历史上光刻机所使用的光源波长呈现出与集成电路关键尺寸同步缩小的趋势。不同波长的光刻光源要求截然不同的光刻设备和光刻胶材料。在20世纪80年代,半导体制成的主流工艺尺寸在1.2um(1200nm)至 0.8um(800nm)之间。那时候波长436nm的光刻光源被大量使用。在90年代前半期,随着半导体制程工艺尺寸朝 0.5um(500nm)和0.35um(350nm)演进,光刻开始采用365nm波长光源。436nm和365nm光源分别是高压汞灯中能量比较高,波长**短的两个谱线。高压汞灯技术成熟,因此很早被用来当作光刻光源。使用波长短,能量高的光源进行光刻工艺更容易激发光化学反应、提高光刻分别率。以研究光谱而闻名的近代德国科学家约瑟夫·弗劳恩霍夫将这两种波长的光谱分别命名为G线和I线。这也是 g-line光刻和 i-line光刻技术命名的由来。以分子玻璃为成膜树脂制备的光刻胶能够获得较高的分辨率和较低粗糙度的图形。普陀PCB光刻胶光致抗蚀剂
黏附性是表征光刻胶黏着于衬底的强度。主要衡量光刻胶抗湿法腐蚀能力。它不仅与光刻胶本身的性质有关,而且与衬底的性质和其表面情况等有密切关系 。作为刻蚀阻挡层,光刻胶层必须和晶圆表面黏结得很好,才能够忠实地把光刻层图形转移到晶圆表面层,光刻胶的黏附性不足会导致硅片表面的图形变形。光刻胶的黏附性必须经受住后续工艺(刻蚀、离子注入等)。通常负胶比正胶有更强的黏结能力。
表面张力指液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力。光刻胶应该具有比较小的表面张力,使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。 光分解型光刻胶其他助剂光刻胶行业日系企业实力雄厚,国内厂商有望复刻成功经验。
光刻工艺历经硅片表面脱水烘烤、旋转涂胶、软烘、曝光、曝光后烘烤、显影、坚膜烘烤、显影检查等工序。在光刻过程中,光刻胶被均匀涂布在衬底上,经过曝光、显影与刻蚀等工艺,将掩膜版上的图形转移到衬底上,形成与掩膜版完全对应的几何图形。光刻工艺约占整个芯片制造成本的35%,耗时占整个芯片工艺的40-50%,是半导体制造中重要的工艺。随着半导体制程不断缩小,光刻工艺对光刻胶要求逐步提高,需求量也随之增加。从全球市场来看,专注电子材料市场研究的TECHCET预测数据显示,2021年全球半导体制造光刻胶市场规模将同比增长11%,达到19亿美元。
光刻胶按应用领域分类,可分为 PCB 光刻胶、显示面板光刻胶、半导体光刻胶及其他光刻胶。全球市场上不同种类光刻胶的市场结构较为均衡。智研咨询的数据还显示,受益于半导体、显示面板、PCB产业东移的趋势,自 2011年至今,光刻胶中国本土供应规模年华增长率达到11%,高于全球平均 5%的增速。2019年中国光刻胶市场本土企业销售规模约70亿元,全球占比约 10%,发展空间巨大。目前,中国本土光刻胶以PCB用光刻胶为主,平板显示、半导体用光刻胶供应量占比极低。光刻胶的组成部分包括:光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂)、光刻胶树脂、单体、溶剂和其他助剂。
肉桂酸酯类的光刻胶:这类光刻胶在紫外光的照射下,肉桂酸上的不饱和键会打开,产生自由基,形成交联结构。主要品种有聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯光刻胶和肉桂叉二酯光刻胶等。前者胶是早期被用于光刻胶制备的光敏高分子化合物,对二氧化硅、铝、氧化铬等材料都有良好的附着力,耐氢氟酸、磷酸腐蚀;中者胶在曝光下几乎不受氧的影响,无须氮气保护,分辨率1 μm左右,灵敏度较前者胶高1倍,黏附性好,抗蚀能力强,图形清晰、线条整齐,耐热性好,显影后可在190℃坚膜0.5 h不变质,感光范围在250~475 nm,特别对436 nm十分敏感,属线型高分子聚合物;第三种胶能溶于酮类、烷烃等溶剂,不溶于水、乙醇等。有较好的黏附性和感光性 ,分辨率也很高,感光速度快。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。嘉定光聚合型光刻胶光引发剂
在集成电路制造领域,如果说光刻机是推动制程技术进步的“引擎”,光刻胶就是这部“引擎”的“燃料”。普陀PCB光刻胶光致抗蚀剂
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。普陀PCB光刻胶光致抗蚀剂
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