普乐斯等离子清洗机带你走进一线工程师眼中的国产光刻胶！
文章导读：春节在家，普乐斯等离子清洗机工程师在半导体行业群内听到众多Fab厂工程师以及一线光刻工程师交流甚多，大家不约而同地提及到了国产光刻胶的问题，于是将大家的观点进行了汇总，让大家更直观的了解他们眼中的国产光刻胶情况。
春节在家，普乐斯等离子清洗机工程师在半导体行业群内听到众多Fab厂工程师以及一线光刻工程师交流甚多，大家不约而同地提及到了国产光刻胶的问题，于是将大家的观点进行了汇总，让大家更直观的了解他们眼中的国产光刻胶情况。
第一部分主要讲一下专业人士眼中的光刻工艺与技术难点
光刻，顾名思义，用光进行雕刻，以光为工具将光罩(mask)上的图案转移到晶圆上的过程，听起来很简单，但要想实现这个图形的转移，过程很复杂，技术难点也很多。从结果导向来看，主要做好三件事—CD(critical dimension:关键尺寸)，OVL（overlay:套刻精度）和defect(图形缺陷)。
（1）要做好CD，需要通过光罩设计和工艺制程两步去实现它。先讲一下光罩设计与OPC。要想在晶圆上最终得到所需要大小的图形，首先应该在光罩上的对应位置上定义好相应大小的图形，再通过一定比例的转换转移到晶圆上。理论上，光罩设计的图形是什么样，通过一定比例转印到晶圆上，就应该得到什么样的图形，但实际情况更复杂。随着摩尔定律的不断演进，芯片制造所需目标图形的尺寸不断变小，干涉和衍射现象就会更加明显，而这将直接影响图形的转印。所以，为了使光刻后晶圆上的图形与设计图形一致，需要对光罩上的图形进行修正，而这就是光刻的兄弟部门——OPC（光学临近修正）。
解决了OPC的问题，接下来就是工艺制程。在此之前，先来了解一下整个光刻工艺流程，光刻制程的机台包括匀胶显影机(track)和我们熟知的光刻机(scanner)，track负责涂胶和显影，scanner负责曝光。以正胶为例，wafer首先进到track里面涂覆一层光刻胶，PAB（Post Apply Bake，后烤工序。用来升温蒸发大部分光刻胶中的溶剂，固化光刻胶，提高粘附性），冷却到室温后，移动到光刻机进行曝光，后面再回到track进行显影，最后PEB（Post Exposure Bake,曝光后烘烤）让显影过程完全。然后，晶圆离开光刻室，进入刻蚀或离子注入的工艺。
整个光刻过程，单从CD角度考虑，就有很多前期工作要做。
首先，光刻胶的选择与评估。从研发的角度来看，要先评估这只光刻胶是否能满足工艺需求。以Krf光刻胶为例：
第一步要做的是调节光刻胶的喷量，一般来说光刻胶单次喷量要控制在1.0cc～2.0cc左右，光刻胶量过少容易产生poor coating(即常硅片边缘曝光中出现的PR涂覆不完全的情况)，直接影响整个光刻过程。
第二步，是光刻胶膜厚，膜厚要考虑的是整个光刻胶的profile，不同的fab厂要求不一样，大部分要求光刻胶膜厚的范围控制在目标膜厚的1%以内，比如膜厚目标值是2800A，膜厚变动范围要卡在28A以下,有些则会要求膜厚的3sigma值是否在target 1.5%以下等。
第三步，是看这只光刻胶的工艺参数是否达标（一般是和对标的光刻胶进行比较）。其中，包括DOF（Depth of Focus，在聚焦深度范围内，曝光成像的质量是可以保证的，曝光时候的DOF必须远大于晶圆表面的不平整度，这样才能保证光刻工艺的良率。也就是说，要保证焦距的工艺窗口是否能cover晶圆表面高低差的最大值）；EL(Exposure Latitude曝光宽容度，也可以叫能量窗口，曝光容忍度大的胶受曝光能量浮动或不均匀的影响较小。一般是在满足DOF的前提下保证EL达标，比如Krf光刻胶一般要满足DOF大于150nm时，同时要让EL达到10%)，CD uniformity(保证晶圆不同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，光刻胶的线宽粗糙度，指由于边缘粗糙导致的光刻胶线宽相对于目标值的偏离）等等。
（2）OVL是除CD以外另外一项重要的量测指标，OVL简单来说就是当层的图形和前层的图形对的是否准不准，技术工艺越先进，对OVL的要求就越高。因为随着节点的不断做小，留给OVL的窗口也越来越小，OVL势必会越来越难做。OVL的量测模式业界一般有两种，IBO(Image Based Overlay)和DBO(Diffraction Based Overlay),IBO顾名思义，就是对当层和前层的量测Mark拍照，看叠的到位不到位，而DBO是通过收集当层和前层的量测Mark的衍射光，将光信号转换成数字信号而反映出来。
（3）整个光刻过程的Defect (图形缺陷)主要由设备和工艺上原因导致的。设备导致的图型缺陷可以通过定期的机台维护和清理来解决；工艺导致的图形缺陷主要包括coating Defect和DEV Defect，Coating Defect主要是光刻胶本身的特性决定，这个一般在光刻胶评估阶段就会被发现并解决；另外就是Developing Defect，主要是由显影过程不完全导致，需要通过不断优化显影配方去改善, 国内厂商有时因为对于材料的基础知识认知不完善，在光阻添加剂的上运用不合理，也会导致某些光阻的显影缺陷远差于国外大厂。这个过程，从找到根源到最终解决往往需要比较长的周期。
总体来说，相对于更依赖系统和光刻机来调控的OVL，CD和Defect其实更依赖于光刻胶的特性。光刻的工艺窗口取决于光刻胶的性能，即使机台性能再如何优化，光刻胶的性能不达标，光刻工艺完全无法进行下去，可以说光刻胶撑起了光刻工艺的半壁江山。
第二部分主要分享他们眼中的国产光刻胶
入行以来就一直都在光刻部门，最开始关注和接触的是国外的光刻胶厂商，如信越，DOW，JSR，TOK，这几家大厂提供了我们所需全部45nm-14nm先进制程的光刻胶。直到中美贸易战打响，国外厂商开始对我们限供甚至断供部分光刻胶，这些都可以直接决定我们晶圆产线的生死。在这样的背景下，我们才慢慢把视线转移到国产光刻胶上来，从最开始的北京科华，到上海新阳，再到徐州博康。
在此过程中，我们是深切体会到国产半导体光刻胶与国外大厂产品的差距，包括工艺窗口不足，光刻胶profile差异，各种Defect问题，还有就是稳定量产以及原材料渠道等问题，这些都是急需解决的。反过来，这些问题会在很长一段时间会限制国内各大Fab厂的发展进程。
不过光刻材料国产化的道路也并非是无路可走，光刻胶性能方面的问题可以通过优化配方来改善。要知道，就算是像DOW这样大厂的某款在业内被称为“妖胶”的UV1610系列光刻胶，最开始的评估历程也不是一帆风顺的，它经历了十几次的配方优化，光是评估周期就花了1-2年时间。要说它本身的特性有多优良，也不见得，关键是它的普适性较强，以Logic 28HK的光刻制程为例，UV1610系列产品应用在Well Loop，LDD Loop，SIGE Loop，SD Loop等，这款光刻胶囊括了整个28HK光刻制程近三分之一的应用。它的工艺窗口不是特别优良，但是基本能满足工艺要求，它的普适性和厂商的及时跟进与实时反馈，让这只光刻胶得以在28HK上量产，名气也瞬间打响。所以看国产光刻胶公司，要重点看他们的品类与款数是不是够多，单纯只是在某1-2款光刻胶做出突破，意义不是很大，一定要有普适性，能够大范围的应用在Fab的不同层面工艺。比如能同时解决高端Arf与Krf，线条与孔洞胶的公司，Fab和这一家深度合作就可以解决大部分急切的问题，整体合作与导入的成本也会更低。
也正因为这些国外大厂恃才傲物，对很多国内Fab客户的服务态度变得敷衍起来，他们认为你离开我的产品就得死，就算我的服务态度差，你也不敢不用我们的产品。比如日本的某大牌，他们最初是和台积电合作的，很多光刻胶产品都是通过台积电这家业界代工大佬打响名气的，大佬都在用，你们这些小厂爱用不用，我也没求着你们用，不过我认为正是这种有恃无恐，恃才傲物的态度给了我们国产光刻胶厂商巨大的机会。国产光刻胶产品性能不足，那就不断测试，不断反馈，不断优化，而且在国家大力扶持半导体国产材料的大背景下，国产化进程将更加高效。目前，国内已经有优秀公司脱颖而出，当中有些几乎能满足大多数Fab厂的需求，而且研发反馈的效率也很高，欠缺的无非是经验而已。。
在先进制程领域运用较多的还是Arf immersion的光刻胶，而且由于光刻层数的增多，对国产光刻胶厂商而言就是一块巨大的蛋糕，不管最后这些先进制程能否突破及量产，能够在Arf immersion光刻胶突破的国产光刻胶公司都足够证明自己的技术与工艺优势，肯定能在国产光刻材料市场占据一片天地。
最后，也有一些分享寄语国产光刻胶公司。首先，敢在这个领域奋进的公司本身就已值得所有半导体同仁的尊敬，整体工艺难度之高在整个材料领域无出其右。其次，还是要与国内Fab厂深度绑定，从其需求点出发进行技术研发与工艺改进。具体来讲：
（1）打通各个Fab厂的供应链，对于成熟工艺和尚在研发的工艺，应该分清主次，拿下成熟工艺的替换，耐心完成先进工艺开发的评估，实时跟进，拼尽全力，掌握主动权；
（2）要维护好与各大Fab厂的关系，研发和生产是产品评估的关键，一般研发负责新技术节点的开发，所以评估的光刻胶多用于新节点，周期一般较长；而生产更注重量产产品的替换，节奏更为紧凑。
（3）Fab非常看重材料供应的稳定性，国产光刻胶公司要抓紧解决树脂乃至单体的问题，因为已经听说材料的短缺已经影响到了最终光刻胶的稳定供应。
总的来说，最近两年来，普乐斯等离子清洗机的工程师和大家一样对国产半导体材料的崛起信心越来越足，也期待国产材料特别是国产光刻胶在大的Fab厂放量。
本资讯来源于半导体行业联盟，如有侵权，请联系管理员进行删除！
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