随着IC集成度的提高,世界集成电路的制程工艺水平按已由微米级、亚微米级、深亚微米级进入到纳米级阶段。集成电路线宽不断缩小的趋势,对包括光刻在内的半导体制程工艺提出了新的挑战。在半导体制程的光刻工艺中,集成电路线宽的特征尺寸可以由如右所示的瑞利公式确定:CD=k1*λ/NA。CD (Critical Dimension)表示集成电路制程中的特征尺寸;k1是瑞利常数,是光刻系统中工艺和材料的一个相关系数;λ是曝光波长,而NA(Numerical Aperture)则是指光刻机的孔径数值。因此,光刻机需要通过降低瑞利常数和曝光波长,增大孔径尺寸来制造具有更小特征尺寸的集成电路。其中降低曝光波长与光刻机使用的光源以及光刻胶材料高度相关。聚合度越小,发生微相分离的尺寸越小,对应的光刻图形越小。苏州光刻胶显示面板材料
浸没光刻和双重光刻技术在不改变 193nm波长ArF光刻光源的前提下,将加工分辨率推向10nm的数量级。与此同时,这两项技术对光刻胶也提出了新的要求。在浸没工艺中;光刻胶首先不能与浸没液体发生化学反应或浸出扩散,损伤光刻胶自身和光刻镜头;其次,光刻胶的折射率必须大于透镜,液体和顶部涂层。因此光刻胶中主体树脂的折射率一般要求达到1.9以上;接着,光刻胶不能在浸没液体的浸泡下和后续的烘烤过程中发生形变,影响加工精度;当浸没工艺目标分辨率接近10nm时,将对于光刻胶多个性能指标的权衡都提出了更加苛刻的挑战。浸没 ArF 光刻胶制备难度大于干性 ArF 光刻胶,是 ArF光刻加工分辨率突破 45nm 的关键之一。华东光分解型光刻胶印刷电路板光刻胶下游为印刷电路板、显示面板和电子芯片,广泛应用于消费电子、航空航天等领域。
半导体光刻胶市场中除了美国杜邦,其余四家均为日本企业。其中JSR、TOK的产品可以覆盖所有半导体光刻胶品种,尤其在EUV市场高度垄断。近年来,随着光刻胶的需求攀升,叠加日本减产,光刻胶出现供不应求的局面,部分中小晶圆厂甚至出现了“断供”现象。目前大陆企业在g/i线光刻胶已形成一定规模的销售,光刻胶方面,彤程新材的KrF光刻胶产品已批量供应国内主要12英寸、8英寸晶圆厂,晶瑞电材KrF光刻胶加紧建设中,另有多家企业ArF光刻胶研发顺利进行,其中南大光电ArF产品已通过下游客户验证,有望在未来形成销售。光刻胶保质期通常在6个月以内,无法囤货,一旦断供可能会引起停产的严重局面,由此国产化重要性更加凸显。
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。 经过多年技术积累,国内已形成一定光刻胶用电子化学品产能,国内公司市场份额逐步提升,国产替代正在进行。
1)增感剂(光引发剂):是光刻胶的关键成分,对光刻胶的感光度、分辨率起着决定性作用。2)感光树脂(聚合剂):用于将光刻胶中不同材料聚合在一起,构成光刻胶的骨架,决定光刻胶的硬度、柔韧性、附着力等基本属性。3)溶剂:是光刻胶中比较大成分,目的是使光刻胶处于液态,但溶剂本身对光刻胶的化学性质几乎无影响。4)助剂:通常是专有化合物,主要用来改变光刻胶特定化学性质。根据应用领域,光刻胶可分为半导体光刻胶、LCD光刻胶和PCB光刻胶,其技术壁垒依次降低(半导体光刻胶> LCD光刻胶> PCB光刻胶)。从国产化进程来看,PCB光刻胶目前国产替代进度较快,LCD光刻胶替代进度相对较快,而在半导体光刻胶领域国产技术较国外先进技术差距比较大。在选择光刻胶时需要考虑化学性质、照射时间、敏感度和稳定性等因素,以确保所选的光刻胶能够满足制造要求。江浙沪黑色光刻胶溶剂
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。苏州光刻胶显示面板材料
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。苏州光刻胶显示面板材料
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