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在集成电路制造过程中,光刻是非常重要的一环,它决定了芯片的最小特征尺寸,而光刻胶是光刻工艺得以顺利实现的关键材料。在国内大力发展集成电路产业的大背景下,国产光刻胶如何满足国内产线的需求;在国际大厂纷纷布局euv光刻胶的节点上,国内光刻胶产品如何向高端迈进,成为集成电路材料业亟须破解的难题。

国际大厂开始布局euv光刻胶

光刻胶是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、x射线等光源的照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀刻材料。光刻胶通常以曝光波长来描述光刻胶产品的分类,随着分辨率越来越高,光刻胶曝光波长不断缩短,由紫外宽谱向极紫外(euv)光刻胶方向转移,它的发展路径为宽普、g线(436nm)、i线(365nm)、krf(248nm)与arf(193nm),2010年之后又出现了euv(13.6nm)。

据了解,全球主流光刻胶企业多为从集成电路产业发展早期就进入市场的有机感光材料企业。其中,jsr、tok、住友化学、信越、陶氏化学作为行业领军企业,共占有全球约85%的光刻胶市场份额。伴随集成电路制造技术的发展,被广泛使用在12英寸晶圆制造的arf光刻胶产品成为市场主流,有数字表明,arf/arf浸没式光刻胶产品拥有约50%的光刻胶市场份额。赛迪智库集成电路产业研究所给出的数据表明,2018年,全球适用于集成电路市场的光刻胶和配套试剂市场规模分别为15.7亿美元和20.4亿美元。

据业内专家介绍,通过双掩膜和双刻蚀等技术,现有光刻技术能够用193nm的激光完成7nm工艺的光刻。为了实现7nm及以下制程,euv(13.5nm)光刻技术浮出水面。目前,台积电、三星都已经开始布局。euv光刻光路不同于上一代的折射,它所需光刻胶主要以无机光刻胶为主。北京科华微电子材料有限公司董事长陈昕在接受《中国电子报》记者采访时表示,她刚刚参加了一年一度在硅谷举行的“国际光学工程学会举办的先进光刻技术会议”,她告诉记者:“对于光刻胶,国际上对euv光刻胶的研究与开发从未间断过。在这次会议上听到euv技术将在今年上线。而实际上,台积电和三星去年就有试产线运行了,所以说,光刻胶配合光刻技术的发展正在进入euv(13.6nm)时代。应该说,无论在理论上还是在工艺的应用上,都将发生革命性的变化。”

国内集成电路光刻胶生产水平亟待提升

我国集成电路级光刻胶需求量快速增长,尤其伴随12/8英寸晶圆厂的快速建设,我国对krf、arf光刻胶需求量增长尤为迅速。但是,由于光刻胶是集成电路耗材中的尖端产品,技术含量高、制备工艺复杂且跨物理、化学多个学科,是一项综合技术的产物,国内高端光刻胶及配套试剂产品的研发和生产能力明显不足,陈昕告诉记者,从产业化的角度来看,中国与国际光刻胶的差距是arf(193nm)与euv(13.6nm),目前这两类光刻胶产品在中国的产业化尚处空白,仍然需要依赖进口。

因此,发展高端光刻胶成为满足国内集成电路产业配套的关键点之一,而现实是,光刻胶产业面临的瓶颈是一个综合性问题。赛迪智库集成电路产业研究所王珺从四个方面进行了总结:在研发效益方面,光刻胶产品研发阶段需要有光刻机的支撑,国外领军企业多为通过在制造工艺研发时同设备、制造厂商开展联合研发,从而解决光刻机需求问题。对于我国光刻胶企业,企业追赶超越则需要自行解决光刻机需求问题,对企业研发资金需求极高。在专利壁垒方面,国外企业早已在技术关键节点部署专利,我国企业在追赶时往往难以绕开竞争对手专利限制,所以企业可能面临研发受阻现象。在产品应用方面,光刻胶作为关键核心原材料,制造环节对光刻胶产品的容错率为“0”。芯片设计企业为保障自身产品供应的稳定,往往很难选择市场认可度较低的国内产品,由此加大了光刻胶产品本土化难度。在企业发展方面,国内大部分集成电路用光刻胶生产企业原产品为平板显示用光刻胶,伴随企业产品技术发展,开始从事到g线、i线光刻胶的研发、生产中,企业对高端光刻胶的理解、研发、生产经验不足,由此带来我国大部分集成电路用光刻胶的生产水平和生产效率有待加强。

与国内ic制造企业密切合作

我国是全球重要的光刻胶应用市场,2018年全国光刻胶和配套试剂市场规模分别为23.15亿元和29.36亿元,主要产品集中在g线、i线、krf(非关键层),因此,发展arf光刻胶成为破局之旅。

陈昕指出,芯片厂商的个性化发展已经成为一个趋势,新的发展趋势需要新的产品开发形式,目前材料、设备、工艺三位一体的发展已在国际上流行,而在中国却仍有距离。她特别谈到存储芯片尤其是3d nand flash 技术的发展与相应光刻胶的开发,“在3d nand 光刻技术发展中,krf光刻占主体,约为44%,中国krf光刻胶技术与国外差距并不大,北京科华的krf光刻胶产线已经运行5年以上,市场产品日趋成熟。”她呼吁,希望在此项技术上与国内厂商尽快建立合作开发,只有密切配合、充分了解国内ic制造企业的工艺特点与实际需求,才能够有的放矢地加快所需光刻胶的开发速度。

一项新的应用技术的开发,需要坚实、广泛的科学研究做基础,而我国目前在集成电路方面的科学研究基础与先进国家比尚有差距,从事此类基础学科研究的力量薄弱。“在国家大力发展集成电路产业的大环境下,希望国内的大专院校、科研院所能够有力量投入到此类基础研究中,积累经验才会逐渐成长。”陈昕告诉记者。而除了上述基础研究环境差距的问题外,国内制造产业链的完整性也存在问题。“虽然国内已经有企业在从事光刻胶的原材料制造开发,北京科华也在积极与这些原材料厂商开展合作,但是仍有诸多问题,例如ip、工程化技术的研究等方面的问题亟待解决。”陈昕表示。

为加速我国光刻胶企业发展,王珺也给出了自己的建议:“一是以国家重大科技专项为支撑,推动制造、光刻机、光刻胶企业开展联合技术攻关,降低光刻胶企业研发成本,并为国产光刻胶产品提供更多试错机会。二是延伸《新材料首批次应用保险补偿机制》保险补偿政策在面向集成电路产业应用时的适用范围,将保险补偿机制由首批次环节扩大至产品初期应用的批量生产环节,使得保险补偿机制更适合弥补国产产品稳定性较低的不足,降低国产光刻胶产品应用阻碍。”

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