春節(jié)在家，與眾多Fab廠工程師以及一線光刻工程師交流甚多，大家不約而同地提及到了光刻膠" target="_blank">國產光刻膠的問題，于是將大家的觀點進行了匯總，讓大家更直觀的了解他們眼中的國產光刻膠情況。
第一部分主要講一下專業(yè)人士眼中的光刻工藝與技術難點
光刻，顧名思義，用光進行雕刻，以光為工具將光罩(mask)上的圖案轉移到晶圓上的過程，聽起來很簡單，但要想實現(xiàn)這個圖形的轉移，過程很復雜，技術難點也很多。從結果導向來看，主要做好三件事—CD(critical dimension:關鍵尺寸)，OVL（overlay:套刻精度）和defect(圖形缺陷)。
?。?）要做好CD，需要通過光罩設計和工藝制程兩步去實現(xiàn)它。先講一下光罩設計與OPC。要想在晶圓上最終得到所需要大小的圖形，首先應該在光罩上的對應位置上定義好相應大小的圖形，再通過一定比例的轉換轉移到晶圓上。理論上，光罩設計的圖形是什么樣，通過一定比例轉印到晶圓上，就應該得到什么樣的圖形，但實際情況更復雜。隨著摩爾定律的不斷演進，芯片制造所需目標圖形的尺寸不斷變小，干涉和衍射現(xiàn)象就會更加明顯，而這將直接影響圖形的轉印。所以，為了使光刻后晶圓上的圖形與設計圖形一致，需要對光罩上的圖形進行修正，而這就是光刻的兄弟部門——OPC（光學臨近修正）。
解決了OPC的問題，接下來就是工藝制程。在此之前，先來了解一下整個光刻工藝流程，光刻制程的機臺包括勻膠顯影機(track)和我們熟知的光刻機(scanner)，track負責涂膠和顯影，scanner負責曝光。以正膠為例，wafer首先進到track里面涂覆一層光刻膠，PAB（Post Apply Bake，后烤工序。用來升溫蒸發(fā)大部分光刻膠中的溶劑，固化光刻膠，提高粘附性），冷卻到室溫后，移動到光刻機進行曝光，后面再回到track進行顯影，最后PEB（Post Exposure Bake,曝光后烘烤）讓顯影過程完全。然后，晶圓離開光刻室，進入刻蝕或離子注入的工藝。
整個光刻過程，單從CD角度考慮，就有很多前期工作要做。
首先，光刻膠的選擇與評估。從研發(fā)的角度來看，要先評估這只光刻膠是否能滿足工藝需求。以Krf光刻膠為例：
第一步要做的是調節(jié)光刻膠的噴量，一般來說光刻膠單次噴量要控制在1.0cc～2.0cc左右，光刻膠量過少容易產生poor coating(即常硅片邊緣曝光中出現(xiàn)的PR涂覆不完全的情況)，直接影響整個光刻過程。
第二步，是光刻膠膜厚，膜厚要考慮的是整個光刻膠的profile，不同的fab廠要求不一樣，大部分要求光刻膠膜厚的范圍控制在目標膜厚的1%以內，比如膜厚目標值是2800A，膜厚變動范圍要卡在28A以下,有些則會要求膜厚的3sigma值是否在target 1.5%以下等。
第三步，是看這只光刻膠的工藝參數(shù)是否達標（一般是和對標的光刻膠進行比較）。其中，包括DOF（Depth of Focus，在聚焦深度范圍內，曝光成像的質量是可以保證的，曝光時候的DOF必須遠大于晶圓表面的不平整度，這樣才能保證光刻工藝的良率。也就是說，要保證焦距的工藝窗口是否能cover晶圓表面高低差的最大值）；EL(Exposure Latitude曝光寬容度，也可以叫能量窗口，曝光容忍度大的膠受曝光能量浮動或不均勻的影響較小。一般是在滿足DOF的前提下保證EL達標，比如Krf光刻膠一般要滿足DOF大于150nm時，同時要讓EL達到10%)，CD uniformity(保證晶圓不同shot里的相同位置的CD的均一性，主要是看CDU的3simga值是否in spec)；CD LWR（Line Width Roughness，光刻膠的線寬粗糙度，指由于邊緣粗糙導致的光刻膠線寬相對于目標值的偏離）等等。
?。?）OVL是除CD以外另外一項重要的量測指標，OVL簡單來說就是當層的圖形和前層的圖形對的是否準不準，技術工藝越先進，對OVL的要求就越高。因為隨著節(jié)點的不斷做小，留給OVL的窗口也越來越小，OVL勢必會越來越難做。OVL的量測模式業(yè)界一般有兩種，IBO(Image Based Overlay)和DBO(Diffraction Based Overlay),IBO顧名思義，就是對當層和前層的量測Mark拍照，看疊的到位不到位，而DBO是通過收集當層和前層的量測Mark的衍射光，將光信號轉換成數(shù)字信號而反映出來。
（3）整個光刻過程的Defect (圖形缺陷)主要由設備和工藝上原因導致的。設備導致的圖型缺陷可以通過定期的機臺維護和清理來解決；工藝導致的圖形缺陷主要包括coating Defect和DEV Defect，Coating Defect主要是光刻膠本身的特性決定，這個一般在光刻膠評估階段就會被發(fā)現(xiàn)并解決；另外就是Developing Defect，主要是由顯影過程不完全導致，需要通過不斷優(yōu)化顯影配方去改善, 國內廠商有時因為對于材料的基礎知識認知不完善，在光阻添加劑的上運用不合理，也會導致某些光阻的顯影缺陷遠差于國外大廠。這個過程，從找到根源到最終解決往往需要比較長的周期。
總體來說，相對于更依賴系統(tǒng)和光刻機來調控的OVL，CD和Defect其實更依賴于光刻膠的特性。光刻的工藝窗口取決于光刻膠的性能，即使機臺性能再如何優(yōu)化，光刻膠的性能不達標，光刻工藝完全無法進行下去，可以說光刻膠撐起了光刻工藝的半壁江山。
第二部分主要分享他們眼中的國產光刻膠
入行以來就一直都在光刻部門，最開始關注和接觸的是國外的光刻膠廠商，如信越，DOW，JSR，TOK，這幾家大廠提供了我們所需全部45nm-14nm先進制程的光刻膠。直到中美貿易戰(zhàn)打響，國外廠商開始對我們限供甚至斷供部分光刻膠，這些都可以直接決定我們晶圓產線的生死。在這樣的背景下，我們才慢慢把視線轉移到國產光刻膠上來，從最開始的北京科華，到上海新陽，再到徐州博康。
在此過程中，我們是深切體會到國產半導體光刻膠與國外大廠產品的差距，包括工藝窗口不足，光刻膠profile差異，各種Defect問題，還有就是穩(wěn)定量產以及原材料渠道等問題，這些都是急需解決的。反過來，這些問題會在很長一段時間會限制國內各大Fab廠的發(fā)展進程。
不過光刻材料國產化的道路也并非是無路可走，光刻膠性能方面的問題可以通過優(yōu)化配方來改善。要知道，就算是像DOW這樣大廠的某款在業(yè)內被稱為“妖膠”的UV1610系列光刻膠，最開始的評估歷程也不是一帆風順的，它經歷了十幾次的配方優(yōu)化，光是評估周期就花了1-2年時間。要說它本身的特性有多優(yōu)良，也不見得，關鍵是它的普適性較強，以Logic 28HK的光刻制程為例，UV1610系列產品應用在Well Loop，LDD Loop，SIGE Loop，SD Loop等，這款光刻膠囊括了整個28HK光刻制程近三分之一的應用。它的工藝窗口不是特別優(yōu)良，但是基本能滿足工藝要求，它的普適性和廠商的及時跟進與實時反饋，讓這只光刻膠得以在28HK上量產，名氣也瞬間打響。所以看國產光刻膠公司，要重點看他們的品類與款數(shù)是不是夠多，單純只是在某1-2款光刻膠做出突破，意義不是很大，一定要有普適性，能夠大范圍的應用在Fab的不同層面工藝。比如能同時解決高端Arf與Krf，線條與孔洞膠的公司，F(xiàn)ab和這一家深度合作就可以解決大部分急切的問題，整體合作與導入的成本也會更低。
也正因為這些國外大廠恃才傲物，對很多國內Fab客戶的服務態(tài)度變得敷衍起來，他們認為你離開我的產品就得死，就算我的服務態(tài)度差，你也不敢不用我們的產品。比如日本的某大牌，他們最初是和臺積電合作的，很多光刻膠產品都是通過臺積電這家業(yè)界代工大佬打響名氣的，大佬都在用，你們這些小廠愛用不用，我也沒求著你們用，不過我認為正是這種有恃無恐，恃才傲物的態(tài)度給了我們國產光刻膠廠商巨大的機會。國產光刻膠產品性能不足，那就不斷測試，不斷反饋，不斷優(yōu)化，而且在國家大力扶持半導體國產材料的大背景下，國產化進程將更加高效。目前，國內已經有優(yōu)秀公司脫穎而出，當中有些幾乎能滿足大多數(shù)Fab廠的需求，而且研發(fā)反饋的效率也很高，欠缺的無非是經驗而已。。
在先進制程領域運用較多的還是Arf immersion的光刻膠，而且由于光刻層數(shù)的增多，對國產光刻膠廠商而言就是一塊巨大的蛋糕，不管最后這些先進制程能否突破及量產，能夠在Arf immersion光刻膠突破的國產光刻膠公司都足夠證明自己的技術與工藝優(yōu)勢，肯定能在國產光刻材料市場占據一片天地。
最后，也有一些分享寄語國產光刻膠公司。首先，敢在這個領域奮進的公司本身就已值得所有半導體同仁的尊敬，整體工藝難度之高在整個材料領域無出其右。其次，還是要與國內Fab廠深度綁定，從其需求點出發(fā)進行技術研發(fā)與工藝改進。具體來講：
?。?）打通各個Fab廠的供應鏈，對于成熟工藝和尚在研發(fā)的工藝，應該分清主次，拿下成熟工藝的替換，耐心完成先進工藝開發(fā)的評估，實時跟進，拼盡全力，掌握主動權；
?。?）要維護好與各大Fab廠的關系，研發(fā)和生產是產品評估的關鍵，一般研發(fā)負責新技術節(jié)點的開發(fā)，所以評估的光刻膠多用于新節(jié)點，周期一般較長；而生產更注重量產產品的替換，節(jié)奏更為緊湊。
?。?）Fab非常看重材料供應的穩(wěn)定性，國產光刻膠公司要抓緊解決樹脂乃至單體的問題，因為已經聽說材料的短缺已經影響到了最終光刻膠的穩(wěn)定供應。
總的來說，最近兩年來，大家對國產半導體材料的崛起信心越來越足，也期待國產材料特別是國產光刻膠在大的Fab廠放量。
