光刻胶(Photoresist)又称光致抗蚀剂,是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等的照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料。由感光树脂、增感剂和溶剂3种主要成分组成的对光敏感的混合液体。在光刻工艺过程中,用作抗腐蚀涂层材料。半导体材料在表面加工时,若采用适当的有选择性的光刻胶,可在表面上得到所需的图像。光刻胶按其形成的图像分类有正性、负性两大类。在光刻胶工艺过程中,涂层曝光、显影后,曝光部分被溶解,未曝光部分留下来,该涂层材料为正性光刻胶。如果曝光部分被保留下来,而未曝光被溶解,该涂层材料为负性光刻胶。按曝光光源和辐射源的不同,又分为紫外光刻胶(包括紫外正、负性光刻胶)、深紫外光刻胶、X-射线胶、电子束胶、离子束胶等。光刻胶主要应用于显示面板、集成电路和半导体分立器件等细微图形加工作业 。光刻胶生产技术较为复杂,品种规格较多,在电子工业集成电路的制造中,对所使用光刻胶有严格的要求。光刻胶是一大类具有光敏化学作用的高分子聚合物材料,是转移紫外曝光或电子束曝照图案的媒介。昆山显示面板光刻胶光致抗蚀剂
在半导体集成电路光刻技术开始使用深紫外(DUV)光源以后,化学放大(CAR)技术逐渐成为行业应用的主流。在化学放大光刻胶技术中,树脂是具有化学基团保护因而难以溶解的聚乙烯。化学放大光刻胶使用光致酸剂(PAG)作为光引发剂。当光刻胶曝光后,曝光区域的光致酸剂(PAG)将会产生一种酸。这种酸在后热烘培工序期间作为催化剂,将会移除树脂的保护基团从而使得树脂变得易于溶解。化学放大光刻胶曝光速递是DQN光刻胶的10倍,对深紫外光源具有良好的光学敏感性,同时具有高对比度,对高分辨率等优点。按照曝光波长分类;光刻胶可分为紫外光刻胶(300~450nm)、深紫外光刻胶(160~280nm)、极紫外光刻胶(EUV,13.5nm)、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。不同曝光波长的光刻胶,其适用的光刻极限分辨率不同。通常来说,在使用工艺方法一致的情况下,波长越短,加工分辨率越佳。ArF光刻胶在PCB行业:主要使用的光刻胶有干膜光刻胶、湿膜光刻胶、感光阻焊油墨等。
在半导体集成电路制造行业;主要使用g线光刻胶、i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶等。在大规模集成电路的制造过程中,一般要对硅片进行超过十次光刻。在每次的光刻和刻蚀工艺中,光刻胶都要通过预烘、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影和蚀刻等环节,将光罩(掩膜版)上的图形转移到硅片上。
光刻胶是集成电路制造的重要材料:光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的35%,并且耗费时间约占整个芯片工艺的40%-50%。光刻胶材料约占IC制造材料总成本的4%,市场巨大。因此光刻胶是半导体集成电路制造的重要材料。
伴随全球半导体产业东移,加上我国持续增长的下游需求和政策支持力度。同时,国内晶圆厂进入投产高峰期,由于半导体光刻胶与下游晶圆厂具有伴生性特点,国内光刻胶厂商将直接受益于晶圆厂制造产能的大幅扩张。当前我国光刻胶与全球先进水平有近40年的差距,半导体国产化的大趋势下,国内企业有望逐步突破与国内集成电路制造工艺相匹配的光刻胶,所以必须要对光刻胶足够的重视,不断向日本和欧美等发达国家学习,努力开发出性能优异的国产光刻胶,使我国在未来的市场中占据一席之地。光刻胶行业长年被日本和美国专业公司垄断。
浸没光刻:在与浸没光刻相对的干法光刻中,光刻透镜与光刻胶之间是空气。光刻胶直接吸收光源发出的紫外辐射并发生光化学反应。在浸没光刻中,光刻镜头与光刻胶之间是特定液体。这些液体可以是纯水也可以是别的化合物液体。光刻光源发出的辐射经过这些液体的时候发生了折射,波长变短。这样,在不改变光源的前提条件下,更短波长的紫外光被投影光刻胶上,提高了光刻加工的分辨率。双重光刻:双重光刻的意思是通过两次光刻使得加工分辨率翻倍。实现这个目的的一种方法是在开始光刻过后平移同一个光罩进行第二次光刻,以提高加工分辨率。下图右展示了这样一个过程。下图右中双重光刻子进行了两次涂胶,两次光刻和两次刻蚀。随着光刻胶技术的进步,只需要一次涂胶,两次光刻和一次刻蚀的双重光刻工艺也成为可能。按显示效果分类:光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。昆山黑色光刻胶曝光
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。昆山显示面板光刻胶光致抗蚀剂
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。昆山显示面板光刻胶光致抗蚀剂
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