光刻膠所屬的微電子化學(xué)品是電子行業(yè)與化工行業(yè)交叉的領(lǐng)域,是典型的技術(shù)密集行業(yè)。從事微電子化學(xué)品業(yè)務(wù)需要具備與電子產(chǎn)業(yè)前沿發(fā)展相匹配的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù),如混配技術(shù)、分離技術(shù)、純化技術(shù)以及與生產(chǎn)過(guò)程相配套的分析檢驗(yàn)技術(shù)、環(huán)境處理與監(jiān)測(cè)技術(shù)等。同時(shí),下游電子產(chǎn)業(yè)多樣化的使用場(chǎng)景要求微電子化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)有較強(qiáng)的配套能力,以及時(shí)研發(fā)和改進(jìn)產(chǎn)品工藝來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的個(gè)性化需求。光刻膠的生產(chǎn)工藝主要過(guò)程是將感光材料、樹(shù)脂、溶劑等主要原料在恒溫恒濕 1000 級(jí)的黃光區(qū)潔凈房進(jìn)行混合,在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下充分?jǐn)嚢?,使其充分混合形成均相液體,經(jīng)過(guò)多次過(guò)濾,并通過(guò)中間過(guò)程控制和檢驗(yàn),使其達(dá)到工藝技術(shù)和質(zhì)量要求,然后做產(chǎn)品檢驗(yàn),合格后在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下包裝、打標(biāo)、入庫(kù)。光刻膠也稱(chēng)為光致抗蝕劑,是一種光敏材料,受到光照后特性會(huì)發(fā)生改變,主要應(yīng)用于電子工業(yè)和印刷工業(yè)領(lǐng)域。嘉定負(fù)性光刻膠顯影
目前國(guó)內(nèi)從事半導(dǎo)體光刻膠研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)包括晶瑞股份、南大光電、上海新陽(yáng)、北京科華等。相關(guān)企業(yè)以i 線(xiàn)、g線(xiàn)光刻膠生產(chǎn)為主,應(yīng)用集成電路制程為350nm以上。在KrF光刻膠領(lǐng)域,北京科華、博康已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。國(guó)內(nèi)在ArF光刻膠領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對(duì)較快的企業(yè)為南大光電,其先后承擔(dān)國(guó)家02專(zhuān)項(xiàng)“高分辨率光刻膠與先進(jìn)封裝光刻膠產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目”和“ArF光刻膠產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”,公司自主研發(fā)的ArF光刻膠產(chǎn)品成為國(guó)內(nèi)通過(guò)客戶(hù)驗(yàn)證的國(guó)產(chǎn)ArF光刻膠,其他國(guó)內(nèi)企業(yè)尚處于研發(fā)和驗(yàn)證階段。江蘇i線(xiàn)光刻膠顯示面板材料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。
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(shù)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。
從90年代后半期開(kāi)始,光刻光源就開(kāi)始采用248nm的KrF激光;而從2000年代開(kāi)始,光刻就進(jìn)一步轉(zhuǎn)向使用193nm波長(zhǎng)的ArF準(zhǔn)分子激光作為光源。在那之后一直到目前的約20年里,193nm波長(zhǎng)的ArF準(zhǔn)分子激光一直是半導(dǎo)體制程領(lǐng)域性能可靠,使用較多的光刻光源。一般而言,KrF(248nm)光刻膠使用聚對(duì)羥基苯乙烯及其衍生物作為成膜樹(shù)脂,使用磺酸碘鎓鹽和硫鎓鹽作為光致酸劑;而ArF(193nm)光刻膠則多使用聚甲基丙烯酸酯衍生物,環(huán)烯烴-馬來(lái)酸酐共聚物,環(huán)形聚合物等作為成膜樹(shù)脂;由于化學(xué)結(jié)構(gòu)上的原因,Arf(193nm)光刻膠需要比KrF(248nm)光刻膠更加敏感的光致酸劑。目前,我國(guó)光刻膠自給率較低,生產(chǎn)也主要集中在中低端產(chǎn)品,國(guó)產(chǎn)替代的空間廣闊。
1)增感劑(光引發(fā)劑):是光刻膠的關(guān)鍵成分,對(duì)光刻膠的感光度、分辨率起著決定性作用。2)感光樹(shù)脂(聚合劑):用于將光刻膠中不同材料聚合在一起,構(gòu)成光刻膠的骨架,決定光刻膠的硬度、柔韌性、附著力等基本屬性。3)溶劑:是光刻膠中比較大成分,目的是使光刻膠處于液態(tài),但溶劑本身對(duì)光刻膠的化學(xué)性質(zhì)幾乎無(wú)影響。4)助劑:通常是專(zhuān)有化合物,主要用來(lái)改變光刻膠特定化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域,光刻膠可分為半導(dǎo)體光刻膠、LCD光刻膠和PCB光刻膠,其技術(shù)壁壘依次降低(半導(dǎo)體光刻膠> LCD光刻膠> PCB光刻膠)。從國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程來(lái)看,PCB光刻膠目前國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)度較快,LCD光刻膠替代進(jìn)度相對(duì)較快,而在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)技術(shù)較國(guó)外先進(jìn)技術(shù)差距比較大。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化光刻膠結(jié)合了有機(jī)和無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn),在可加工性、抗蝕刻性、極紫外光吸收具有優(yōu)勢(shì)。上海g線(xiàn)光刻膠光致抗蝕劑
金屬氧化物光刻膠使用金屬離子及有機(jī)配體構(gòu)建其主體結(jié)構(gòu),借助光敏基團(tuán)實(shí)現(xiàn)光刻膠所需的性能。嘉定負(fù)性光刻膠顯影
此外,光刻膠也可以用于液晶平板顯示等較大面積電子產(chǎn)品的制作。90年代后半期,遵從摩爾定律的指引,半導(dǎo)體制程工藝尺寸開(kāi)始縮小到0.35um(350nm)以下,因而開(kāi)始要求更高分辨率的光刻技術(shù)。深紫外光由于波長(zhǎng)更短,衍射作用小,所以可以用于更高分辨率的光刻光源。隨著 KrF、ArF等稀有氣體鹵化物準(zhǔn)分子激發(fā)態(tài)激光光源研究的發(fā)展,248nm(KrF)、193nnm(ArF)的光刻光源技術(shù)開(kāi)始成熟并投入實(shí)際使用。然而,由于 DQN 體系光刻膠對(duì)深紫外光波段的強(qiáng)烈吸收效應(yīng),KrF和ArF作為光刻氣體產(chǎn)生的射光無(wú)法穿透DQN光刻膠,這意味著光刻分辨率會(huì)受到嚴(yán)重影響。因此深紫外光刻膠采取了與i-line和g-line光刻膠完全不同的技術(shù)體系,這種技術(shù)體系被稱(chēng)為化學(xué)放大光阻體系(Chemically Amplified Resist, CAR)。嘉定負(fù)性光刻膠顯影