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登錄光刻膠技術(shù)
關(guān)注創(chuàng)建者:匿名 創(chuàng)建時(shí)間:2026-01-05

光刻膠技術(shù)的實(shí)例教程
但是較高端的干膜光刻膠市場(chǎng)主要由日本旭化成、日本日立化成、中國(guó)臺(tái)灣長(zhǎng)興化學(xué)壟斷,這三大企業(yè)在全球的市場(chǎng)占有率超過80%,我國(guó)在干膜光刻膠方面仍高度依賴進(jìn)口。
LCD 光刻膠的全球供應(yīng)集中在日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等地區(qū),我國(guó)彩色和黑色光刻膠市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化率僅為 5%左右。彩色濾光片所需的高分子顏料和顏料的分散技術(shù)主要集中在 Ciba 等日本顏料廠商手中,因此彩色光刻膠和黑色光刻膠的核心技術(shù)基本被日本和韓國(guó)企業(yè)壟斷。另一方面,近年來(lái)我國(guó)在觸控屏光刻膠技術(shù)上有所突破,晶瑞股份和北京科華微已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了觸控屏光刻膠的量產(chǎn),國(guó)產(chǎn)化率在 30%-40%左右。
行業(yè)壁壘
技術(shù)壁壘:光刻膠生產(chǎn)工藝要求極高,配方是其根本。作為光刻工藝的核心,光刻膠需滿足四大條件。選擇光刻膠的決定因素是晶圓表面對(duì)尺寸的要求。光刻膠必須要同時(shí)滿足四大條件:1)產(chǎn)生要求的尺寸。2)在刻蝕過程中具有阻擋刻蝕的功能,保持特定厚度
的光刻膠層中一定不能存在針孔。3)必須和晶圓(或其他襯底)表面能很好的粘合,否則刻蝕后的圖形可能發(fā)生扭曲。4)工藝維度和階梯覆蓋能力。光刻膠的主要性能指標(biāo)包括:分辨率、黏附性、對(duì)比度、敏感度、抗蝕性、表面張力、曝光速度、針孔密度、階梯覆蓋度等。光刻膠的選擇和光刻膠工藝的研發(fā)是一項(xiàng)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過程,一旦一種光刻工藝被建立,一般不再改變。
光刻膠下游不同客戶的需求差異明顯,即使同一客戶的不同應(yīng)用需求也不一致。這就導(dǎo)致光刻膠的整體生產(chǎn)缺乏統(tǒng)一的工藝,每一類光刻膠使用的原料在化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能上均有所區(qū)別,要求使用不同品質(zhì)等級(jí)的專用化學(xué)品。這就迫使制造商需要有能力設(shè)計(jì)出符合不同需求設(shè)計(jì)不同配方,并有相應(yīng)的生產(chǎn)工藝完成生產(chǎn)。
展開 光刻是半導(dǎo)體制造微圖形工藝的核心,光刻膠是關(guān)鍵材料
光刻膠是光刻工藝中最關(guān)鍵材料,國(guó)產(chǎn)替代需求緊迫。光刻工藝是指在光照作用下,借助光刻膠將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到基片上的技術(shù),在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,隨著集成電路線寬縮小、集成度大為提升,光刻工藝技術(shù)難度大幅提升,成為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí),器件和走線的復(fù)雜度和密集度大幅度提升,高端制程關(guān)鍵層次需要兩次甚至多次曝光來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中,光刻膠的質(zhì)量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關(guān)鍵因素。目前,日本和美國(guó)光刻膠巨頭完全主導(dǎo)了高端光刻膠市場(chǎng)。2019 年 7 月的日韓貿(mào)易摩擦中,日本通過限制對(duì)韓出口光刻膠,引發(fā)韓國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈震蕩。中美貿(mào)易摩擦大背景下,光刻膠也成為深刻影響中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈安全的關(guān)鍵材料。
光刻膠經(jīng)過幾十年不斷的發(fā)展和進(jìn)步,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,衍生出非常多的種類。不同用途的光刻膠曝光光源、反應(yīng)機(jī)理、制造工藝、成膜特性、加工圖形線路的精度等性能要求不同,導(dǎo)致對(duì)于材料的溶解性、耐蝕刻性、感光性能、耐熱性等要求不同。因此每一類光刻膠使用的原料在化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能上都比較特殊,要求使用不同品質(zhì)等級(jí)的光刻膠專用化學(xué)品。1959 年光刻膠被發(fā)明以來(lái),被廣泛運(yùn)用在加工制作廣電信息產(chǎn)業(yè)的微細(xì)圖形路線。作為光刻工藝的關(guān)鍵性材料,其在 PCB、TFT-LCD 和半導(dǎo)體光刻工序中起到重要作用。
圖表1:ASML EUV 光刻機(jī) 3400C
圖表2:光刻膠旋轉(zhuǎn)涂敷于晶圓上
光刻膠是光刻工藝的核心材料
光刻膠又稱光致抗蝕劑,它是指由感光樹脂、增感劑和溶劑三種主要成分構(gòu)成的對(duì)光敏感的混合液體。
展開 此外,光刻膠的緊缺與其市場(chǎng)交易習(xí)慣也有一定關(guān)系。光刻膠作為晶圓制造的核心化學(xué)工藝品,有效期較短,晶圓廠正常的庫(kù)存通常不會(huì)太多,因此光刻膠供應(yīng)鏈易受自然災(zāi)害或政治經(jīng)濟(jì)沖突等突發(fā)事件影響,產(chǎn)生缺貨、漲價(jià)現(xiàn)象。
國(guó)產(chǎn)KrF光刻膠技術(shù)處于追趕期
海外供應(yīng)告急之下,國(guó)產(chǎn)KrF光刻膠的發(fā)展也備受關(guān)注。據(jù)了解,一直以來(lái),光刻膠的客戶壁壘較高,市場(chǎng)上光刻膠產(chǎn)品的更新速度較快,光刻膠廠家為了實(shí)現(xiàn)技術(shù)保密性,會(huì)與上游的原料供應(yīng)商保持密切合作關(guān)系,共同研發(fā)新技術(shù),增大了客戶的轉(zhuǎn)換成本。
但現(xiàn)在中小晶圓廠苦于位列海外光刻膠客戶列表尾部,目前無(wú)貨可取,在地緣政治的風(fēng)險(xiǎn)下,大客戶也在積極建設(shè)光刻膠的本土供應(yīng)鏈,國(guó)產(chǎn)光刻膠產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)有望迎來(lái)新一輪的客戶導(dǎo)入。
據(jù)芯師爺不完全統(tǒng)計(jì),目前中國(guó)多家光刻膠供應(yīng)廠商已經(jīng)宣布在KrF光刻膠領(lǐng)域取得技術(shù)進(jìn)展,主要有北京科華微電子、晶瑞股份,南大光電,上海新陽(yáng)等。
整體而言,國(guó)產(chǎn)KrF光刻膠還處于客戶驗(yàn)證與導(dǎo)入階段。預(yù)計(jì)伴隨KrF光刻膠、ArF光刻膠研發(fā)完畢順利完成客戶驗(yàn)證后,國(guó)產(chǎn)光刻膠將進(jìn)入國(guó)產(chǎn)替代的高峰期。
北京科華:KrF已量產(chǎn),ArF光刻膠尚在研發(fā)過程中
北京科華微電子材料有限公司是一家中美合資企業(yè),現(xiàn)該公司的第一股東為彤程新材,是目前國(guó)內(nèi)唯一一家可供應(yīng)KrF光刻膠企業(yè)。
展開 KrF和ArF光刻膠核心技術(shù)基本被日本和美國(guó)企業(yè)所壟斷。
光刻膠對(duì)光刻工藝的重要性
光刻膠不僅具有純度要求高、工藝復(fù)雜等特征,還需要相應(yīng)光刻機(jī)與之配對(duì)調(diào)試。一般情況下,一個(gè)芯片在制造過程中需要進(jìn)行10~50道光刻過程,由于基板不同、分辨率要求不同、蝕刻方式不同等,不同的光刻過程對(duì)光刻膠的具體要求也不一樣,即使類似的光刻過程,不同的廠商也會(huì)有不同的要求。
針對(duì)不同應(yīng)用需求,光刻膠的品種非常多,這些差異主要通過調(diào)整光刻膠的配方來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,通過調(diào)整光刻膠的配方,滿足差異化的應(yīng)用需求,是光刻膠制造商最核心的技術(shù)。
此外,由于光刻加工分辨率直接關(guān)系到芯片特征尺寸大小,而光刻膠的性能關(guān)系到光刻分辨率的大小。限制光刻分辨率的是光的干涉和衍射效應(yīng)。光刻分辨率與曝光波長(zhǎng)、數(shù)值孔徑和工藝系數(shù)相關(guān)。
光刻膠的曝光波長(zhǎng)由寬譜紫外向g線→i線→KrF→ArF→EUV(13.5nm)的方向移動(dòng)。隨著曝光波長(zhǎng)的縮短,光刻膠所能達(dá)到的極限分辨率不斷提高,光刻得到的線路圖案精密度更佳,而對(duì)應(yīng)的光刻膠的價(jià)格也更高。
光刻光路的設(shè)計(jì),有利于進(jìn)一步提升數(shù)值孔徑,隨著技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值孔徑由0.35發(fā)展到大于1。相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也對(duì)光刻膠及其配套產(chǎn)品的性能要求變得愈發(fā)嚴(yán)格。
工藝系數(shù)從0.8變到0.4,其數(shù)值與光刻膠的產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)。結(jié)合雙掩膜和雙刻蝕等技術(shù),現(xiàn)有光刻技術(shù)使得我們能夠用193nm的激光完成10nm工藝的光刻。
為了實(shí)現(xiàn)7nm、5nm制程,傳統(tǒng)光刻技術(shù)遇到瓶頸,EUV(13.5nm)光刻技術(shù)呼之欲出,臺(tái)積電、三星也在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行布局。
展開 光刻膠的生產(chǎn)工藝主要過程是將感光材料、樹脂、溶劑等主要原料在恒溫恒濕 1000 級(jí)的黃光區(qū)潔凈房進(jìn)行混合,在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下充分?jǐn)嚢瑁蛊涑浞只旌闲纬删嘁后w,經(jīng)過多次過濾,并通過中間過程控制和檢驗(yàn),使其達(dá)到工藝技術(shù)和質(zhì)量要求,最后做產(chǎn)品檢驗(yàn),合格后在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下包裝、打標(biāo)、入庫(kù)。整個(gè)工藝流程可以如下圖所示:
(光刻膠的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)要流程)
光刻膠的技術(shù)壁壘包括配方技術(shù),質(zhì)量控制技術(shù)和原材料技術(shù)。配方技術(shù)是光刻膠實(shí)現(xiàn)功能的核心,質(zhì)量控制技術(shù)能夠保證光刻膠性能的穩(wěn)定性而高品質(zhì)的原材料則是光刻膠性能的基礎(chǔ)。
配方技術(shù):由于光刻膠的下游用戶是IC芯片和FPD面板制造商,不同的客戶會(huì)有不同的應(yīng)用需求,同一個(gè)客戶也有不同的光刻應(yīng)用需求。一般一塊半導(dǎo)體芯片在制造過程中需要進(jìn)行10-50道光刻過程,由于基板不同、分辨率要求不同、蝕刻方式不同等,不同的光刻過程對(duì)光刻膠的具體要求也不一樣,即使類似的光刻過程,不同的廠商也會(huì)有不同的要求。針對(duì)以上不同的應(yīng)用需求,光刻膠的品種非常多,這些差異主要通過調(diào)整光刻膠的配方來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,通過調(diào)整光刻膠的配方,滿足差異化的應(yīng)用需求,是光刻膠制造商最核心的技術(shù)。
質(zhì)量控制技術(shù):由于用戶對(duì)光刻膠的穩(wěn)定性、一致性要求高,包括不同批次間的一致性,通常希望對(duì)感光靈敏度、膜厚的一致性保持在較高水平,因此,光刻膠生產(chǎn)商不僅僅要配臵齊全的測(cè)試儀器,還需要建立一套嚴(yán)格的QA體系以保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。
原材料技術(shù):光刻膠是一種經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)的復(fù)雜、精密的配方產(chǎn)品,由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等不同性質(zhì)的原料,通過不同的排列組合,經(jīng)過復(fù)雜、精密的加工工藝而制成。
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光刻膠技術(shù)的最新內(nèi)容
光刻技術(shù)第21期 | BCS計(jì)算光刻理論1個(gè)月前
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程持續(xù)向3nm及以下節(jié)點(diǎn)突破,光刻系統(tǒng)中的光學(xué)衍射、掩模三維效應(yīng)與光致抗蝕劑非線性響應(yīng)形成強(qiáng)耦合,使光源-掩模優(yōu)化、光學(xué)鄰近校正等核心環(huán)節(jié)面臨“精度-效率-魯棒性”三重挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)線性壓縮感知技術(shù)因難以刻畫光刻系統(tǒng)的復(fù)雜非線性映射,優(yōu)化結(jié)果易出現(xiàn)工藝窗口收縮;經(jīng)典貝葉斯方法雖具備統(tǒng)計(jì)建模優(yōu)勢(shì),但固定先驗(yàn)分布無(wú)法適配多樣化光刻圖形
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01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程向3nm及以下先進(jìn)節(jié)點(diǎn)演進(jìn),光刻成像系統(tǒng)中的光學(xué)衍射、掩模三維效應(yīng)與光致抗蝕劑非線性響應(yīng)相互疊加,使光源-掩模協(xié)同優(yōu)化(SMO)成為保障圖形保真度與芯片良率的核心技術(shù)。傳統(tǒng)線性壓縮感知(CS)驅(qū)動(dòng)的SMO技術(shù),因難以精準(zhǔn)刻畫掩模與成像之間的強(qiáng)非線性映射關(guān)系,在復(fù)雜圖形優(yōu)化中常面臨精度不足、工藝窗口收縮等問題
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程向3nm及以下節(jié)點(diǎn)突破,光刻系統(tǒng)的光學(xué)畸變、掩模三維衍射及光致抗蝕劑非線性響應(yīng)等效應(yīng)疊加,使光源-掩模協(xié)同優(yōu)化(SMO)成為保障成像精度的核心技術(shù)。
傳統(tǒng)線性壓縮感知技術(shù)雖在光源單變量?jī)?yōu)化中實(shí)現(xiàn)了降維高效求解,但面對(duì)SMO場(chǎng)景中掩模-成像的強(qiáng)非線性映射關(guān)系,其線性假設(shè)難以精準(zhǔn)刻畫優(yōu)化變量與成像質(zhì)量的關(guān)聯(lián),導(dǎo)致優(yōu)化精度與可制造性失衡
光刻技術(shù)第18期 | 非線性壓縮感知理論2個(gè)月前
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程推進(jìn)至90nm及以下節(jié)點(diǎn),光學(xué)鄰近效應(yīng)校正(OPC)、光源掩模聯(lián)合優(yōu)化(SMO)等計(jì)算光刻技術(shù)已成為保障光刻成像精度的核心支撐。其中,壓縮感知(CS)技術(shù)憑借稀疏性約束降維的核心優(yōu)勢(shì),在光源優(yōu)化(SO)中實(shí)現(xiàn)了高效的參數(shù)尋優(yōu),大幅降低了計(jì)算復(fù)雜度。
然而,當(dāng)優(yōu)化對(duì)象轉(zhuǎn)向掩模時(shí),線性CS理論的局限性愈發(fā)凸顯——掩模圖形的像素級(jí)調(diào)控與光刻成像之間存在顯著的非線性映射關(guān)系
01/簡(jiǎn)介
當(dāng)前,壓縮感知光源優(yōu)化的仿真技術(shù)已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與精準(zhǔn)化雙重突破,為技術(shù)落地奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。仿真條件層面,通過構(gòu)建統(tǒng)一的光源參數(shù)基準(zhǔn)、掩模圖形庫(kù)及光學(xué)成像模型,建立了可復(fù)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化仿真環(huán)境,解決了傳統(tǒng)仿真中參數(shù)離散導(dǎo)致的對(duì)比誤差問題。
接下來(lái)以豎直線條為目標(biāo)圖形進(jìn)行仿真分析,對(duì)比分析在不同變量下曝光圖像的情況。
02/仿真條件
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程向3nm及以下節(jié)點(diǎn)突破,光刻系統(tǒng)面臨的光學(xué)畸變(如衍射、偏振效應(yīng))愈發(fā)顯著,光源作為光刻成像的“源頭變量”,其圖形優(yōu)化直接決定空間像保真度與芯片制造良率。
傳統(tǒng)光源優(yōu)化方法依賴全像素維度尋優(yōu),受限于光源像素矩陣規(guī)模龐大(常達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千維度),存在迭代收斂慢、計(jì)算資源消耗高、易陷入局部最優(yōu)等問題,難以適配先進(jìn)制程對(duì)優(yōu)化效率與精度的雙重需求
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程向先進(jìn)節(jié)點(diǎn)迭代,光刻成像的焦面精度對(duì)圖形保真度的影響愈發(fā)顯著,最佳焦面處的成像性能直接決定芯片制造良率。光源-掩模協(xié)同優(yōu)化(SMO)作為分辨率增強(qiáng)核心技術(shù),其矢量模型因能精準(zhǔn)刻畫偏振、三維掩模衍射等效應(yīng),成為先進(jìn)制程優(yōu)化的關(guān)鍵工具,而數(shù)值計(jì)算的精度與分析深度則是發(fā)揮其效能的核心前提。
本文聚焦最佳焦面成像性能,通過搭建標(biāo)準(zhǔn)化仿真條件
01/簡(jiǎn)介
為驗(yàn)證矢量HSMO技術(shù)對(duì)工藝窗口(PW)的優(yōu)化效果,采用考慮離焦的像質(zhì)評(píng)價(jià)函數(shù)
02/仿真條件
以AttPSM為例,對(duì)比HSMO(聯(lián)合優(yōu)化光源+掩模)與OPC(僅優(yōu)化掩模,光源不變)技術(shù)。仿真目標(biāo)圖形包括一維孤立線條(占空比1:4,CD=45nm)、一維半密集線條(占空比1:2,CD=45nm)、二維密集接觸孔(占空比
01/簡(jiǎn)介
隨著集成電路制程向3nm及以下節(jié)點(diǎn)突破,光刻系統(tǒng)面臨的光學(xué)畸變、分辨率不足等問題愈發(fā)突出,光源-掩模協(xié)同優(yōu)化(SMO)技術(shù)成為突破硬件限制的核心手段。矢量SMO憑借對(duì)偏振效應(yīng)、三維掩模衍射等復(fù)雜光學(xué)現(xiàn)象的精準(zhǔn)刻畫,較傳統(tǒng)標(biāo)量模型實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍,其優(yōu)化算法的性能直接決定光刻成像質(zhì)量與制造良率。
梯度計(jì)算與變量替換是矢量SMO算法的理論基石,為離散優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為連續(xù)可解問題提供了關(guān)鍵路徑
01/簡(jiǎn)介
驗(yàn)證矢量OPC技術(shù)對(duì)最佳焦面成像保真度的提升效果,對(duì)比WP罰函數(shù)與GWP罰函數(shù)的性能差異。
02/考慮最佳焦面成像圖形保真度的仿真結(jié)果
采用WP和GWP兩種罰函數(shù)PSM的OPC優(yōu)化結(jié)果如圖所示。針對(duì)同一圖形,左側(cè)為采用WP的結(jié)果,右側(cè)為采用GWP的結(jié)果。其中,兩種線條圖形的CD均為45nm