電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）作為芯片制造過程中，光刻環(huán)節(jié)的關(guān)鍵耗材，光刻膠產(chǎn)業(yè)過去呈現(xiàn)高度集中化的市場格局。全球光刻膠市場過去由日本寡頭壟斷，JSR、TOK、信越化學(xué)、住友化學(xué)等企業(yè)占到全球近8成份額。想必業(yè)內(nèi)人士對2019年日本對韓國實施的半導(dǎo)體材料出口管制還歷歷在目，其中受到管制的三種材料就包括光刻膠。

近年來，為了構(gòu)建本土供應(yīng)鏈，國內(nèi)也在加強對光刻膠產(chǎn)業(yè)的投資，并陸續(xù)在中高端光刻膠領(lǐng)域取得突破。而最近上海人工智能實驗室聯(lián)合廈門大學(xué)、蘇州國家實驗室等合作單位，基于“書生”科學(xué)大模型與“書生”科學(xué)發(fā)現(xiàn)平臺，成功實現(xiàn)了高純度、高一致性、高效率的KrF光刻膠樹脂的研發(fā)與制備。

AI賦能材料開發(fā)并不是什么新鮮事，但對于光刻膠這樣的“卡脖子”材料而言，AI輔助開發(fā)的成功案例和經(jīng)驗，未來能夠拓展到更多的領(lǐng)域。

如何利用AI研發(fā)光刻膠？

光刻膠本質(zhì)是以樹脂為主體，搭配多種功能組分的復(fù)配高分子化學(xué)體系，一般包含主體樹脂、光敏劑、溶劑以及穩(wěn)定劑、表面活性劑等添加劑。

在芯片在光刻工藝中，光刻膠被涂在晶圓表面，經(jīng)過曝光、顯影的步驟，留下和掩模板一樣的電路圖形，同時留在晶圓表面的光刻膠充當(dāng)保護層，保護電路圖形以外的硅/氧化層不被腐蝕。

芯片需要通過涂膠→曝光→刻蝕→去膠等步驟循環(huán)往復(fù)，疊加數(shù)十層線路，因此光刻膠的消耗量非?？捎^。

按照曝光波長，光刻膠分為g線（436nm）、i線（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、EUV（13.5nm）等幾種類型，光刻膠波長越短精度越高。簡單來說，KrF主要是成熟制程應(yīng)用，包括功率、MCU等產(chǎn)品應(yīng)用較多，當(dāng)然在先進制程中也會被用到一些非關(guān)鍵的層；ArF是28nm及更先進制程的主力；而EUV光刻機由于波長只有13.5nm，ArF/KrF的化學(xué)體系已經(jīng)無法滿足，因此需要重新開發(fā)EUV專用光刻膠，目前的主要方向是金屬氧化物體系。

那么這次上海人工智能實驗室聯(lián)合廈門大學(xué)、蘇州國家實驗室開發(fā)的光刻膠就屬于KrF，主要用于成熟制程。

但從材料研發(fā)的角度，傳統(tǒng)光刻膠研發(fā)以人工經(jīng)驗為核心，主要通過實驗試錯來完成線性迭代。研發(fā)人員依據(jù)經(jīng)驗篩選樹脂、光敏劑（PAG）、抑制劑等組分，人工調(diào)配數(shù)百至數(shù)千組配方，逐一測試分辨率、靈敏度、線邊緣粗糙度等指標(biāo)，再根據(jù)結(jié)果微調(diào)配方，循環(huán)往復(fù)直至達標(biāo)。

這樣的傳統(tǒng)模式，帶來的問題是開發(fā)周期過長，通常需一年以上的時間，成本高，而且很大程度上依賴研發(fā)人員的經(jīng)驗判斷，存在主觀性和偶然性。

同時，這種研發(fā)模式對于長期投入的企業(yè)而言具備非常高的“knowhow”壁壘，日企憑借數(shù)十年研發(fā)積淀，掌握核心配方的黑箱經(jīng)驗，對組分配比、反應(yīng)溫度、純化工藝等關(guān)鍵參數(shù)形成精準把控，產(chǎn)品批次穩(wěn)定性相對較高。

但利用AI開發(fā)光刻膠，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動，將化學(xué)規(guī)律轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，整合機器學(xué)習(xí)、科學(xué)大模型、自動化實驗平臺，實現(xiàn)從分子設(shè)計到配方優(yōu)化的全流程智能化后，可大幅縮短研發(fā)周期。

據(jù)了解，上海人工智能實驗室聯(lián)合團隊研發(fā)了面向先進材料光刻膠樹脂設(shè)計的智能化合成平臺，并構(gòu)建起一套“決策—互聯(lián)—執(zhí)行—迭代”的智能化研發(fā)體系。

其中，該體系利用了“書生”科學(xué)大模型Intern-S1與優(yōu)化算法深度耦合形成的決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)替代傳統(tǒng)隨機搜索模式，負責(zé)試驗方案生成、參數(shù)優(yōu)化及結(jié)果預(yù)測等核心工作。

結(jié)合海量文獻與實驗數(shù)據(jù)庫，快速篩選候選分子結(jié)構(gòu)與配方；生成光刻膠樹脂合成實驗方案，經(jīng)SCP協(xié)議轉(zhuǎn)化為自動化平臺指令，并在物理實驗室中完成高通量的合成與表征任務(wù)；實驗產(chǎn)出的分子量、熱穩(wěn)定性等關(guān)鍵數(shù)據(jù)自動回傳AI模型，驅(qū)動算法優(yōu)化下一輪方案，實現(xiàn)研發(fā)體系自我進化。

據(jù)上海人工智能實驗室介紹，面向KrF光刻膠樹脂研發(fā)，平臺以多譜學(xué)特征、分子量分布指數(shù)（PDI）、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）等關(guān)鍵指標(biāo)為目標(biāo)，聯(lián)合優(yōu)化單體種類、單體配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等核心工藝參數(shù)。其中，優(yōu)化智能體通過篩選適宜種類與用量的鏈轉(zhuǎn)移劑，精準調(diào)控共聚物聚合速率與鏈增長過程，成功制備出PDI小于1.3的KrF光刻膠樹脂，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)工藝的分散水平；同時，平臺進一步篩選并引入含苯基和羥基的功能單體，利用苯基剛性結(jié)構(gòu)提升樹脂耐熱性能，借助羥基活性基團優(yōu)化成膜性能與光刻響應(yīng)性，二者協(xié)同作用下，實現(xiàn)Tg大于130℃的目標(biāo)，充分滿足高溫光刻過程對樹脂耐熱性的嚴苛要求。

此外，依托平臺對反應(yīng)溫度、氣氛純度、加料精度等參數(shù)的全流程自動化控制，分子量和PDI的批次穩(wěn)定性達到±10%，有效解決了傳統(tǒng)工藝中產(chǎn)品批次間性能差異較大的痛點，大幅提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性。平臺還從源頭選用高純電子級原料與溶劑，結(jié)合自動化無接觸制備流程和多次“溶解-沉淀”相轉(zhuǎn)移純化，將金屬雜質(zhì)含量穩(wěn)定控制在10ppb以下，滿足高端光刻工藝對材料純度的極致要求，為KrF光刻膠樹脂的規(guī)?；瘧?yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)。

值得一提的是，這并不只是實驗室產(chǎn)品，目前該團隊已經(jīng)與廈門恒坤新材料科技股份有限公司合作，結(jié)合其在光刻膠多組分配方開發(fā)方面的深厚經(jīng)驗，對樹脂進行了系統(tǒng)的適配性研究與配方制備。據(jù)稱目前產(chǎn)品關(guān)鍵性能指標(biāo)達到預(yù)期目標(biāo)，接下來將進行深度評估并結(jié)合市場情況推進客戶驗證。

國產(chǎn)光刻膠產(chǎn)業(yè)正在加速推進

自2025年11月起，日本將ArF、EUV光刻膠納入出口管制清單，該類產(chǎn)品實施逐案審批，審批周期延長至90天，同時削減20%-30%對華配額；而到了2025年12月，日本進一步將KrF/i線光刻膠納入嚴審范圍。

光刻膠的供應(yīng)問題日益嚴峻，實際上2019年之后，以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為支柱之一的韓國也大力尋求替代，包括尋找日本以外的供應(yīng)商以及本土廠商自研。

那么中國的光刻膠產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀如何？在KrF光刻膠領(lǐng)域，彤程新材子公司北京科華多款KrF光刻膠產(chǎn)品目前已通過中芯國際、華虹集團、長江存儲等主流晶圓廠認證并進入批量供貨階段，2025年上半年KrF光刻膠營收同比增長近50%，同時具備KrF樹脂自產(chǎn)能力。

上海新陽KrF光刻膠已通過客戶驗證實現(xiàn)量產(chǎn)，另外ArF光刻膠樣品已在國內(nèi)多家晶圓廠驗證。

南大光電則是國內(nèi)唯一實現(xiàn) 28nm ArF 干法光刻膠規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)，目前已經(jīng)通過驗證并導(dǎo)入銷售，已實現(xiàn)超過2000萬元收入。

晶瑞電材子公司瑞紅蘇州的光刻膠產(chǎn)品覆蓋紫外寬譜、g/i線、KrF、ArF等品類：i線光刻膠已規(guī)?；?yīng)中芯國際、合肥長鑫等企業(yè)；KrF高端光刻膠已完成中試，部分品種實現(xiàn)量產(chǎn)；ArF高端光刻膠處于研發(fā)與樣品送樣驗證階段。

但目前EUV光刻膠進展還相對落后，部分原因在于EUV光刻機的禁運，導(dǎo)致難以完成最終驗證與迭代。

不過科技部“十四五”新材料專項提出，到2025年實現(xiàn)KrF/ArF光刻膠國產(chǎn)化率提升至10%，同時布局EUV光刻膠預(yù)研，設(shè)立專項經(jīng)費超20億元。

去年10月，我國首個EUV光刻膠測試標(biāo)準正式進入公示階段。

去年7月，清華大學(xué)化學(xué)系許華平教授團隊開發(fā)出一種基于聚碲氧烷（Polytelluoxane, PTeO）的新型EUV光刻膠，研究成果在《科學(xué)進展》期刊上發(fā)表。

在該項研究中，團隊將高EUV吸收元素碲（Te）通過Te─O鍵直接引入高分子骨架中。碲具有除惰性氣體元素氙（Xe）、氡（Rn）和放射性元素砹（At）之外最高的EUV吸收截面，EUV吸收能力遠高于傳統(tǒng)光刻膠中的短周期元素和Zn、Zr、Hf和Sn等金屬元素，顯著提升了光刻膠的EUV吸收效率。同時，Te─O鍵較低的解離能使其在吸收EUV后可直接發(fā)生主鏈斷裂，誘導(dǎo)溶解度變化，從而實現(xiàn)高靈敏度的正性顯影。這一光刻膠僅由單組份小分子聚合而成，在極簡的設(shè)計下實現(xiàn)了理想光刻膠特性的整合，為構(gòu)建下一代EUV光刻膠提供了清晰而可行的路徑。

小結(jié)：

國內(nèi)光刻膠產(chǎn)業(yè)正處于一個黃金發(fā)展期，未來5到10年將迎來國產(chǎn)替代、產(chǎn)能擴張、技術(shù)升級的多重紅利。而隨著AI技術(shù)在新材料研發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用滲透加速，在光刻膠這個確定性的賽道上，本土企業(yè)中長期來看將會逐步跟上國際領(lǐng)先水平。


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