EUV光刻，日本多管齐下出击

在半导体制造工艺中，光刻是最关键的步骤之一，它决定了芯片的功能和性能。

随着摩尔定律的发展，芯片技术不断向更小的节点发展，传统的深紫外（DUV）光刻技术已经遇到物理极限，无法满足更高分辨率和更低成本的要求。

因此，极紫外（EUV）光刻技术应运而生，该技术利用13.5nm波长的光来实现更精细的图案化并减少多次曝光的次数。

目前，ASML在光刻机领域最具影响力，几乎垄断了全球光刻机市场80%以上的份额，尤其是在EUV光刻机领域，市场份额达到10%。

过去，日本也占据了光刻行业的大部分份额。

尼康、佳能、ASML曾被称为光刻机三巨头。

但由于选择了错误的路线，前者错失了ASML的纳米浸没式光刻技术并逐渐衰落，尤其是在EUV极紫外光刻技术方面。

不过，在EUV光刻工艺中，除了EUV光刻机这种最受欢迎??的设备产品外，EUV光源、EUV掩模版、EUV光刻胶等配套设备一直是EUV光刻的重要技术组成部分。

芯片光刻流程图光刻的原理是在硅片表面覆盖一层高感光性光刻胶，然后通过掩模版用光线照射光刻胶和硅片表面。

胶水会发生反应。

然后，用特定的溶剂洗掉照射/未照射的光刻胶，从而实现电路图案从掩模版到硅片的转移。

光刻完成后，对硅片上未被光刻胶保护的部分进行蚀刻，最后将剩余的光刻胶洗掉，从而实现在硅片表面构建半导体器件的过程。

日本虽然没有先进的晶圆厂，也错过了EUV光刻机，但在EUV光刻领域仍然有非常重要的布局，并保留了对半导体材料和设备等供应链关键环节的控制。

据了解，芯片制造涉及19种关键材料，其中大部分技术壁垒较高。

日本企业在14种关键材料上占据了全球50%以上的市场份额，在其余材料上也属于领先企业。

其中不乏日本企业。

资料来源：十川综合研究所 可见，日本在半导体产业上游制造环节布局广泛，实力雄厚。

SEMI数据显示，日本企业分别占据全球半导体材料和制造设备市场的52%和30%。

“垄断”EUV掩膜版市场 光掩膜版又称光掩膜、光掩模、光掩膜等，是微电子制造过程中的图案转移工具或母版。

光刻工艺将设计图案转移到光刻胶上，然后进行蚀刻，将图案雕刻在基板上，从而实现图案到硅片的转移。

Digital Journal数据显示，每年全球半导体光掩模市场规模为46.87亿美元。

在半导体芯片掩模版市场中，晶圆厂配备的掩模版厂占比达65%。

例如，台积电、三星、英特尔、中芯国际等全球晶圆代工厂大部分使用自己专业工厂生产的掩模版；在独立第三方光罩市场，半导体芯片光罩技术主要由日本DNP（大日本印刷）、凸版（凸版）、HOYA（豪雅）、美国Photronics、韩国LG等公司控制——IT，市场高度集中，寡头垄断严重。

DNP是全球最大的综合性印刷公司，自2001年成立以来专注于印刷技术。

作为光掩模制造商，DNP于2018年在全球率先引进多电子束绘图设备，大大缩短了新版光罩的绘图时间。

新一代半导体光掩模，从而满足半导体制造商对高生产率和高质量的需求。

2017年，DNP开发出相当于5nm工艺的EUV光刻掩模制造工艺。

近日，DNP宣布开发出用于3nm等效EUV（极紫外）光刻的光掩模制造工艺。

DNP将增加多电子束掩模光刻设备的数量，并计划于下半年开始运营。

通过这一举措，DNP 将使用尖端工艺提供半导体制造领域所需的光掩模。

此外，DNP还将与IMEC合作，推动2nm之后更详细的工艺研发。

凸版采用超微细加工技术，制造半导体工艺前段工艺中使用的光掩模、后段工艺封装中使用的FC-BGA基板、引线框架等半导体工艺中必不可少的各种部件。

凸版自此以来一直通过制造光掩模来大力支持半导体行业的发展。

同时，为了满足不断发展的LSI对更精细图案的需求，正在不断开发采用下一代曝光技术的相移掩模和更先进的光掩模产品。

凸版中国上海工厂于 开始生产。

据悉，该工厂的前身是美国杜邦公司。

杜邦光掩膜部门很早就布局了中国半导体产业，甚至比中国很多一线半导体晶圆厂还要早。

不过，杜邦公司2016年将上海工厂出售给日本凸版印刷公司后，逐渐退出该行业。

日本凸版公司已陆续将高端技术转移到上海工厂。

该工厂于2016年引进90纳米光掩模技术设备，并于2016年开始生产65/55纳米技术，随后于2018年进入逻辑工艺28/14nm和DRAM、1X/1Y工艺的光掩模生产。

除了投资高端技术外，日本凸版几年前还投资了用于EUV光刻机的光掩模。

它使用高能量、短波长光源将电路图案转移到晶圆上。

EUV光源波长比现在的紫外线更深。

DUV光源的波长大约缩短15倍，因此可以达到不断减小线宽尺寸的目的。

EUV光掩模与传统光掩模的区别在于，传统光掩模选择性地透射nm波长的光以将电路图案投影到晶圆上，但是当使用13.5nm波长的EUV光刻技术时，所有光掩模材料都是不透明的，因此具有复合多层光掩模的光掩模镀膜镜子可以将电路图案反射到晶圆上。

EUV薄膜值得注意的是，EUV掩膜版最难的环节之一是EUV薄膜（Pellicle）。

EUV胶片是一种超薄膜形式的高端耗材，需要定期更换。

它位于 EUV 掩模的顶层，具有高 EUV 透光率。

它安装在光掩模表面上方几毫米处，并在 EUV 曝光过程中保护 EUV 掩模表面免受空气中颗粒或污染物的影响。

如果污染物落在 EUV 薄膜上，由于这些颗粒失焦，它们不会曝光在晶圆上，从而最大限度地减少曝光缺陷。

然而，在EUV光刻工艺中，极紫外光两次穿过EUV薄膜，一次进入EUV掩模，一次出入EUV投影光学系统，这导致EUV薄膜的温度升高摄氏度。

不带（左）和带 EUV 薄膜的 EUV 掩模示意图 EUV 薄膜可保护 EUV 光刻中极其昂贵的 EUV 掩模免受可能落在其表面的颗粒的影响。

EUV薄膜对于CPU芯片的生产最为重要，因为CPU芯片使用单芯片掩模版，EUV掩模版的任何缺陷都可能导致整个晶圆失效。

因此，对于大面积芯片来说，没有EUV薄膜的保护是绝对不可能的。

一些专家强调，“尝试在没有 EUV 薄膜的情况下进行 EUV 光刻是痛苦的。

这需要更多的检测，并且仍然可能导致良率损失。

” 对此，日本EUV薄膜供应商三井化学正在积极筹划。

不久前，比利时纳米电子和数字技术研究与创新中心Imec与三井化学建立战略合作伙伴关系，共同开发用于EUV光刻的碳纳米管（CNT）基薄膜。

根据协议，三井化学将把imec基于碳纳米管的薄膜开发整合到其碳纳米管薄膜技术中，以达到完整的生产规格，目标是在年内将其引入高功率EUV系统的制造。

该薄膜用于保护光掩模在受到极紫外光照射时免受污染。

它具有高极紫外光透过率（≧94%）、低极紫外光反射率和极小的光学影响，适合大批量、先进的半导体制造。

高吞吐量的关键特征。

光刻路线图项目预计年内推出新片，届时下一代ASML 0.33NA EUV光刻系统将支持W或更高功率的光源。

另一方面，三井化学也在帮助三星实现新的突破。

近日在釜山举行的“KISM”学术会议上，三星表示其EUV光刻技术取得了重大进展。

据悉，三星EUV技术的关键在于EUV薄膜的使用，它是半导体制造中光刻工艺的必要材料，可以防止异物颗粒造成的缺陷。

据报道，三星使用的EUV薄膜的透光率已达到90%，并计划将其提高至94-96%。

三星在一些先进的 EUV OEM 生产线上为主要客户推出了 EUV 薄膜。

三星DS部门研究员Kang Young-seok表示，目前日本三井物产是最大的供应商。

虽然FST、S&S Tech等韩国公司正在积极开发EUV薄膜，但尚未达到量产阶段。

日本除了在EUV掩模和EUV薄膜方面具有优势外，在掩模刻录机方面也有深厚的积累。

目前，掩模通常使用激光刻写机和基于电子束技术的掩模刻写机来制造。

前者用途更广泛，后者大多用于在最先进的工艺节点上制作关键掩模，因为它可以比传统的激光刻录机产生更小的特征尺寸，但此类刻录机相对较慢、昂贵且体积庞大。

在先进工艺集成电路的制造过程中，第一层需要精细的光刻，相应的掩模也更精细。

大多数使用基于电子束技术的掩膜刻写机，制造商更倾向于在上层使用掩膜。

更便宜、更高效的激光燃烧器。

全球能够制造多光束掩模刻录机的厂家并不多，主要是日本的JEOL和Nuflare，德国的Vistec和奥地利的IMS。

其中，Nuflare实力雄厚，占据全球90%的份额。

也是第一家有能力为3nm工艺准备掩模版的厂商。

随着光刻技术的发展，特别是ASML不断更新EUV光刻机，对相应的产品和设备提出了更高的要求。

面膜作家也在这个行业背景下不断进化。

综合来看，光掩模在微纳加工技术中发挥着重要作用，是实现集成电路制造的关键因素。

随着工艺技术的不断演进，掩模版的精度、分辨率和成本要求将不断提高。

这将对口罩生产企业，以及薄膜、口罩写入机等产业链提出更高的挑战，也将带来更大的挑战。

需要。

EUV光刻胶，强力光刻胶是一种特殊材料，涂在晶圆表面，根据曝光与否可以发生化学变化，从而形成所需的图案。

EUV光刻胶是制造难度较高的产品，也是7nm及以下先进工艺芯片加工的核心原材料。

光刻胶的发展是摩尔定律运行的核心驱动力。

随着芯片制造工艺从微米级（2μm-1μm）、亚微米级（1-0.35μm）、深亚微米级（0.35μm以下）、纳米级（90-22nm）甚至进入14-7nm阶段。

光刻胶分辨率等性能要求不断提高。

随着集成电路的发展，光刻技术经历了从G线（nm）光刻、H线（nm）光刻、I线（nm）光刻，到深紫外DUV光刻（KrFnm和ArFnm）、纳米浸没加多重成像技术（32nm-7nm），进而发展EUV极紫外（<13.5nm）光刻，甚至采用非光学光刻（电子束曝光、离子束曝光）、相应波长的各类光刻胶因为也使用光敏波长。

与其他光刻胶相比，EUV光刻胶具有以下特点： 高吸收率：由于EUV光在空气中被吸收，因此需要在真空环境下曝光。

同时，为了提高曝光效率、降低剂量，EUV光刻胶需要具有高吸收率，即能够吸收更多的入射光子。

高灵敏度：由于EUV光源的功率有限，且撞击在每个晶圆上的光子数量较少，因此EUV光刻胶需要具有高灵敏度，即能够在较低的剂量下产生足够的化学反应。

高分辨率：为了实现更小的特征尺寸和更密集的图案布局，EUV光刻胶需要具有高分辨率，即能够保持清晰平滑的线条边缘。

高稳定性：由于EUV光刻工艺涉及多种化学和物理条件，因此EUV光刻胶需要具有高稳定性，即必须能够抵抗各种干扰和变化。

总而言之，随着半导体节点向更小的尺寸发展，保持分辨率、灵敏度和图形保真度变得更加复杂和具有挑战性。

EUV光刻胶需要依靠上述特性和能力来应对这些挑战并实现进一步的小型化。

业内人士表示，日本企业在半导体光刻胶领域拥有最大的优势。

主要半导体光刻胶生产商包括日本东京安佳、JSR、住友化学、信越化学、富士胶片、韩国东进半导体和美国陶氏杜邦等，其中日本企业约占90%的市场份额。

纵观光刻胶行业的发展历史，日本的垄断地位实际上是“后来居上”的。

回顾光刻机行业的发展历史，早在2000年，美国柯达公司就开发出了KTFR光刻胶。

次年，美国IBM公司突破了KrF光刻技术。

在接下来的15年里，IBM领导并垄断了KrF光刻技术。

胶水。

正是在这个时候，日本半导体也迅速崛起，尤其是光刻技术。

尼康、佳能凭借在基础化工领域积累的经验以及政府的大力支持而迅速崛起。

当时日本半导体的快速崛起虽然受到了美国的压力和限制，但增速已经放缓。

但由于业界对光刻胶重视程度不高，市场占有率较低，光刻胶并不在美国限制日本半导体发展的产品之列。

于是，日本抓住了“一线希望”，开始大力发展光刻胶。

以此为契机，日本迅速涌现出一批优秀的光刻胶企业。

例如，东京英华于2016年开发出KrF光刻胶并实现大规模商业化。

这标志着光刻胶正式进入日本厂商“一统”时代。

2017年，JSR与SEMATECH联合开发EUV光刻胶，将日本光刻胶推上了金字塔顶端。

同时，由于日本的尼康和佳能在光刻机领域长期垄断全球市场，这些都为日本光刻胶的发展提供了非常好的产业基础，而且日本在精细化学品等方面也拥有较强的实力。

方面。

经过几年、十几年的发展积累了大量的理论知识和光刻胶相关数据库，最终形成了日本企业在光刻胶领域的主导地位。

有业内专家表示，如今几乎只有日本企业能够生产10nm以下工艺的光刻胶。

这也意味着，在EUV光刻胶方面，日本企业拥有更大的市场份额。

其中，排名前两位的供应商是JSR和东京英华，占据了约75%的市场份额。

东京安佳成立于2007年，是全球最大的半导体光刻胶制造商。

产品涵盖橡胶型负性光刻胶、g线光刻胶、i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶、EUV光刻胶、电子束光刻胶等。

东京安佳目前在光刻胶领域综合实力排名第一。

除了在ArF光刻胶领域占据16%的市场份额外，其排名落后于JSR（25%）、信越化学（22%）和住友化学（17%）。

，在其他三个领域的份额均排名第一，其中EUV光刻胶领域处于领先地位，一家公司占据了一半以上的份额。

JSR拥有丰富的产品系列，可以满足各种工艺需求。

自2008年开始销售光刻胶以来，40多年来一直以满足半导体行业的需求为目标，持续为全球客户提供光刻材料、CMP材料和封装材料。

产品包括：用于离子注入、栅极和布线工艺图案的光刻胶、用于CMP工艺的研磨剂和清洗剂，以及用于封装各种工艺流程的临时粘合材料、用于厚膜加工的光刻胶和光敏绝缘膜材料等。

光刻胶产品涵盖成熟到先进工艺，提供i/g-line、KrF、ArF、多层材料等完整产品线，可实现EUV光刻胶的量产。

JSR目前正在开发和销售适用于5nm及以下工艺的EUV光刻胶，以维持和扩大公司在先进光刻材料方面的市场份额。

JSR EUV光刻胶研发 今年6月，日本光刻胶供应商巨头JSR宣布，已同意由日本政府支持的基金以约90亿日元（约合63.5亿美元）收购。

此次交易意味着这家半导体材料巨头将被日本国有化。

据报道，该交易由日本投资公司（JIC）牵头，该公司由日本政府牵头，日本业界共同出资。

此举由日本经济产业省监管，是日本政府加强对半导体行业控制的最新举措，旨在重新夺回对半导体行业的控制权。

日本在先进芯片生产方面处于领先地位。

此外，住友化学、信越化学、富士胶片等日本材料巨头也在EUV光刻胶领域做出了规划。

从产业链价值来看，光刻胶产值不大，仅占全球半导体市场的1%，但对半导体产业至关重要。

三星集团CEO曾表示：“如果光刻机缺少光刻胶，那么光刻机就只是一堆废铁。

”可见，EUV光刻胶是半导体材料皇冠上最璀璨的明珠。

日本在这一领域拥有“垄断”的同时，也面临着挑战。

2017年日本限制EUV光刻胶向韩国出口后，韩国光刻胶制造商东进半导体开始研发EUV光刻胶，并于2009年通过了三星电子的可靠性认证； 2017年12月，三星电子量产线采用东进半导体的EUV光刻胶产品，标志着韩国在EUV光刻胶本土化量产方面取得突破。

另一方面，干式光刻胶或将成为新的发展路径。

TECHCET报告称，随着先进半导体工艺的竞争日益激烈以及EUV工艺层数的增加，光刻胶材料的市场规模激增。

其中，干式光刻胶已成为受到广泛关注的新型EUV光刻材料之一。

与传统的湿式光刻胶相比，它可以显着降低生产成本，消耗更少的能源，并且需要的原材料也比以前显着减少。

随着芯片尺寸不断缩小，传统湿法光刻胶开始遇到技术瓶颈。

例如，传统湿式光刻胶的化学成分容易引起光子散射。

因此，想要实现大剂量曝光，就需要加大光刻机的功率。

而这一举动也会极大地影响光刻机的工作效率。

对此，业界提出了两种解决方案：一是将光源提高到W-W，从而获得更高的能量以保证量产，但目前W以上的光源仍在开发中。

第二个解决方案是通过改进EUV光刻胶技术来实现曝光功率和机器效率之间的平衡。

干式光刻胶也引起了市场的关注。

据了解，日本东京印化、JSR集团等光刻胶巨头生产传统湿法光刻胶。

两年前，美国泛林集团利用干式光刻胶技术“搅局”，成功打破了巨头在光刻胶领域的垄断。

这也正式将干式光刻胶带入了人们的视野。

同时，干式光刻胶概念也受到ASML、三星、英特尔、台积电等龙头企业的青睐。

他们与 Lam Research 在干式光刻胶领域合作，寻找平衡曝光功率和机器效率的方法。

EUV光刻周边设备不容小觑。

虽然ASML在EUV相关设备市场垄断了核心光刻机，但日本厂商在EUV光刻周边设备上，尤其是检测和感光方面，拥有着不可小觑的市场份额。

在材料镀膜、成像等相关设备方面，日本企业的实力不容忽视。

口罩在制造和使用过程中，难免会出现污染、图案异常等缺陷，需要检测和修复。

这是提高产品良率、节约成本的关键。

在这一领域，日本Lasertec是全球最大的检测机制造商，也是第一家使用EUV光源检测EUV掩模版的公司。

Lasertec之所以能够取得如此大的突破，最重要的原因就是它押注了EUV光刻机的方向。

据了解，当芯片技术推向7nm及以下时，行业分为两派。

一组继续改进 DUV 技术，另一组选择转向 EUV 光刻。

DUV技术之所以如此困难，是因为当工艺节点先进到7nm时，使用该技术需要四次曝光，这对多层对准是一个很大的挑战。

同样，多次曝光意味着多次更换掩模，这会增加经济成本。

因此，继续使用DUV技术将面临更多挑战。

EUV光刻系统可以通过单次曝光彻底解决上述问题。

然而，由于EUV的波长仅为13.5nm，这对EUV掩模版检测提出了很大的挑战。

过去，EUV掩模是通过纳米深紫外（DUV）系统进行检测的。

然而，该系统无法区分 EUV 掩模图案。

因此只能粗略判断掩膜板是否存在缺陷，无法检测EUV掩膜是否存在。

多层薄膜中的相位缺陷迫切需要更高分辨率的掩模检测方法。

对此，日本Lasertec于2016年成功开发出光化图案掩模检测系统ACTIS A，加速了EUV光刻技术的成熟和经济化。

这也加速了半导体行业全面转向EUV技术。

2009年，Lasertec推出了用于测试印刷晶圆设计模板的设备，成为该领域的垄断者。

日本在光刻机周边设备领域的领先者不仅仅是Lasertec。

另一种占据极高市场份额的是东京电子的EUV镀膜和显影设备，用于在作为半导体材料的硅晶圆上涂敷特殊的化学液体。

发展。

东京电子于2017年开始销售FPD生产设备涂布机/显影机，并于2009年交付了第一台涂布机/显影机“CLEAN TRACK ACT 8”。

在光刻机领域，我们永远不会忘记。

尽管曾经的光刻机巨头在EUV领域已经被ASML放弃，但日本仍在光刻机方面不断发力。

佳能开发了纳米压印技术（NIL），无需 EUV 即可制造 5 纳米芯片。

UV纳米压印光刻与光学光刻工艺对比（来源：国科硬科技） 不仅如此，根据佳能的最新消息，其正在进一步改进掩模版技术。

未来，纳米压印光刻有望实现宽度为10纳米的最小线A电路图案，相当于先进逻辑半导体技术所需的2纳米节点。

作者之前已经在文章中对这项技术做了详细的讲解，这里不再赘述。

另一方面，尼康12月10日宣布将于今年1月正式推出ArF纳米浸没式光刻机“NSR-SE”。

与现有机型相比，该设备整体生产效率可提高10-15%，创下尼康光刻设备新高。

它每小时可生产晶圆，停机时间更短。

据悉，新型光刻机可以在不牺牲生产效率的情况下，在需要高叠层精度的半导体制造中提供更高的性能。

新型光刻机的光源技术是自20世纪90年代以来已经成熟的“i-line”。

再加上相关零部件和技术的成熟，价格将比竞品便宜20-30%左右。

不过，目前还不清楚尼康的光刻机能够生产多少纳米的芯片。

写在最后，日本在EUV光刻胶、掩模版、EUV周边设备等半导体材料领域拥有强大能力的关键原因有几个： 半导体产业的长期发展：20世纪80年代，日本的半导体产业非常发达。

发展起来，但随后遭到美国的制裁和打压。

为了保持半导体产业的竞争力，日本企业纷纷转向半导体材料的研发和生产，投入大量资源。

依托日本原有雄厚的半导体基础，日本迅速崛起为全球半导体材料领域的领先国家。

基础研究实力和经验积累：半导体材料的制造工艺复杂多样，需要扎实的基础研究和丰富的经验积累。

日本企业一贯注重基础研究，拥有优秀的科学家和工程师团队致力于材料制备和性能优化的研究。

此外，日本企业以“工匠精神”为荣，精益求精，强调制造精度和质量。

这也是日本半导体材料实力强劲的重要原因。

长期稳定的合作关系：半导体公司在选择解决方案和供应商时非常谨慎，不会轻易更换合作伙伴。

经过多年的努力和优异的业绩，日本半导体企业与其他企业建立了长期稳定的合作关系，形成了高度约束力的合作模式。

这使得其他制造商很难进入这个市场。

总体而言，日本在半导体材料领域的突出地位得益于日本企业多年来在材料研发和制造方面的努力，以及长期稳定的合作关系。

无论是光刻胶、掩膜材料、化学机械抛光材料还是其他关键材料和设备，日本企业都展现了强大的实力和优势。

然而，当前科技竞争日趋激烈。

其他国家和地区不断加大研发投入，并在某些特定领域逐步取得突破。

对此，日本企业或许还不能“高枕无忧”。

他们仍需要继续保持创新能力，加强国际合作，应对来自世界的竞争挑战。

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