電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/黃山明)芯片,一直被譽為人類智慧、工程協(xié)作與精密制造的集大成者,而制造芯片的重要設(shè)備光刻機就是雕刻這個結(jié)晶的“神之手”。但僅有光刻機還不夠,還需要光刻膠、掩膜版以及其他工藝器件的參與才能保障芯片的高良率。
以光刻膠為例,這是決定芯片圖案能否被精準刻下來的“感光神經(jīng)膜”。并且隨著芯片步入7nm及以下先進制程芯片時代,不僅需要EUV光刻機,更需要EUV光刻膠的參與。但在過去國內(nèi)長期依賴進口,長期以來更是在多個官方文件、產(chǎn)業(yè)報告和政策導向中被列為關(guān)鍵攻關(guān)材料。
近期,《極紫外(EUV)光刻膠測試方法》的立項工作于2025年10月23日進入關(guān)鍵階段,國家標準委網(wǎng)站正式公示該標準為擬立項項目,推動國產(chǎn)EUV光刻膠邁向新的臺階。
從0到1的跨越
光刻膠不是普通膠水,而是一種對特定波長光敏感的高分子材料。它的核心作用是將光刻機投射的光信號,轉(zhuǎn)化為化學信號,最終形成物理結(jié)構(gòu),這個過程就好像是在“用光寫字”。
如果說光刻機就像一臺超精密的“照相機”,那么光刻膠就是涂抹在硅片表面的那層“膠片”,光刻機中有一塊刻著電路設(shè)計圖的掩膜版,當DUV或EUV透過掩膜版時,會將圖案投影到光刻膠上。
這時光刻膠就像被“拍照”一樣,曝光區(qū)域會發(fā)生化學反應,正性光刻膠曝光的部分會變得容易溶解,進而消散,而負性光刻膠曝光的地方反而變得更堅硬,讓圖案更清晰。再經(jīng)過顯影后留下與掩膜版對應的3D微觀結(jié)構(gòu),后續(xù)刻蝕/離子注入步驟以此結(jié)構(gòu)為模板。
而如此重要的技術(shù),在過去國內(nèi)一直依賴于進口,工信部數(shù)據(jù)顯示,2020年國內(nèi)的光刻膠進口依存度仍然達到95%。全球光刻膠技術(shù)更是主要由日本企業(yè)占領(lǐng),包括JSR、東京應化TOK、信越化學、富士電子材料,占了全球70%以上的市場份額。美國的杜邦、韓國的東進也有一定的份額,但核心技術(shù)仍掌握在日本手中。
2019年日韓貿(mào)易爭端期間,日本對韓國限制光刻膠等關(guān)鍵材料出口,導致三星、SK海力士產(chǎn)能一度緊張,這讓中國深刻意識到,即便有了光刻機,如果沒有光刻膠,芯片產(chǎn)線也會被迫停工。有業(yè)內(nèi)人士認為,光刻機被卡,還能撐一陣;光刻膠斷供,產(chǎn)線立刻停擺。
同年,大基金二期明確將包括光刻膠在內(nèi)的半導體材料作為投資重點,截至2024年,大基金及相關(guān)地方政府基金已向南大光電、晶瑞電材、北京科華等光刻膠企業(yè)投入大量資金,用于建設(shè)KrF/ArF光刻膠產(chǎn)線。
而工信部《重點新材料首批次應用示范指導目錄》《產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造工程實施方案》等文件中,高端光刻膠(特別是ArF、EUV光刻膠)被列為關(guān)鍵攻關(guān)材料。
我國“十四五”規(guī)劃更是明確提出,突破高端光刻膠、高純試劑、CMP拋光材料等關(guān)鍵短板材料,提升產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈韌性。“十五五”中,光刻膠是作為半導體產(chǎn)業(yè)鏈核心材料被明確列為重點突破領(lǐng)域,其戰(zhàn)略地位與量子計算、商業(yè)航天等技術(shù)并列。
尤其在高端光刻膠領(lǐng)域,數(shù)據(jù)顯示,2023年中國高端光刻膠領(lǐng)域國產(chǎn)化率不足5%,其中EUV光刻膠市場幾乎完全依賴進口,而ArF光刻膠國產(chǎn)化率僅為3.2%。不過隨著《極紫外(EUV)光刻膠測試方法》的立項工作走入關(guān)鍵階段,國家標準委網(wǎng)站正式公示該標準為擬立項項目,公示截止時間為2025年11月22日。
此次公示是標準制定的法定程序,通過公開征求意見,可進一步吸納半導體材料企業(yè)、檢測機構(gòu)等產(chǎn)業(yè)鏈上下游的建議。若順利通過公示,該標準預計2026年正式實施,成為國內(nèi)EUV光刻膠研發(fā)、生產(chǎn)和應用的強制性技術(shù)依據(jù)。
方向已定,路遠終至
EUV光刻膠是制造7nm及以下先進制程芯片的核心材料,其性能直接影響芯片良率。然而,國內(nèi)長期依賴進口,同時,缺乏統(tǒng)一、科學、可復現(xiàn)的測試方法標準,成為制約國產(chǎn)EUV光刻膠研發(fā)、驗證和產(chǎn)業(yè)化的重大瓶頸。
包括不同研發(fā)單位采用的測試條件(如曝光劑量、顯影時間、線寬粗糙度評估方式)不一致;無法與國際主流工藝對標,導致材料性能評估失真;光刻膠廠商與晶圓廠之間缺乏共同語言,影響協(xié)同開發(fā)效率。
因此,建立一套自主可控、與國際接軌的EUV光刻膠測試方法標準體系,成為國家半導體產(chǎn)業(yè)鏈安全戰(zhàn)略的重要一環(huán)。
此次標準的起草單位包括上海大學、張江國家實驗室、上海華力集成電路制造有限公司、上海微電子裝備(集團)股份有限公司等。
該標準還將填補國內(nèi)在EUV光刻膠測試方法領(lǐng)域的技術(shù)標準空白,為國內(nèi)外EUV光刻膠的性能評價提供統(tǒng)一的客觀標尺。建立統(tǒng)一的測試方法體系,覆蓋EUV光刻膠的靈敏度(E0)、分辨率、線邊緣粗糙度(LER)、曝光產(chǎn)氣等關(guān)鍵性能指標,明確最低技術(shù)要求和測試流程。
標準實施后,晶圓廠可依據(jù)統(tǒng)一的測試數(shù)據(jù)評估材料性能,將驗證周期從1-2年縮短至6個月左右,大幅降低國產(chǎn)材料的導入風險。推動國內(nèi)高端光刻膠產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展,提升我國在全球半導體材料領(lǐng)域的話語權(quán)和競爭力。
與此同時,國內(nèi)各機構(gòu)與企業(yè)都在EUV光刻膠研發(fā)上有了一些突破,例如清華大學開發(fā)出聚碲氧烷基新型光刻膠,北京大學通過冷凍電子斷層掃描技術(shù),解析了光刻膠分子在液相環(huán)境中的微觀三維結(jié)構(gòu)、界面分布與纏結(jié)行為,指導開發(fā)出可顯著減少光刻缺陷的產(chǎn)業(yè)化方案為量產(chǎn)奠定材料基礎(chǔ)。
上海大學、南大光電、晶瑞電材等先后完成“含金屬氧化物分子鏈”“銻/錫摻雜負膠”實驗室級配方,分辨率≤18nm,劑量≤25mJ/cm2,樹脂/單體合成路線已跑通,滿足客戶入門門檻。
此外,瑞聯(lián)新材EUV光刻膠單體已通過客戶驗證,上海新陽等企業(yè)進入研發(fā)初期階段,徐州博康計劃建設(shè)國內(nèi)首條EUV光刻膠中試線。
此次標準的立項,也標志著國內(nèi)從過去的被動跟隨,轉(zhuǎn)到主動定義規(guī)則中來,樂觀估計,2028-2030年可能實現(xiàn)國產(chǎn)EUV光刻膠的有限商業(yè)化。
當然,EUV的光刻膠想要量產(chǎn)還面臨著一些困難,例如其核心樹脂、光引發(fā)劑、淬滅劑、高純?nèi)軇?span style="font-family:undefined, undefined, undefined, undefined;">等90%依賴進口,主要由日本三菱化學、住友化學掌控關(guān)鍵單體供應,還需要國內(nèi)建立“電子級99.999%”產(chǎn)線。
并且EUV光刻膠研發(fā)需使用EUV光刻機驗證,材料性能優(yōu)化依賴海外設(shè)備,否則只能靠模擬或DUV平臺推測EUV性能。當然,樂觀的暢想一下,如果EUV光刻膠能夠得到解決,那么EUV光刻機也不會太遠。
總結(jié)
此次EUV光刻膠測試標準的立項,意味著通過標準化的建設(shè),國內(nèi)企業(yè)有望突破技術(shù),降低對進口材料的依賴,同時為全球半導體產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)提供中國方案。國內(nèi)雖在EUV光刻膠領(lǐng)域起步晚,但通過材料創(chuàng)新、標準制定和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同,正逐步縮小差距。只要堅持自主研發(fā),中國半導體材料終將在EUV時代占據(jù)一席之地。
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