中國半導體產業因光刻膠失色

“假如我們把光刻機比作一把菜刀,那么光刻膠就好比是要切割的菜,沒有高質量的菜,即使有了鋒利的菜刀,也無法做出一道佳肴。”日前,江蘇博硯電子科技有限公司技術部章宇軒在接受科技日報記者采訪時說。

在北京化工大學理學院院長聶俊眼里,我國雖然已成為世界半導體生產大國,但面板產業整體產業鏈仍較為落后。目前,上游高端電子化學品(LCD用光刻膠)幾乎全部依賴進口,必須加快面板產業關鍵核心材料基礎研究與產業化進程,才能支撐我國微電子產業未來發展及國際“地位”的確立。

彩色薄膜少了光刻膠,產生不了絢麗的畫面

顯示器是人與機器溝通的重要界面。光刻膠是整個光刻工藝的重要部分,也是國際上技術門檻最高的微電子化學品之一,主要應用在集成電路和平板顯示兩大產業。光刻技術決定了集成電路的集成度,引領了技術節點的推進和實現。

章宇軒介紹,我們在日常工作生活中,之所以能從顯示屏幕上看到色彩斑斕的畫面,就是離不開屏幕中厚度只有2μm、卻占面板成本16%的一層彩色薄膜。然而,彩色薄膜顏色的產生,必須由光刻膠來完成。

LCD是非主動發光器件,其色彩顯示必須由本身的背光系統或外部的環境光提供光源,通過驅動器與控制器形成灰階顯示,再利用彩色濾光片產生紅、綠、藍三基色,依據混色原理形成彩色顯示畫面。

其中,根據顏色的不同,可以將光刻膠分為黑色、紅色、綠色、藍色四種。彩色濾光片的制作就是在玻璃基板上應用黑色光刻膠制作黑色矩陣,再應用紅、綠、藍光刻膠制作三原色像素。

光刻膠的研發,關鍵在于其成分復雜、工藝技術難以掌握。光刻膠主要成分有高分子樹脂、色漿、單體、感光引發劑、溶劑以及添加劑,開發所涉及的技術難題眾多,需從低聚物結構設計和篩選、合成工藝的確定和優化、活性單體的篩選和控制、色漿細度控制和穩定、產品配方設計和優化、產品生產工藝優化和穩定、最終使用條件匹配和寬容度調整等方面進行調整。因此,要自主研發生產,技術難度非常之高。

江蘇漢拓光學材料有限公司副總經理孫友松告訴記者,在光刻膠研發上,我國起步晚,2000年后才開始重視。近幾年,雖說有了快速發展,但整體還處于起步階段。事實上,工藝技術水平與國外企業有著很大的差距,尤其是尖端材料及設備都仍依賴進口。

工藝技術難以突破,國內企業受制于人

“造成與國際先進水平差距的原因很多。過去由于我國在開始規劃發展集成電路產業上,布局不合理、不完整,特別是重生產加工環節的投資,而忽視了最重要的基礎材料、裝備與應用研究。目前,整個產業是中間加工環節強,前后兩端弱,核心技術至今被TOK、JSR、住友化學、信越化學等日本企業所壟斷。”江蘇博硯電子科技有限公司負責銷售的經理李中強說。

記者了解到,光刻膠的主要技術指標有解析度、顯影時間、異物數量、附著力、阻抗等。每一項技術指標都很重要,必須全部指標達到才能使用。因此,國外企業在配方、生產工藝技術等方面,對中國長期封鎖。

事實上,我國是在缺乏經驗、缺乏專業技術人才,缺失關鍵上游原材料的條件下,全靠自己摸索。近年來,盡管光刻膠研發有了一定突破,但國產光刻膠還是用不起來。目前,國外阻抗已達到15次方以上,而國內企業只能做到10次方,滿足不了客戶工藝要求和產品升級的要求,有的工藝雖達標了,但批次穩定性不好。

“10次方的光刻膠經過多次烘烤,由于達不到客戶需求的防靜電作用,不能應用到最新一代窄邊框、全面屏等高端面板上。而國外做到15次方就有了很好的防靜電作用。這還是我們的光刻膠材料、配方、生產工藝方面存在問題。”李中強說。

關鍵指標達不到要求,國內企業始終受制于人。就拿在國際上具有一定競爭實力的京東方來說,目前已建立17個面板顯示生產基地,其中,有16個已經投產。但京東方用于高端面板的光刻膠,仍然由國外企業提供。

基礎性研究仍需發力,政府要重視鼓勵應用牽引

能讓顯示屏幕絢麗多彩的光刻膠,仍是中國半導體產業之“痛”。該如何打破歐美及日本等國家和地區的封鎖與壟斷?

業內人士認為,按照現在“單打獨斗”的研發路徑,肯定不行。政府相關部門要加大產業政策的配套支持力度,應從加快完善整個產業鏈出發,定向梳理國內缺失的、產業依賴度高的關鍵核心電子化學品,要針對電子化學品開發難度高,檢測設備要求高的特點,組織匯聚一些優勢企業和專家,形成一個產業聯盟,國家建立一個生產應用示范平臺,集中力量突破一些關鍵技術。

江蘇博硯電子科技有限公司董事長宗健表示,光刻膠要真正實現國產化,難度很大。最大問題是國內缺乏生產光刻膠所需的原材料,致使現開發的產品碳分散工藝不成熟、碳漿材料不配套。而作為生產光刻膠最重要的色漿,至今依賴日本。前道工藝出了問題,保證不了科研與生產,光刻膠國產化就遙遙無期。因此,必須通過科研單位、生產企業的協同創新,盡快取得突破。

有專家提出,盡管國產光刻膠在高端面板一時用不起來,但政府還是要從政策上鼓勵國內普通面板的生產企業盡快用起來。只有在應用過程中才能發現問題,解決問題,不斷提升技術、工藝與產品水平,實現我國關鍵電子化學品材料的國產化,完善我國集成電路的產業鏈,滿足國家和重點產業的需求。(記者 過國忠)