隨著IC集成度的提高,世界集成電路的制程工藝水平按已由微米級、亞微米級、深亞微米級進入到納米級階段。集成電路線寬不斷縮小的趨勢,對包括光刻在內的半導體制程工藝提出了新的挑戰。在半導體制程的光刻工藝中,集成電路線寬的特征尺寸可以由如右所示的瑞利公式確定:CD=k1*λ/NA。CD (Critical Dimension)表示集成電路制程中的特征尺寸;k1是瑞利常數,是光刻系統中工藝和材料的一個相關系數;λ是曝光波長,而NA(Numerical Aperture)則是指光刻機的孔徑數值。因此,光刻機需要通過降低瑞利常數和曝光波長,增大孔徑尺寸來制造具有更小特征尺寸的集成電路。其中降低曝光波長與光刻機使用的光源以及光刻膠材料高度相關。光刻膠行業長年被日本和美國專業公司壟斷。上海負性光刻膠顯影
浸沒光刻:在與浸沒光刻相對的干法光刻中,光刻透鏡與光刻膠之間是空氣。光刻膠直接吸收光源發出的紫外輻射并發生光化學反應。在浸沒光刻中,光刻鏡頭與光刻膠之間是特定液體。這些液體可以是純水也可以是別的化合物液體。光刻光源發出的輻射經過這些液體的時候發生了折射,波長變短。這樣,在不改變光源的前提條件下,更短波長的紫外光被投影光刻膠上,提高了光刻加工的分辨率。雙重光刻:雙重光刻的意思是通過兩次光刻使得加工分辨率翻倍。實現這個目的的一種方法是在開始光刻過后平移同一個光罩進行第二次光刻,以提高加工分辨率。下圖右展示了這樣一個過程。下圖右中雙重光刻子進行了兩次涂膠,兩次光刻和兩次刻蝕。隨著光刻膠技術的進步,只需要一次涂膠,兩次光刻和一次刻蝕的雙重光刻工藝也成為可能。江浙滬光刻膠印刷電路板半導體光刻膠的涂敷方法主要是旋轉涂膠法,具體可以分為靜態旋轉法和動態噴灑法。
在平板顯示行業:主要使用的光刻膠有彩色及黑色光刻膠、LCD觸摸屏用光刻膠、TFT-LCD正性光刻膠等。在光刻和蝕刻生產環節中,光刻膠涂覆于晶體薄膜表面,經曝光、顯影和蝕刻等工序將光罩(掩膜版)上的圖形轉移到薄膜上,形成與掩膜版對應的幾何圖形。
在PCB行業;主要使用的光刻膠有干膜光刻膠、濕膜光刻膠、感光阻焊油墨等。干膜是用特殊的薄膜貼在處理后的敷銅板上,進行曝光顯影;濕膜和光成像阻焊油墨則是涂布在敷銅板上,待其干燥后進行曝光顯影。干膜與濕膜各有優勢,總體來說濕膜光刻膠分辨率高于干膜,價格更低廉,正在對干膜光刻膠的部分市場進行替代。
在CAR技術體系中,光刻膠中的光引發劑經過曝光后并不直接改變光刻膠在顯影液中的溶解度,而是產生酸。在后續的熱烘培流程的高溫環境下,曝光產生的酸作為催化劑改變光刻膠在顯影液中的溶解度。因此CAR技術體系下的光引發劑又叫做光致酸劑。由于CAR光刻膠的光致酸劑產生的酸本身并不會在曝光過程中消耗而是作為催化劑而存在,因此少量的酸就可以持續地起到有效作用。CAR光刻膠的光敏感性很強,所需要從深紫外輻射中吸收的能量很少,因此加強了光刻的效率。CAR光刻膠曝光速遞是DQN光刻膠的10倍左右。經過多年技術積累,國內已形成一定光刻膠用電子化學品產能,國內公司市場份額逐步提升,國產替代正在進行。
g-line與i-line光刻膠均使用線性酚醛成分作為樹脂主體,重氮萘醌成分(DQN 體系)作為感光劑。未經曝光的DQN成分作為抑制劑,可以十倍或者更大的倍數降低光刻膠在顯影液中的溶解速度。曝光后,重氮萘醌(DQN)基團轉變為烯酮,與水接觸時,進一步轉變為茚羥酸,從而得以在曝光區被稀堿水顯影時除去。由此,曝光過的光刻膠會溶解于顯影液而被去除,而未曝光的光刻膠部分則得以保留。雖然g-line光刻膠和i-line 光刻膠使用的成分類似,但是其樹脂和感光劑在微觀結構上均有變化,因而具有不同的分辨率。G-line光刻膠適用于0.5um(500nm)以上尺寸的集成電路制作,而i-line光刻膠使用于0.35um(350nm至0.5um(500nm)尺寸的集成電路制作。光刻膠的技術壁壘包括配方技術,質量控制技術和原材料技術。江蘇濕膜光刻膠樹脂
光刻膠通過光化學反應,經曝光、顯影等光刻工序將所需要的微細圖形從光罩(掩模版)轉移到待加工基片上。上海負性光刻膠顯影
半導體光刻膠市場中除了美國杜邦,其余四家均為日本企業。其中JSR、TOK的產品可以覆蓋所有半導體光刻膠品種,尤其在EUV市場高度壟斷。近年來,隨著光刻膠的需求攀升,疊加日本減產,光刻膠出現供不應求的局面,部分中小晶圓廠甚至出現了“斷供”現象。目前大陸企業在g/i線光刻膠已形成一定規模的銷售,光刻膠方面,彤程新材的KrF光刻膠產品已批量供應國內主要12英寸、8英寸晶圓廠,晶瑞電材KrF光刻膠加緊建設中,另有多家企業ArF光刻膠研發順利進行,其中南大光電ArF產品已通過下游客戶驗證,有望在未來形成銷售。光刻膠保質期通常在6個月以內,無法囤貨,一旦斷供可能會引起停產的嚴重局面,由此國產化重要性更加凸顯。上海負性光刻膠顯影
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