集成电路IC光刻胶浅析：技术的挑战
其实世上本没有路，走的人多了，也便成了路。
有些路，前人曾经走过，只是后来走的人少了，便也荒芜了。
在艰苦奋斗自力更生的时代，国内就开始做自己的光刻胶了。上图书籍是上世纪七十年代中科院化学所在光刻胶领域所做工作的部分总结，当时还是GHI线的负胶为主，正胶刚开始进入市场，KrF 248nm还没有进入视线，柯达还是王者；当时代表大规模集成电路制造的DRAM半导体存储器开始取代磁芯存储器，集成电路的应用刚刚进入个人消费电子市场。
如今曝光波长已经从G线I线演变至EUV， 每一次不同曝光波长的光刻技术进阶意味一次重大的技术演变，需要光刻机与光刻胶的协同优化来达成每个技术节点的按时推出。化学家们通过奇思妙想和千百次实验，通过引入新的材料和新的技术方案，光刻胶实现了快速迭代演进。可惜的是，中国（包括台湾地区）在集成电路应用光刻胶的技术能力距离国际先进水平的差距越来越大，挑战越来越大。
前文我们梳理过光刻胶技术的主要演变：
从缩聚聚合的酚醛树脂+PAC的非化学放大体系到多元共聚聚合物+PAG的化学放大体系（CAR），即使现在的EUV光刻胶也仍然是CAR体系为主；
CAR体系中由于不同波长条件对材料吸光性能的差异要求，带来了树脂体系的调整；
从干法ArF到浸没式ArF引入了含氟抗水涂层材料；
EUV光刻胶延续CAR体系已经可以满足当前EUV技术的要求，未来走向还仍然在行进中，无机光刻胶或许是一个重大的变革。
集成电路光刻胶国产化的技术挑战，我们可以拆分成两点来思考。
1. IC光刻胶的技术挑战？
“配方型”材料主要区别于高纯型材料，例如气体，某些湿化学品，它由多种物质组成，包含树脂、溶剂、感光剂、添加剂四种主要成分组成，各个组成成分的选择和配比都非常关键，变量因子越多体系越复杂，对光刻胶性能的影响及质量控制的挑战就越大。
“功能性”材料的特点是其光化学特性，曝光区通过光酸/树脂协同发生光化学反应，导致曝光区显影速率与非曝光区具有显著的差异，最终以树脂为载体形成光刻图形，进行后续的干法/湿法刻蚀工艺或离子注入工艺等等。
溯源其上，光刻胶的一级核心原料是树脂和光酸PAG。光酸是光刻胶具有光敏性的关键物质，一般为盐类小分子结构，其制备过程需要在黄光环境中完成，光刻胶体系中需定量添加光酸。树脂是光刻胶成膜以及图形化的关键，树脂本身也就一个配方体系，一般是由2-4中单体聚合而成一定分子量及分子量分布的聚合物，不同的单体选择赋予光刻胶不同的功能性侧链基团，例如酸致离去基团、抗刻蚀基团、粘附性增强基团等，这时我们需要高分子物理与化学的知识体系。树脂和光酸随不同的光刻性能要求而演变，成为光刻胶技术的核心商业机密，八成以上的光刻胶专利与这两部分相关。
光刻胶的二级原料是形成树脂的单体。单体的制备本身是有机化学的范畴，因其应用于IC电子级材料，本着源头控制的原则，对金属离子的特殊要求需要特殊的工艺制程管控。
IC 光刻胶的应用需要材料与光刻工艺的协同优化才能满足光刻图形化的要求，越先进的节点，除了材料和设备的优化之外，需要更多复杂多样的光刻RET技术。
2. IC光刻胶国产化的技术挑战？
国内光刻胶原材料主要依赖于进口，其中树脂基本上都从美、日、韩进口；感光剂从日本进口为主，国内光刻胶产业链布局还很少。个人认为这正是IC光刻胶国产化最根本的技术挑战。
以IC应用中相对低端的365nm I线光刻胶为例，到目前为止，200mm以上FAB的国产化仍然非常低，成本和技术都无法形成相对优势，其中主要原因是I线光刻胶的核心原材料酚醛树脂及PAC在国内仍然没有可靠的生产供应商，缺乏原料的多样性选择导致配方调整优化的空间及能力有限，原料无法形成规模化采购或者国产化，就无法形成具有相对可比的价格优势。I线光刻胶尚且如此，KrF和ArF可想而知。
在我们没有选择无法“依赖”的时候，汉拓选择了一条不同的路。当我们具备不同树脂的组合能力（不同的单体选择），具备多种光酸的制备能力，我们不copy，我们通过不同的配方组合实现光刻胶技术的快速迭代，以满足客户的特定需求。当我们建立起光刻胶供应链中单体、树脂、光酸以及光刻胶的规模化生产体系，我们才具备自主可控的供应链体系，我们就可以进行有效的成本控制，从材料的角度为客户提供成本优化的可持续解决方案。
（待续）
往期回顾：
集成电路IC光刻胶浅析：市场的挑战
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