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半导体光刻胶浅析

颁布功夫：2021-05-27 | 观光：4306

内容提要：光刻胶是由感光树脂、增感剂和溶剂三种重要成份组成的、对光敏感的混合液体。利用光化学反映 ，经曝光、显影、刻蚀等工艺将所必要的渺小图形从掩模版转移到待加工基片上的图形转移介质 ，其中曝光是通过紫表光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射 ，从而使光刻胶的溶化度产生变动。

光刻胶是由感光树脂、增感剂和溶剂三种重要成份组成的、对光敏感的混合液体。利用光化学反映 ，经曝光、显影、刻蚀等工艺将所必要的渺小图形从掩模版转移到待加工基片上的图形转移介质 ，其中曝光是通过紫表光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射 ，从而使光刻胶的溶化度产生变动。


按呼利用领域分类 ，光刻胶重要蕴含印造电路板（PCB）光刻胶专用化学品（光引发剂和树脂）、液晶显示器（LCD）光刻胶光引发剂、半导体光刻胶光引发剂和其他用处光刻胶四大类。本文重要会商半导体光刻胶。


光刻胶自1959年被发现以来一向是半导体主题资料 ，随后被改进使用到PCB板的造作 ，并于20世纪90年代使用到平板显示的加工造作。最终利用领域蕴含消费电子、家用电器、汽车通讯等。


光刻工艺约占整个芯片造作成本的35% ，耗使丶整个芯片工艺的40%~60% ，是半导体造作中最主题的工艺。


以半导体光刻胶为例 ，在光刻工艺中 ，光刻胶被均匀涂布在衬底上 ，经过曝光(扭转光刻胶溶化度)、显影(利用显影液溶化改性后光刻胶的可溶部门)与刻蚀等工艺 ，将掩膜版上的图形转移到衬底上 ，形成与掩膜版齐全对应的几何图形。


光刻技术随着IC集成度的提升而不休发展。为了满足集成电路对密度和集成度水平的更高要求 ，半导体用光刻胶通过不休缩短曝光波长以提高极限分辨率 ，世界芯片工艺水平目前已跨入微纳米级别 ，光刻胶的波长由紫表宽谱逐步至g线（436nm）、i线（365nm）、KrF（248nm）、 ArF（193nm）、F2（157nm） ，以及最先进的EUV(<13.5nm)线水平。


目前 ，半导体市场上重要使用的光刻胶蕴含 g 线、i 线、KrF、ArF四类光刻胶 ，其中 ，g线和i线光刻胶是市场上使用量最大的。KrF和ArF光刻胶主题技术根基被日本和美国企业所垄断。


光刻胶对光刻工艺的沉要性


光刻胶不仅拥有纯度要求高、工艺复杂等特点 ，还必要相应光刻机与之配对换试。通常情况下 ，一个芯片在造作过程中必要进行10~50路光刻过程 ，由于基板分歧、分辨率要求分歧、蚀刻方式不一致 ，分歧的光刻过程对光刻胶的具体要求也不一样 ，即便类似的光刻过程 ，分歧的厂商也会有分歧的要求。


针对分歧利用需要 ，光刻胶的种类极度多 ，这些差距重要通过调整光刻胶的配方来实现。因而 ，通过调整光刻胶的配方 ，满足差距化的利用需要 ，是光刻胶造作商最主题的技术。


此表 ，由于光刻加工分辨率直接关系到芯片特点尺寸大幼 ，而光刻胶的机能关系到光刻分辨率的大幼。限度光刻分辨率的是光的过问和衍射效应。光刻分辨率与曝光波长、数值孔径和工艺系数有关。


光刻胶的曝光波长由宽谱紫表向g线→i线→KrF→ArF→EUV(13.5nm)的方向移动。随着曝光波长的缩短 ，光刻胶所能达到的极限分辨率不休提高 ，光刻得到的线路图案精密度更佳 ，而对应的光刻胶的价值也更高。


光刻光路的设计 ，有利于进一步提升数值孔径 ，随着技术的发展 ，数值孔径由0.35发展到大于1。有关技术的发展也对光刻胶及其配套产品的机能要求变得愈发严格。


工艺系数从0.8变到0.4 ，其数值与光刻胶的产品质量有关。结合双掩膜和双刻蚀等技术 ，现有光刻技术使得我们可能用193nm的激光实现10nm工艺的光刻。


为了实现7nm、5nm造程 ，传统光刻技术遇到瓶颈 ，EUV(13.5nm)光刻技术跃然纸上 ，台积电、三星也在有关领域进行布局。EUV光刻光路基于反射设计 ，分歧于上一代的折射 ，其所需光刻胶重要以无机光刻胶为主 ，如金属氧化物光刻胶。


全球市场格局


目前 ，光刻胶单一产品市场规模与海表巨头公司营收规模相比力幼 ，光刻胶仅为大型资料厂商的子业务。但由于光刻胶技术门槛高 ，就某一光刻胶子行业而言 ，仅有少数几家供给商有产品供给。


由于光刻胶产品技术要求较高 ，中国光刻胶市场根基由表资企业占据 ，国内企业市场份额不及40% ，高分辨率的KrF和ArF光刻胶 ，其主题技术根基被日本和美国企业所垄断 ，产品也根基出自日本和美国公司 ，蕴含陶氏化学、JSR株式会社、信越化学、东京应化工业、Fujifilm ，以及韩国东进等企业。


而细化到半导体用光刻胶市场 ，国内企业份额不及30% ，与国际先进水平存在较大差距。超过80%市场份额把握在日本住友、TOK、美国陶氏等公司手中 ，国内公司中 ，信阳瑞红与北京科华实现了部门种类的国产化 ，但是整体技术水平较低 ，仅能进入8英寸集成电路出产线与LED等产线。


据悉 ，信阳瑞红已经研发出g线与i线光刻胶 ，其中i线已经成功实现量产；北京科华正开发KrF (248nm)光刻胶 ，目前已经通过中芯国际认证 ，ArF(193nm)光刻胶也在积极研发中。


中国市场


据统计资料显示 ，2017年中国光刻胶行业产量达到7.56万吨 ，较2016年增长0.29万吨 ，其中 ，中国本土光刻胶产量为4.41万吨 ，与7.99万吨的需要量差距较大 ，注明我国供给能力还需提升。


国内企业的光刻胶产品目前还重要用于PCB领域 ，代表企业有晶瑞股份、科华微电子。


在半导体利用领域 ，随着汽车电子、物联网等发展 ，会在肯定水平上增长对G线、I线的需要 ，利好G线、I线等出产企业。预计G线正胶今后将占据50%以上市场份额 ，I线正胶将占据40%左右的市场份额 ，DUV等其他光刻胶约占10%市场份额 ，赐与北京科华、信阳瑞红等国内公司较大市场机遇。


结语


光刻胶固然在半导体资料领域里所占比沉并不高 ，但由于与光刻工艺缜密有关 ，所以其沉要性极度凸起 ，对于我国半导体产衣反说 ，是必须花鼎实力发展下去的。

转自：中科院微电子钻研所

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