此外,光刻膠也可以用于液晶平板顯示等較大面積電子產品的制作。90年代后半期,遵從摩爾定律的指引,半導體制程工藝尺寸開始縮小到0.35um(350nm)以下,因而開始要求更高分辨率的光刻技術。深紫外光由于波長更短,衍射作用小,所以可以用于更高分辨率的光刻光源。隨著 KrF、ArF等稀有氣體鹵化物準分子激發(fā)態(tài)激光光源研究的發(fā)展,248nm(KrF)、193nnm(ArF)的光刻光源技術開始成熟并投入實際使用。然而,由于 DQN 體系光刻膠對深紫外光波段的強烈吸收效應,KrF和ArF作為光刻氣體產生的射光無法穿透DQN光刻膠,這意味著光刻分辨率會受到嚴重影響。因此深紫外光刻膠采取了與i-line和g-line光刻膠完全不同的技術體系,這種技術體系被稱為化學放大光阻體系(Chemically Amplified Resist, CAR)。光刻膠的組成部分包括:光引發(fā)劑(包括光增感劑、光致產酸劑)、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑。浦東顯示面板光刻膠其他助劑
雖然在2007年之后,一些波長更短的準分子光刻光源技術陸續(xù)出現(xiàn),但是這些波段的輻射都很容易被光刻鏡頭等光學材料吸收,使這些材料受熱產生膨脹而無法正常工作。少數(shù)可以和這些波段的輻射正常工作的光學材料,比如氟化鈣(螢石)等,成本長期居高不下。再加上浸沒光刻和多重曝光等新技術的出現(xiàn),193nm波長ArF光刻系統(tǒng)突破了此前 65nm 分辨率的瓶頸,所以在45nm 到10nm之間的半導體制程工藝中,ArF光刻技術仍然得到了很大的應用。在與浸沒光刻相對的干法光刻中,光刻透鏡與光刻膠之間是空氣。光刻膠直接吸收光源發(fā)出的紫外輻射并發(fā)生光化學反應。在浸沒光刻中,光刻鏡頭與光刻膠之間是特定液體。這些液體可以是純水也可以是別的化合物液體。光刻光源發(fā)出的輻射經過這些液體的時候發(fā)生了折射,波長變短。這樣,在不改變光源的前提條件下,更短波長的紫外光被投影光刻膠上,提高了光刻加工的分辨率。昆山顯示面板光刻膠顯示面板材料氧化物型光刻膠:這種類型的光刻膠由氧化硅或其他窄帶隙材料制成。在制造高質量微電子設備時非常有用。
歷史上光刻機所使用的光源波長呈現(xiàn)出與集成電路關鍵尺寸同步縮小的趨勢。不同波長的光刻光源要求截然不同的光刻設備和光刻膠材料。在20世紀80年代,半導體制成的主流工藝尺寸在1.2um(1200nm)至 0.8um(800nm)之間。那時候波長436nm的光刻光源被大量使用。在90年代前半期,隨著半導體制程工藝尺寸朝 0.5um(500nm)和0.35um(350nm)演進,光刻開始采用365nm波長光源。436nm和365nm光源分別是高壓汞燈中能量比較高,波長**短的兩個譜線。高壓汞燈技術成熟,因此很早被用來當作光刻光源。使用波長短,能量高的光源進行光刻工藝更容易激發(fā)光化學反應、提高光刻分別率。以研究光譜而聞名的近代德國科學家約瑟夫·弗勞恩霍夫將這兩種波長的光譜分別命名為G線和I線。這也是 g-line光刻和 i-line光刻技術命名的由來。
光刻膠按應用領域分類,可分為 PCB 光刻膠、顯示面板光刻膠、半導體光刻膠及其他光刻膠。全球市場上不同種類光刻膠的市場結構較為均衡。智研咨詢的數(shù)據(jù)還顯示,受益于半導體、顯示面板、PCB產業(yè)東移的趨勢,自 2011年至今,光刻膠中國本土供應規(guī)模年華增長率達到11%,高于全球平均 5%的增速。2019年中國光刻膠市場本土企業(yè)銷售規(guī)模約70億元,全球占比約 10%,發(fā)展空間巨大。目前,中國本土光刻膠以PCB用光刻膠為主,平板顯示、半導體用光刻膠供應量占比極低。有機-無機雜化光刻膠結合了有機和無機材料的優(yōu)點,在可加工性、抗蝕刻性、極紫外光吸收具有優(yōu)勢。
半導體光刻膠市場中除了美國杜邦,其余四家均為日本企業(yè)。其中JSR、TOK的產品可以覆蓋所有半導體光刻膠品種,尤其在EUV市場高度壟斷。近年來,隨著光刻膠的需求攀升,疊加日本減產,光刻膠出現(xiàn)供不應求的局面,部分中小晶圓廠甚至出現(xiàn)了“斷供”現(xiàn)象。目前大陸企業(yè)在g/i線光刻膠已形成一定規(guī)模的銷售,光刻膠方面,彤程新材的KrF光刻膠產品已批量供應國內主要12英寸、8英寸晶圓廠,晶瑞電材KrF光刻膠加緊建設中,另有多家企業(yè)ArF光刻膠研發(fā)順利進行,其中南大光電ArF產品已通過下游客戶驗證,有望在未來形成銷售。光刻膠保質期通常在6個月以內,無法囤貨,一旦斷供可能會引起停產的嚴重局面,由此國產化重要性更加凸顯。光刻膠行業(yè)長年被日本和美國專業(yè)公司壟斷。昆山ArF光刻膠印刷電路板
光刻膠下游為印刷電路板、顯示面板和電子芯片,廣泛應用于消費電子、航空航天等領域。浦東顯示面板光刻膠其他助劑
伴隨全球半導體產業(yè)東移,加上我國持續(xù)增長的下游需求和政策支持力度。同時,國內晶圓廠進入投產高峰期,由于半導體光刻膠與下游晶圓廠具有伴生性特點,國內光刻膠廠商將直接受益于晶圓廠制造產能的大幅擴張。當前我國光刻膠與全球先進水平有近40年的差距,半導體國產化的大趨勢下,國內企業(yè)有望逐步突破與國內集成電路制造工藝相匹配的光刻膠,所以必須要對光刻膠足夠的重視,不斷向日本和歐美等發(fā)達國家學習,努力開發(fā)出性能優(yōu)異的國產光刻膠,使我國在未來的市場中占據(jù)一席之地。浦東顯示面板光刻膠其他助劑
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