光刻工藝歷經(jīng)硅片表面脫水烘烤、旋轉涂膠、軟烘、曝光、曝光后烘烤、顯影、堅膜烘烤、顯影檢查等工序。在光刻過程中,光刻膠被均勻涂布在襯底上,經(jīng)過曝光、顯影與刻蝕等工藝,將掩膜版上的圖形轉移到襯底上,形成與掩膜版完全對應的幾何圖形。光刻工藝約占整個芯片制造成本的35%,耗時占整個芯片工藝的40-50%,是半導體制造中重要的工藝。隨著半導體制程不斷縮小,光刻工藝對光刻膠要求逐步提高,需求量也隨之增加。從全球市場來看,專注電子材料市場研究的TECHCET預測數(shù)據(jù)顯示,2021年全球半導體制造光刻膠市場規(guī)模將同比增長11%,達到19億美元。在半導體集成電路制造行業(yè):主要使用g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠等。普陀半導體光刻膠
光刻膠按應用領域分類,可分為 PCB 光刻膠、顯示面板光刻膠、半導體光刻膠及其他光刻膠。全球市場上不同種類光刻膠的市場結構較為均衡。智研咨詢的數(shù)據(jù)還顯示,受益于半導體、顯示面板、PCB產業(yè)東移的趨勢,自 2011年至今,光刻膠中國本土供應規(guī)模年華增長率達到11%,高于全球平均 5%的增速。2019年中國光刻膠市場本土企業(yè)銷售規(guī)模約70億元,全球占比約 10%,發(fā)展空間巨大。目前,中國本土光刻膠以PCB用光刻膠為主,平板顯示、半導體用光刻膠供應量占比極低。蘇州光交聯(lián)型光刻膠樹脂光刻膠行業(yè)長年被日本和美國專業(yè)公司壟斷。
美國能源部布魯克海文國家實驗室的研究人員采用原子層沉積(ALD)系統(tǒng),將有機聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)與氧化鋁結合起來,創(chuàng)造了雜化有機-無機光刻膠。他們在將涂有PMMA薄膜的襯底放到ALD反應室中之后,引入了鋁前驅物蒸汽。這個蒸汽通過PMMA基質內部的微小分子孔擴散,與聚合物鏈內部的化學物質結合到一起。然后,他們引入了另一種前驅物(例如水),與前驅物反應形成PMMA基體內部的氧化鋁。該雜化光刻膠的蝕刻選擇比遠遠高于ZEP(一種昂貴的光刻膠)和二氧化硅。
中美貿易摩擦:光刻膠國產代替是中國半導體產業(yè)的迫切需要;自從中美貿易摩擦依賴,中國大陸積極布局集成電路產業(yè)。在半導體材料領域,光刻膠作為是集成電路制程技術進步的“燃料”,是國產代替重要環(huán)節(jié),也是必將國產化的產品。光刻是半導制程的重要工藝,對制造出更先進,晶體管密度更大的集成電路起到?jīng)Q定性作用。每一代新的光刻工藝都需要新一代的光刻膠技術相匹配?,F(xiàn)在,一塊半導體芯片在制造過程中一般需要進行10-50道光刻過程。其中不同的光刻過程對于光刻膠也有不一樣的具體需求。光刻膠若性能不達標會對芯片成品率造成重大影響。光刻膠行業(yè)的上下游合作處于互相依存的關系,市場新進入者很難與現(xiàn)有企業(yè)競爭,簽約新客戶的難度高。
靈敏度即光刻膠上產生一個良好的圖形所需一定波長光的較小能量值(或較小曝光量)。單位:毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻膠的敏感性對于波長更短的深紫外光(DUV)、極深紫外光(EUV)等尤為重要 。負膠通常需5~15 s時間曝光,正膠較慢,其曝光時間為負膠的3~4倍 。靈敏度反映了光刻膠材料對某種波長的光的反應程度。不同的光刻膠對于不同的波長的光是有選擇性的。比如248 nm波長光刻膠的成膜樹脂中存在苯環(huán)結構,對193 nm波長的光具有很強的吸收作用,即對193 nm波長的光是不透明的,因此193 nm光刻膠必須改變樹脂主體。同時,高的產出要求短的曝光時間,對光刻膠的靈敏度要求也越來越高。通常以曝光劑量作為衡量光刻膠靈敏度的指標,曝光劑量值越小,光刻膠的靈敏度越高。i線光刻膠材料曝光劑量在數(shù)百mJ/cm2左右,而KrF和ArF的光刻膠材料,其曝光劑量則在30和20 mJ/cm2左右 。靈敏度可以體現(xiàn)于光刻膠的對比度曲線上。中國半導體光刻膠的快速崛起離不開中國整體半導體產業(yè)的發(fā)展。上海光聚合型光刻膠曝光
在選擇光刻膠時需要考慮化學性質、照射時間、敏感度和穩(wěn)定性等因素,以確保所選的光刻膠能夠滿足制造要求。普陀半導體光刻膠
EUV(極紫外光)光刻技術是20年來光刻領域的進展。由于目前可供利用的光學材料無法很好支持波長13nm以下的輻射的反射和透射,因此 EUV 光刻技術使用波長為13.5nm的紫外光作為光刻光源。EUV(極紫外光)光刻技術將半導體制程技術在10nm以下的區(qū)域繼續(xù)推進。在 EUV 光刻工藝的 13.5nm 波長尺度上,量子的不確定性效應開始顯現(xiàn),為相應光源,光罩和光刻膠的設計和使用帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。目前 EUV 光刻機只有荷蘭 ASML 有能力制造,許多相應的技術細節(jié)尚不為外界所知。在即將到來的 EUV 光刻時代,業(yè)界預期已經(jīng)流行長達 20 年之久的 KrF、ArF 光刻膠技術或將迎來技術變革。普陀半導體光刻膠
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