光刻胶的原材料(光刻胶原材料涨价)

2022-12-12 8:16:24 基金 xialuotejs

光刻胶的作用

光刻胶是一大类具有光敏化学作用(或对电子能量敏感)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。光刻胶的英文名为resist,又翻译为抗蚀剂、光阻等。光刻胶的作用就是作为抗刻蚀层保护衬底表面。光刻胶只是一种形象的说法,因为光刻胶从外观上呈现为胶状液体。

光刻胶通常是以薄膜形式均匀覆盖于基材表面。当紫外光或电子束的照射时,光刻胶材料本身的特性会发生改变,经过显影液显影后,曝光的负性光刻胶或未曝光的正性光刻胶将会留在衬底表面,这样就将设计的微纳结构转移到了光刻胶上,而后续的刻蚀、沉积等工艺,就可进一步将此图案转移到光刻胶下面的衬底上,最后再使用除胶剂将光刻胶除去就可以了。

2. 光刻胶应用范围

光刻胶广泛应用于集成电路(IC),封装(Packaging),微机电系统(MEMS),光电子器件光子器件(Optoelectronics/Photonics),平板显示器(LED,LCD,OLED),太阳能光伏(Solar PV)等领域。

3.光刻胶分类及类型

光刻胶按其形成图形的极性可以分为:正性光刻胶和负性光刻胶。

正胶指的是聚合物的长链分子因光照而截断成短链分子;负胶指的是聚合物的短链分子因光照而交链长链分子。 短链分子聚合物可以被显影液溶解掉,因此正胶的曝光部分被去掉,而负胶的曝光部分被保留。

①.紫外光刻胶(Photoresist):

各种工艺:喷涂专用胶,化学放大胶,lift-off胶,图形反转胶,高分辨率胶,LIGA用胶等。

各种波长: 深紫外(Deep UV)、I线(i-line)、G线(g-line)、长波(longwave)曝光用光刻胶。

各种厚度: 光刻胶厚度可从几十纳米到上百微米。

②. 电子束光刻胶(电子束抗蚀剂)(E-beam resist)

电子束正胶:PMMA胶,PMMA/MA聚合物, LIGA用胶等。

电子束负胶:高分辨率电子束负胶,化学放大胶(高灵敏度电子束胶)等。

③. 特殊工艺用光刻胶(Special manufacture/experimental sample)

电子束曝光导电胶,耐酸碱保护胶,全息光刻用胶,聚酰亚胺胶(耐高温保护胶)等特殊工艺用胶。

④.配套试剂(Process chemicals)

显影液、去胶液、稀释剂、增附剂(粘附剂)、定影液等。

4.光刻胶成分

光刻胶一般由4部分组成:树脂型聚合物(resin/polymer),溶剂(solvent),光活性物质(photoactive compound,PAC),添加剂(Additive)。 其中,树脂型聚合物是光刻胶的主体,它使光刻胶具有耐刻蚀性能;溶剂使光刻胶处于液体状态,便于涂覆;光活性物质是控制光刻胶对某一特定波长光/电子束/离子束/X射线等感光,并发生相应的化学反应;添加剂是用以改变光刻胶的某些特性,如控制胶的光吸收率/溶解度等。

5.光刻胶的主要技术参数

5.1.灵敏度(Sensitivity)

灵敏度是衡量光刻胶曝光速度的指标。光刻胶的灵敏度越高,所需的曝光剂量越小。单位:毫焦/平方厘米或mJ/cm2。

5.2.分辨率(resolution)

区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸(CD,Critical Dimension)来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨率越好。

光刻胶的分辨率是一个综合指标,影响该指标的因素通常有如下3个方面:

(1) 曝光系统的分辨率。

(2) 光刻胶的对比度、胶厚、相对分子质量等。一般薄胶容易得到高分辨率图形。

(3) 前烘、曝光、显影、后烘等工艺都会影响光刻胶的分辨率。

5.3.对比度(Contrast)

对比度指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。 对比度越好,越容易形成侧壁陡直的图形和较高的宽高比。

5.4.粘滞性/黏度 (Viscosity)

衡量光刻胶流动特性的参数。黏度通常可以使用光刻胶中聚合物的固体含量来控制。同一种光刻胶根据浓度不同可以有不同的黏度,而不同的黏度决定了该胶的不同的涂胶厚度。

5.5.抗蚀性(Anti-etching)

光刻胶必须保持它的粘附性,在后续的刻蚀工序中保护衬底表面。耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。

5.6.工艺宽容度(Process latitude)

光刻胶的的前后烘温度、曝光工艺、显影液浓度、显影时间等都会对最后的光刻胶图形产生影响。每一套工艺都有相应的最佳的工艺条件,当实际工艺条件偏离最佳值时要求光刻胶的性能变化尽量小,即有较大的工艺宽容度。 这样的光刻胶对工艺条件的控制就有一定的宽容性。

6.特殊光刻胶介绍

6.1. 化学放大光刻胶(CAR,Chemical Amplified Resist)

化学放大胶中含有一种叫做"光酸酵母"(PAG, Photo Acid Generator)的物质。在光刻胶曝光过程中,PAG分解,首先产生少量的光酸。在曝光后与显影前经过适当温度的烘烤,即后烘(PEB, Post Exposure Baking)这些光酸分子又发连锁反应,产生更多的光酸分子。大量的光酸使光刻胶的曝光部分变成可溶(正胶)或不可溶(负胶)。 主要的化学反应是在后烘过程中发生的,只需要较低的曝光能量来产生初始的光酸,因此化学放大胶通常有很高的灵敏度。

6.2.灰度曝光(Grey Scale Lithography)

灰度曝光可以产生曲面的光刻胶剖面,是制作三维浮雕结构的光学曝光技术之一。灰度曝光的关键在于灰度掩膜板的制作、灰度光刻胶工艺与光刻胶浮雕图形向衬底材料的转移。传统掩膜板只有透光区和不透光区,而灰度掩膜板的透光率则是以灰度等级来表示的。实现灰度掩膜板的方法是改变掩膜的透光点密度。

光刻胶的原材料(光刻胶原材料涨价) 第1张

国产光刻胶成功突破,粉碎日本垄断梦

近日,半导体领域迎来重磅消息,南大光电的ArF光刻胶取得突破,国产光刻胶终于来了!

南大光电光刻胶突破

早在5月30日,南大光电就已经发布公告称,公司自主研发的ArF光刻胶产品通过客户认证,具备55nm工艺要求。

7月2日,有报道称,南大光电的ArF光刻胶产品目前已经拿到了小批量订单。

这都在表明,国产光刻胶终于不再受制于人,而是实现国产化了。

芯片在制造过程中,除了硅这种主要材料之外,一些辅助材料也至关重要,其中有一种名为光刻胶的材料,在芯片制造过程中必不可少,然而,这个材料却长期被日本垄断,中国也在这方面一直被卡脖子。

而最近传出的一个消息,对我国半导体的发展非常不利,日本对中国供应的光刻胶出现了“断供”的现象。美国召开G7峰会后,日本宣布光刻胶断供中国,日本信越化学等光刻胶企业开始限制供应ArF光刻胶产品。

断供光刻胶,对半导体行业的人而言并不陌生,2019年日韩贸易冲突白热化,日本就断供了光刻胶,导致当时全球最大的芯片厂商三星陷入了困境之中。

虽然韩国积极向日本低头求和并开展自救,但芯片生产依然受到巨大影响,间接推动了2020年的芯片短缺。

巧妇难为无米之炊,没有了光刻胶,对于中国的晶圆厂而言是巨大的打击,芯片生产将被迫停止!

好在,光刻胶的国产化进程并不慢,日企断供短短半年时间,南大光电就已经将国产光刻胶投入市场中了。

南大光电,成立于2000年12月,是以南京大学国家863计划研究成果作为技术支持的中国高纯金属有机化合物MO源的产业化基地。

1986年,863计划启动,在高济宇院士的支持和指导下,学者孙祥祯牵头进行MO源的技术攻关。MO源是一种禁运物资,更是生产化合物半导体的源头材料,对我国国防安全、高 科技 民族工业有重要意义。

历经重重困难,孙祥祯带领的课题组终于研制出了纯度大于5.5N的多个品种的MO源,全面向国内近20家研究单位供货,缓解了我国对MO源的急求。

这项工艺不仅促进了国防工业的发展,更为国内化合物半导体材料的发展奠定了原始的基础。

孙祥祯退休后,带领年轻人创立了南大光电,注册资本3770万元,生产拥有自主知识产权的高纯金属有机化合物,是国内唯一实现MO源产业化的企业,公司的技术主要来源便是南京大学863计划中的项目。

公司主要产品有三甲基镓,三甲基铟,三甲基铝,二茂镁等十几种MO源,在产品的合成、纯化、分析、封装、储运及安全操作等方面已达到国际先进水平,产品远销日本、韩国、欧洲市场,并占有大陆70%的市场份额。

作为国内唯一将半导体光学原材料实现量产的企业,南大光电对于光刻胶可以说十分熟悉,也是最有可能突破光刻胶技术的企业。

中国半导体在崛起

光刻胶到底是做什么用的呢?

芯片生产过程中,需要用光学材料将数以万计的电路刻在小小的7nm的芯片上,而这种辅助的光学材料,就是光刻胶。

在光刻胶领域,材料主要分为四种,分别为g线、i线、KrF、ArF光刻胶,半导体工艺越高,光刻机的精度越高,照射的光线频率越高,波长越短。

光刻胶的分辨率会随着光线频率的改变而不断变化,基本的演进路线是:g线(436nm) i线(365nm) KrF(248nm) ArF(193nm) F2(157nm) EUV(

其中,ArF光刻胶的制造难度是最高的,这也是14nm/7nm芯片制造过程中不可或缺的原材料。

芯片的工艺也分等级,平板电脑、 汽车 芯片等工艺水平并不高,这各等级的芯片中国已经实现了从光刻机到芯片的完全自主化生产。真正困难的在于7nm的芯片,也就是华为遭到断供的手机芯片。

这种工艺的手机芯片,不仅需要荷兰ASML先进的EVU光刻机来生产,更需要高端的光刻胶作为辅助材料,以及大量的芯片原材料,才能成功生产出华为手机所需要的芯片。

光刻机被美国和荷兰的公司垄断,现在EVU光刻机对中国处于断供状态,中芯国际花了12亿购买的EVU光刻机至今仍未到货;

芯片原材料,虽然国内已有部分原材料实现自主生产,但是硅片、光掩模、电子特气、抛光材料、溅射靶材、光刻胶以及湿电子化学品这其中原材料完全依赖进口。

在全球光刻胶市场,日本东京应化,JSR,住友化学,信越化学等企业,掌握了全球半导体光刻胶市场的90%左右份额,几乎是垄断的状态。

方正证券的报告显示,中国大陆企业在全球光刻胶领域占有率不到13%,在半导体光刻胶领域更是不足5%,完全被日本卡了脖子!

但是,进入2021年以后,中国半导体行业国产化的趋势越来越强!

首先是光刻机领域,上海微电子已经实现28nm光刻机的量产,预计2022年可以交付,这款光刻机的性能与荷兰ASML的DVU光刻机相似,可以生产14nm制程工艺的芯片。

另外,美国虽然断供了最先进的EVU光刻机,但是制程工艺相对较低的DVU光刻机却没有断供,而荷兰ASML也明确表态过,EVU光刻机也可以用于7nm工艺芯片,英特尔的10nm工艺、台积电第一个7nm芯片,都是用DVU光刻机实现。

这意味着,2022年,现有的光刻机技术或许能够提前量产华为所需的7nm芯片,打破美国封锁。

而生产7nm工艺芯片所需要的ArF光刻胶,在7月2日就已经有国外企业向南大光电订购了,这意味着半导体光刻胶原材料也实现了自主化。

另外,南大光电,容大感光、上海新阳等国内企业,也在持续研发高端光刻胶,争取在现有技术上进一步突破,追上日本的光刻胶技术。

剩下的6种完全依赖进口的原材料,国内的企业肯定也已经发现了商机,正在朝着国产化转变;最关键的两项技术突破后,中国实现手机芯片国产化的日子也就不远了。

空谈误国、实干兴邦,中国的半导体行业,正在默默地奋力追赶,一如这次南大光电突然给市场来个惊喜一样,未来还将会看到更多的一鸣惊人的突破。

中国半导体,正在以惊人的速度崛起!

作者 | 金莱

光刻胶是否与酸发生反应?常见的光刻胶有哪些种类?主要成分是什么?

光刻胶是有机物,与强氧化性的酸会反应,如:浓HNO3,浓H2SO4。

光刻胶种类:正胶,负胶

成分有三种:溶剂,感光物,催化剂。

光刻胶是制造手机芯片必不可少的东西,你知道光刻胶是啥吗?

光刻胶有成为光制扛蚀机是光刻成像的承载介质,可以利用化学反应原理讲光哥系统中经过滤波颜色后的光信息转化为能量,完成掩膜图形的复制。 有消息称,日本东北213地震使得其企业的光刻胶出现了供应告急的问题,而信越更是宣布了关闭厂区,要知道日本信越占据全球光刻胶市场的20%。而光刻胶又是半导体的关键材料,日本信越宣布关闭厂区,就意味着全球光刻胶出现了供不应求的情况,其所带来的连锁反应就是加剧了芯片急慌的问题。

有相关数据显示,2018年之中,全球半导体市场结构之中光刻胶的占比达到了5.24%,被称之为半导体的核心材料。在全球半导体光刻胶市场之中,日本企业可以说是一家独大的,随随便便就能够形成垄断的现象,其占比达到了80%。其中前面讲到过的信越以及住友化学和TOK等等都是光刻胶市场领域之中的巨头,可是日本此次突发地震,使得光刻胶市场1度面临供不应求的状况。

我们国家在光刻胶领域几乎是一片空白。不过,目前已经有很多中国企业正在不断的追求国产替代,在PCB光刻胶市场,这种国产化率已经达到了50%。 虽然只是门槛相对较低的市场,但好歹也算是一定的成就吧,而在LCD光刻胶市场之中,国产化已经达到了5%。在这种领域之内,其实我们还需要面临很大的挑战。而此次日本光刻胶出现告急的情况,给中国的企业带来了一定的机遇。

目前,我们国家已经涌现了很多的光刻胶领头企业,填补在这上面所遇见的空白,其中就包括晶瑞股份,南大光电,上海新阳等等。在南大光电的努力之下,企业发的ARF193纳米光刻胶,已经通过了客户使用认证,成为中国首只通过产品验证的国产ARF光刻胶,代表着在光刻胶领域之中,我们又向前一步。除了南大光电之外,晶瑞股份也传来了消息,其KrF光交已经进入了客户测试阶段。要知道,晶瑞股份曾经花费巨资达到1102.5万美元从sk海力士手中收购了阿斯买的光刻机设备。这种光科技能够研发出最高28纳米的光刻胶。对于晶锐股份的ARF光刻胶以及ARfi光刻胶有着一定的推动作用。

而上海信阳花费7.32亿元推动集成电路制造,其中ARF光刻胶与KrF光刻胶成为其公司项目的主要攻克方向。不管是南大光电还是晶锐股份,又或者是上海新阳,这些企业为中国在光刻胶领域上面的发展填上了一笔又一笔色彩,使得我们在这个领域之中不再是小白的状态。除了在光刻胶领域之中,我们在其他很多领域之中也都获得了一定的成就。相信在全国上下无数企业的努力之下,我们一定能够完成在半导体内各个领域之中的突破。虽然我们底子薄弱,但是我们有不服输的精神,尽管我们起步晚,但是我们有决心。我们不能够决定我们在全球领域内会拥有多大的地位,但是我们能够决定我们付出多少就会收获多少。

什么是光刻胶

光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一,特别是近年来大规模和超大规模集成电路的发展,更是大大促进了光刻胶的研究开发和应用。印刷工业是光刻胶应用的另一重要领域。1954 年由明斯克等人首先研究成功的聚乙烯醇肉桂酸脂就是用于印刷工业的,以后才用于电子工业。[1]光刻胶是一种有机化合物,它被紫外光曝光后,在显影溶液中的溶解度会发生变化。硅片制造中所用的光刻胶以液态涂在硅片表面,而后被干燥成胶膜。

目的

硅片制造中,光刻胶的目的主要有两个:光刻胶原理,小孔成像!技术源头,古老的相机!

(1)将掩模版图形转移到硅片表面顶层的光刻胶中;

(2)在后续工艺中,保护下面的材料(例如刻蚀或离子注入阻挡层)。

分类

光刻胶的技术复杂,品种较多。根据其化学反应机理和显影原理,可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶;反之,对某些溶剂是不可溶的,经光照后变成可溶物质的即为正性胶。

利用这种性能,将光刻胶作涂层,就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构,光刻胶可以分为三种类型。

光聚合型

采用烯类单体,在光作用下生成自由基,自由基再进一步引发单体聚合,最后生成聚合物,具有形成正像的特点。

光分解型

采用含有叠氮醌类化合物的材料,经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性,可以制成正性胶。

光交联型

采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开,并使链与链之间发生交联,形成一种不溶性的网状结构,而起到抗蚀作用,这是一种典型的负性光刻胶。柯达公司的产品KPR胶即属此类。

含硅光刻胶

为了避免光刻胶线条的倒塌,线宽越小的光刻工艺,就要求光刻胶的厚度越薄。

在20nm技术节点,光刻胶的厚度已经减少到了100nm左右。但是薄光刻胶不能有效的阻挡等离子体对衬底的刻蚀[2]。为此,研发了含Si的光刻胶,这种含Si光刻胶被旋涂在一层较厚的聚合物材料(常被称作Underlayer),其对光是不敏感的。曝光显影后,利用氧等离子体刻蚀,把光刻胶上的图形转移到Underlayer上,在氧等离子体刻蚀条件下,含Si的光刻胶刻蚀速率远小于Underlayer,具有较高的刻蚀选择性。

含有Si的光刻胶是使用分子结构中有Si的有机材料合成的,例如硅氧烷,硅烷,含Si的丙烯酸树脂等。