颠覆开发流程！这家国内实验室用AI开发出光刻胶树脂

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）作为芯片制造过程中，光刻环节的关键耗材，光刻胶产业过去呈现高度集中化的市场格局。全球光刻胶市场过去由日本寡头垄断，JSR、TOK、信越化学、住友化学等企业占到全球近8成份额。想必业内人士对2019年日本对韩国实施的半导体材料出口管制还历历在目，其中受到管制的三种材料就包括光刻胶。
 
近年来，为了构建本土供应链，国内也在加强对光刻胶产业的投资，并陆续在中高端光刻胶领域取得突破。而最近上海人工智能实验室联合厦门大学、苏州国家实验室等合作单位，基于“书生”科学大模型与“书生”科学发现平台，成功实现了高纯度、高一致性、高效率的KrF光刻胶树脂的研发与制备。
 
AI赋能材料开发并不是什么新鲜事，但对于光刻胶这样的“卡脖子”材料而言，AI辅助开发的成功案例和经验，未来能够拓展到更多的领域。
 
如何利用AI研发光刻胶？
 
光刻胶本质是以树脂为主体，搭配多种功能组分的复配高分子化学体系，一般包含主体树脂、光敏剂、溶剂以及稳定剂、表面活性剂等添加剂。
 
在芯片在光刻工艺中，光刻胶被涂在晶圆表面，经过曝光、显影的步骤，留下和掩模板一样的电路图形，同时留在晶圆表面的光刻胶充当保护层，保护电路图形以外的硅/氧化层不被腐蚀。
 
芯片需要通过涂胶→曝光→刻蚀→去胶等步骤循环往复，叠加数十层线路，因此光刻胶的消耗量非常可观。
 
按照曝光波长，光刻胶分为g线（436nm）、i线（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、EUV（13.5nm）等几种类型，光刻胶波长越短精度越高。简单来说，KrF主要是成熟制程应用，包括功率、MCU等产品应用较多，当然在先进制程中也会被用到一些非关键的层；ArF是28nm及更先进制程的主力；而EUV光刻机由于波长只有13.5nm，ArF/KrF的化学体系已经无法满足，因此需要重新开发EUV专用光刻胶，目前的主要方向是金属氧化物体系。
 
那么这次上海人工智能实验室联合厦门大学、苏州国家实验室开发的光刻胶就属于KrF，主要用于成熟制程。
 
但从材料研发的角度，传统光刻胶研发以人工经验为核心，主要通过实验试错来完成线性迭代。研发人员依据经验筛选树脂、光敏剂（PAG）、抑制剂等组分，人工调配数百至数千组配方，逐一测试分辨率、灵敏度、线边缘粗糙度等指标，再根据结果微调配方，循环往复直至达标。
 
这样的传统模式，带来的问题是开发周期过长，通常需一年以上的时间，成本高，而且很大程度上依赖研发人员的经验判断，存在主观性和偶然性。
 
同时，这种研发模式对于长期投入的企业而言具备非常高的“knowhow”壁垒，日企凭借数十年研发积淀，掌握核心配方的黑箱经验，对组分配比、反应温度、纯化工艺等关键参数形成精准把控，产品批次稳定性相对较高。
 
但利用AI开发光刻胶，通过数据驱动，将化学规律转化为数学模型，整合机器学习、科学大模型、自动化实验平台，实现从分子设计到配方优化的全流程智能化后，可大幅缩短研发周期。
 
据了解，上海人工智能实验室联合团队研发了面向先进材料光刻胶树脂设计的智能化合成平台，并构建起一套“决策—互联—执行—迭代”的智能化研发体系。
 
其中，该体系利用了“书生”科学大模型Intern-S1与优化算法深度耦合形成的决策系统，该系统替代传统随机搜索模式，负责试验方案生成、参数优化及结果预测等核心工作。
 
结合海量文献与实验数据库，快速筛选候选分子结构与配方；生成光刻胶树脂合成实验方案，经SCP协议转化为自动化平台指令，并在物理实验室中完成高通量的合成与表征任务；实验产出的分子量、热稳定性等关键数据自动回传AI模型，驱动算法优化下一轮方案，实现研发体系自我进化。
 
据上海人工智能实验室介绍，面向KrF光刻胶树脂研发，平台以多谱学特征、分子量分布指数（PDI）、玻璃化转变温度（Tg）等关键指标为目标，联合优化单体种类、单体配比、反应温度、反应时间等核心工艺参数。其中，优化智能体通过筛选适宜种类与用量的链转移剂，精准调控共聚物聚合速率与链增长过程，成功制备出PDI小于1.3的KrF光刻胶树脂，显著优于传统工艺的分散水平；同时，平台进一步筛选并引入含苯基和羟基的功能单体，利用苯基刚性结构提升树脂耐热性能，借助羟基活性基团优化成膜性能与光刻响应性，二者协同作用下，实现Tg大于130℃的目标，充分满足高温光刻过程对树脂耐热性的严苛要求。
 
此外，依托平台对反应温度、气氛纯度、加料精度等参数的全流程自动化控制，分子量和PDI的批次稳定性达到±10%，有效解决了传统工艺中产品批次间性能差异较大的痛点，大幅提升了产品的稳定性与可靠性。平台还从源头选用高纯电子级原料与溶剂，结合自动化无接触制备流程和多次“溶解-沉淀”相转移纯化，将金属杂质含量稳定控制在10ppb以下，满足高端光刻工艺对材料纯度的极致要求，为KrF光刻胶树脂的规模化应用奠定坚实基础。
 
值得一提的是，这并不只是实验室产品，目前该团队已经与厦门恒坤新材料科技股份有限公司合作，结合其在光刻胶多组分配方开发方面的深厚经验，对树脂进行了系统的适配性研究与配方制备。据称目前产品关键性能指标达到预期目标，接下来将进行深度评估并结合市场情况推进客户验证。
 
国产光刻胶产业正在加速推进
 
自2025年11月起，日本将ArF、EUV光刻胶纳入出口管制清单，该类产品实施逐案审批，审批周期延长至90天，同时削减20%-30%对华配额；而到了2025年12月，日本进一步将KrF/i线光刻胶纳入严审范围。
 
光刻胶的供应问题日益严峻，实际上2019年之后，以半导体产业为支柱之一的韩国也大力寻求替代，包括寻找日本以外的供应商以及本土厂商自研。
 
那么中国的光刻胶产业现状如何？在KrF光刻胶领域，彤程新材子公司北京科华多款KrF光刻胶产品目前已通过中芯国际、华虹集团、长江存储等主流晶圆厂认证并进入批量供货阶段，2025年上半年KrF光刻胶营收同比增长近50%，同时具备KrF树脂自产能力。
 
上海新阳KrF光刻胶已通过客户验证实现量产，另外ArF光刻胶样品已在国内多家晶圆厂验证。
 
南大光电则是国内唯一实现 28nm ArF 干法光刻胶规模量产的企业，目前已经通过验证并导入销售，已实现超过2000万元收入。
 
晶瑞电材子公司瑞红苏州的光刻胶产品覆盖紫外宽谱、g/i线、KrF、ArF等品类：i线光刻胶已规模化供应中芯国际、合肥长鑫等企业；KrF高端光刻胶已完成中试，部分品种实现量产；ArF高端光刻胶处于研发与样品送样验证阶段。
 
但目前EUV光刻胶进展还相对落后，部分原因在于EUV光刻机的禁运，导致难以完成最终验证与迭代。
 
不过科技部“十四五”新材料专项提出，到2025年实现KrF/ArF光刻胶国产化率提升至10%，同时布局EUV光刻胶预研，设立专项经费超20亿元。
 
去年10月，我国首个EUV光刻胶测试标准正式进入公示阶段。
 
去年7月，清华大学化学系许华平教授团队开发出一种基于聚碲氧烷（Polytelluoxane, PTeO）的新型EUV光刻胶，研究成果在《科学进展》期刊上发表。
 
在该项研究中，团队将高EUV吸收元素碲（Te）通过Te─O键直接引入高分子骨架中。碲具有除惰性气体元素氙（Xe）、氡（Rn）和放射性元素砹（At）之外最高的EUV吸收截面，EUV吸收能力远高于传统光刻胶中的短周期元素和Zn、Zr、Hf和Sn等金属元素，显著提升了光刻胶的EUV吸收效率。同时，Te─O键较低的解离能使其在吸收EUV后可直接发生主链断裂，诱导溶解度变化，从而实现高灵敏度的正性显影。这一光刻胶仅由单组份小分子聚合而成，在极简的设计下实现了理想光刻胶特性的整合，为构建下一代EUV光刻胶提供了清晰而可行的路径。
 
小结：
 
国内光刻胶产业正处于一个黄金发展期，未来5到10年将迎来国产替代、产能扩张、技术升级的多重红利。而随着AI技术在新材料研发领域的应用渗透加速，在光刻胶这个确定性的赛道上，本土企业中长期来看将会逐步跟上国际领先水平。
 
 
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