隨著摩爾定律發(fā)展,，芯片工藝不斷向更小的節(jié)點(diǎn)發(fā)展,，傳統(tǒng)的深紫外（DUV）光刻技術(shù)已經(jīng)遇到了物理極限，無法滿足更高分辨率和更低成本的要求,。因此，極紫外（EUV）光刻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,，它使用13.5nm波長(zhǎng)的光線,，可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的圖案化，并減少多重曝光的次數(shù),。

當(dāng)下,，ASML在光刻機(jī)領(lǐng)域擁有絕對(duì)的影響力，壟斷了全球幾乎80%以上的光刻機(jī)市場(chǎng),，尤其是在EUV光刻機(jī)領(lǐng)域,，市占率更是達(dá)到100%。

在過去,，日本在光刻產(chǎn)業(yè)也是占據(jù)了大半壁江山,。尼康、佳能與ASML曾經(jīng)并稱光刻機(jī)三巨頭,，但因?yàn)檫x錯(cuò)了路線,，前者錯(cuò)失了ASML 193納米浸沒式光刻技術(shù)，逐漸沒落,，尤其是在EUV極紫外光刻技術(shù)上毫無建樹,。

但在EUV光刻環(huán)節(jié)，除了EUV光刻機(jī)這個(gè)最受矚目的設(shè)備產(chǎn)品外,，EUV光源,、EUV掩模和EUV光刻膠以及其他配套設(shè)備等一直是EUV光刻的重要技術(shù)組成部分。

芯片光刻流程圖

光刻的原理是在硅片表面覆蓋一層具有高度光敏感性光刻膠,，再用光線透過掩模照射在光刻膠和硅片表面,，被光線照射到的光刻膠會(huì)發(fā)生反應(yīng),。

此后用特定溶劑洗去被照射/未被照射的光刻膠，就實(shí)現(xiàn)了電路圖從掩模到硅片的轉(zhuǎn)移,。光刻完成后對(duì)沒有光刻膠保護(hù)的硅片部分進(jìn)行刻蝕,，最后洗去剩余光刻膠，就實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體器件在硅片表面的構(gòu)建過程,。

雖然日本沒有先進(jìn)的晶圓廠,，也錯(cuò)失了EUV光刻機(jī)，但其在EUV光刻領(lǐng)域仍有很重要的布局,，保留著對(duì)供應(yīng)鏈關(guān)鍵部分的控制,，例如半導(dǎo)體材料和設(shè)備。

據(jù)了解,，芯片制造涉及19種關(guān)鍵材料,，且多數(shù)都具有較高技術(shù)壁壘，而日本企業(yè)在其中14種關(guān)鍵材料中占據(jù)了全球超過50%的市場(chǎng)份額,，在其余幾種材料的龍頭企業(yè)中也不乏日本企業(yè)的身影,。

資料來源：遠(yuǎn)川研究所

可見日本在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上游制造環(huán)節(jié)的布局廣泛，實(shí)力雄厚,。據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示,，日本企業(yè)在全球半導(dǎo)體材料和制造設(shè)備市場(chǎng)所占的份額分別高達(dá)52%和30%。

01 “壟斷”EUV掩膜市場(chǎng)

掩膜版（Photomask）,，又稱光罩,、光掩膜、掩膜等,，是微電子制造過程中的圖形轉(zhuǎn)移工具或母版,，光刻過程將掩膜版上的設(shè)計(jì)圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，再經(jīng)過刻蝕,，將圖形刻到襯底上,，從而實(shí)現(xiàn)圖形到硅片的轉(zhuǎn)移。

Digital Journal數(shù)據(jù)顯示,，2021年全球半導(dǎo)體光掩膜市場(chǎng)規(guī)模為46.87億美元,。

在半導(dǎo)體芯片掩膜版市場(chǎng)，晶圓廠自行配套的掩膜版工廠占據(jù)65%的份額,。如臺(tái)積電,、三星、英特爾,、中芯國際等全球晶圓代工廠,，其所用的掩膜版絕大部分由自己的專業(yè)工廠生產(chǎn)；在獨(dú)立第三方掩膜版市場(chǎng)，半導(dǎo)體芯片掩膜版技術(shù)主要由日本DNP（大日本印刷）,、Toppan（凸版）,、HOYA（豪雅）和美國Photronics、韓國 LG-IT等公司掌握,，市場(chǎng)集中度高,，寡頭壟斷嚴(yán)重。

DNP是世界上最大規(guī)模的綜合印刷公司,，自1876年創(chuàng)業(yè)以來專注于印刷技術(shù),。作為光掩膜廠家，DNP在2016年全球首例導(dǎo)入多電子光束繪制設(shè)備,，且大幅度縮短了新一代半導(dǎo)體光掩膜的繪制時(shí)間,，從而滿足了半導(dǎo)體廠家對(duì)高產(chǎn)率、高質(zhì)量的需求,。2020年,，DNP開發(fā)了相當(dāng)于5nm工藝的EUV光刻光掩模制造工藝。

近日,，DNP宣布開發(fā)出用于3nm等效EUV（極紫外）光刻的光掩模制造工藝,。

DNP將增加多電子束掩模光刻設(shè)備的數(shù)量，計(jì)劃于2024年下半年開始運(yùn)營(yíng),。通過這一舉措,，DNP將為采用尖端工藝的半導(dǎo)體制造領(lǐng)域提供所需的光掩模。

此外DNP還將通過與IMEC合作,，推進(jìn)2nm以后的更細(xì)微的工藝研發(fā),。

TOPPAN采用超精細(xì)加工技術(shù)制造半導(dǎo)體工藝制程中必不可少的各種零部件,，如用于半導(dǎo)體制程前道工序的光掩模,、用于后道工序封裝的FC-BGA基板，以及引線框架等,。自1961年以來,，凸版一直通過制造光掩膜來大力支持半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。同時(shí),，為了滿足不斷發(fā)展的LSI對(duì)更精細(xì)圖案的需求,，正在不斷開發(fā)移相掩膜和采用下一代曝光技術(shù)的更先進(jìn)的光掩膜產(chǎn)品。

TOPPAN的中國上海廠是于 1995 年開始投產(chǎn),。據(jù)悉,，該廠前身是美國杜邦，杜邦的光掩模事業(yè)部布局中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的時(shí)間點(diǎn)非常早,，甚至早于許多中國一線半導(dǎo)體晶圓廠,，不過杜邦在2004年將上海廠賣給日本TOPPAN后，陸續(xù)退出該產(chǎn)業(yè)。

日本TOPPAN陸續(xù)將高端技術(shù)轉(zhuǎn)移到上海廠,，該廠在2015年導(dǎo)入90納米的光掩模技術(shù)設(shè)備,，并在2018年開始生產(chǎn)65/55納米技術(shù)，之后在2018年進(jìn)入邏輯制程28/14納米,，以及DRAM的1X/1Y制程的光掩模生產(chǎn),。

除了投入高端技術(shù)工藝，日本TOPPAN也在數(shù)年前就投入EUV光刻機(jī)用的光掩模,，通過高能量,、波長(zhǎng)短的光源，將電路圖案轉(zhuǎn)印到晶圓,，EUV光源波長(zhǎng)比目前深紫外線DUV光源波長(zhǎng)短少約15倍,，因此能達(dá)到持續(xù)將線寬尺寸縮小的目的。

EUV光掩模與傳統(tǒng)光掩模的不同之處在于,，傳統(tǒng)光掩模是有選擇性地傳輸193nm波長(zhǎng)的光線,，將電路圖案投射到晶圓上，但當(dāng)采用13.5nm波長(zhǎng)的EUV微影技術(shù)時(shí),，所有的光掩模材料都是不透光的,，因此具復(fù)合多涂層反射鏡的光掩模可將電路圖案反射到晶圓上,。

02 EUV薄膜

值得注意的是,，EUV掩模最困難的環(huán)節(jié)之一就是EUV薄膜（Pellicle）。

EUV薄膜是一種超薄薄膜形態(tài)的,、需要定期更換的高端消耗品,，放置在EUV掩模的頂層，同時(shí)允許高EUV光透射率,。它安裝在光掩模表面上方幾毫米處,，在EUV曝光工藝中保護(hù)EUV掩模表面免受空氣中顆粒或污染物影響,。

如果污染物落在EUV薄膜上,，由于這些顆粒離焦，不會(huì)曝光在晶圓上,，從而最大限度地減少曝光缺陷,。但是，在EUV光刻工藝中,，極紫外光通過EUV薄膜兩次,，一次入射到EUV掩模，另外一次出射到EUV投影光學(xué)系統(tǒng),，這導(dǎo)致EUV薄膜的溫度將升高600-1000攝氏度,。

不攜帶（左）和攜帶EUV薄膜的EUV掩模示意圖

EUV薄膜在EUV光刻中保護(hù)極其昂貴的EUV掩模,，使其遠(yuǎn)離可能落在其表面的顆粒。

EUV薄膜對(duì)于CPU芯片的生產(chǎn)最為重要,，因?yàn)镃PU芯片使用的是單芯片掩模,，任何一個(gè)EUV掩模缺陷就會(huì)有可能使整個(gè)晶圓失效。因此,，對(duì)于大面積的芯片,，沒有EUV薄膜的保護(hù)是萬萬不能的。

有專家強(qiáng)調(diào),，“試圖在沒有EUV薄膜的情況下進(jìn)行EUV光刻是痛苦的,。這需要更多的檢測(cè)，而且仍有可能導(dǎo)致產(chǎn)量損失”,。

對(duì)此,，日本EUV薄膜供應(yīng)商三井化學(xué)積極布局。

前不久,，比利時(shí)的納米電子和數(shù)字技術(shù)研究和創(chuàng)新中心Imec與三井化學(xué)建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,，共同開發(fā)用于EUV光刻的基于碳納米管(CNT)的薄膜。

根據(jù)協(xié)議,，三井化學(xué)將把imec基于碳納米管的薄膜開發(fā)整合到其碳納米管薄膜技術(shù)中,，以實(shí)現(xiàn)完整的生產(chǎn)規(guī)格，目標(biāo)是在2025-2026年內(nèi)將其引入大功率EUV系統(tǒng)的制造中,。

該薄膜用于保護(hù)光掩膜在極紫外光照射時(shí)不受污染,，具有高極紫外光透射率(≧94%)、低極紫外光反射率和最小光學(xué)影響,，這是先進(jìn)半導(dǎo)體制造中高產(chǎn)量和高吞吐量的關(guān)鍵特性,。

光刻路線圖項(xiàng)目預(yù)計(jì)在2025-2026年期間推出新的薄膜，屆時(shí)下一代ASML 0.33NA EUV光刻系統(tǒng)將支持600W或更高功率的光源,。

另一方面,，三井化學(xué)也在助力三星實(shí)現(xiàn)新突破。

最近在釜山舉行的“KISM2023”學(xué)術(shù)會(huì)議上,，三星表示其EUV光刻技術(shù)取得了重大進(jìn)展,。

據(jù)悉,，三星EUV技術(shù)的關(guān)鍵在于EUV薄膜的使用,，這是半導(dǎo)體制造中光刻工藝所必需的材料，能夠起到保護(hù)作用,，防止外來顆粒造成缺陷,。據(jù)透露，三星使用的EUV薄膜的透光率已經(jīng)達(dá)到90%,，計(jì)劃將其提高到94-96%,。

三星在部分先進(jìn)的EUV代工生產(chǎn)線上為主要客戶引進(jìn)了EUV薄膜。據(jù)三星DS事業(yè)部研究員Kang Young-seok表示，日本三井是目前唯一的供應(yīng)商,。雖然FST和S&S Tech等韓國企業(yè)正在積極開發(fā)EUV薄膜,，但尚未達(dá)到量產(chǎn)的階段。

03 光罩刻錄機(jī)

除了在EUV掩膜和EUV薄膜上具有優(yōu)勢(shì)外,，日本在光罩刻錄機(jī)方面也有深厚積累,。

目前，光罩通常采用激光刻錄機(jī)制造,，還有基于電子束技術(shù)的光罩刻錄機(jī),，前者的通用性比較強(qiáng)，后者多被用于在最先進(jìn)的制程節(jié)點(diǎn)上制作關(guān)鍵光罩,，因?yàn)樗梢援a(chǎn)生比傳統(tǒng)激光刻錄機(jī)更小的特征尺寸,，但這種刻錄機(jī)的速度相對(duì)較慢，此外,，其價(jià)格昂貴,，體積也大。

在先進(jìn)制程集成電路的制造過程中,，最底層需要精細(xì)光刻,，相應(yīng)的光罩也更精細(xì)，多采用基于電子束技術(shù)的光罩刻錄機(jī),，而上邊那些層的光罩,，廠商更傾向于使用更便宜、效率更高的激光刻錄機(jī),。

全球能夠制造多波束光罩刻錄機(jī)的廠商并不多,，主要是日本的JEOL、Nuflare公司,，德國的Vistec和奧地利的IMS公司等,。其中，Nuflare公司實(shí)力強(qiáng)勁,，拿下了全球90%的份額,，也是第一家具備3nm制程光罩制備能力的廠商。

隨著光刻技術(shù)的發(fā)展,，特別是ASML不斷更新EUV光刻機(jī),，對(duì)相應(yīng)的產(chǎn)品和設(shè)備也提出了更高要求，光罩刻錄機(jī)也在此行業(yè)背景下不斷演進(jìn),。

綜合來看,，光掩膜在微納加工技術(shù)中具有舉足輕重的地位，是實(shí)現(xiàn)集成電路制造的關(guān)鍵因素,。隨著制程技術(shù)的不斷演進(jìn),，掩膜的精度,、分辨率和成本要求將不斷提高，這將對(duì)掩膜制造商,，以及薄膜和光罩刻錄機(jī)等產(chǎn)業(yè)鏈提出更高的挑戰(zhàn),，也帶來更大的需求。

04 EUV光刻膠,，實(shí)力強(qiáng)勁

光刻膠是一種特殊的材料,，它涂覆在晶圓表面，可以根據(jù)曝光與否發(fā)生化學(xué)變化,，從而形成所需的圖案,。EUV光刻膠則是制造難度更高的產(chǎn)品，也是7nm及以下先進(jìn)制程芯片加工過程中的核心原材料,。

光刻膠的發(fā)展是摩爾定律運(yùn)行的核心驅(qū)動(dòng)力,。

隨著芯片制程由微米級(jí)（2μm-1μm）、亞微米級(jí)（1-0.35μm）,、深亞微米級(jí)（0.35μm以下）,、納米級(jí)（90-22nm）甚至進(jìn)入14-7nm階段。

對(duì)光刻膠分辨率等性能要求不斷提高,，光刻技術(shù)隨著集成電路的發(fā)展經(jīng)歷了從G線（436nm）光刻,，H線（405nm）光刻，I線（365nm）光刻,，到深紫外線DUV光刻（KrF248nm和ArF193nm）,、193nm浸沒式加多重成像技術(shù)（32nm-7nm），再到EUV極端紫外線（＜13.5nm）光刻的發(fā)展,，甚至采用非光學(xué)光刻（電子束曝光,、離子束曝光），以相應(yīng)波長(zhǎng)為感光波長(zhǎng)的各類光刻膠也應(yīng)用而生,。

與其它光刻膠相比,，EUV光刻膠有以下特點(diǎn)：

高吸收率：由于EUV光線在空氣中會(huì)被吸收，因此需要在真空環(huán)境下進(jìn)行曝光,。同時(shí),，為了提高曝光效率和減少劑量，EUV光刻膠需要具有高吸收率,，即能夠吸收更多的入射光子,。

高靈敏度：由于EUV光源功率有限，每個(gè)晶圓上打到的光子數(shù)量較少,，因此EUV光刻膠需要具有高靈敏度,，即能夠在較低劑量下發(fā)生足夠的化學(xué)反應(yīng),。

高分辨率：為了實(shí)現(xiàn)更小的特征尺寸和更密集的圖案布局,，EUV光刻膠需要具有高分辨率,，即能夠保持清晰和平滑的線邊緣。

高穩(wěn)定性：由于EUV光刻過程涉及多種化學(xué)物質(zhì)和物理?xiàng)l件,，因此EUV光刻膠需要具有高穩(wěn)定性,，即能夠抵抗各種干擾和變化。

綜合來看,，隨著半導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)向更小的規(guī)模發(fā)展,，保持分辨率、靈敏度和圖形保真度變得更加復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性,。EUV光刻膠需要憑借上述特點(diǎn)和能力,，以應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)并實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的小型化。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士披露,，日本企業(yè)在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),。半導(dǎo)體光刻膠主要生產(chǎn)企業(yè)包括日本東京應(yīng)化、JSR,、住友化學(xué),、信越化學(xué)、富士膠片,，以及韓國東進(jìn)世美肯和美國陶氏杜邦,，其中日本企業(yè)占據(jù)約90%市場(chǎng)份額。

縱觀光刻膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史,，實(shí)際上日本的壟斷地位是“后來居上”,。

回溯光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展史，早在1950年,，美國柯達(dá)公司就開發(fā)出了KTFR光刻膠,，隨后1980年美國的IBM公司突破了KrF光刻技術(shù)，之后的15年里,，IBM領(lǐng)導(dǎo)并壟斷了KrF光刻膠,。

也就是在這個(gè)時(shí)候，日本半導(dǎo)體也正在迅速崛起,，尤其是在光刻技術(shù)方面,，尼康和佳能憑借在基礎(chǔ)化工領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)積累和政府的大力扶持，迅速崛起,。

盡管彼時(shí)迅速崛起的日本半導(dǎo)體已經(jīng)受到了美國的壓力和限制,，增速放緩。但由于業(yè)內(nèi)對(duì)光刻膠的重視程度較低,，且市場(chǎng)占有率過低,，光刻膠不在美國限制日本半導(dǎo)體發(fā)展的產(chǎn)品范圍內(nèi)。

于是,，日本抓住“一線生機(jī)”,，開始大力研發(fā)光刻膠,。

借此機(jī)遇，日本迅速涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀的光刻膠企業(yè),，比如東京應(yīng)化于1995年研發(fā)出KrF光刻膠并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化,，這標(biāo)志著光刻膠正式進(jìn)入日本廠商“稱霸”的時(shí)代。2011年,，JSR與SEMATECH聯(lián)合開發(fā)出EUV光刻膠,，使得日本光刻膠站上了金字塔的頂端。

同時(shí),，由于日本的尼康和佳能在光刻機(jī)領(lǐng)域也曾經(jīng)長(zhǎng)期壟斷全球市場(chǎng),，這些為日本發(fā)展光刻膠提供了非常良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，并且日本在精細(xì)化工等方面也具有雄厚的實(shí)力,，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展積累了大量的理論知識(shí)和光刻膠相關(guān)的數(shù)據(jù)庫,，最終形成了日本企業(yè)在光刻膠領(lǐng)域的絕對(duì)統(tǒng)治力。

有業(yè)內(nèi)專家表示,，如今10nm以下制程的光刻膠,，幾乎只有日本的企業(yè)能夠生產(chǎn)。這也意味著在EUV光刻膠方面,，日本企業(yè)的市場(chǎng)份額遙遙領(lǐng)先,。其中最大的兩家供應(yīng)商是JSR和東京應(yīng)化，就占據(jù)了約75%的市場(chǎng)份額,。

東京應(yīng)化成立于1936年,，為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體光刻膠生產(chǎn)商，產(chǎn)品覆蓋橡膠型負(fù)性光刻膠,、g線光刻膠,、i線光刻膠、KrF光刻膠,、ArF光刻膠,、EUV光刻膠、電子光束光刻膠等,。目前東京應(yīng)化在光刻膠領(lǐng)域綜合實(shí)力位列第一,，除了在ArF 光刻膠領(lǐng)域以16%的市占率位于JSR（25%）、信越化學(xué)（22%）,、住友化學(xué)（17%）之后,，在其他三個(gè)領(lǐng)域的份額均位列第一，其中在EUV光刻膠領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭,，一家占據(jù)一半以上的份額,。

JSR產(chǎn)品種類豐富，可滿足各種工藝需求，自1979年開始銷售光刻膠以來,，以滿足半導(dǎo)體行業(yè)的需求為宗旨,，40多年來不斷的向全球客戶提供光刻材料、CMP材料和封裝材料,。產(chǎn)品包括：用于離子注入,、柵極和配線工藝圖案的光刻膠,，用于CMP工藝的研磨液和清洗劑,，以及用于封裝各個(gè)工藝流程的臨時(shí)鍵合材料、厚膜加工用光刻膠和感光性絕緣膜材料等,。JSR的光刻膠產(chǎn)品覆蓋成熟至先進(jìn)制程,，提供i/g-line、KrF,、ArF,、多層材料等完整產(chǎn)品線，并且可以實(shí)現(xiàn)EUV光刻膠的量產(chǎn),。目前JSR正在研發(fā)和銷售適用于5nm及以下制程的EUV光刻膠,，以維持和擴(kuò)大公司在先進(jìn)光刻材料的市場(chǎng)份額。

JSR EUV光刻膠研發(fā)

今年6月,，日本光刻膠供應(yīng)商巨頭JSR宣布,，已同意由日本政府支持的基金以約9,093億日元（約63.5億美元）的價(jià)格收購，該交易意味著這家半導(dǎo)體材料巨頭將被日本國有化,。

據(jù)報(bào)道,，主導(dǎo)該交易的是由日本政府主導(dǎo)、日本產(chǎn)業(yè)界共同出資的日本投資公司（JIC）,，此舉受到日本貿(mào)易部的監(jiān)督,，是日本政府加強(qiáng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)控制的最新舉措，旨在重新奪回日本在先進(jìn)芯片生產(chǎn)方面的領(lǐng)先地位,。

此外,，住友化學(xué)、信越化學(xué)和富士膠片等日本材料巨頭也均在EUV光刻膠領(lǐng)域有所布局,。

從產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值來看,，光刻膠產(chǎn)值不算大，僅占全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模的1%,，卻對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要,。

三星集團(tuán)CEO曾表示：“如果光刻機(jī)缺少了光刻膠，那么光刻機(jī)就是一堆廢鐵,?！?/p>

可見，EUV光刻膠更是半導(dǎo)體材料皇冠上最璀璨的明珠,。日本在“壟斷”該領(lǐng)域之余,，也面臨挑戰(zhàn),。

2019年日本限制對(duì)韓國的EUV光刻膠出口后，韓國光刻膠廠商?hào)|進(jìn)世美肯開始研發(fā)EUV光刻膠,，并在2021年通過了三星電子的可靠性認(rèn)證,；2022年12月三星電子在其一條量產(chǎn)線上使用了東進(jìn)半導(dǎo)體的EUV光刻膠產(chǎn)品，標(biāo)志著韓國也實(shí)現(xiàn)了EUV光刻膠的國產(chǎn)化量產(chǎn)突破,。

另一方面,，干式光刻膠或?qū)⒊蔀樾碌陌l(fā)展路徑。

TECHCET報(bào)告表示,，隨著半導(dǎo)體先進(jìn)制程的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈,，以及EUV制程層數(shù)的增加，光刻膠材料市場(chǎng)規(guī)模激增,。其中,，干式光刻膠成為廣受關(guān)注的新型EUV光刻材料之一，相比傳統(tǒng)濕式光刻膠能顯著降低生產(chǎn)成本,，能源消耗更少,，且原料需求量比以往大幅度減少。

隨著芯片尺寸不斷縮小,，傳統(tǒng)的濕式光刻膠開始遇到技術(shù)瓶頸,，比如傳統(tǒng)的濕式光刻膠的化學(xué)成分容易造成光子散射，因此若想實(shí)現(xiàn)大劑量的曝光,，需要增加光刻機(jī)的功率,，而這一舉動(dòng)也會(huì)大大影響光刻機(jī)的工作效率。

對(duì)此,，業(yè)內(nèi)曾提出兩種解決方案：一種是將光源提高到500W-1000W,，并因此獲得更高的能量來確保量產(chǎn)，但目前500W以上的光源仍在研發(fā)中,。而第二種解決方案,，便是通過改善EUV光刻膠技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)曝光功率以及機(jī)器工作效率的平衡,，干式光刻膠也因此受到市場(chǎng)的關(guān)注,。

據(jù)了解，日本的東京應(yīng)化,、JSR集團(tuán)等光刻膠巨頭企業(yè)生產(chǎn)的均為傳統(tǒng)的濕式光刻膠,。而在兩年前，美國公司Lam Research憑借干式光刻膠技術(shù)“攪局”,，成功打破了巨頭們?cè)诠饪棠z領(lǐng)域的壟斷,，這也讓干式光刻膠正式走進(jìn)了人們的視野。同時(shí)，干式光刻膠的概念也得到ASML,、三星,、英特爾、臺(tái)積電等龍頭企業(yè)的青睞,，紛紛與Lam Research針對(duì)干式光刻膠領(lǐng)域開展合作研究,，尋求平衡曝光功率以及機(jī)器工作效率的方法。

05 EUV光刻周邊設(shè)備,，不容小覷

雖然在EUV相關(guān)設(shè)備市場(chǎng)中,，ASML壟斷了核心光刻機(jī)，但在EUV光刻周邊設(shè)備中,，日本廠商有著不容小覷的市占率,，尤其在檢測(cè),、感光材料涂覆,、成像等相關(guān)設(shè)備方面，日本企業(yè)的實(shí)力不容忽視,。

掩模在制造和使用過程中難免會(huì)出現(xiàn)污染物沾污,、圖形異常等缺陷，需要進(jìn)行檢測(cè)和修復(fù),，是提升產(chǎn)品的良率和節(jié)省成本的關(guān)鍵,。在這個(gè)領(lǐng)域，日本的Lasertec是全球領(lǐng)先的測(cè)試機(jī)制造商,，是首家實(shí)現(xiàn)用EUV光源檢測(cè)EUV掩模的企業(yè),。

Lasertec之所以能夠取得如此大的突破，最重要的原因是押對(duì)EUV光刻這個(gè)方向,。

據(jù)了解,，芯片工藝在推向7nm及以下的時(shí)候，工業(yè)界分成兩撥,，一波是繼續(xù)改進(jìn)DUV技術(shù),，另一波則是選擇走向EUV光刻。DUV技術(shù)之所以困難重重,，就是因?yàn)楫?dāng)工藝節(jié)點(diǎn)推進(jìn)到7nm時(shí)采用該技術(shù)需要四重曝光,，對(duì)多層對(duì)齊是極大的挑戰(zhàn)。

同樣,，多重曝光意味著需要多次更換掩膜,，這在經(jīng)濟(jì)上也增加了成本。因此,，繼續(xù)使用DUV技術(shù)將面臨更多挑戰(zhàn),。而EUV光刻系統(tǒng)能夠通過單次曝光，完美解決上述問題。

但是,，由于EUV的波長(zhǎng)只有13.5nm,，這給EUV掩膜檢測(cè)造成了極大挑戰(zhàn)。過去EUV掩膜都是通過193nm的深紫外光(DUV)系統(tǒng)來檢測(cè),，但這個(gè)系統(tǒng)沒有辦法分辨EUV掩膜圖案,，導(dǎo)致只能粗略判斷掩膜板上是否有缺陷，無法檢測(cè)EUV掩模是否存在多層膜相位型缺陷,，迫切需要更高分辨率的掩膜檢測(cè)手段,。

對(duì)此，日本Lasertec于2018年成功開發(fā)了光化圖形掩模檢測(cè)系統(tǒng)ACTIS A150,，加速EUV光刻走向成熟化和經(jīng)濟(jì)化,，這也加速了半導(dǎo)體界開始全面倒向EUV技術(shù)。2019年,，Lasertec又推出了對(duì)已印有晶圓設(shè)計(jì)的模板進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備,，成為了這一領(lǐng)域的壟斷者。

日本在光刻機(jī)周邊設(shè)備領(lǐng)域的龍頭并非只有一個(gè)Lasertec,， 另一個(gè)占據(jù)極高市場(chǎng)份額的是東京電子的EUV涂覆顯影設(shè)備,，該設(shè)備用于將特殊的化學(xué)液體涂在硅片上作為半導(dǎo)體材料進(jìn)行顯影。1993年,，東京電子開始銷售FPD生產(chǎn)設(shè)備涂布機(jī)/顯影機(jī),，2000年交付了1000臺(tái)涂布機(jī)/顯影機(jī)“ CLEAN TRACK ACT 8”。

06 光刻機(jī)領(lǐng)域,，念念不忘

雖然曾經(jīng)的光刻機(jī)巨頭在EUV領(lǐng)域已經(jīng)被ASML拋離,，但日本在光刻機(jī)方面仍在不斷努力。

佳能研發(fā)了納米壓印技術(shù)(NIL),，無需EUV就能制造5納米芯片,。

紫外納米壓印光刻與光學(xué)光刻流程對(duì)比（圖源：果殼硬科技）

不僅如此，據(jù)佳能最新消息表示,，還在將該掩模技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn),，未來納米壓印光刻有望實(shí)現(xiàn)最小線寬為10納米的電路圖案，相當(dāng)于最先進(jìn)邏輯半導(dǎo)體技術(shù)所需要的2納米節(jié)點(diǎn),。

筆者此前在《納米壓印,，終于走向臺(tái)前？》文章中對(duì)該技術(shù)做過詳細(xì)解讀,，在此不過多贅述,。

另一邊，尼康12月10日宣布將于2024年1月正式推出ArF 193納米浸沒式光刻機(jī)“NSR-S636E”,。對(duì)比當(dāng)前型號(hào),，該設(shè)備整體生產(chǎn)效率可提高10-15%,，創(chuàng)下尼康光刻設(shè)備的新高，每小時(shí)可生產(chǎn)280片晶圓,，停機(jī)時(shí)間也更短,。

據(jù)悉，在不犧牲生產(chǎn)效率的前提下,，新光刻機(jī)可在需要高重疊精度的半導(dǎo)體制造中提供更高的性能,。新光刻機(jī)的光源技術(shù)是20世紀(jì)90年代就已經(jīng)成熟的“i-line”，再加上相關(guān)零件,、技術(shù)的成熟化,，價(jià)格將比競(jìng)品便宜20-30%左右。

不過,，目前尚不清楚尼康這款光刻機(jī)能制造多少納米的芯片,。

07 寫在最后

日本之所以在包括EUV光刻膠、掩膜等半導(dǎo)體材料,，以及EUV周邊設(shè)備領(lǐng)域具備強(qiáng)大實(shí)力,，有幾個(gè)關(guān)鍵原因：

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展：上世紀(jì)80年代，日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)非常發(fā)達(dá),，但隨后受到美國的制裁和打壓,。為了保持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力,，日本企業(yè)轉(zhuǎn)向半導(dǎo)體材料的研發(fā)和生產(chǎn),，并投入大量資源。依托于日本原本雄厚的半導(dǎo)體基礎(chǔ),，日本迅速崛起為全球半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的領(lǐng)軍國家,。

基礎(chǔ)研究實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)積累：半導(dǎo)體材料的制造工藝復(fù)雜多樣，需要扎實(shí)的基礎(chǔ)研究和豐富的經(jīng)驗(yàn)積累,。日本企業(yè)一直以來注重基礎(chǔ)研究,，擁有優(yōu)秀的科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)，致力于材料制備和性能優(yōu)化的研究,。此外,，日本企業(yè)以“匠人精神”自居，精益求精,，強(qiáng)調(diào)制造的精準(zhǔn)和質(zhì)量,，這也是日本半導(dǎo)體材料實(shí)力強(qiáng)大的一個(gè)重要原因。

長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系：半導(dǎo)體企業(yè)在選擇解決方案和供應(yīng)商時(shí)非常謹(jǐn)慎,，不輕易更換合作伙伴,。日本半導(dǎo)體企業(yè)經(jīng)過多年的努力和優(yōu)秀表現(xiàn)，與其他企業(yè)建立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系,，形成了高度綁定的合作模式,。這使得其他廠商想要進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)變得非常困難,。

整體來看，日本在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域地位突出,，得益于日本企業(yè)多年來在材料研發(fā)和制造方面的努力,，以及長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作關(guān)系。無論是在光刻膠,、掩膜材料,、化學(xué)機(jī)械拋光材料還是其他關(guān)鍵材料和設(shè)備方面，日本企業(yè)都展現(xiàn)出了強(qiáng)大的實(shí)力和優(yōu)勢(shì),。

但當(dāng)前科技競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,，其他國家和地區(qū)都在不斷加大研發(fā)投入，并逐步取得了在某些特定領(lǐng)域的突破,。對(duì)此,，日本企業(yè)或許尚不能“高枕無憂”，仍需要繼續(xù)保持創(chuàng)新能力,，加強(qiáng)國際合作,，以應(yīng)對(duì)來自全球的競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)。