電子發燒友網報道(文/黃山明)芯片,一直被譽為人類智慧、工程協作與精密制造的集大成者,而制造芯片的重要設備光刻機就是雕刻這個結晶的“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。但在過去國內長期依賴進口,長期以來更是在多個官方文件、產業報告和政策導向中被列為關鍵攻關材料。
近期,《極紫外(EUV)光刻膠測試方法》的立項工作于2025年10月23日進入關鍵階段,國家標準委網站正式公示該標準為擬立項項目,推動國產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,轉化為化學信號,最終形成物理結構,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,曝光區域會發生化學反應,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。再經過顯影后留下與掩膜版對應的3D微觀結構,后續刻蝕/離子注入步驟以此結構為模板。
而如此重要的技術,在過去國內一直依賴于進口,工信部數據顯示,2020年國內的光刻膠進口依存度仍然達到95%。全球光刻膠技術更是主要由日本企業占領,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,但核心技術仍掌握在日本手中。
2019年日韓貿易爭端期間,日本對韓國限制光刻膠等關鍵材料出口,導致三星、SK海力士產能一度緊張,這讓中國深刻意識到,即便有了光刻機,如果沒有光刻膠,芯片產線也會被迫停工。有業內人士認為,光刻機被卡,還能撐一陣;光刻膠斷供,產線立刻停擺。
同年,大基金二期明確將包括光刻膠在內的半導體材料作為投資重點,截至2024年,大基金及相關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投入大量資金,用于建設KrF/ArF光刻膠產線。
而工信部《重點新材料首批次應用示范指導目錄》《產業基礎再造工程實施方案》等文件中,高端光刻膠(特別是ArF、EUV光刻膠)被列為關鍵攻關材料。
我國“十四五”規劃更是明確提出,突破高端光刻膠、高純試劑、CMP拋光材料等關鍵短板材料,提升產業鏈供應鏈韌性。“十五五”中,光刻膠是作為半導體產業鏈核心材料被明確列為重點突破領域,其戰略地位與量子計算、商業航天等技術并列。
尤其在高端光刻膠領域,數據顯示,2023年中國高端光刻膠領域國產化率不足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》的立項工作走入關鍵階段,國家標準委網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、檢測機構等產業鏈上下游的建議。若順利通過公示,該標準預計2026年正式實施,成為國內EUV光刻膠研發、生產和應用的強制性技術依據。
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,國內長期依賴進口,同時,缺乏統一、科學、可復現的測試方法標準,成為制約國產EUV光刻膠研發、驗證和產業化的重大瓶頸。
包括不同研發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,影響協同開發效率。
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,成為國家半導體產業鏈安全戰略的重要一環。
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在EUV光刻膠測試方法領域的技術標準空白,為國內外EUV光刻膠的性能評價提供統一的客觀標尺。建立統一的測試方法體系,覆蓋EUV光刻膠的靈敏度(E0)、分辨率、線邊緣粗糙度(LER)、曝光產氣等關鍵性能指標,明確最低技術要求和測試流程。
標準實施后,晶圓廠可依據統一的測試數據評估材料性能,將驗證周期從1-2年縮短至6個月左右,大幅降低國產材料的導入風險。推動國內高端光刻膠產業實現高質量可持續發展,提升我國在全球半導體材料領域的話語權和競爭力。
與此同時,國內各機構與企業都在EUV光刻膠研發上有了一些突破,例如清華大學開發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,解析了光刻膠分子在液相環境中的微觀三維結構、界面分布與纏結行為,指導開發出可顯著減少光刻缺陷的產業化方案為量產奠定材料基礎。
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,瑞聯新材EUV光刻膠單體已通過客戶驗證,上海新陽等企業進入研發初期階段,徐州博康計劃建設國內首條EUV光刻膠中試線。
此次標準的立項,也標志著國內從過去的被動跟隨,轉到主動定義規則中來,樂觀估計,2028-2030年可能實現國產EUV光刻膠的有限商業化。
當然,EUV的光刻膠想要量產還面臨著一些困難,例如其核心樹脂、光引發劑、淬滅劑、高純溶劑等90%依賴進口,主要由日本三菱化學、住友化學掌控關鍵單體供應,還需要國內建立“電子級99.999%”產線。
并且EUV光刻膠研發需使用EUV光刻機驗證,材料性能優化依賴海外設備,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
此次EUV光刻膠測試標準的立項,意味著通過標準化的建設,國內企業有望突破技術,降低對進口材料的依賴,同時為全球半導體產業鏈重構提供中國方案。國內雖在EUV光刻膠領域起步晚,但通過材料創新、標準制定和產業鏈協同,正逐步縮小差距。只要堅持自主研發,中國半導體材料終將在EUV時代占據一席之地。
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