中国光刻胶发展现状
就IC光刻胶而言,2020年我国IC光刻胶自给率低,其中g/i线光刻胶自给率小于 KrF光刻胶约5%,更高端的ArF及EUV光刻胶几乎空白。
PCB光刻胶方面,我国在感光油墨及湿膜光刻胶合计自给率约46%,但相对高端的干膜光刻自给率较低。
根据智慧芽数据,截至2021年9月,全球光刻胶第一大技术来源国为日本,专利申请量占全球光刻胶专利总申请量的46%;美国则以25%的申请量位列第二,而中国只有7%的申请量。
我国制造光刻胶企业,比如苏州瑞红、北京科华、南大光电、容大感光、上海新阳,虽然也取得了一些进展,但在中高端光刻胶方面,跟日本还是有一定差距。
光刻胶与光刻原理
光刻胶是一种临时涂布在硅片表面的感光材料,在一定波长的光源照射下,可以将掩膜版上的图形转印到硅片表面。光刻胶形成的图形作为阻挡层,用于实现选择性的刻蚀或者离子注入。
光刻原理与我们日常使用相机进行摄影的原理类似。如果把光刻机类比为照相机,那么光刻胶就是类似相机胶片的感光材料,能将镜头所对准的影像转移到塑胶底片上并最终在相纸上显像出来。
与胶片感光材料不同之处在于,光刻胶只对紫外线感光,对可见光不敏感,对光的色彩和灰度也不灵敏。所以,光刻胶使用上并不需要类似冲洗胶片的暗室。由于光刻胶对黄光不感光,所以半导体光刻工艺车间都使用黄光照明,就是所谓的黄光区。
光刻胶的分类(按反应原理划分)
按照曝光后化学反应原理和溶解度变化分类,光刻胶可以分为正性光刻胶和负性光刻胶。光刻胶在经过曝光后,正性光刻胶被曝光区域可溶于显影液,留下的光刻胶薄膜的图形与掩模版相同。负性光刻胶被曝光区域不溶于显影液,所形成的图像与掩模版相反。
光刻胶的分类(按曝光光源波长划分)
光刻胶是针对曝光光源的波长来设计的,波长的减小是提高光刻分辨率最有效的途径。集成电路制造用光刻胶,按照曝光光源波长从长到短,可以分为紫外宽谱、g线、i线、KrF、ArF、EUV等6个主要种类。
集成电路光刻胶种类及对应制程工艺
光刻胶组成成分
光刻胶主要由成膜树脂、感光剂、溶剂和添加剂等四大部分组成。典型的光刻胶成分中,50%~90%是溶剂,10%~40%是成膜树脂,感光剂占1%~6%,表面活性剂、均染剂及其他添加剂的占比不到1%。
光刻胶性能的评估
光刻胶的性能主要通过灵敏度、对比度、抗刻蚀性、分辨率等指标来衡量。
需要强调的是,光刻胶的研发与评估使用分属于两个不同的领域。前者是材料研发,后者是光刻工艺。一种光刻胶的好坏,并不能简单的以各个指标的绝对值进行判断,而是必须经过充足的光刻工艺评估,综合评价各指标与客户需求的匹配性。
在实际研发与光刻工艺评估过程中,光刻胶的各性能指标往往需要根据客户的应用需求进行调整。因此,光刻胶厂商在一个型号或者一个系列的光刻胶目录下,有十几个甚至几十个品种,以满足不同客户的需求。
资料来源:崔铮《微纳米加工技术及应用》2020,
光刻工艺
光刻工艺包括三个主要步骤:光刻胶涂布、曝光和显影。除此之外,光刻工艺还包括前处理、软烘烤、曝光后烘烤、硬烤等步骤,以提高分辨率和光刻品质。
光刻工艺中,对准曝光是在光刻机中完成的。前处理、烘烤及显影是在匀胶显影机中完成。匀胶显影机和光刻胶一般是联机作业,构成一个曝光显影系统。硅片通过机械手臂在两台设备的各个处理单元间传输,整个系统是封闭的,硅片不直接暴露在周围环境中,以减少光刻工艺车间环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。
来源:化工新材料、苏州瑞红