离子束光刻技术可分为聚焦离子束光刻、离子束投影式光刻。聚焦离子束光刻用途较多,常以镓离子修补传统及相位转移掩膜板;离子束投影式光刻主要使用150 keV的H+、H2+、H3+、He+,以镂空式模板,缩小投影(4~5倍) 。离子束光刻与电子束直写光刻技术类似,不需要掩膜板,应用高能离子束直写。离子束的散射没有电子束那么强,因此具有更好的分辨率。液态金属离子源为较简单的曝光源:在钨针或钼针的顶端附上镓或金硅合金,加热融化后经由外层为液态金属表面产生的场使离子发射,其发射面积很小(<10 nm),因此利用离子光学系统可较容易地将发射的离子聚焦成细微离子束,从而进行高分辨率的离子束曝光。光刻胶的组成部分包括:光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂)、光刻胶树脂、单体、溶剂和其他助剂。浦东光分解型光刻胶光引发剂
光刻胶的产业链上游:主要涉及溶剂、树脂、光敏剂等原材料供应商和光刻机、显影机、检测与测试等设备供应商。从原材料市场来看,由于中国从事光刻胶原材料研发及生产的供应商较少,中国光刻胶原材料市场主要被日本、韩国和美国厂商所占据。从设备市场来看,中国在光刻机、显影机、检测与测试设备行业的起步时间较晚,且这些设备具备较高的制造工艺壁垒,导致中国在光刻胶、显影机、检测与测试设备的国产化程度均低于10%。相信后期国产化程度会越来越高。普陀g线光刻胶光引发剂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。
虽然在2007年之后,一些波长更短的准分子光刻光源技术陆续出现,但是这些波段的辐射都很容易被光刻镜头等光学材料吸收,使这些材料受热产生膨胀而无法正常工作。少数可以和这些波段的辐射正常工作的光学材料,比如氟化钙(萤石)等,成本长期居高不下。再加上浸没光刻和多重曝光等新技术的出现,193nm波长ArF光刻系统突破了此前 65nm 分辨率的瓶颈,所以在45nm 到10nm之间的半导体制程工艺中,ArF光刻技术仍然得到了很大的应用。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。
从90年代后半期开始,光刻光源就开始采用248nm的KrF激光;而从2000年代开始,光刻就进一步转向使用193nm波长的ArF准分子激光作为光源。在那之后一直到目前的约20年里,193nm波长的ArF准分子激光一直是半导体制程领域性能可靠,使用较多的光刻光源。一般而言,KrF(248nm)光刻胶使用聚对羟基苯乙烯及其衍生物作为成膜树脂,使用磺酸碘鎓盐和硫鎓盐作为光致酸剂;而ArF(193nm)光刻胶则多使用聚甲基丙烯酸酯衍生物,环烯烃-马来酸酐共聚物,环形聚合物等作为成膜树脂;由于化学结构上的原因,Arf(193nm)光刻胶需要比KrF(248nm)光刻胶更加敏感的光致酸剂。产品纯度、金属离子杂质控制等也是光刻胶生产工艺中需面临的技术难关,光刻胶纯度不足会导致芯片良率下降。
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)。有机-无机杂化光刻胶结合了有机和无机材料的优点,在可加工性、抗蚀刻性、极紫外光吸收具有优势。普陀g线光刻胶集成电路材料
光刻胶生产工艺复杂,技术壁垒高,其研发和量产对企业都具有极高要求。浦东光分解型光刻胶光引发剂
目前中国光刻胶国产化水平严重不足,重点技术差距在半导体光刻胶领域,有2-3代差距,随着下游半导体行业、LED及平板显示行业的快速发展,未来国内光刻胶产品国产化替代空间巨大。当今,中国通过国家集成电路产业投资基金(大基金)撬动全社会资源对半导体产业进行投资和扶持。同时,国内光刻胶企业积极抓住中国晶圆制造扩产的百年机遇,发展光刻胶业务,力争早日追上国际先进水平,打进国内新建晶圆厂的供应链。光刻胶的国产化公关正在展开,在面板屏显光刻胶领域,中国已经出现了一批有竞争力的本土企业。在半导体和面板光刻胶领域,尽管国产光刻胶距离国际先进水平仍然有差距,但是在政策的支持和自身的不懈努力之下,中国已经有一批光刻胶企业陆续实现了技术突破。浦东光分解型光刻胶光引发剂
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