重大突破!国产光刻胶通过量产验证

卓哥谈科技 2024-10-17 12:50:58

9月15日,据“中国光谷”消息,近日光谷企业在半导体专用光刻胶领域实现重大突破:武汉太紫微光电科技有限公司推出的T150 A光刻胶产品,已通过半导体工艺量产验证,实现配方全自主设计,有望开创国内半导体光刻制造新局面。

光刻胶:半导体制造核心材料

光刻胶,也被称为光致抗蚀剂(photoresist),它的作用是在光刻过程中,通过光化学反应转移掩模(mask)上的图案到衬底(如硅片)上,从而形成所需的微细图形。光刻胶的质量和性能直接影响集成电路的性能、成品率及可靠性,是半导体集成电路制造的核心材料。

光刻胶的分类依据使用场景,可以分为用于集成电路制造的g线光刻胶、i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶等。目前,我国半导体光刻胶国产化率仍处于较低水平。尤其是KrF、ArF光刻胶对外依赖最为严重,国产化率均仅在1%水平。

其中,KrF光刻胶主要用于248nm的光刻工艺,适用于对应工艺制程在250nm到150nm之间的集成电路制造。不过,随着工艺的不断进步,KrF光刻胶也开始被用于更先进的工艺节点,例如28nm制程的芯片制造中。为了降低成本,KrF光刻胶甚至可以用于28nm以下节点的某些部分。

至于ArF光刻胶则主要用于更先进的193nm光刻工艺,可以用于90nm至14nm甚至7nm技术节点的集成电路制造。

太紫微公司此次推出的T150 A光刻胶产品,对标的为KrF光刻胶系列——UV1610(该产品被业内称为“妖胶”)。该产品门槛虽不算特别高,但其使用频率和需求量较大,所以是目前光刻胶市场上的主流产品。

光谷官方称,相较于国外同系列产品UV1610,T150 A在光刻工艺中表现出的极限分辨率达120nm,且工艺宽容度更大,稳定性更高,坚膜后烘留膜率优秀,其对后道刻蚀工艺表现更为友好,通过验证发现T150 A中密集图形经过刻蚀,下层介质的侧壁垂直度表现优异”。

这标志着国产光刻胶在性能上已经能够与国际主流产品相媲美,对于推动国产光刻胶的产业化和自主可控具有重要意义。

太紫微公司:产学研模式推动科技突破

太紫微公司,可以说是典型的产学研合作模式,团队成员主要来自华中科技大学武汉光电国家研究中心,团队立足于关键光刻胶底层技术研发,在电子化学品领域深耕二十余载。注:武汉光电国家研究中心是科技部于2017年批准组建的6个国家研究中心之一,其前身为建设十余年的武汉光电国家实验室(筹)。

公司于2024年5月31日注册成立,注册资本200万元,注册地位于湖北省武汉市东湖新技术开发区,法定代表人为朱明强(持股40%)。

除了朱明强本人外,太紫微公司的另外两家股东,湖北高碳光电科技有限公司(35%)、武汉市马斯洛普管理咨询合伙企业(25%),朱明强则分别持股100%和8%。

朱明强,为华中科技大学武汉光电国家研究中心二级教授,光学与电子信息学院双聘教授、英国皇家化学会会员。

1993年毕业于武汉大学化学系,获理学学士学位;1996年毕业于武汉大学化学系高分子化学与物理专业,获理学硕士学位;2001年毕业于北京大学化学与分子工程学院高分子科学与工程系,获理学博士学位。2002年至2007年先后在美国华盛顿州立大学化学系和Rice大学生物工程系从事博士后研究。2007年回国,任湖南大学生物医学工程中心教授,博导;2009年任华中科技大学武汉光电国家实验室教授,博导。

主要研究领域为有机及纳米光电子学,研究方向包括荧光分子开关合成与应用、有机光电材料与器件。近五年来主要从事荧光分子开关合成及超分辨显微成像、聚集诱导发光、光刻胶,以及先进能源材料和器件等项目的相关研究。

太紫微公司产品研发成功,展示了高校与企业合作的产学研模式在推动科技创新和产业升级中的重要作用,成功将学术研究成果转化为实际的工业产品。

目前国产光刻胶面临的难点

目前我国半导体光刻胶国产化率较低。具体来看,光刻胶的核心技术包括配方技术、质量控制技术和原材料技术。

原材料被国外厂商垄断

其中,我国半导体光刻胶的上游核心原材料仍被国外厂商垄断,如树脂、单体、感光剂、溶剂等,尤其是树脂和感光剂高度依赖于进口,这增加了国内光刻胶生产成本以及供应链风险。

在这些原材料中,树脂的成本占比最大,约为50%。在光刻胶树脂方面,我国使用的树脂90%以上依赖进口,供应商以日本和美国厂商为主,主要由日本住友电木、日本曹达及美国陶氏等化工大厂供应。

因此,我国在推动光刻胶国产化的过程中,不仅需要在光刻胶产品本身的研发和生产上取得突破,还需要在上游核心原材料的国产化上做出努力,以减少对进口的依赖,提高供应链的安全性和稳定性。

投资回报率不高、人才缺乏、巨头垄断等

此外,技术难以突破,关键还在于在半导体制造过程中,相较于设计、封测等,光刻胶是相对一个“小众”产业,但是投入却巨大。

比如,在光刻胶的研发和生产中,需要利用光刻机进行测试和调整。不说目前ASML这样龙头厂商所在地区对我国实施技术封锁。就单从光刻机购置以及维护成本来说就非常高昂。这对于许多国内企业来说是一个较大的负担。小公司负担不起,对于一些大公司而言,因为经济效益不高,从事意愿也不高。

产业比较小众,从业人员也较少。这也导致我国从事相关研究的人才相对缺乏,进一步限制了国产光刻胶的发展。偏偏光刻胶又是电子化学品中技术壁垒最高的材料之一,需要大量的专业人才进行研发和生产。

此外,由于光刻胶的应用环境复杂且多样,有时甚至需要针对每个工厂进行特别定制,这使得该产业很难标准化和模块化生产,需要上下游企业紧密协作才能完成。同时也意味着,巨头垄断的局面也就难以打破。

光刻胶巨头们通常会与上下游企业、研究机构等形成技术联盟,共同研发新技术,制定行业标准。例如,JSR与比利时微电子研究中心(IMEC)合作,建立了EUV光刻胶制备和认证中心,以确保EUV光刻胶的认证和半导体领域应用的质量控制,下游公司甚至会直接参投这些企业,形成牢不可破的利益共同体。

2021年日本JSR收购的下一代无机光刻胶技术公司Inpria,投资方就包括了SK海力士、三星、英特尔、台积电这些大厂。

因此,下游企业一般不会轻易更换厂商。即使基于当前形势,国内企业想要更换成国内供应商,其产品也需要经过充足验证,这也带来了漫长的认证流程。

为了推动国产光刻胶的发展,我国正在积极进行技术研发和市场开拓。近年来,国产已有所突破。尤其自2019年11月,8种"光刻胶及其关键原材料和配套试剂"入选工信部的重点新材料指导目录,加速推动了我国国产光刻胶行业发展。

目前,国内光刻胶行业也形成了一些龙头企业,主要包括彤程新材、晶瑞电材、上海新阳、雅克科技和南大光电等。

根据SEMI数据,2022年全球半导体光刻胶市场规模为26.4亿美元,同比增长6.82%;大陆半导体光刻胶市场规模为5.93亿美元,同比增长20.47%,增速远高于全球半导体光刻胶市场,显示出快速增长的态势。

太紫微公司此次的突破也迅速成为市场焦点,为国产光刻胶领域释放出积极的信号。

企业负责人、华中科技大学教授朱明强称,“以原材料的开发为起点,最终获得具有自主知识产权的配方技术,这只是个开始,团队还会发展一系列应用于不同场景下的KrF与ArF光刻胶,为国内相关产业带来更多惊喜。”

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