第一部分：專業(yè)人士眼中的光刻工藝與技術(shù)難點(diǎn)

　　光刻，顧名思義，用光進(jìn)行雕刻，以光為工具將光罩(mask)上的圖案轉(zhuǎn)移到晶圓上的過程。聽起來很簡(jiǎn)單，但要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)圖形的轉(zhuǎn)移，過程很復(fù)雜，技術(shù)難點(diǎn)也很多。

　　從結(jié)果導(dǎo)向來看，主要做好三件事：CD(critical dimension：關(guān)鍵尺寸)，OVL(overlay：套刻精度)和defect(圖形缺陷)。

　　(1)要做好CD，需要通過光罩設(shè)計(jì)和工藝制程兩步去實(shí)現(xiàn)它。

　　先講一下光罩設(shè)計(jì)與OPC。要想在晶圓上最終得到所需要大小的圖形，首先應(yīng)該在光罩上的對(duì)應(yīng)位置上定義好相應(yīng)大小的圖形，再通過一定比例的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)移到晶圓上。理論上，光罩設(shè)計(jì)的圖形是什么樣，通過一定比例轉(zhuǎn)印到晶圓上，就應(yīng)該得到什么樣的圖形，但實(shí)際情況更復(fù)雜。

　　隨著摩爾定律的不斷演進(jìn)，芯片制造所需目標(biāo)圖形的尺寸不斷變小，干涉和衍射現(xiàn)象就會(huì)更加明顯，而這將直接影響圖形的轉(zhuǎn)印。所以，為了使光刻后晶圓上的圖形與設(shè)計(jì)圖形一致，需要對(duì)光罩上的圖形進(jìn)行修正，而這就是光刻的兄弟部門——OPC(光學(xué)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(gè)光刻工藝流程，光刻制程的機(jī)臺(tái)包括勻膠顯影機(jī)(track)和我們熟知的光刻機(jī)(scanner)，track負(fù)責(zé)涂膠和顯影，scanner負(fù)責(zé)曝光。

　　以正膠為例，wafer首先進(jìn)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(dòng)到光刻機(jī)進(jìn)行曝光，后面再回到track進(jìn)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(jìn)入刻蝕或離子注入的工藝。

　　整個(gè)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(píng)估。從研發(fā)的角度來看，要先評(píng)估這支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(diào)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(chǎn)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(gè)光刻過程。

　　第二步，要控制光刻膠膜厚，膜厚要考慮的是整個(gè)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(biāo)膜厚的1%以內(nèi)，比如膜厚目標(biāo)值是2800A，膜厚變動(dòng)范圍要卡在28A以下,有些則會(huì)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(dá)標(biāo)(一般是和對(duì)標(biāo)的光刻膠進(jìn)行比較)。其中，包括DOF(Depth of Focus，在聚焦深度范圍內(nèi)，曝光成像的質(zhì)量是可以保證的，曝光時(shí)候的DOF必須遠(yuǎn)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(dòng)或不均勻的影響較小。一般是在滿足DOF的前提下保證EL達(dá)標(biāo)，比如Krf光刻膠一般要滿足DOF大于150nm時(shí)，同時(shí)要讓EL達(dá)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(dǎo)致的光刻膠線寬相對(duì)于目標(biāo)值的偏離)等等。

　　(2)OVL是除CD以外另外一項(xiàng)重要的量測(cè)指標(biāo)。OVL簡(jiǎn)單來說就是當(dāng)層的圖形和前層的圖形對(duì)的是否準(zhǔn)不準(zhǔn)，技術(shù)工藝越先進(jìn)，對(duì)OVL的要求就越高。

　　因?yàn)殡S著節(jié)點(diǎn)的不斷做小，留給OVL的窗口也越來越小，OVL勢(shì)必會(huì)越來越難做。OVL的量測(cè)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(duì)當(dāng)層和前層的量測(cè)Mark拍照，看疊的到位不到位，而DBO是通過收集當(dāng)層和前層的量測(cè)Mark的衍射光，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)而反映出來。

　　(3)整個(gè)光刻過程的Defect(圖形缺陷)主要是由設(shè)備和工藝上原因?qū)е碌?。設(shè)備導(dǎo)致的圖型缺陷可以通過定期的機(jī)臺(tái)維護(hù)和清理來解決;工藝導(dǎo)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(gè)一般在光刻膠評(píng)估階段就會(huì)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(dǎo)致，需要通過不斷優(yōu)化顯影配方去改善, 國(guó)內(nèi)廠商有時(shí)因?yàn)閷?duì)于材料的基礎(chǔ)知識(shí)認(rèn)知不完善，在光阻添加劑的上運(yùn)用不合理，也會(huì)導(dǎo)致某些光阻的顯影缺陷遠(yuǎn)差于國(guó)外大廠。這個(gè)過程，從找到根源到最終解決往往需要比較長(zhǎng)的周期。

　　總體來說，相對(duì)于更依賴系統(tǒng)和光刻機(jī)來調(diào)控的OVL，CD和Defect其實(shí)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(jī)臺(tái)性能再如何優(yōu)化，光刻膠的性能不達(dá)標(biāo)，光刻工藝完全無法進(jìn)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：一線工程師眼中的國(guó)產(chǎn)光刻膠

　　入行以來就一直都在光刻部門，最開始關(guān)注和接觸的是國(guó)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(jìn)制程的光刻膠。直到中美貿(mào)易摩擦，國(guó)外廠商開始對(duì)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(chǎn)線的生死。在這樣的背景下，我們才慢慢把視線轉(zhuǎn)移到國(guó)產(chǎn)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(huì)到國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體光刻膠與國(guó)外大廠產(chǎn)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(chǎn)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(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間會(huì)限制國(guó)內(nèi)各大Fab廠的發(fā)展進(jìn)程。

　　不過光刻材料國(guó)產(chǎn)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(nèi)被稱為“妖膠”的UV1610系列光刻膠，最開始的評(píng)估歷程也不是一帆風(fēng)順的，它經(jīng)歷了十幾次的配方優(yōu)化，光是評(píng)估周期就花了1-2年時(shí)間。要說它本身的特性有多優(yōu)良，也不見得，關(guān)鍵是它的普適性較強(qiáng)，以Logic 28HK的光刻制程為例，UV1610系列產(chǎn)品應(yīng)用在Well Loop，LDD Loop，SIGE Loop，SD Loop等，這款光刻膠囊括了整個(gè)28HK光刻制程近三分之一的應(yīng)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(shí)跟進(jìn)與實(shí)時(shí)反饋，讓這款光刻膠得以在28HK上量產(chǎn)，名氣也瞬間打響。

　　所以看國(guó)產(chǎn)光刻膠公司，要重點(diǎn)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(yīng)用在Fab的不同層面工藝。比如能同時(shí)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(dǎo)入的成本也會(huì)更低。

　　也正因?yàn)檫@些國(guó)外大廠恃才傲物，對(duì)很多國(guó)內(nèi)Fab客戶的服務(wù)態(tài)度變得敷衍起來，他們認(rèn)為你離開我的產(chǎn)品就得死，就算我的服務(wù)態(tài)度差，你也不敢不用我們的產(chǎn)品。比如日本的某大牌，他們最初是和臺(tái)積電合作的，很多光刻膠產(chǎn)品都是通過臺(tái)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(rèn)為正是這種有恃無恐，恃才傲物的態(tài)度給了我們國(guó)產(chǎn)光刻膠廠商巨大的機(jī)會(huì)。國(guó)產(chǎn)光刻膠產(chǎn)品性能不足，那就不斷測(cè)試，不斷反饋，不斷優(yōu)化，而且在國(guó)家大力扶持半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)材料的大背景下，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程將更加高效。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有優(yōu)秀公司脫穎而出，當(dāng)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(jīng)驗(yàn)而已。

　　在先進(jìn)制程領(lǐng)域運(yùn)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(duì)國(guó)產(chǎn)光刻膠廠商而言就是一塊巨大的蛋糕，不管最后這些先進(jìn)制程能否突破及量產(chǎn)，能夠在Arf immersion光刻膠突破的國(guó)產(chǎn)光刻膠公司都足夠證明自己的技術(shù)與工藝優(yōu)勢(shì)，肯定能在國(guó)產(chǎn)光刻材料市場(chǎng)占據(jù)一片天地。

　　最后，也有一些分享寄語國(guó)產(chǎn)光刻膠公司。首先，敢在這個(gè)領(lǐng)域奮進(jìn)的公司本身就已值得所有半導(dǎo)體同仁的尊敬，整體工藝難度之高在整個(gè)材料領(lǐng)域無出其右。其次，還是要與國(guó)內(nèi)Fab廠深度綁定，從其需求點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)與工藝改進(jìn)。具體來講：

　　(1)打通各個(gè)Fab廠的供應(yīng)鏈，對(duì)于成熟工藝和尚在研發(fā)的工藝，應(yīng)該分清主次，拿下成熟工藝的替換，耐心完成先進(jìn)工藝開發(fā)的評(píng)估，實(shí)時(shí)跟進(jìn)，拼盡全力，掌握主動(dòng)權(quán);

　　(2)要維護(hù)好與各大Fab廠的關(guān)系，研發(fā)和生產(chǎn)是產(chǎn)品評(píng)估的關(guān)鍵，一般研發(fā)負(fù)責(zé)新技術(shù)節(jié)點(diǎn)的開發(fā)，所以評(píng)估的光刻膠多用于新節(jié)點(diǎn)，周期一般較長(zhǎng);而生產(chǎn)更注重量產(chǎn)產(chǎn)品的替換，節(jié)奏更為緊湊。

　　(3)Fab非?？粗夭牧瞎?yīng)的穩(wěn)定性，國(guó)產(chǎn)光刻膠公司要抓緊解決樹脂乃至單體的問題，因?yàn)橐呀?jīng)聽說材料的短缺已經(jīng)影響到了最終光刻膠的穩(wěn)定供應(yīng)。

　　總的來說，最近兩年來，大家對(duì)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體材料崛起的信心越來越足，也期待國(guó)產(chǎn)材料特別是國(guó)產(chǎn)光刻膠在大的Fab廠放量。