中美贸易摩擦:光刻胶国产代替是中国半导体产业的迫切需要;自从中美贸易摩擦依赖,中国大陆积极布局集成电路产业。在半导体材料领域,光刻胶作为是集成电路制程技术进步的“燃料”,是国产代替重要环节,也是必将国产化的产品。光刻是半导制程的重要工艺,对制造出更先进,晶体管密度更大的集成电路起到决定性作用。每一代新的光刻工艺都需要新一代的光刻胶技术相匹配。现在,一块半导体芯片在制造过程中一般需要进行10-50道光刻过程。其中不同的光刻过程对于光刻胶也有不一样的具体需求。光刻胶若性能不达标会对芯片成品率造成重大影响。金属氧化物光刻胶使用金属离子及有机配体构建其主体结构,借助光敏基团实现光刻胶所需的性能。嘉定彩色光刻胶集成电路材料
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。浦东ArF光刻胶树脂目前,我国光刻胶自给率较低,生产也主要集中在中低端产品,国产替代的空间广阔。
分子玻璃是一种具有较高玻璃化转变温度的单分散小分子有机化合物,其结构为非共面和不规则,能够避免结晶,与产酸剂具有优良的相容性。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。金属氧化物光刻胶使用金属离子及有机配体构建其主体结构,有机配体中包含光敏基团,借助光敏基团的感光性及其引发的后续反应实现光刻胶所需的性能。从化学组成来看,金属氧化物光刻胶主要为稀土和过渡金属有机化合物。
EUV(极紫外光)光刻技术是20年来光刻领域的进展。由于目前可供利用的光学材料无法很好支持波长13nm以下的辐射的反射和透射,因此 EUV 光刻技术使用波长为13.5nm的紫外光作为光刻光源。EUV(极紫外光)光刻技术将半导体制程技术在10nm以下的区域继续推进。在 EUV 光刻工艺的 13.5nm 波长尺度上,量子的不确定性效应开始显现,为相应光源,光罩和光刻胶的设计和使用带来了前所未有的挑战。目前 EUV 光刻机只有荷兰 ASML 有能力制造,许多相应的技术细节尚不为外界所知。在即将到来的 EUV 光刻时代,业界预期已经流行长达 20 年之久的 KrF、ArF 光刻胶技术或将迎来技术变革。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。
此外,光刻胶也可以用于液晶平板显示等较大面积电子产品的制作。90年代后半期,遵从摩尔定律的指引,半导体制程工艺尺寸开始缩小到0.35um(350nm)以下,因而开始要求更高分辨率的光刻技术。深紫外光由于波长更短,衍射作用小,所以可以用于更高分辨率的光刻光源。随着 KrF、ArF等稀有气体卤化物准分子激发态激光光源研究的发展,248nm(KrF)、193nnm(ArF)的光刻光源技术开始成熟并投入实际使用。然而,由于 DQN 体系光刻胶对深紫外光波段的强烈吸收效应,KrF和ArF作为光刻气体产生的射光无法穿透DQN光刻胶,这意味着光刻分辨率会受到严重影响。因此深紫外光刻胶采取了与i-line和g-line光刻胶完全不同的技术体系,这种技术体系被称为化学放大光阻体系(Chemically Amplified Resist, CAR)。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。嘉定彩色光刻胶集成电路材料
按显示效果分类:光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。嘉定彩色光刻胶集成电路材料
1)增感剂(光引发剂):是光刻胶的关键成分,对光刻胶的感光度、分辨率起着决定性作用。2)感光树脂(聚合剂):用于将光刻胶中不同材料聚合在一起,构成光刻胶的骨架,决定光刻胶的硬度、柔韧性、附着力等基本属性。3)溶剂:是光刻胶中比较大成分,目的是使光刻胶处于液态,但溶剂本身对光刻胶的化学性质几乎无影响。4)助剂:通常是专有化合物,主要用来改变光刻胶特定化学性质。根据应用领域,光刻胶可分为半导体光刻胶、LCD光刻胶和PCB光刻胶,其技术壁垒依次降低(半导体光刻胶> LCD光刻胶> PCB光刻胶)。从国产化进程来看,PCB光刻胶目前国产替代进度较快,LCD光刻胶替代进度相对较快,而在半导体光刻胶领域国产技术较国外先进技术差距比较大。嘉定彩色光刻胶集成电路材料
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