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半導體“糧草”先行,國產光刻膠走到哪一步了?

發布時間:2023/4/13 9:09:00 訪問次數:43 發布企業:深圳市華雄半導體(集團)有限公司

華雄集團董事長朱峻咸分析:一直以來,摩爾定律的進步始終驅動著半導體行業的發展,半導體光刻技術的進化也牽動著光刻膠材料不斷革新,其中光刻膠曝光波長也在不斷地縮短以滿足需要。
據華雄集團資料顯示,按曝光光源波長來分,如今的半導體光刻膠可主要分為六大品類,分別為紫外全譜光(300~450nm波長)、g線(436nm波長)、i線(365nm波長)、KrF(248nm波長)、ArF(193nm波長)、以及目前最前沿的EUV光刻膠(<13.5nm波長)。通常來講,波長越短加工分辨率越佳,能制造的芯片工藝越先進,技術難度也越高。
其中,g線、i線光刻膠分別適用于436nm、365nm的波長光源,目前已成熟應用于汽車電子、MEMS、平板等領域。
KrF光刻膠適用于248nm波長光源,主要應用于3DNAND堆疊架構中。NAND工藝已逐漸從2D轉向3D、4D堆疊架構,隨著堆疊層數的增加,光刻次數也在遞增,相應光刻膠的用量隨著光刻次數的增加而大幅增長,KrF光刻膠的使用量將顯著提升。
ArF光刻膠適用于193nm波長光源,主要用于邏輯芯片和高端存儲芯片的制造,可大致分為干式和浸沒式,ArF干式主要應用于130-65nm光刻工藝,而ArFi浸沒式主要應用于65-7nm光刻工藝。據悉,ArFi光刻膠主要用于先進制程中的多重曝光過程,其需求量為普通光刻膠的2-4倍。
EUV光刻膠則使用波長為13.5nm的紫外光,主要用于7nm或更小邏輯制程節點的關鍵制造工序中,其用到的設備EUV光刻機,目前只有荷蘭ASML能制造。目前EUV光刻膠仍處于應用早期,未來有望成長為光刻膠最核心的細分市場之一。
光刻膠(Photoresist)是一種對光敏感的混合液體,是微電子技術中微細圖形加工的關鍵材料,由光引發劑(光增感劑、光致產酸劑)、光刻膠樹脂、溶材料劑、單體(活性稀釋劑)和其他助劑組成。
從化學反應機理上看,光刻膠可分為負性和正性兩類。其中,負性光刻膠在顯影時,由于易變形和膨脹,通常情況下其分辨率只能達到2μm,更適用于低成本低價質量的芯片;而正性光刻膠分辨率對比度高,更適用于小型圖形,高端光刻膠以正性為主。按應用領域,光刻膠可分為PCB光刻膠、LCD光刻膠、半導體光刻膠。而下文將主要圍繞半導體光刻膠展開描述。
數十年里,半導體行業的迅猛發展離不開光刻工藝的進步,而光刻工藝必然也離不開光刻機、光源、光刻膠等關鍵設備和材料的跟進。
半導體光刻工藝需要經歷硅片表面脫水烘烤、旋轉涂膠、軟烘、曝光、曝光后烘烤、顯影、堅膜烘烤、顯影檢查等工序。而在光刻過程中,光刻膠則被均勻涂布在襯底,經過曝光、顯影與刻蝕等工藝,將掩膜版上的圖形轉移到襯底上,形成與掩膜版完全對應的幾何圖形。光刻膠在其中起到的作用,主要是保護底層材料不被后續工藝刻蝕和將掩膜板圖形轉移到基片上。
據了解,光刻工藝約占整個芯片制造成本的35%,耗時占整個芯片工藝的40-50%,是半導體制造中最核心的工藝。而光刻膠是光刻工藝中不可或缺的核心材料,在半導體制造環節有著重要作用,并被譽為“半導體材料皇冠上的明珠”。
作為一個勞動、資本和技術高度密集型的產業,半導體光刻膠技術的進步不僅需要科研人員堅持不懈地研發,還需要相關上下游企業共同努力。
從各大光刻膠企業的發展路線來看,隨著半導體光刻工藝技術不斷更新,以及芯片制程節點不斷縮短,高端半導體光刻膠將成為28nm、14nm及10nm以下制程的關鍵,也是企業研發的目標。
而在半導體光刻膠這條賽道上,海外企業的領先步伐也讓國內企業牟足了勁頭,不過所謂煉成一技非一日之功,國內光刻膠企業仍需不斷積累,未來任重而道遠。

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