光刻胶属于半导体八大重要材料之一,根据全球半导体行业协会(SEMI)近期数据,光刻胶在半导体晶圆制造材料价值占比5%,光刻胶辅助材料占比7%,二者合计占比12%,光刻胶及辅助材料是继硅片、电子特气和光掩模之后的第四大半导体材料。光刻胶又称光致抗蚀剂,是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料,目前被用于光电信息产业的微细图形线路加工制作环节。光刻胶由增感剂(光引发剂)、感光树脂(聚合剂)、溶剂与助剂构成。国内光刻胶市场增速远高于全球,国内企业投入加大,未来有望实现技术赶超。浦东光分解型光刻胶其他助剂
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。 普陀i线光刻胶按照化学结构分类:光刻胶可以分为光聚合型,光分解型,光交联型和化学放大型。
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)。
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。彩色光刻胶及黑色光刻胶市场也呈现日韩企业主导的格局,国内企业有雅克科技、飞凯材料、彤程新材等。
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。光刻胶通过光化学反应,经曝光、显影等光刻工序将所需要的微细图形从光罩(掩模版)转移到待加工基片上。光交联型光刻胶显示面板材料
中国半导体光刻胶的快速崛起离不开中国整体半导体产业的发展。浦东光分解型光刻胶其他助剂
EUV(极紫外光)光刻技术是20年来光刻领域的进展。由于目前可供利用的光学材料无法很好支持波长13nm以下的辐射的反射和透射,因此 EUV 光刻技术使用波长为13.5nm的紫外光作为光刻光源。EUV(极紫外光)光刻技术将半导体制程技术在10nm以下的区域继续推进。在 EUV 光刻工艺的 13.5nm 波长尺度上,量子的不确定性效应开始显现,为相应光源,光罩和光刻胶的设计和使用带来了前所未有的挑战。目前 EUV 光刻机只有荷兰 ASML 有能力制造,许多相应的技术细节尚不为外界所知。在即将到来的 EUV 光刻时代,业界预期已经流行长达 20 年之久的 KrF、ArF 光刻胶技术或将迎来技术变革。浦东光分解型光刻胶其他助剂