光刻膠是整個(ge) 光刻工藝中最為(wei) 核心的一類材料。

■本報記者 秦誌偉(wei)

近日，光刻膠產(chan) 能緊缺的新聞見諸報端。上遊芯片材料供應緊張引發全球“缺芯”，使得核心材料光刻膠靠“搶”才能獲得。這種情況對於(yu) 光刻膠對外依存度高達90%的我國來說，堪稱雪上加霜。

“我國長期依賴國外膠的參數和工藝，不願或沒有條件調整工藝使用國產(chan) 膠，這是當下最大的問題。”浙江大學高分子科學與(yu) 工程學係研究員伍廣朋在接受《中國科學報》采訪時直言。

實際上，光刻膠研產(chan) 並非一蹴而就。作為(wei) 一個(ge) 勞動、資本和技術高度密集型產(chan) 業(ye) ，它需要科研人員無數次驗證各種參數，並且需要上遊研發和下遊芯片製造業(ye) 進行共同驗證。

伍廣朋強調，“國產(chan) 膠要打入市場，需要我國芯片製造商徹底調變光刻參數，使用新工藝。”

高度依賴進口

從(cong) 智能手機到超級計算機，從(cong) 汽車導航到航空航天，新型顯示和集成電路的應用已“飛入尋常百姓家”。新型顯示與(yu) 集成電路並稱“一屏一芯”，是先進製造和新一代電子信息領域的核心基礎產(chan) 業(ye) 。

作為(wei) 液晶電視的一種，量子點電視被認為(wei) 是代替OLED的產(chan) 品，其核心部件是量子點顯示器。南京大學化學化工學院教授王元元介紹，這種新型顯示器利用半導體(ti) 納米晶體(ti) 在受到光電刺激後激發出不同顏色單色光的特性構建而成。由於(yu) 量子點無法像OLED中有機物那樣通過蒸鍍法實現像素分離，因此將不同顏色量子點沉積在特定區域，構建紅、綠、藍3色像素矩陣就需要用到光刻膠和光刻技術。

光刻膠又稱光致抗蝕劑，是整個(ge) 光刻工藝中最核心的一類材料。無論在新型顯示器的組裝還是集成電路或芯片製造工藝中，光刻膠的作用有兩(liang) 種，一是將掩膜板圖形轉移到基片上，二是保護底層材料不被後續工藝刻蝕。

“我們(men) 通常通過分辨率、對比度、敏感度、黏度和抗蝕性等幾個(ge) 方麵評判光刻膠質量高低。”王元元告訴《中國科學報》。

以分辨率為(wei) 例，光的波長對圖形精細化轉移至關(guan) 重要，波長越短分辨率越高。為(wei) 適應集成電路線寬不斷縮小的要求，光刻膠的波長由紫外寬譜向G線（436nm）、I線（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、F2（157nm）、EUV（<13.5nm）的方向轉移。

近年來，我國新型顯示和集成電路產(chan) 業(ye) 進入快速發展期。例如，國產(chan) 邏輯電路進入14nm工藝節點，閃存芯片進入128層工藝製程，與(yu) 國際先進水平的差距逐步縮小。但北京科華微電子材料有限公司（北京科華）技術副總李冰表示，國內(nei) 集成電路製造用的光刻膠仍依賴進口，特別是8英寸和12英寸產(chan) 線用的先進光刻膠有90%以上依賴進口。

“光刻膠雖然在國內(nei) 有大量應用，但專(zhuan) 利技術大部分為(wei) 國外公司所有。”王元元表示，根據公開數據，德國、日本、美國等公司占據全球光刻膠市場份額的80%以上。“我國目前的光刻膠研發與(yu) 世界先進水平仍有2至3代差距，且主要集中在低端印刷電路板光刻膠。”

存在壁壘是必然

正如伍廣朋所說，光刻膠是一種勞動、資本和技術密集型產(chan) 業(ye) ，對後發國家而言，需要多年積累。

例如，一台配套EUV光刻技術研發的高端EUV光刻機價(jia) 值1.5億(yi) 美元。除了光刻膠本身外，其輔助材料、專(zhuan) 用試劑也具有較高的技術壁壘，相關(guan) 技術基本都掌握在國外光刻膠巨頭手中。

值得一提的是，光刻膠並不是這些國外光刻膠巨頭的主營業(ye) 務。以日本信越化學為(wei) 例，其2019年營收約為(wei) 147億(yi) 美元，而當年全球半導體(ti) 光刻膠市場規模也隻有約13億(yi) 美元。然而，國內(nei) 光刻膠企業(ye) 無論從(cong) 技術還是規模上，都與(yu) 國際巨頭差距較大。例如，國內(nei) 光刻膠龍頭企業(ye) 之一蘇州晶瑞化學股份有限公司（晶瑞股份）2019年營收為(wei) 7.6億(yi) 元，淨利潤0.31億(yi) 元。

另一個(ge) 問題也引起伍廣朋的注意。“光刻膠和光刻機往往是結盟售賣。”他表示，企業(ye) 對光刻膠和光刻機有著同樣迫切的需求，沒有光刻膠，光刻機就變成一堆價(jia) 值高昂的廢鐵。《中國科學報》了解到，由於(yu) 需要加速追趕，國內(nei) 光刻膠企業(ye) 近年來相繼斥資購買(mai) 光刻機來驗證產(chan) 品性能。

實際上，光刻膠應用環境複雜多樣，有時甚至需要針對每個(ge) 廠商進行個(ge) 性化定製，很難標準化和模塊化，從(cong) 研發成功到進入客戶驗證階段再到大規模使用，所需時間都是以年為(wei) 單位計算。因此，客戶並不願意輕易更換光刻膠供應商。

光刻膠國產(chan) 化麵臨(lin) 的挑戰並不隻有這些。在王元元看來，除了需要解決(jue) 傳(chuan) 統光刻膠的缺陷外，更需要研發新的光刻膠材料，建立新的光刻工藝，提出精細圖案化的新思路。

在接受《中國科學報》采訪時，王元元將設計研發一類新型光刻膠分為(wei) 三步：第一步，設計材料並驗證其光敏性；第二步，探究光刻過程中光刻膠對被圖案化材料性能的影響；第三步，將光刻膠應用到器件構建中，通過實際測試優(you) 化，評價(jia) 新的光刻膠體(ti) 係。

協同配合才有出路

就光刻膠國產(chan) 化而言，據李冰介紹，Ｉ線光刻膠和KrF光刻膠中8英寸和12英寸用產(chan) 品已出現少量替代產(chan) 品，而先進工藝製程的ArF光刻膠和EUV光刻膠的12英寸用產(chan) 品仍在研發階段。

例如，2020年底，江蘇南大光電材料股份有限公司自主研發的ArF光刻膠產(chan) 品成功通過客戶認證，成為(wei) 國內(nei) 通過產(chan) 品驗證的第一款國產(chan) ArF光刻膠；晶瑞股份在國內(nei) 率先研發IC製造商大量使用的核心光刻膠；上海新陽半導體(ti) 材料股份有限公司主攻KrF光刻膠和ArF光刻膠，目前已進入產(chan) 能建設階段。

當集成電路進入7nm工藝節點後，更多的是對EUV光刻膠的迫切需求。王元元表示，如何找到合適的光源和設備提升光刻膠研發的效率，是目前最需要解決(jue) 的問題。

包括伍廣朋、王元元在內(nei) 的專(zhuan) 家都在開展EUV光刻膠研發。

早在2018年5月，由中國科學院化學研究所、中國科學院理化技術研究所及北京科華等單位承擔的EUV光刻膠研發項目通過驗收，並取得突破性進展。今年4月29日，相關(guan) 項目在山東(dong) 濱州試產(chan) 。

不過，在EUV光刻膠技術成熟前，ArF光刻膠仍是主流。

從(cong) 事光刻膠及配套試劑研發的李冰坦承，光刻膠是一個(ge) 複雜係統，單靠企業(ye) 的力量往往不能對技術進行持續深入的投入，需要與(yu) 高校、研究院所合作進行光刻膠反應機理研究，並以此為(wei) 基礎進行材料創新。

“由於(yu) 阿貝極限的存在，製約光刻分辨率的光源波長也在不斷被刷新。”王元元進一步補充道，不僅(jin) KrF和ArF產(chan) 生的深紫外光被充分利用，近10年開發出的EUV光刻更是創造分辨率個(ge) 位納米數的新紀錄。在此期間，化學家與(yu) 產(chan) 業(ye) 界聯合開發出與(yu) 各種光源相適應的光刻膠，每一代新型光刻工藝的推出都離不開新型光刻膠的開發。

建立光刻膠驗證公共平台則是另一個(ge) 急迫工作。

“光刻膠配方的驗證成本太高，特別是對ArF光刻膠與(yu) EUV光刻膠的開發，僅(jin) 曝光機的價(jia) 格就達數億(yi) 元。”李冰表示，這是單個(ge) 企業(ye) 或科研院校無法承擔的，需要產(chan) 業(ye) 合作建立共同的驗證平台以降低研發成本。

“國產(chan) 膠的研產(chan) 需要上下遊協同推進才有出路。”伍廣朋告訴《中國科學報》，好在，這樣的局麵已逐漸形成。