雖然在2007年之后,一些波長(zhǎng)更短的準(zhǔn)分子光刻光源技術(shù)陸續(xù)出現(xiàn),但是這些波段的輻射都很容易被光刻鏡頭等光學(xué)材料吸收,使這些材料受熱產(chǎn)生膨脹而無(wú)法正常工作。少數(shù)可以和這些波段的輻射正常工作的光學(xué)材料,比如氟化鈣(螢石)等,成本長(zhǎng)期居高不下。再加上浸沒(méi)光刻和多重曝光等新技術(shù)的出現(xiàn),193nm波長(zhǎng)ArF光刻系統(tǒng)突破了此前 65nm 分辨率的瓶頸,所以在45nm 到10nm之間的半導(dǎo)體制程工藝中,ArF光刻技術(shù)仍然得到了很大的應(yīng)用。在與浸沒(méi)光刻相對(duì)的干法光刻中,光刻透鏡與光刻膠之間是空氣。光刻膠直接吸收光源發(fā)出的紫外輻射并發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。在浸沒(méi)光刻中,光刻鏡頭與光刻膠之間是特定液體。這些液體可以是純水也可以是別的化合物液體。光刻光源發(fā)出的輻射經(jīng)過(guò)這些液體的時(shí)候發(fā)生了折射,波長(zhǎng)變短。這樣,在不改變光源的前提條件下,更短波長(zhǎng)的紫外光被投影光刻膠上,提高了光刻加工的分辨率。光刻膠的技術(shù)壁壘包括配方技術(shù),質(zhì)量控制技術(shù)和原材料技術(shù)。華東負(fù)性光刻膠曝光
浸沒(méi)光刻和雙重光刻技術(shù)在不改變 193nm波長(zhǎng)ArF光刻光源的前提下,將加工分辨率推向10nm的數(shù)量級(jí)。與此同時(shí),這兩項(xiàng)技術(shù)對(duì)光刻膠也提出了新的要求。在浸沒(méi)工藝中;光刻膠首先不能與浸沒(méi)液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或浸出擴(kuò)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(dá)到1.9以上;接著,光刻膠不能在浸沒(méi)液體的浸泡下和后續(xù)的烘烤過(guò)程中發(fā)生形變,影響加工精度;當(dāng)浸沒(méi)工藝目標(biāo)分辨率接近10nm時(shí),將對(duì)于光刻膠多個(gè)性能指標(biāo)的權(quán)衡都提出了更加苛刻的挑戰(zhàn)。浸沒(méi) 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。江浙滬彩色光刻膠顯影在半導(dǎo)體集成電路制造行業(yè):主要使用g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠等。
光刻膠行業(yè)具有極高的行業(yè)壁壘,因此在全球范圍其行業(yè)都呈現(xiàn)寡頭壟斷的局面。光刻膠行業(yè)長(zhǎng)年被日本和美國(guó)專業(yè)公司壟斷。目前大廠商就占據(jù)了全球光刻膠市場(chǎng) 87%的份額,行業(yè)集中度高。其中,日本 JSR、東京應(yīng)化、日本信越與富士電子材料市占率加和達(dá)到72%。并且高分辨率的 KrF 和 ArF 半導(dǎo)體光刻膠技術(shù)亦基本被日本和美國(guó)企業(yè)所壟斷,產(chǎn)品絕大多數(shù)出自日本和美國(guó)公司,如杜邦、JSR 株式會(huì)社、信越化學(xué)、東京應(yīng)化工業(yè)、Fujifilm,以及韓國(guó)東進(jìn)等企業(yè)。整個(gè)光刻膠市場(chǎng)格局來(lái)看,日本是光刻膠行業(yè)的巨頭聚集地。
抗蝕性即光刻膠材料在刻蝕過(guò)程中的抵抗力。在圖形從光刻膠轉(zhuǎn)移到晶片的過(guò)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(hù)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(xué)刻蝕液中,進(jìn)行很多次的濕法腐蝕。只有光刻膠具有很強(qiáng)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(jìn)行阱區(qū)和源漏區(qū)離子注入時(shí),需要有較好的保護(hù)電路圖形的能力,否則光刻膠會(huì)因?yàn)樵谧⑷氕h(huán)境中揮發(fā)而影響到注入腔的真空度。此時(shí)注入的離子將不會(huì)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。碳酸甲酯型光刻膠:這種類型的光刻膠在制造高分辨率電路元件方面非常有用。
在CAR技術(shù)體系中,光刻膠中的光引發(fā)劑經(jīng)過(guò)曝光后并不直接改變光刻膠在顯影液中的溶解度,而是產(chǎn)生酸。在后續(xù)的熱烘培流程的高溫環(huán)境下,曝光產(chǎn)生的酸作為催化劑改變光刻膠在顯影液中的溶解度。因此CAR技術(shù)體系下的光引發(fā)劑又叫做光致酸劑。由于CAR光刻膠的光致酸劑產(chǎn)生的酸本身并不會(huì)在曝光過(guò)程中消耗而是作為催化劑而存在,因此少量的酸就可以持續(xù)地起到有效作用。CAR光刻膠的光敏感性很強(qiáng),所需要從深紫外輻射中吸收的能量很少,因此加強(qiáng)了光刻的效率。CAR光刻膠曝光速遞是DQN光刻膠的10倍左右。光刻膠只是一種形象的說(shuō)法,因?yàn)楣饪棠z從外觀上呈現(xiàn)為膠狀液體。上海干膜光刻膠顯影
光刻膠行業(yè)日系企業(yè)實(shí)力雄厚,國(guó)內(nèi)廠商有望復(fù)刻成功經(jīng)驗(yàn)。華東負(fù)性光刻膠曝光
在半導(dǎo)體集成電路制造行業(yè);主要使用g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠等。在大規(guī)模集成電路的制造過(guò)程中,一般要對(duì)硅片進(jìn)行超過(guò)十次光刻。在每次的光刻和刻蝕工藝中,光刻膠都要通過(guò)預(yù)烘、涂膠、前烘、對(duì)準(zhǔn)、曝光、后烘、顯影和蝕刻等環(huán)節(jié),將光罩(掩膜版)上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。
光刻膠是集成電路制造的重要材料:光刻膠的質(zhì)量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關(guān)鍵因素。光刻工藝的成本約為整個(gè)芯片制造工藝的35%,并且耗費(fèi)時(shí)間約占整個(gè)芯片工藝的40%-50%。光刻膠材料約占IC制造材料總成本的4%,市場(chǎng)巨大。因此光刻膠是半導(dǎo)體集成電路制造的重要材料。 華東負(fù)性光刻膠曝光