光刻胶的重大意义

有这么一款不起眼的(甲基)丙烯酸型脂环族环氧单体,年销量不足200t,却连续被工业和信息化部《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年版)》、《重点新材料首批次应用示范指导目录(2021年版)》列入亟待解决的“卡脖子”材料范畴,原因就在于它是目前全球ArF光刻胶产业链使用最广泛的单体之一。

光刻胶又称光致抗蚀剂(photoresist),是利用光化学反应进行图形转移的媒体,它是一类品种繁多、性能各异,应用极为广泛的精细化学品。

光刻胶主要应用于电子工业中集成电路和半导体分立器件的细微加工过程中,它利用光化学反应,经曝光、显影将所需要的微细图形从掩膜版(mask)转移至待加工的基片上,然后进行刻蚀、扩散、离子注入、金属化等工艺。

因此,光刻胶是电子工业中的关键性基础化工材料。

电子工业的发展与光刻胶的发展密切相关,如果不能掌握半导体光刻胶的核心技术,即使在光刻机上取得突破,我国集成电路产业也仍然受到限制。

目前日、韩、美企业占据半导体光刻胶全球市场90%以上份额,主要厂商包括日本的JSR、东京应化、富士电子、信越化学和住友化学,美国的陶氏化学等,国内光刻胶近年来虽有所突破,但在高端市场尤其是ArF光刻胶领域却只能孜孜以求力争突破。由于绝大多数核心原材料生产工艺都掌握在外国企业手中,这一壁垒也导致国内厂商很难开发出高规格的产品。

项目纪实

泰特尔新材料跟光刻胶结缘可以追溯到2015年底,当时有国外某知名光刻胶企业提出“市场上有一款丙烯酸酯型的脂环族环氧单体,在他们的光刻胶配方体系中占比较大,但该产品全球只有日本一家企业能批量供应,他们可能随时面临断货风险,希望泰特尔能借助在脂环族环氧领域的技术积累帮其提供该品类产品”。面对这一新的市场机遇,泰特尔新材料成立了光刻胶单体特别项目组(内部项目代码PR-001),由总经理挂帅,技术负责人担任项目经理,抽调工艺开发、研发分析、工艺技术、工程技术、生产发展、供应链等各路精兵强组成项目组,进行联合攻关。

根据项目“两年小试产品过线,两年中试产品过线,三年量产产品过线”的总体进度要求,工艺开发团队600多个日夜里在实验室进行各类小试试验1000多次,先后解决了产品工艺路线选择、原辅材料及中间体指标、催化剂筛选、阻聚剂筛选、精馏过程产品聚合、产品发黄、聚合物等杂质结构分析(关键杂质<0.1%;聚合物要求未检出)、阻聚剂超标、粘度超标(≤15cps)、金属离子超标(12种金属离子含量要求≤50ppb)等技术难题,并最终于2017年提供五个批次的实验室扩试样品给客户并于2018年年初通过了客户的实验室小线测试。

过线的好消息传来,项目组成员深受鼓舞,于是一鼓作气组织了该产品的百公斤级中试,在历时接近两年的时间里先后解决了中试过程中的各种放大问题,引入了共沸精馏、膜分离技术等实现了实验室小试产品的各种技术指标,并于2019年顺利通过该客户中试大样的测试。借助中试阶段的扎实基础,2021年在江苏泰兴基地顺利实现了产品的稳定输出并通过客户的产线验证,2022年在山东东营基地也顺利实现了该品类产品的试生产,现正在陆续送样进行客户的验证。

该项目的实施不仅丰富了泰特尔新材料的产品种类,还进一步锤炼了公司的项目团队,积累了大量的技术成果和技术诀窍,先后获得发明专利授权3项,实用新型专利8项,成功申请省/市级重大科技成果转化成果转化资助项目1项。

产品展示

TTA15和TTA16是泰特尔在半导体光刻胶领域最先投入的两支产品,由于光刻胶中最关键的树脂材料通常都是各厂商自主合成,因此产品的核心竞争力高度相关于上游原材料的丰富程度以及合成技术高低,因此突破上游原料是打破国外厂商材料封锁的第一步。

相较于近似品种,脂环族环氧材料TTA15和TTA16在显著提升耐热老化性能的同时,还提供了优异的反应活性,是合成材料关键性能突破的重要补充,也填补了这类原材料国产化的空白。

泰特尔新材料将继续着力于光刻胶开发中重要脂环族环氧类原材料的国产化落地,持续为中国集成电路产业的崛起做力所能及的贡献。