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半導(dǎo)體光刻膠

來源: 發(fā)布時間:2023-09-05

通常光刻膠等微電子化學品不僅品質(zhì)要求高,而且需要多種不同的品類滿足下游客戶多樣化的需。如果沒有規(guī)模效益,供應(yīng)商就無法承擔滿足多樣化需求帶來的開銷。因此,品種規(guī)模構(gòu)成了進入該行業(yè)的重要壁壘。同時,一般微電子化學品具有一定的腐蝕性,對生產(chǎn)設(shè)備有較高的要求,且生產(chǎn)環(huán)境需要進行無塵或微塵處理。制備微電子化學品還需要全封閉、自動化的工藝流程,以避免污染,提高質(zhì)量。因此,光刻膠等微電子化學品生產(chǎn)在安全生產(chǎn)、環(huán)保設(shè)備、生產(chǎn)工藝系統(tǒng)、過程控制體系以及研發(fā)投資等方面要求較高。如果沒有強大的資金實力,企業(yè)就難以在設(shè)備、研發(fā)和技術(shù)服務(wù)上取得競爭優(yōu)勢,以提升可持續(xù)發(fā)展能力。因此,光刻膠這樣的微電子化學品行業(yè)具備較高的資金壁壘。光刻膠屬于技術(shù)和資本密集型行業(yè),目前主要技術(shù)主要掌握在日、美等國際大公司手中,全球供應(yīng)市場高度集中。半導(dǎo)體光刻膠

浸沒光刻和雙重光刻技術(shù)在不改變 193nm波長ArF光刻光源的前提下,將加工分辨率推向10nm的數(shù)量級。與此同時,這兩項技術(shù)對光刻膠也提出了新的要求。在浸沒工藝中;光刻膠首先不能與浸沒液體發(fā)生化學反應(yīng)或浸出擴散,損傷光刻膠自身和光刻鏡頭;其次,光刻膠的折射率必須大于透鏡,液體和頂部涂層。因此光刻膠中主體樹脂的折射率一般要求達到1.9以上;接著,光刻膠不能在浸沒液體的浸泡下和后續(xù)的烘烤過程中發(fā)生形變,影響加工精度;當浸沒工藝目標分辨率接近10nm時,將對于光刻膠多個性能指標的權(quán)衡都提出了更加苛刻的挑戰(zhàn)。浸沒 ArF 光刻膠制備難度大于干性 ArF 光刻膠,是 ArF光刻加工分辨率突破 45nm 的關(guān)鍵之一。半導(dǎo)體光刻膠光刻膠通常是以薄膜形式均勻覆蓋于基材表面。

光刻膠(Photoresist)又稱光致抗蝕劑,是指通過紫外光、電子束、離子束、X射線等的照射或輻射,其溶解度發(fā)生變化的耐蝕劑刻薄膜材料。由感光樹脂、增感劑和溶劑3種主要成分組成的對光敏感的混合液體。在光刻工藝過程中,用作抗腐蝕涂層材料。半導(dǎo)體材料在表面加工時,若采用適當?shù)挠羞x擇性的光刻膠,可在表面上得到所需的圖像。光刻膠按其形成的圖像分類有正性、負性兩大類。在光刻膠工藝過程中,涂層曝光、顯影后,曝光部分被溶解,未曝光部分留下來,該涂層材料為正性光刻膠。如果曝光部分被保留下來,而未曝光被溶解,該涂層材料為負性光刻膠。按曝光光源和輻射源的不同,又分為紫外光刻膠(包括紫外正、負性光刻膠)、深紫外光刻膠、X-射線膠、電子束膠、離子束膠等。光刻膠主要應(yīng)用于顯示面板、集成電路和半導(dǎo)體分立器件等細微圖形加工作業(yè) 。光刻膠生產(chǎn)技術(shù)較為復(fù)雜,品種規(guī)格較多,在電子工業(yè)集成電路的制造中,對所使用光刻膠有嚴格的要求。

受制于國內(nèi)光刻膠技術(shù)發(fā)展水平,目前我國前沿光刻膠的自給率仍然保持較低水平。盡管國內(nèi)光刻膠市場保持良好的增長趨勢,但以KrF、ArF光刻膠為主的半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域國內(nèi)市場份額仍然較小,前沿光刻膠市場長期為國外巨頭所壟斷。從技術(shù)水平來看,目前中國本土光刻膠的整體技術(shù)水平與國際先進水平存在明顯差距,且主要集中在技術(shù)含量較低的PCB光刻膠領(lǐng)域,而在半導(dǎo)體光刻膠和LCD光刻膠方面自給率較低。具體而言,半導(dǎo)體光刻膠中g(shù)線/i線光刻膠國產(chǎn)化率為10%,而ArF/KrF光刻膠的國產(chǎn)化率為1%,對于前沿的EUV光刻膠目前仍處于研發(fā)階段。聚合度越小,發(fā)生微相分離的尺寸越小,對應(yīng)的光刻圖形越小。

抗蝕性即光刻膠材料在刻蝕過程中的抵抗力。在圖形從光刻膠轉(zhuǎn)移到晶片的過程中,光刻膠材料必須能夠抵抗高能和高溫(>150℃)而不改變其原有特性  。在后續(xù)的刻蝕工序中保護襯底表面。耐熱穩(wěn)定性、抗刻蝕能力和抗離子轟擊能力  。在濕法刻蝕中,印有電路圖形的光刻膠需要連同硅片一同置入化學刻蝕液中,進行很多次的濕法腐蝕。只有光刻膠具有很強的抗蝕性,才能保證刻蝕液按照所希望的選擇比刻蝕出曝光所得圖形,更好體現(xiàn)器件性能。在干法刻蝕中,例如集成電路工藝中在進行阱區(qū)和源漏區(qū)離子注入時,需要有較好的保護電路圖形的能力,否則光刻膠會因為在注入環(huán)境中揮發(fā)而影響到注入腔的真空度。此時注入的離子將不會起到其在電路制造工藝中應(yīng)起到的作用,器件的電路性能受阻。經(jīng)過多年技術(shù)積累,國內(nèi)已形成一定光刻膠用電子化學品產(chǎn)能,國內(nèi)公司市場份額逐步提升,國產(chǎn)替代正在進行。半導(dǎo)體光刻膠

目前,中國本土光刻膠以PCB用光刻膠為主,平板顯示、半導(dǎo)體用光刻膠供應(yīng)量占比極低。半導(dǎo)體光刻膠

光刻工藝歷經(jīng)硅片表面脫水烘烤、旋轉(zhuǎn)涂膠、軟烘、曝光、曝光后烘烤、顯影、堅膜烘烤、顯影檢查等工序。在光刻過程中,光刻膠被均勻涂布在襯底上,經(jīng)過曝光、顯影與刻蝕等工藝,將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上,形成與掩膜版完全對應(yīng)的幾何圖形。光刻工藝約占整個芯片制造成本的35%,耗時占整個芯片工藝的40-50%,是半導(dǎo)體制造中重要的工藝。隨著半導(dǎo)體制程不斷縮小,光刻工藝對光刻膠要求逐步提高,需求量也隨之增加。從全球市場來看,專注電子材料市場研究的TECHCET預(yù)測數(shù)據(jù)顯示,2021年全球半導(dǎo)體制造光刻膠市場規(guī)模將同比增長11%,達到19億美元。半導(dǎo)體光刻膠

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