這是一顆華為麒麟990 5G芯片，它的芯片面積約為113平方毫米，大概也就是咱們指甲蓋大小，而它的上面卻集成了103億晶體管。

那麼工程師們，是如何在這麼小的地方上集成這麼多晶體管？在芯片制造時都用到了哪些高精尖的技術？

我知道你們想說光刻機，光刻機确實很重要！但是還有很多核心材料也是需要的。

這一期小鲸給大家介紹一種材料，它就是光刻膠！

光刻膠又名"光緻抗蝕劑"，它是一種在紫外光等光照或輻射下，溶解度會發生變化的薄膜材料。

具體來說，它的工作機制是這樣的：

在光刻圖案化工藝中，首先将光刻膠塗在矽片上形成一層薄膜。接着在複雜的曝光裝置中，光線通過一個具有特定圖案的掩模投射到光刻膠上。

曝光區域的光刻膠發生化學變化，在随後的化學顯影過程中被去除。最後掩模的圖案就被轉移到了光刻膠膜上。而在随後的蝕刻 或離子注入工藝中，會對沒有光刻膠保護的矽片部分進行刻蝕。

最後洗去剩餘光刻膠。

這時光刻膠的圖案就被轉移到下層的薄膜上，這種薄膜圖案化的過程經過多次叠代，聯同其他多個物理過程，便産生集成電路。

有同學會問了，那光刻機和光刻膠之間是啥關系呢？

小鲸來給大家科普下：

光刻機是設備，光刻膠是材料。它們兩者共同點，都是芯片生産過程中不可缺少的東西。

舉個形象的比喻：

如果說光刻機是推動制程技術進步的“引擎”，那麼光刻膠就是這部“引擎”的“燃料”。

大家可千萬别小看它哦，它可是光刻技術中，涉及到最關鍵的功能性化學材料！

在芯片制造工藝中有40-50%的時間是在光刻過程中，這個過程不光需要光刻機，還要在矽片上塗一層光刻膠，光刻膠的質量決定了光刻精度。

簡單的說，你就算有最牛的極紫外光EUV光刻機，沒有好的光刻膠，你的光刻精度還是不行。可以說它直接影響集成電路的性能、成品率以及可靠性。

所以光刻膠是至關重要的。

按照曝光波長分類，光刻膠可分為 ：

UV: i/g型光刻膠，也就是波長大于300nm。

DUV: KrF型光刻膠，也就是波長248nm, 和ArF型光刻膠，也就是波長193nm。

極紫外: EUV光刻膠，也就是波長進一步降低至28納米以下。

不同曝光波長的光刻膠，其适用的光刻極限分辨率也不同，通常來說，在使用工藝方法一緻的情況下，波長越小，加工分辨率越佳。

對于半導體領域來說，再好的創意，再牛的設計。到了制造階段，都逃不過工藝設備和材料。

設備方面大家都知道的，諸如光刻機，蝕刻機等等。

那麼材料方面呢？

半導體材料它包含矽片、光刻膠、光掩膜、濺射靶材、CMP 材料、電子特氣、濕化學品 、石英 等 細分子領域。

而根據全球半導體行業協會數據，光刻膠在半導體材料價值中占比近6%，光刻輔助試劑占比7.4%，二者共占13.4%。繼矽片和電子氣體之外的第三大半導體材料。

光刻膠廣泛用于印刷電路和集成電路的制造，以及半導體分立器件的微細加工等過程。

那麼光刻膠的生産工藝，具體是怎麼樣呢？

它的主要過程是将感光材料、樹脂、溶劑等主要原料在恒溫恒濕1000級的黃光區潔淨房進行混合，在氮氣氣體保護下充分攪拌，使其充分混合形成均相液體。

經過多次過濾，并通過中間過程控制和檢驗，使其達到工藝技術和質量要求，最後做産品檢驗，合格後在氮氣氣體保護下包裝、打标、入庫。

而且單單裝光刻膠的箱子也要做定制，确保箱子材料不會影響光刻膠。這個要做很多實驗，而且反複驗證才可以，每開發一個試驗品都要保存樣本和實驗材料，結果是需要很大的特殊的倉庫來保存這些樣品才可以。

光刻膠的核心技術有哪些呢？

它包括配方技術，質量控制技術和原材料技術。

其中配方技術是光刻膠實現功能的核心，就像咱們做菜，要有食譜配方一樣。

高品質的原材料則是光刻膠性能的基礎。就像咱們食譜有了，下一步是啥，對，就是要有新鮮的蔬菜材料嘛。

而質量控制技術能夠保證光刻膠性能的穩定性。就像咱們食譜有了，蔬菜也有了，還缺調味料。隻有放入适量的調味料，才可以保證做出來的菜色香味俱全嘛。

同時光刻膠按應用領域分類，可分為 低端PCB 光刻膠、中端LCD顯示面闆光刻膠、高端半導體光刻膠

最低端的光刻膠，國内已經占了全球70%的市場了，中端主要用在面闆生産領域，這個國内才起步，國産化率不足5%。

我舉個例子：

咱們日常使用的電子設備，其顯示器之所以能展現色彩斑斓的畫面。主要就是因為其面闆之中有一層彩色薄膜，而這片厚度僅僅2微米的薄膜，就必須要由光刻膠來實現色彩畫面。

而高端光刻膠主要用在芯片制造的，國内目前最高水平是193納米，和國外差距40年。

中高端目前主要是美國日本公司壟斷，它們占據市場将近90%的份額。比如日本合成橡膠、東京應化、美國陶氏、住友化學、富士膠片等等

而國内半導體光刻膠生産和研發企業僅有五家，分别為蘇州瑞紅、北京科華、南大光電、容大感光、上海新陽。

國産化率方面：

較低端的 i/g 型光刻膠國産化率很低 ，目前國内僅有晶瑞股份的蘇州瑞紅子公司和北京科華微電子公司可實現量産。

其中晶瑞股份擁有 每年100 噸 的 i 線光刻膠生産線，科華微電子擁有 每年500 噸 的 i/g 線光刻膠生産線，此外，容大感光公司也可小批量，低于每年 100 噸 ，生産 i 線光刻膠。

對于較高端的KrF 、 ArF 型光刻膠，目前國内基本依靠進口。

KrF 型光刻膠僅北京科華微電子擁有一條每年 10 噸 生産線。産品現已通過中芯國際認證獲得商業訂單，但所占市場份額極低。晶瑞股份于 2018 年建成了一條KrF 248nm 深紫外光刻膠中試示範線，現在尚未實現正式批量生産。

ArF 型光刻膠目前南大光電在建一條 每年25 噸 的生産線，科華微電子和上海新陽也在進行産品的研發和産業化項目。

咱們在材料方面除了國産化率較低外，技術水平與半導體最先進制程對應要求也存在一定差距。

而随着半導體制程不斷提高，所需曝光所用光線波長不斷縮短，對光刻膠的分辨率、敏感度、對比度等也提出了更高的要求。

其中分辨率是圖形描述形成的關鍵尺寸，對比度是描述光刻膠從曝光區到非曝光區的陡度；敏感度是光刻膠上産生一個良好的圖形所需一定波長光的最小能量值。

所以你看，諸多技術參數限制構成了光刻膠的技術壁壘。

最後小鲸想說：

常常有人把半導體研究與“兩彈一星”做比較，認為咱們能做出“兩彈一星”這樣的尖端科技，半導體也不成問題。但是卻忽視了，"兩彈一星"技術一旦掌握，自我更新速度較慢。

而半導體是按照摩爾定律高速發展的，單位芯片晶體管數量每18個月增長一倍。在半導體領域，落後一年都不行。

而像光刻膠這樣的材料，有效期為三個月，咱們想囤貨都不行。

而光刻膠看似簡單，其實需要大量投入和産業配合，需要反複的實驗和工業化制備。

無論是從實驗室到量産，還是從1微米到幾十納米幾納米，都存在非常大的鴻溝需要逾越。同時光刻膠作為一種半導體化學材料，還需要半導體的大牛團隊和化學化工的大牛團隊精誠合作才行。

咱們想要發展半導體，沒有捷徑可走。

關鍵設備跟材料被卡着脖子，在逆全球化的浪潮之中，國産替代一定是大勢所趨。而這需要各行各業的理解和支持，特别是學科設置、人才培養、經費投入等等方面。

半導體研發是一個完整的技術層級體系。

咱們隻有夯實基礎，掌握了半導體現有的技術體系，并在有潛力的環節奮起攻關，形成自己的技術突破，獲得一定的技術話語權，才可能在國際競争中有立足之地。

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