不同波长的光刻光源要求截然不同的光刻设备和光刻胶材料。在20世纪80年代,半导体制成的主流工艺尺寸在1.2um(1200nm)至0.8um(800nm)之间。那时候波长436nm的光刻光源被普遍使用。在90年代前半期,随着半导体制程工艺尺寸朝0.5um(500nm)和0.35um(350nm)演进,光刻开始采用365nm波长光源。436nm和365nm光源分别是高压汞灯中能量较高,波长较短的两个谱线。高压汞灯技术成熟,因此较早被用来当作光刻光源。使用波长短,能量高的光源进行光刻工艺更容易激发光化学反应、提高光刻分别率。光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一。广州光刻技术
光刻胶行业具有极高的行业壁垒,因此在全球范围其行业都呈现寡头垄断的局面。光刻胶行业长年被日本和美国专业公司垄断。目前**大厂商就占据了全球光刻胶市场87%的份额,行业集中度高。并且高分辨率的KrF和ArF半导体光刻胶中心技术亦基本被日本和美国企业所垄断,产品绝大多数出自日本和美国公司。整个光刻胶市场格局来看,日本是光刻胶行业的巨头聚集地。目前中国大陆对于电子材料,特别是光刻胶方面对国外依赖较高。所以在半导体材料方面的国产代替是必然趋势。广州数字光刻非接触式曝光,掩膜板与光刻胶层的略微分开,可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。
日本能把持光刻胶这么多年背后的深层次逻辑是什么?究其原因,主要是技术和市场两大壁垒过高导致的。首先,光刻胶作为半导体产业的基础材料,扮演着极其重要的角色,甚至可以和光刻机相媲美,但市场规模却很小。2019年的全球光刻胶市场的规模才90亿美元,不及一家大型IC设计企业的年营收,行业成长空间有限,自然进入的企业就少。另一方面,光刻胶又是一个具有极高技术壁垒的产业。由于不同的客户会有不同的应用需求,同一个客户也有不同的光刻应用需求。导致光刻胶的种类极其繁杂,必须通过调整光刻胶的配方,满足差异化应用需求,这也是光刻胶制造商较中心的技术。
光刻胶要有极好的稳定性和一致性,如果质量稍微出点问题,损失将会是巨大的。去年2月,某半导体代工企业因为光刻胶的原因导致晶圆污染,报废十万片晶圆,直接导致5.5亿美元的账面损失。除了以上原因外,另一个重要原因是,经过几十年的发展,光刻胶已经是一个相当成熟且固化的产业。2010年光刻胶的**出现井喷,2013年之后,相关专利的申请已经开始锐减。市场较小,技术壁垒又高,这意味着对于企业来说,发展光刻胶性价比不高,即便研发成功一款光刻胶,也要面临较长的认证周期,需要与下游企业建立合作关系。光刻是将掩模版上的图形转移到涂有光致抗蚀剂(或称光刻胶)的衬底上。
光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的35%,并且耗费时间约占整个芯片工艺的40%-50%。光刻胶材料约占IC制造材料总成本的4%,市场巨大。因此光刻胶是半导体集成电路制造的中心材料。按显示效果分类;光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。负性光刻胶显影时形成的图形与光罩(掩膜版)相反;正性光刻胶形成的图形与掩膜版相同。两者的生产工艺流程基本一致,区别在于主要原材料不同。按照化学结构分类;光刻胶可以分为光聚合型,光分解型,光交联型和化学放大型。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘等工序。河南激光直写光刻
常用的光刻机是掩模对准光刻,所以它被称为掩模对准系统。广州光刻技术
光聚合型,可形成正性光刻胶,是通过采用了烯类单体,在光作用下生成自由基从而进一步引发单体聚合,较后生成聚合物的过程;光分解型光刻胶可以制成正性胶,通过采用含有叠氮醌类化合物的材料在经过光照后,发生光分解反应的过程。光交联型,即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,从而起到抗蚀作用,是一种典型的负性光刻胶。按照应用领域的不同,光刻胶又可以分为印刷电路板(PCB)用光刻胶、液晶显示(LCD)用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。PCB 光刻胶技术壁垒相对其他两类较低,而半导体光刻胶表示着光刻胶技术较先进水平。广州光刻技术
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