光刻胶属于半导体八大重要材料之一,根据全球半导体行业协会(SEMI)近期数据,光刻胶在半导体晶圆制造材料价值占比5%,光刻胶辅助材料占比7%,二者合计占比12%,光刻胶及辅助材料是继硅片、电子特气和光掩模之后的第四大半导体材料。光刻胶又称光致抗蚀剂,是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料,目前被用于光电信息产业的微细图形线路加工制作环节。光刻胶由增感剂(光引发剂)、感光树脂(聚合剂)、溶剂与助剂构成。中国半导体光刻胶的快速崛起离不开中国整体半导体产业的发展。华东光聚合型光刻胶光引发剂
g-line与i-line光刻胶均使用线性酚醛成分作为树脂主体,重氮萘醌成分(DQN 体系)作为感光剂。未经曝光的DQN成分作为抑制剂,可以十倍或者更大的倍数降低光刻胶在显影液中的溶解速度。曝光后,重氮萘醌(DQN)基团转变为烯酮,与水接触时,进一步转变为茚羟酸,从而得以在曝光区被稀碱水显影时除去。由此,曝光过的光刻胶会溶解于显影液而被去除,而未曝光的光刻胶部分则得以保留。虽然g-line光刻胶和i-line 光刻胶使用的成分类似,但是其树脂和感光剂在微观结构上均有变化,因而具有不同的分辨率。G-line光刻胶适用于0.5um(500nm)以上尺寸的集成电路制作,而i-line光刻胶使用于0.35um(350nm至0.5um(500nm)尺寸的集成电路制作。上海LCD触摸屏用光刻胶光刻胶所属的微电子化学品是电子行业与化工行业交叉的领域,是典型的技术密集行业。
灵敏度即光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的较小能量值(或较小曝光量)。单位:毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻胶的敏感性对于波长更短的深紫外光(DUV)、极深紫外光(EUV)等尤为重要 。负胶通常需5~15 s时间曝光,正胶较慢,其曝光时间为负胶的3~4倍 。灵敏度反映了光刻胶材料对某种波长的光的反应程度。不同的光刻胶对于不同的波长的光是有选择性的。比如248 nm波长光刻胶的成膜树脂中存在苯环结构,对193 nm波长的光具有很强的吸收作用,即对193 nm波长的光是不透明的,因此193 nm光刻胶必须改变树脂主体。同时,高的产出要求短的曝光时间,对光刻胶的灵敏度要求也越来越高。通常以曝光剂量作为衡量光刻胶灵敏度的指标,曝光剂量值越小,光刻胶的灵敏度越高。i线光刻胶材料曝光剂量在数百mJ/cm2左右,而KrF和ArF的光刻胶材料,其曝光剂量则在30和20 mJ/cm2左右 。灵敏度可以体现于光刻胶的对比度曲线上。
抗蚀性即光刻胶材料在刻蚀过程中的抵抗力。在图形从光刻胶转移到晶片的过程中,光刻胶材料必须能够抵抗高能和高温(>150℃)而不改变其原有特性 。在后续的刻蚀工序中保护衬底表面。耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力 。在湿法刻蚀中,印有电路图形的光刻胶需要连同硅片一同置入化学刻蚀液中,进行很多次的湿法腐蚀。只有光刻胶具有很强的抗蚀性,才能保证刻蚀液按照所希望的选择比刻蚀出曝光所得图形,更好体现器件性能。在干法刻蚀中,例如集成电路工艺中在进行阱区和源漏区离子注入时,需要有较好的保护电路图形的能力,否则光刻胶会因为在注入环境中挥发而影响到注入腔的真空度。此时注入的离子将不会起到其在电路制造工艺中应起到的作用,器件的电路性能受阻。彩色光刻胶及黑色光刻胶市场也呈现日韩企业主导的格局,国内企业有雅克科技、飞凯材料、彤程新材等。
分辨率即光刻工艺中所能形成较小尺寸的有用图像。是区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸(CD,Critical Dimension)来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨率越好 。此性质深受光刻胶材质本身物理化学性质的影响,必须避免光刻胶材料在显影过程中收缩或在硬烤中流动。因此,若要使光刻材料拥有良好的分辨能力,需谨慎选择高分子基材及所用的显影剂。分辨率和焦深都是光刻中图像质量的关键因素。在光刻中既要获得更好的分辨率来形成关键尺寸图形,又要保持合适的焦深是非常矛盾的。虽然分辨率非常依赖于曝光设备,但是高性能的曝光工具需要与之相配套的高性能的光刻胶才能真正获得高分辨率的加工能力。在平板显示行业;主要使用的光刻胶有彩色及黑色光刻胶、LCD触摸屏用光刻胶、TFT-LCD正性光刻胶等。华东光聚合型光刻胶单体
有机-无机杂化光刻胶结合了有机和无机材料的优点,在可加工性、抗蚀刻性、极紫外光吸收具有优势。华东光聚合型光刻胶光引发剂
浸没光刻和双重光刻技术在不改变 193nm波长ArF光刻光源的前提下,将加工分辨率推向10nm的数量级。与此同时,这两项技术对光刻胶也提出了新的要求。在浸没工艺中;光刻胶首先不能与浸没液体发生化学反应或浸出扩散,损伤光刻胶自身和光刻镜头;其次,光刻胶的折射率必须大于透镜,液体和顶部涂层。因此光刻胶中主体树脂的折射率一般要求达到1.9以上;接着,光刻胶不能在浸没液体的浸泡下和后续的烘烤过程中发生形变,影响加工精度;当浸没工艺目标分辨率接近10nm时,将对于光刻胶多个性能指标的权衡都提出了更加苛刻的挑战。浸没 ArF 光刻胶制备难度大于干性 ArF 光刻胶,是 ArF光刻加工分辨率突破 45nm 的关键之一。华东光聚合型光刻胶光引发剂
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