EUV光刻胶：大批量生产仍待突破

EUV光刻胶：大批量生产仍待突破！EUV光刻胶大批量生产尚未完成。由比利时研究机构imec主办的ITF日本2025论坛于11月10日在东京君悦酒店举行。在新闻发布会上宣布，现任首席执行官卢克·范登霍夫将于2026年4月1日成为董事长，帕特里克·范德纳米尔将接任首席执行官。

范登霍夫自imec创立之初便给予支持，并自2009年起担任首席执行官，为imec如今的地位做出了卓越贡献。他被誉为“引领全球先进半导体发展路线图”的关键人物。自2025年4月起，他将担任董事长，负责监督imec的政治、外交和技术战略，并致力于支持imec的未来愿景和国际影响力。

新任首席执行官范德纳米尔拥有多年经验，曾担任imec执行副总裁，全面负责研发工作。他有望延续范登霍夫的愿景，成为一位“拥有深厚技术背景的首席执行官”，并进一步巩固先进工艺研究的实际应用和国际合作体系。

三井化学代表董事、高级常务执行董事兼ICT解决方案事业部总经理平原昭夫作了题为“化学与合作：促进未来半导体生态系统”的报告。平原昭夫提到光罩是极紫外（EUV）曝光技术面临的主要挑战之一。尽管ASML在过去十年中已交付超过300台EUV曝光设备，但EUV光刻胶仍存在诸多技术难题，目前尚未开发出符合大规模生产应用规格的光刻胶。因此，许多半导体制造商仍在不使用光刻胶的情况下进行EUV曝光。

EUV光刻胶的作用是通过防止异物粘附在光刻胶表面来保护光罩。如果颗粒粘附在光罩本身上，其阴影会在曝光过程中投射到晶圆上的光刻胶上，从而造成缺陷。但如果颗粒粘附在覆盖在光罩上的保护膜上，则不会在晶圆上造成缺陷。换句话说，保护膜的主要作用是保护光罩免受颗粒的侵害。

EUV光刻胶的工作条件与传统透射光刻胶完全不同。在EUV曝光中，波长为13.5纳米的光经多层反射镜多次反射和聚焦后照射到光罩上，然后反射光被引导到晶圆上的光刻胶层。此外，EUV光源不仅发射13.5 nm波长的光，还发射其他光，例如深紫外（DUV）。如果深紫外光照射到光刻胶上，会对图案形成产生严重影响。因此，必须在晶圆前放置一层称为动态气锁（DGL）的薄膜来阻挡深紫外光。

ASML的EUV光刻胶薄膜路线图显示，大约在2018年，ASML开发了一种具有多晶硅芯的光刻胶薄膜，单次穿过薄膜的EUV透射率为82%，三次穿过薄膜的总EUV透射率降至57%。到2024年，EUV光的单次透射率将达到90%，三次透射率将提高到73%。这种薄膜材料很可能使用了碳纳米管。

然而，在碳纳米管薄膜能够用于大规模生产之前，还有一些重大问题需要解决。由于波长为13.5 nm的极紫外光会被空气中的氧气吸收，EUV曝光设备内部是真空环境。为了防止碳基污染物降低镜面的反射率，曝光设备中引入了氢气。氢自由基会“攻击”碳纳米管薄膜，导致其逐渐被蚀刻。结果，经过约50小时的极紫外光照射后，碳纳米管网络结构显著破坏，使其变得多孔。为防止氢自由基造成的劣化，研究人员设计了一种在碳纳米管表面涂覆一层薄金属膜的方法。实验证实，即使经过500小时的氢自由基测试，涂覆金属膜的碳纳米管薄膜也几乎没有受到损伤。然而，这种金属涂层会导致透射率显著降低。

三井化学宣布他们已经研发碳纳米管薄膜长达15年。2019年5月，三井化学与ASM公司签署了EUV光刻胶业务的许可协议，获得了生产和销售权。随后，该公司于2021年5月正式宣布开始商业化生产EUV光刻胶。随着市场对更高透光率的需求，三井化学决定从多晶硅芯材转向碳纳米管材料。预计该公司将于2025年左右开始全面开发和生产碳纳米管薄膜。根据该公司所示的路线图，这些碳纳米管薄膜的单次极紫外光照射的透射率为94%，三次照射的透射率约为83%。该薄膜的使用寿命为5,000至10,000张，且不含任何大于20 μm的异物。

自ASML于2016年首次发布其EUV曝光工具以来，已经过去了十年。在过去的十年里，该公司已出货300多台设备，可以说EUV已成为半导体制造领域的主要参与者。台积电对EUV光刻技术的广泛应用便是最好的例证。2019年，EUV光刻技术首次应用于7nm+工艺的量产，当时仅应用于约五层半导体。几年后，在3nm工艺时代，这一数字大幅增长至20层以上。EUV光刻技术已成为决定尖端半导体良率和性能的关键因素。

然而，虽然EUV技术越来越普及，但仍有一些问题不容忽视。目前市面上还没有符合尖端半导体制造商标准的光刻胶薄膜。一些半导体制造商可能在没有光刻胶薄膜的情况下进行极紫外光刻曝光，并反复清洗光刻胶。这在如今尖端逻辑电路需要20层极紫外光刻技术的时代，极其不合理。光刻胶污染会直接影响良率，而反复清洗则会降低生产效率。

除了三井化学之外，芬兰的Canatu、韩国的FST、韩国的S&STech、日本的Lintec和日本的NGK Insulators也在继续寻找下一代光刻胶的解决方案。目前尚无法预测哪家机构最终能够研发出可供量产的极紫外光刻薄膜。每家公司都仍有机会。随着极紫外光刻需求的爆炸式增长，主导这一市场的影响将是不可估量的。在未来，各组织将运用哪些技术才能脱颖而出？我们将继续密切关注这些发展动态。