Máscara en blanco DUV:la próxima oportunidad de sustitución nacional de nivel de"fotorresistente"

En la vasta cadena de fabricación de semiconductores, la máquina de litografía es la estrella bajo los reflectores, la fotorresistencia es el foco de discusión del mercado, y la máscara en blanco (Blank Mask) —ese "vidrio recubierto" aparentemente común— ha estado durante mucho tiempo en un rincón ignorado. Sin embargo, es precisamente esta "máscara en blanco" aún sin patrones de circuito la que constituye la fuente física de la precisión del proceso litográfico, determinando la eficiencia final de conversión desde los diseños hasta el rendimiento de las obleas.

I. ¿Qué está pasando? — Las máscaras en blanco DUV inician el camino de reemplazo nacional

1. ¿Qué es una máscara en blanco?

Una máscara en blanco (Blank Mask), también conocida como sustrato de máscara o placa base de fotomáscara, es el material base para fabricar fotomáscaras (Photomask). Si comparamos la fabricación de obleas con la impresión, la máquina de litografía sería la impresora, la fotomáscara sería la plancha de impresión, y la máscara en blanco sería la "plancha en blanco" utilizada para fabricar la plancha de impresión.

Desde el punto de vista físico, una máscara en blanco está compuesta por un sustrato de alta pureza pulido con precisión (como cuarzo sintético o vidrio de soda) y capas de película funcional de escala nanométrica (que incluyen capa opaca y capa fotorresistente). Durante el proceso de litografía, la máscara en blanco se procesa mediante exposición, revelado y grabado para convertirse en una fotomáscara con patrones específicos, que luego se transfieren a la oblea. La planitud, uniformidad de la capa y densidad de defectos de la máscara en blanco determinan directamente la precisión de la transferencia de patrones litográficos, influyendo de manera decisiva en el rendimiento y el desempeño del proceso de fabricación de chips.

2. ¿Cómo se clasifican las máscaras en blanco?

Según la longitud de onda de litografía, las máscaras en blanco se dividen principalmente en tres categorías:

La primera categoría son las máscaras en blanco binarias (Binary Blank Mask), utilizadas principalmente en procesos g-line, i-line y KrF (248nm). Son el tipo más utilizado en procesos maduros, generalmente compuestas por sustrato de cuarzo y una capa absorbente de cromo (Cr).

La segunda categoría son las máscaras en blanco de cambio de fase atenuado (Attenuated Phase Shift Blank Mask), correspondientes principalmente a procesos ArF (193nm) y algunos procesos avanzados. En comparación con las máscaras binarias tradicionales, añaden materiales de cambio de fase como MoSi (molibdeno-silicio), mejorando el contraste de imagen mediante interferencia, aumentando significativamente la dificultad del control de capas.

La tercera categoría son las máscaras en blanco EUV, que representan la frontera tecnológica más avanzada, adecuadas para procesos avanzados de 7 nm y menores. Requieren sustratos de expansión térmica ultrabaja (LTEM) y una estructura de capas reflectantes multicapa Mo/Si de aproximadamente 40-50 capas.

Según el ámbito de aplicación, también se pueden dividir en máscaras en blanco para semiconductores, máscaras en blanco para FPD (pantallas planas) y máscaras en blanco para PCB. Entre ellas, las de mayor exigencia técnica y mayor valor añadido son las máscaras en blanco para semiconductores.

3. ¿Por qué es especialmente importante el reemplazo nacional de las máscaras en blanco DUV bajo la ola de la inteligencia artificial?

El mercado suele asociar directamente la IA con los procesos avanzados EUV, pero esta percepción ignora la demanda mucho mayor de procesos maduros en la cadena de la IA.

En primer lugar, la demanda principal de la industria de semiconductores en China sigue proviniendo de los procesos DUV. Actualmente, la mayoría de las fábricas de obleas de 12 pulgadas en el país se centran en nodos como 28nm, 40nm, 55nm, 65nm y 90nm, todos dependientes de litografía KrF y ArF. Incluso en algunos productos lógicos más avanzados, debido a las restricciones de equipos EUV, los fabricantes nacionales dependen de litografía de inmersión ArF combinada con exposición múltiple para lograr una mayor precisión. Esto no solo no reduce la demanda de máscaras en blanco DUV, sino que, al aumentar el número de capas de máscara, incrementa el uso de máscaras en blanco ArF avanzadas y máscaras en blanco PSM.