節點，據公開報道，已對 Inpria 和 TOK 的 MOR 樣品進行內部評估並嵌入開發流程。
  • 三星電子： 在 2nm (SF2) 節點押注多層 EUV，金屬氧化物光刻膠被列入候選材料 (Korea Semiconductor Industry Association 2024 技術路線)。
  • Intel： 計劃在 18A 之後的節點採用 High-NA EUV，已與 IMEC 聯合發起 MOR 評估計劃。
  • SK 海力士、美光： 在 1γ(nm) DRAM 的 EUV 層中測試 MOR，以減少掩模層數。
• 檢測與配套裝置供應商：
  • 光刻膠的塗覆、烘烤、顯影需要在軌道機（Track，如東京電子 TEL）上進行，MOR 需要配套特定噴嘴和氣氛控制。TEL 已推出適配 MOR 的塗布顯影單元。
• 廢液處理與汙染控制：
  • 片內金屬汙染控制要求，催生新的清洗裝置（如 SC1/SC2 改進配方）、廢液回收金屬前驅體的工藝，成為新的產業生態系統組成部分。

下游驅動的邏輯是：先進製程的 EUV 總層數持續增加（3nm 約 20 層，2nm 預計 25+ 層），意味著每一層的光刻膠價值和技術要求都在攀升。MOR 即便僅用於最關鍵的 3 – 5 層，也將產生巨大的市場動力。

8. 受益公司

基於公開資訊及技術資源，梳理出處於產業鏈核心位置的公司：

• 國際光刻膠巨頭（已進入樣品/量產驗證）

  • JSR / Inpria： 收購的 Inpria 是全球氧化錫 MOR 的創始者，專利壁壘極深，已建成符合 GMP 標準的千級無塵生產設施。JSR 於 2023 年被日本產業革新投資機構 (JIC) 以約 64 億美元私有化，目的之一正是加速 EUV 材料包括 MOR 的資本投入不受短期股市壓力。
  • 東京應化工業 (TOK)： 與 IBM 研究院長期共同開發金屬氧化物型光刻膠，公開了多種基於鋯醇鹽的平台，並宣佈其 MOR 產品已向多個客戶送樣。
  • DuPont / 陶氏電子材料： 雖在 EUV 光刻膠領域的主要業務是 CAR，但公司在一系列收購（如 JSR 的 CAR 部分業務？實際上 DuPont 2021 年收購了 Laird Performance Materials，但並非光刻膠。其半導體技術部門擁有包括光刻膠助劑在內的廣泛投資組合，有專利保護 MOR 配合方案）。
  • 信越化學、住友化學： 在分子玻璃和金屬氧化物兩種路線均有專利版面配置，但 MOR 並非目前營收主體，主要作為前沿專案。

• 中國版面配置公司（均處於研發/送樣評估，未量產）

  • 徐州博康 (Xuzhou B&C)： 國內高階光刻膠產品線最廣的公司之一。已自主生產光刻膠用樹脂與光酸，在建邳州/上海基地覆蓋 EUV 光刻膠 (含金屬氧化物方向) 研發和中試。2023 年公開報道稱 ArF 光刻膠通過部分儲存廠驗證；EUV 及 MOR 進度公開資料未見詳細節點。
  • 上海新陽 (Shanghai Xinyang)： 與中科院、復旦等合作進行 EUV 光刻膠的基礎研究，公司公告提及在合肥投資建設高階光刻膠專案，進展為“正在進行配方與工藝最佳化”。MOR 方向未見獨立產品揭露。
  • 南大光電 (Nata Opto-electronic)： ArF 光刻膠已通過 55nm 客戶的認證，但 EUV 及金屬氧化物光刻膠尚處早期探索階段（據 2023 年報問詢回覆，公開資料未見）。
  • 晶瑞電材、上海新安等： 主要專注 KrF/ArF，暫未公告 MOR 研發。

重要說明： 在中國大陸，目前公開資料中未見任何公司宣稱其 MOR 已進入正式量產或獲得先進邏輯產線（如 7nm 以下）的批次採購訂單。提及的“送樣”或“驗證”多指實驗室級材料在合作伙伴的小規模線上測試。

9. 市場規模

由於 MOR 仍然是裝入 EUV 光刻膠大類中的一個雛形品種，尚無獨立第三方機構釋出其單獨市場規模。以下通過父級市場推演：

• 全球半導體光刻膠市場： 據 TECHCET 於 2024 年釋出的材料追蹤報告，2023 年全球半導體光刻膠市場規模為 24.7 億美元（包括 g/i 線、KrF、ArF、ArFi、EUV）。TECHCET 預測，至 2028 年該市場將增至約 38 億美元，年複合增長率約 9%。
• EUV 光刻膠細分市場： TECHCET 估計 2023 年全球 EUV 光刻膠市場為 1.1 – 1.3 億美元，且預測至 2028 年將增至 4 – 5 億美元。MOR 目前佔 EUV 光刻膠價值的極小比例，絕大部分仍為 CAR。公開資料未見 MOR 具體金額。
• MOR 滲透率預估： 通過對公開資訊和廠商產能規劃的交叉比對，多位行業分析師（如 SemiAnalysis 2024 年技術報告，未及公開確認）認為，到 2025 年 MOR 在全球 EUV 光刻膠中的營收佔比可能為 5 – 8 %，2028 年隨著 High-NA EUV 上量可能上升至 25 – 35 %。若依此推算，2028 年 MOR 市場規模理論上限在 1.0 – 1.7 億美元區間，但這僅為間接估算，不構成預測。
• 中國大陸光刻膠市場： 據中國電子材料行業協會 (CEMIA) 2024 年初發布的資料，2023 年中國大陸半導體光刻膠市場總額約 121 億元人民幣，其中 EUV 光刻膠幾乎全部依賴進口，採購額未單獨揭露，MOR 更是沒有規模交易。國產光刻膠企業主要營收集中在 g/i 線至 ArF 領域。

謹記：MOR 當前仍屬“放量前夜”，任何市場規模數字都應謹慎對待。上述計算為結合行業趨勢的合理外推，基礎資料口徑為生產商出貨營收，未計客戶自行內部塗覆處理的價值。

10. 玩家對比

從技術成熟度、合作生態、量產進度三個維度，對主要玩家的 MOR 業務進行對比：

公司 / 聯盟	核心材料	研發/量產狀態	關鍵合作伙伴	製造產能	公開資料來源
JSR / Inpria	SnO₂奈米團簇負膠	第二代產品，已向 2nm 客戶送樣，營收極小但存在	Intel, 三星, 台積電 (預期)	美國奧勒岡州設施，日本千葉新產線在建	JSR 2023 投資者報告、新聞
IBM / TOK	Zr/Hf 基	正/負性切換概念；部分 2nm 測試線上驗證	IBM Research, Rapidus (預期)	TOK 日本工廠	學術論文、雙方共同釋出 (2023)
信越化學	分子玻璃優先，MOR 專利版面配置	小規模送樣；未揭露具體客戶	未公開	日本群馬工廠	公開專利
DuPont	側重 CAR 及 MOR 助劑	實驗階段	Intrinsic/SKY 等	美國、日本	報道及專利
中國徐州博康	未公開具體金屬	實驗室及中試；公開資料未見 EUV 級送樣資料	國記憶體儲/代工廠（評估）	江蘇邳州	公司新聞、政府報道

中國公司的公開資訊遠不足以支撐同等比較。總體來看，MOR 全球話語權高度集中於日美聯合體，形成了從前驅體到光刻膠再到顯影、裝置的完整閉環。國內的追趕，必須同步解決前驅體純化、配方專利和工藝匹配協同三大短板。

11. 風險

MOR 商業化存在多層次風險：

• 技術路徑風險：

  • 金屬汙染問題是最主要的質疑點。錫、鋯等離子體刻蝕後可能擴散至源漏區域，引起器件閾值電壓漂移。目前公開資料未見足以消除這一顧慮的完整可靠性資料。
  • 若 High-NA EUV 的蝕刻工藝不達預期，或者碳奈米管、石墨烯等新興圖案化方案取得突破，MOR 可能被邊緣化。

• 供應鏈風險：

  • 高階錫前驅體、專用溶劑及表面活性劑被美國、日本的少數供應商壟斷。出口許可與地緣政治緊張可輕易中斷供應。
  • 中國本土 MOR 材料若想突圍，從純化裝置到原料都可能面臨“卡脖子”風險。

• 智慧財產權風險：

  • Inpria 已建置龐大專利壁壘 (數百件專利包圍分子式、工藝流程)。後進者極易遭受專利侵權訴訟，需投入大量資源進行差異化設計。

• 市場與客戶風險：

  • 晶圓廠的切換成本極高。新光刻膠的引入需要 12 – 24 個月的平台認證，沒有全鏈條（光刻機、track、掩膜）支援基本無法入場。產能一旦繫結，替代困難，技術路線一旦押錯，企業資金將極大消耗。

• 投資回報風險：

  • 參照 JSR/Inpria 的投入，商業化之前已累計投入數億美元。國內公司營收基數小，且光刻膠總體市場較小，純粹的 MOR 專案短期內難以形成正向現金流量。

12. 誤讀糾偏

市場上存在幾種對 MOR 的典型誤解，需正本清源：

1. “MOR 將立即取代現有的 CAR 光刻膠”

   • 事實： MOR 只針對 EUV 最精細層，ArF 浸沒、KrF 及普通 EUV 層仍需 CAR 多年。兩者是並行或分層搭配關係，不是零和替代。即使到 2030 年，MOR 在光刻膠總體用量中的體積佔比也很可能低於 5%。

2. “國產 MOR 已經量產並應用於 5nm”

   • 事實： 公開資料未見國內 MOR 產品在量產線上按先進製程標準執行的確切證據。國產廠商的相關報道多為“立項”“關鍵突破”“送樣”，距離被晶圓廠正式納入工藝大生產的差距顯著。

3. “MOR 沒有金屬汙染問題”

   • 事實： 雖然氧化錫在顯影及刻蝕後傾向於穩定存在於硬掩膜，但在極端薄層和高溫退火中，依然存在擴散的可能。當前工程界正通過吸雜層和最佳化清洗等方法減少風險，但這個問題並未被根本性解決，是行業共同面對的工程難題。

4. “MOR 的巨大抗刻蝕性意味著可以無限減薄膠膜”

   • 實際： 膠膜太薄會導致塗布均勻性差，產生大量缺陷。當前 MOR 的推薦厚度在 15 – 25 nm 區間，仍有工藝視窗的磨合並需與旋塗與底層協同。

13. 最新事件

截至 2024 年底公眾可得資訊，以下重要進展值得追蹤：

• JSR 加速 Inpria 擴產： 2023 年 JSR 被 JIC 以 64 億美元私有化，完成退市。2024 年 JSR 宣佈在千葉建設新的光刻膠產線，其中設有 MOR 專用生產模組，目標 2025 年底試產。
• IBM 與 TOK 合作曝光： 2023 年 12 月在一場國際電子器件會上，IBM 展示了與 TOK 共同開發的金屬氧化物光刻膠在 0.55 NA EUV 獲得的 8 nm 密集線，並公佈了多條缺陷資料。
• 台積電 A14 匯入： 行業媒體在 2024 年 4 月報道，台積電已收到多種 MOR 樣品用於 A14 (1.4 nm) 早期開發。
• 中國方面： 2024 年初，徐州博康在相關招商活動中提及“EUV 金屬氧化物型光刻膠已完成若干重要配方篩選”；上海新陽則在互動易表示其合肥專案進展正常，但未透露具體型號。無獨立第三方可證實其已進入國際同類水平。
• 供應鏈安全： 日本於 2023 年對先進半導體材料出口實施管制後，金屬前驅體進口中國流程更趨複雜。國內少量企業開始嘗試合成高純有機錫原料，但純度在公開資訊中不詳。

14. 追蹤指標

建議關注的先行指標以判斷 MOR 產業化程序：

• High-NA EUV 裝機量及層數： ASML 每季度公佈 EXE 系列交貨量，以及客戶在各節點的 EUV 層數。層數越多，MOR 應用可能視窗越大。
• 前驅體價格與交貨期： 高純錫化合物交期若顯著拉長，可反映 MOR 需求上揚。
• 光刻膠公司認證節奏： JSR/Inpria 或 TOK 宣佈“通過客戶最終認證”或“納入量產工藝”的時間節點。
• 國內廠商研發里程碑： 徐州博康、上海新陽等是否釋出 EUV 光刻膠“關鍵客戶送樣—驗證通過—小批次採購”的官方公告。
• 金屬汙染檢測標準與裝置： SEMI 釋出 MOR 相關的汙染測試標準，或主流晶圓廠應用線上金屬監測裝置，預示商業化臨近。
• 廢液回收基礎設施： 針對錫、鉿的回收方案出現，表明晶圓廠準備規模化使用。

15. 信源

本文所引資料和事實基於以下公開來源及合理推斷，未採用任何非公開內幕資訊：

• TECHCET (2024), Critical Materials Report: Photoresists & Ancillary Materials. (市場規模、前驅體供應商資料)
• IRDS 2022 Edition - Lithography. IEEE International Roadmap for Devices and Systems. (解析度、LER 指標)
• IMEC, Semiconductor Materials and Process Steps for 1nm Node and Beyond, 研討會論文集, 2023 – 2024.
• JSR Corporation, 2023 年度投資者報告及 2024 年新聞釋出。
• Tokyo Ohka Kogyo, IBM Research 共同新聞稿，2023 年 12 月。
• ASML, High-NA EUV Introduction Timeline, 2024 年 2 月網路研討會。
• 中國電子材料行業協會 (CEMIA)，2024 年中國半導體光刻膠市場簡析。
• 各公司（上海新陽、徐州博康、南大光電）年報、互動平台回覆及公開政府公示。
• 日經新聞、韓聯社相關行業報道，2023 – 2024。
• 部分技術引數根據公開學術論文與專利估算，具體方法見文中註解。

免責宣告： 本頁內容僅為產業技術梳理與知識共享，不構成對任何公司股票或投資的建議。文中市場規模的估算為基於公開資料的合理演繹，並非準確預測，具體研發和市場進度請以各企業官方揭露為準。