光刻膠主要用于圖形化工藝

以半導(dǎo)體行業(yè)為例,光刻膠主要用于半導(dǎo)體圖形化工藝。圖形化工藝是半導(dǎo)體制造過程中的核心工藝。圖形化可以簡單理解為將設(shè)計(jì)的圖像從掩模版轉(zhuǎn)移到晶圓表面合適的位置。

一般來講圖形化主要包括光刻和刻蝕兩大步驟,分別實(shí)現(xiàn)了從掩模版到光刻膠以及從光刻膠到晶圓表面層的兩步圖形轉(zhuǎn)移,流程一般分為十步:1.表面準(zhǔn)備,2.涂膠,3.軟烘焙,4.對準(zhǔn)和曝光,5.顯影,6.硬烘焙,7.顯影檢查,8.刻蝕,9.去除光刻膠,10.終檢查。

具體來說,在光刻前首先對于晶圓表面進(jìn)行清洗,主要采用相關(guān)的濕化學(xué)品,包括氨水等。

晶圓清洗以后用旋涂法在表面涂覆一層光刻膠并烘干以后傳送到光刻機(jī)里。在掩模版與晶圓進(jìn)行精準(zhǔn)對準(zhǔn)以后,光線透過掩模版把掩模版上的圖形投影在光刻膠上實(shí)現(xiàn)曝光,這個(gè)過程中主要采用掩模版、光刻膠、光刻膠配套以及相應(yīng)的氣體和濕化學(xué)品。

對曝光以后的光刻膠進(jìn)行顯影以及再次烘焙并檢查以后,實(shí)現(xiàn)了將圖形從掩模版到光刻膠的次圖形轉(zhuǎn)移。在光刻膠的保護(hù)下,對于晶圓進(jìn)行刻蝕以后剝離光刻膠然后進(jìn)行檢查,實(shí)現(xiàn)了將圖形從光刻膠到晶圓的第二次圖形轉(zhuǎn)移。

目前主流的刻蝕辦法是等離子體干法刻蝕,主要用到含氟和含體。

正性光刻膠的結(jié)構(gòu)

光學(xué)光刻膠通常包含以下三種成分：(1)聚合物材料(也稱為樹脂)。聚合物材料在光的輻照下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其主要作用是保證光刻膠薄膜的附著性和抗腐蝕性，同時(shí)也決定著光刻膠薄膜的其他一些特性(如光刻膠的膜厚要求、彈性要求和熱穩(wěn)定性要求等)。(2)感光材料。感光材料一般為復(fù)合性物質(zhì)(簡稱PAC或感光劑)。感光劑在受光輻照之后會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。正膠的感光劑在未曝光區(qū)域起抑制溶解的作用，可以減慢光刻膠在顯影液中的溶解速度。以正性膠為例，使用g射線和i射線光刻中的正性膠是由重氮醌(簡稱為DQ)感光劑和酚樹脂構(gòu)成。(3)溶劑(如丙二醇-，PGME)。溶劑的作用是使光刻膠在涂覆到硅片表面之前保持為液態(tài)

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光刻膠市場情況  

目前全球光刻膠市場基本被日本和美國企業(yè)所壟斷。光刻膠屬于高技術(shù)壁壘材料，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，純度要求高，需要長期的技術(shù)積累。日本的JSR、東京應(yīng)化、信越化學(xué)及富士電子四家企業(yè)占據(jù)了全球70%以上的市場份額，處于市場壟斷地位。

光刻膠市場需求逐年增加，2018年全球半導(dǎo)體光刻膠銷售額12.97億美元。隨著下游應(yīng)用功率半導(dǎo)體、傳感器、存儲器等需求擴(kuò)大，未來光刻膠市場將持續(xù)擴(kuò)大。

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光刻膠分類

光刻膠按其形成圖形的極性可以分為：正性光刻膠和負(fù)性光刻膠。正膠指的是聚合物的長鏈分子因光照而截?cái)喑啥替湻肿?；?fù)膠指的是聚合物的短鏈分子因光照而交鏈長鏈分子。 短鏈分子聚合物可以被顯影液溶解掉，因此正膠的曝光部分被去掉，而負(fù)膠的曝光部分被保留。

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