全球芯片材料新路徑！中國團(tuán)隊(duì)用 AI 攻克高端光刻膠樹脂穩(wěn)定制備難題

來源： 上海人工智能實(shí)驗(yàn)室

光刻膠作為芯片制造的核心材料之一，其質(zhì)量直接影響芯片的性能和成品率。然而，當(dāng)前全球高端氟化氪（KrF）光刻膠樹脂相關(guān)技術(shù)與市場長期集中在少數(shù)國外企業(yè)手中，導(dǎo)致供應(yīng)鏈高度依賴、材料成本居高不下、難以滿足定制化和快速響應(yīng)需求等局面。

近日，依托2030新一代人工智能國家科技重大專項(xiàng)總體部署，上海人工智能實(shí)驗(yàn)室（上海AI實(shí)驗(yàn)室）聯(lián)合廈門大學(xué)、蘇州國家實(shí)驗(yàn)室等合作單位基于“書生”科學(xué)大模型與“書生”科學(xué)發(fā)現(xiàn)平臺，構(gòu)建了“AI決策+自動化合成”的閉環(huán)研發(fā)體系，實(shí)現(xiàn)了高純度、高一致性、高效率的KrF光刻膠樹脂創(chuàng)制。這一突破使高端光刻膠樹脂的穩(wěn)定制備不再依賴于極少數(shù)國外供應(yīng)商的“黑箱能力”，為全球芯片材料領(lǐng)域探索出一條可標(biāo)準(zhǔn)化、快速迭代的新路徑。

目前，上述平臺已支撐多批次自動化合成與性能驗(yàn)證，批次間一致性得到顯著提升。其中，廈門恒坤新材料科技股份有限公司基于光刻膠配方開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，完成了樹脂適配，產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵指標(biāo)均達(dá)預(yù)期后續(xù)將進(jìn)入客戶端驗(yàn)證階段。

從經(jīng)驗(yàn)試錯到智能迭代

AI驅(qū)動芯片核心材料研發(fā)新范式

光刻膠是芯片制造的核心關(guān)鍵材料，其性能直接關(guān)系芯片制程精度與產(chǎn)品良率。KrF光刻膠樹脂是決定光刻膠整體性能的核心基礎(chǔ)材料。

長期以來，高端樹脂材料開發(fā)受制于“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動”的試錯路徑，科研人員需在數(shù)以千計(jì)的單體配比、聚合體系及反應(yīng)條件中進(jìn)行逐一篩選，這種低密度的實(shí)驗(yàn)范式導(dǎo)致研發(fā)周期動輒以月為單位，且極易受人為操作誤差影響，難以滿足成熟制程對材料批次穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。微量的金屬雜質(zhì)或分子量分布的輕微波動，都可能導(dǎo)致光刻性能直接失效，如何實(shí)現(xiàn)高純度、高一致性且高效率的材料創(chuàng)制，成為我國光刻膠產(chǎn)業(yè)突破的關(guān)鍵門檻。

針對上述挑戰(zhàn)，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研發(fā)了面向先進(jìn)材料光刻膠樹脂設(shè)計(jì)的智能化合成平臺，并構(gòu)建起一套“決策-互聯(lián)-執(zhí)行-迭代”的智能化研發(fā)體系。

該體系以智能化合成平臺為物理執(zhí)行基礎(chǔ)平臺，顛覆了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室依賴人工操作的粗放研發(fā)模式：采用高度模塊化并行架構(gòu)，依托多反應(yīng)器、多工作站協(xié)同布局，實(shí)現(xiàn)了從液體精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移、惰性氣氛保護(hù)到多級自動化后處理的全流程閉環(huán)運(yùn)行；搭載精密三軸伺服控制與全密封加液技術(shù)，從源頭規(guī)避因人工操作暴露帶來的氧氣、水汽及金屬雜質(zhì)污染問題，可將成品樹脂金屬雜質(zhì)含量穩(wěn)定控制在10ppb以下，同時嚴(yán)格把控分子量分布，PDI指標(biāo)穩(wěn)定控制在1.3以下。

這套體系的數(shù)字大腦，是“書生”科學(xué)大模型Intern-S1與優(yōu)化算法深度耦合形成的決策系統(tǒng)，它替代了傳統(tǒng)隨機(jī)搜索模式，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)方案生成、參數(shù)優(yōu)化及結(jié)果預(yù)測等核心工作，憑借其強(qiáng)大的科學(xué)推理能力，可挖掘樹脂合成的“高潛力區(qū)域”，并將語義偏好轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化信息，融入貝葉斯優(yōu)化代理模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動與化學(xué)先驗(yàn)知識的協(xié)同，減少無效試錯。

為打通數(shù)字大腦與物理執(zhí)行端的溝通壁壘，團(tuán)隊(duì)基于科學(xué)智能上下文協(xié)議（Science Context Protocol，SCP）構(gòu)建了數(shù)字化互聯(lián)橋梁，通過采用“SCP接口+本地指令解析+控制執(zhí)行”的分層架構(gòu)，將實(shí)驗(yàn)工作站功能抽象為AI可識別調(diào)用的工具集，讓AI模型可遠(yuǎn)程下達(dá)實(shí)驗(yàn)方案、監(jiān)控反應(yīng)狀態(tài)、調(diào)整工藝參數(shù)，既實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源云端化管理，又解決了AI邏輯生成與物理實(shí)驗(yàn)落地的協(xié)同難題，為構(gòu)建無人值守科研系統(tǒng)奠定了通信基礎(chǔ)。

模型調(diào)用SCP提供的光刻膠相關(guān)服務(wù)

平臺的核心優(yōu)勢，在于實(shí)現(xiàn)了“干實(shí)驗(yàn)（AI決策）-濕實(shí)驗(yàn)（物理合成）”的閉環(huán)迭代：AI模型生成光刻膠樹脂合成實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)SCP協(xié)議轉(zhuǎn)化為自動化平臺指令，并在物理實(shí)驗(yàn)室中完成高通量的合成與表征任務(wù)；實(shí)驗(yàn)產(chǎn)出的分子量、熱穩(wěn)定性等關(guān)鍵數(shù)據(jù)自動回傳AI模型，驅(qū)動算法優(yōu)化下一輪方案，實(shí)現(xiàn)研發(fā)體系自我進(jìn)化。基于此循環(huán)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在光刻膠樹脂分子量穩(wěn)定性、Tg耐熱指標(biāo)等關(guān)鍵領(lǐng)域取得階段性進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)從“經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的轉(zhuǎn)型，為光刻膠產(chǎn)業(yè)突破技術(shù)瓶頸提供了全新路徑。

高純度、高一致性、高效率

實(shí)現(xiàn)光刻膠樹脂穩(wěn)定制備

依托上述智能化研發(fā)體系，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在KrF光刻膠樹脂配方優(yōu)化、工藝調(diào)控、純度管控等方面開展系統(tǒng)性攻關(guān)，各項(xiàng)核心性能指標(biāo)均達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用積累了核心技術(shù)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

面向KrF光刻膠樹脂研發(fā)，平臺以多譜學(xué)特征、分子量分布指數(shù)（PDI）、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）等關(guān)鍵指標(biāo)為目標(biāo)，聯(lián)合優(yōu)化單體種類、單體配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等核心工藝參數(shù)。其中，優(yōu)化智能體通過篩選適宜種類與用量的鏈轉(zhuǎn)移劑，精準(zhǔn)調(diào)控共聚物聚合速率與鏈增長過程，成功制備出PDI小于1.3的KrF光刻膠樹脂，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)工藝的分散水平；同時，平臺進(jìn)一步篩選并引入含苯基和羥基的功能單體，利用苯基剛性結(jié)構(gòu)提升樹脂耐熱性能，借助羥基活性基團(tuán)優(yōu)化成膜性能與光刻響應(yīng)性，二者協(xié)同作用下，實(shí)現(xiàn)Tg大于130℃的目標(biāo)，充分滿足高溫光刻過程對樹脂耐熱性的嚴(yán)苛要求。

此外，依托平臺對反應(yīng)溫度、氣氛純度、加料精度等參數(shù)的全流程自動化控制，分子量和PDI的批次穩(wěn)定性達(dá)到±10%，有效解決了傳統(tǒng)工藝中產(chǎn)品批次間性能差異較大的痛點(diǎn)，大幅提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性。平臺還從源頭選用高純電子級原料與溶劑，結(jié)合自動化無接觸制備流程和多次“溶解-沉淀”相轉(zhuǎn)移純化，將金屬雜質(zhì)含量穩(wěn)定控制在10ppb以下，滿足高端光刻工藝對材料純度的極致要求，為KrF光刻膠樹脂的規(guī)模化應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

光刻膠樹脂GPC測試圖，分子量和PDI的批次穩(wěn)定性達(dá)到±10%且PDI＜1.3

在產(chǎn)業(yè)端，廈門恒坤新材料科技股份有限公司結(jié)合其在光刻膠多組分配方開發(fā)方面的深厚經(jīng)驗(yàn)，對樹脂進(jìn)行了系統(tǒng)的適配性研究與配方制備。目前，產(chǎn)品關(guān)鍵性能指標(biāo)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，尤其在鄰近效應(yīng)（Proximity Effect）控制方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，將進(jìn)一步深度評估并結(jié)合市場情況來推進(jìn)客戶端驗(yàn)證。

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