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一文看懂光刻胶技术发展史

该文章素材来源于中科院微电子研究所、半导体行业观察

光刻胶又称光致抗蚀剂,是一种对光敏感的混合液体。其组成部分包括:光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂)、光刻胶树脂、单体、溶剂和其他助剂。光刻胶可以通过光化学反应,经曝光、显影等光刻工序将所需要的微细图形从光罩(掩模版)转移到待加工基片上。依据使用场景,这里的待加工基片可以是集成电路材料,显示面板材料或者印刷电路板。

智研咨询的数据还显示,受益于半导体、显示面板、PCB产业东移的趋势,自 2011年至今,光刻胶中国本土供应规模年华增长率达到11%,高于全球平均 5%的增速。2019年中国光刻胶市场本土企业销售规模约70亿元,全球占比约 10%,发展空间巨大。目前,中国本土光刻胶以PCB用光刻胶为主,平板显示、半导体用光刻胶供应量占比极低。中国本土光刻胶企业生产结构可以如图所示。

(中国本土光刻胶企业生产结构)

光刻胶分类

在平板显示行业;主要使用的光刻胶有彩色及黑色光刻胶、LCD触摸屏用光刻胶、TFT-LCD正性光刻胶等。在光刻和蚀刻生产环节中,光刻胶涂覆于晶体薄膜表面,经曝光、显影和蚀刻等工序将光罩(掩膜版)上的图形转移到薄膜上,形成与掩膜版对应的几何图形。

(光刻胶胶涂工艺)

在PCB行业;主要使用的光刻胶有干膜光刻胶、湿膜光刻胶、感光阻焊油墨等。干膜是用特殊的薄膜贴在处理后的敷铜板上,进行曝光显影;湿膜和光成像阻焊油墨则是涂布在敷铜板上,待其干燥后进行曝光显影。干膜与湿膜各有优势,总体来说湿膜光刻胶分辨率高于干膜,价格更低廉,正在对干膜光刻胶的部分市场进行替代。

( 液晶屏显彩色滤光膜制造有赖于彩色光刻胶)

在半导体集成电路制造行业;主要使用g线光刻胶、i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶等。在大规模集成电路的制造过程中,一般要对硅片进行超过十次光刻。在每次的光刻和刻蚀工艺中,光刻胶都要通过预烘、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影和蚀刻等环节,将光罩(掩膜版)上的图形转移到硅片上。

( 感光阻焊油墨用于 PCB)

光刻胶是集成电路制造的重要材料:光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。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核心材料。

( 正性光刻胶显影示意图)

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。

( 负性光刻胶显影示意图)

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