国产光罩基板，路在哪里？

日本长期以来在光刻和光刻相关的各种设备和材料中占据着重要的市场地位，甚至在一些领域占据着主导地位，比如我们常说的光刻胶。此外，日本光罩基板，尤其是先进光刻所用的光罩基板，在全球市场几乎处于领先地位，类似于ASML的先进光刻机。

什么是光罩基板？

光罩基板(mask blank)，又称空白掩模，用于光刻工艺，用作原料生产中的图形光罩。根据光刻所需的不同要求，其结构和化学成分会有一定的差异。

一般而言，光罩基板由高纯度石英基板制成(Quartz substrate)，铬(Cr)或钼硅材料(MoSi)挡光层是主要成分(Absorber）构成(如图所示)，有些类别还包括纯铬覆盖的硬掩模。(Hard mask)。将100涂在基板的顶部。～光刻胶不等于300nm。(Resist)，用于处理后续的电子束或激光直写曝光。

Source：Characterization of Binary and Attenuated Phase Shift Mask Blanks for 32nm Mask Fabrication, IBM & Toppan, 2008

一般而言，我们在很多自媒体和科普文章中都会看到铬板掩模的说法，这并非完全错误，而是不够完美。在早期的光刻工艺中，在进入248nm波长KrF光刻时代之前，铬被广泛用作挡光层，PSM光罩(Phase Shift Mask，相移光罩)开始广泛使用。在193nm的ArF时代，铬作为挡光层的厚度明显降低，以防止光罩的3D效应。随着浸润式光刻时代的到来，铬作为挡光层的时代已经完全过去，光学密度较高的OMOG光罩被大规模使用。为制作特殊的图形，如埋孔结构，光刻工艺能更好地聚焦深层，(DoF)较小的偏差扩大因素(MEEF)，从而实现更加精确稳定的图形制作，HT PSM提出了高透光相移光罩的概念，并引入了生产线。同样，为了在更高的光刻机曝光能量下具有更好的耐久性和使用寿命，HD PSM(高耐久性相移光罩)也进入生产线。

日本的光罩知道多少？

当前，全球市场上大规模使用的光罩主要来自日本的豪雅(Hoya)和信越(Shinetsu)，AGC。豪雅是最好的之一，在IC半导体光罩基板市场占据绝对大部分市场份额，也体现在豪雅官网的报告资料上。

Source：Information Technology Business, Hoya Intergrated Report 2022, 豪雅官网

就我国目前的市场而言，i 豪雅在line和KrF光刻使用的光罩基板中占有超过一半的份额，而ArF光刻使用的光罩基板几乎都来自豪雅和信越，EUV光罩基板仍然被禁止进入中国大陆市场。现在铬光罩和KrF光罩 PSM光罩市场，韩国S&ST可以在中国大陆市场与豪雅竞争，ArF 与豪雅和信越相比，PSM渗透到55nm上下的节点仍然存在很大差距。值得注意的是，作为韩国半导体材料自主化的重要组成部分，S&ST在韩国具有显著的地方知名度优势。包括EUV光罩基板在内的各种光罩基板都涉及到技术路线图，是韩国半导体技术和长期战略的重要组成部分。

然而，与豪雅在全球市场的巨大优势相比，信越在mainlandChina的高端基板市场表现良好。国内使用的OMOG基板几乎都来自信越，各种先进的PSM基板主要是信越。这些基板很少来自豪雅和S&ST的竞争。

从光罩基板所需的材料和技术来看，作为光罩基板本身的高纯度生成应时(fused silica)基板也是日本的强项，光学大师豪雅和硅化学先锋信越在这个领域有着深厚的造诣。上面提到的光刻胶也是日本半导体行业的传统优势，所以日本基板厂可以说从材料上来说就是衣食无忧。

在制造过程中，日本ULVAC的PVD设备被用作光罩最重要的结构挡光层镀膜，并根据不同类型的光罩溅射40。～100nm无法通过金属薄膜。对EUV这种结构比较复杂的基板类型，超过20层Mo/Si(钼和硅)复合层和Ru(U)等涂层需要多次进行，材料与晶格结构的均匀性和严格的厚度控制要求严格。基于此，设备的稳定运行和工艺的know 质量保证的关键在于how。

作为光罩基板最终质量检验的重要组成部分，日本企业也参与了无图形检测技术，Lasertec在行业内的影响力和技术积累可以说堪比KLA的Flashscan。

综上所述，日本在光罩基板领域积累了丰富的技术，产业链完善，优势明显。

国产光罩基板路在哪里？

光罩基板国产化作为光刻工艺中必不可少的材料，其重要性不亚于先进的光刻机。随着当前国际形势和地缘政治动荡的变化，从供应链安全和成本管理的角度来看，国产光罩基板的紧迫性是显而易见的，也是箭在弦上。

高纯生成石英基板是一切的基础，国内已有多家厂商具备了这方面的能力。

从全球光罩基板的发展历程来看，从铬光罩到PSM再到OMOG，跨度较大，而国产基板仍处于铬光罩阶段。现在国产铬光罩已经在很多用户这里开始验证生产线，取得了不错的效果，据报道，年内国产KrF PSM也有望向部分客户发送样品开始验证。而且更高端的ArF PSM和OMOG的研究、开发和验证仍然没有消息，而且即使是成熟的工艺，这种光罩基板的需求也是必不可少的。从相应的技术节点来看，国内虽然取得了进步，但还处于起步阶段，需要大量的投入和时间来满足高端市场的需求。

上述光罩基板生产所需的另一项技术:无图形基板的缺陷检测。日本有Lasertec，最近在中国取得了一些突破。

此外，除了镀膜工艺的研发外，光罩基板的开发和制造还涉及到一些与材料固有光学性质和化学特性相关的研究。豪雅和信越也与光罩厂的设备供应商保持着良好的关系。对图形中写入的CDU(关键尺寸均匀)、腐蚀前驱体的选择性以及化学清洗剂的耐受性进行了深入研究。豪雅还建立了自己的光罩厂，在更好地了解终端用户需求的同时，实现了自产自销。因此，国内基板需要开发，也要与光罩厂和设备厂商密切合作，了解光罩厂的技术要求和工艺特点，进行相应的开发和改进。如果能通过国际大厂完成一些验证与开发，也是面向全球市场的一大机遇。

Source：A New EUV Actinic Reticle Inspection Beamline at SSRF, IWAPS 2024

在IWAPS上，去年也发布了一些比较前沿的结果。例如，上海某公司的EUV光化缺陷检测和复查设备不仅验证了EUV同步辐射光源的光学成像能力，而且采用了国内供应链与高校合作提供的EUV光罩进行实验。这篇文章还感谢了一家国内基板制造商提供的应时基板和一所大学提供的Mo/Si复合涂层。感兴趣的朋友可以参考IWAPS。 关于2024年的公开信息。

虽然国产先进基板还需要时间，但技术问题的解决必须遵循其客观规律，从实验室到生产线的验证不是一天的工作。作为一线工程师，笔者也希望尽快使用国产光罩基板，希望尽快看到国产EUV光罩基板进入生产线。

本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID：icbank），作者：8,36氪经授权发布。

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