光刻胶属于半导体八大重要材料之一,根据全球半导体行业协会(SEMI)近期数据,光刻胶在半导体晶圆制造材料价值占比5%,光刻胶辅助材料占比7%,二者合计占比12%,光刻胶及辅助材料是继硅片、电子特气和光掩模之后的第四大半导体材料。光刻胶又称光致抗蚀剂,是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料,目前被用于光电信息产业的微细图形线路加工制作环节。光刻胶由增感剂(光引发剂)、感光树脂(聚合剂)、溶剂与助剂构成。光刻胶按应用领域分类,可分为 PCB 光刻胶、显示面板光刻胶、半导体光刻胶及其他光刻胶。负性光刻胶印刷电路板
在半导体集成电路光刻技术开始使用深紫外(DUV)光源以后,化学放大(CAR)技术逐渐成为行业应用的主流。在化学放大光刻胶技术中,树脂是具有化学基团保护因而难以溶解的聚乙烯。化学放大光刻胶使用光致酸剂(PAG)作为光引发剂。当光刻胶曝光后,曝光区域的光致酸剂(PAG)将会产生一种酸。这种酸在后热烘培工序期间作为催化剂,将会移除树脂的保护基团从而使得树脂变得易于溶解。化学放大光刻胶曝光速递是DQN光刻胶的10倍,对深紫外光源具有良好的光学敏感性,同时具有高对比度,对高分辨率等优点。按照曝光波长分类;光刻胶可分为紫外光刻胶(300~450nm)、深紫外光刻胶(160~280nm)、极紫外光刻胶(EUV,13.5nm)、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。不同曝光波长的光刻胶,其适用的光刻极限分辨率不同。通常来说,在使用工艺方法一致的情况下,波长越短,加工分辨率越佳。上海TFT-LCD正性光刻胶树脂在平板显示行业;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。
分辨率即光刻工艺中所能形成较小尺寸的有用图像。是区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸(CD,Critical Dimension)来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨率越好 。此性质深受光刻胶材质本身物理化学性质的影响,必须避免光刻胶材料在显影过程中收缩或在硬烤中流动。因此,若要使光刻材料拥有良好的分辨能力,需谨慎选择高分子基材及所用的显影剂。分辨率和焦深都是光刻中图像质量的关键因素。在光刻中既要获得更好的分辨率来形成关键尺寸图形,又要保持合适的焦深是非常矛盾的。虽然分辨率非常依赖于曝光设备,但是高性能的曝光工具需要与之相配套的高性能的光刻胶才能真正获得高分辨率的加工能力。
光刻胶的产业链上游:主要涉及溶剂、树脂、光敏剂等原材料供应商和光刻机、显影机、检测与测试等设备供应商。从原材料市场来看,由于中国从事光刻胶原材料研发及生产的供应商较少,中国光刻胶原材料市场主要被日本、韩国和美国厂商所占据。从设备市场来看,中国在光刻机、显影机、检测与测试设备行业的起步时间较晚,且这些设备具备较高的制造工艺壁垒,导致中国在光刻胶、显影机、检测与测试设备的国产化程度均低于10%。相信后期国产化程度会越来越高。光刻胶通常是以薄膜形式均匀覆盖于基材表面。
灵敏度即光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的较小能量值(或较小曝光量)。单位:毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻胶的敏感性对于波长更短的深紫外光(DUV)、极深紫外光(EUV)等尤为重要 。负胶通常需5~15 s时间曝光,正胶较慢,其曝光时间为负胶的3~4倍 。灵敏度反映了光刻胶材料对某种波长的光的反应程度。不同的光刻胶对于不同的波长的光是有选择性的。比如248 nm波长光刻胶的成膜树脂中存在苯环结构,对193 nm波长的光具有很强的吸收作用,即对193 nm波长的光是不透明的,因此193 nm光刻胶必须改变树脂主体。同时,高的产出要求短的曝光时间,对光刻胶的灵敏度要求也越来越高。通常以曝光剂量作为衡量光刻胶灵敏度的指标,曝光剂量值越小,光刻胶的灵敏度越高。i线光刻胶材料曝光剂量在数百mJ/cm2左右,而KrF和ArF的光刻胶材料,其曝光剂量则在30和20 mJ/cm2左右 。灵敏度可以体现于光刻胶的对比度曲线上。按显示效果分类:光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。普陀ArF光刻胶显示面板材料
光刻胶市场 ArF 与 KrF 占据主流,EUV 增长较快。负性光刻胶印刷电路板
1)增感剂(光引发剂):是光刻胶的关键成分,对光刻胶的感光度、分辨率起着决定性作用。2)感光树脂(聚合剂):用于将光刻胶中不同材料聚合在一起,构成光刻胶的骨架,决定光刻胶的硬度、柔韧性、附着力等基本属性。3)溶剂:是光刻胶中比较大成分,目的是使光刻胶处于液态,但溶剂本身对光刻胶的化学性质几乎无影响。4)助剂:通常是专有化合物,主要用来改变光刻胶特定化学性质。根据应用领域,光刻胶可分为半导体光刻胶、LCD光刻胶和PCB光刻胶,其技术壁垒依次降低(半导体光刻胶> LCD光刻胶> PCB光刻胶)。从国产化进程来看,PCB光刻胶目前国产替代进度较快,LCD光刻胶替代进度相对较快,而在半导体光刻胶领域国产技术较国外先进技术差距比较大。负性光刻胶印刷电路板
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