光刻胶的分类和技术趋势

来源:网络整理    作者:互联网        发布时间:2021-01-10    

2021年1月3日,华懋科技(603306.SH)发布旗下产业基金东阳凯阳科技创新发展合伙企业(有限合伙)(以下简称“东阳凯阳”)对外投资公告称,东阳凯阳于2020年12月30日,与傅志伟、上海博康、徐州博康签署了《投资协议》及其附属文件。

华懋科技通过东阳凯阳对徐州博康进行投资,将切入半导体关键材料光刻胶领域。此次交易分为首次增资、转股权以及追加投资权三个部分。

具体来看,东阳凯阳出资3000万元人民币向徐州博康增资,增资完成后将持有徐州博康1.186%股权;东阳凯阳向标的公司实控人傅志伟提供共计人民币5.5亿元的可转股借款,,东阳凯阳获得无条件的转股权,有权(但无义务)按照协议约定的条件,向傅志伟购买其持有的徐州博康股权;东阳凯阳在行使转股权的同时,有权(但无义务)按股权转让协议约定的条件,以2.2亿元的投资款受让傅志伟持有的徐州博康股权。

徐州博康全称为徐州博康信息化学品有限公司,成立于2010年,实控人为傅志伟。公司主要从事光刻材料领域中的中高端化学品的研发、生产、销售。目前主要产品包括高端光刻单体、树脂系列产品,光刻胶系列产品、添加剂及电子级溶剂、医药中间体等,是国内领先的电子化学品高新技术企业。

光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一,特别是近年来大规模和超大规模集成电路的发展,更是大大促进了光刻胶的研究开发和应用。光刻胶已经成为半导体领域的关键材料之一。我国自主的光刻胶产业发展,也是我国芯片产业自强打破国外垄断征程上的重要一环。目的费用对净利润造成的影响)孰低的原则计算。

什么是光刻胶?

光刻胶也叫光阻或光阻剂,顾名思义,是用来挡光的,它是一种对光敏感的物质,通过特定光源(如紫外光、离子束等)照射,会发生局部溶解度的变化。光刻胶分为负性胶和正性胶,光照过后变得不可溶的是负胶,反之叫正胶,正胶相对普及一些。

鉴于光刻胶的这种特性,可以用来在纳米级的芯片上蚀刻线路图。我们可以在硅晶圆片上布置一层仅几纳米厚的金属层,然后在上面涂一层光刻胶。然后我们可以用光把掩膜板,也就是类似“底片”上的电路图,照射到光刻胶上,让需要蚀刻的部位受光,需要保留的部位不受光,这就是所谓的“光刻”工艺。

接着,用显影液把受光的区域洗掉,掩膜板上设计好的线路图就这么“复制”到硅晶圆片上了。那些暴露出来的金属层就可以继续用来加工处理,而未溶解的光刻胶则保护其他部分不受影响。

所以,要把纳米级的精细电路图“画”到硅片上,就离不开光刻工艺,更离不开光刻胶材料。光刻工艺耗费的成本占总成本的35%,和硅片本身的成本比例(38%)差不多,耗费的时间更是达到总工艺的一半,是半导体生产的最关键环节。

其中,光刻胶及其辅助材料耗费的成本占比并不高,分别是5%和7%,但其中的关键性、重要性,不能用材料价值来衡量。其技术难点在于精密度,比如在晶圆片上涂胶时,误差不能超过0.01微米(约10纳米),胶体每升含有的金属杂质必须少于0.1微克,颗粒个数更是几乎不能有。

而且光刻胶的研究需要昂贵的曝光机,光刻过程需要光刻机等设备,荷兰ASML光刻机一台高达1亿美元,1年仅能制作20几台。光刻胶的分类和技术趋势光刻胶的分类很多,按照显示效果,可分为前面提到的正性和负性光刻胶;按照化学结构分类,可分为光聚合型、光分解型、光交联型和化学放大型。

但笔者认为,比较重要的是按曝光波长分类,因为这体现了加工的分辨率,也反映出未来光刻胶的技术趋势。按照曝光波长分类,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射线光刻胶通常来说,波长越短,加工分辨率越佳,所以随着芯片制程工艺的不断进步,对光刻胶分辨率的要求也越来越高,从微米级到现在纳米级的蚀刻,甚至将来可能到原子级的蚀刻。

总体上,光刻胶的技术发展趋势是波长越来越短。因此,我们可以对光刻胶的分类做个总结。

从上图可以看出,光刻胶的三大应用场景是PCB、面板和半导体。用于PCB、显示面板的光刻胶,分辨率要求并不高,紫外全谱即可搞定。“卡脖子”的地方在半导体领域,g线、i线光刻胶用于350纳米以上的波长,属于紫外光刻胶;ArF、KrF光刻胶用于22-150纳米波长;22纳米以下要用到EUV,属于极紫外光刻胶。

以上的g线、i线、ArF、KrF等,是光刻胶不同产品类型的名称,无需对名称意义做过多深究,只需记住它们的名字,即可对照各企业的产品线,了解它们的技术水平。接下来重点讲一下半导体领域要用到的光刻胶产品类型。

(1)g线、i线光刻胶g线、i线光刻胶诞生于20世纪80年代,由近代德国科学家约瑟夫·弗劳恩霍夫命名。

当时的半导体制程还不那么先进,主流工艺在800-1200纳米之间,波长436纳米的光刻光源即够用。到了90年代,制程进步到350-500纳米,相应地要用到更短的波长,即365纳米的光源。

刚好,436纳米和365纳米分别是高压汞灯中能量最高、波长最短的两个谱线,而高压汞灯的技术已经成熟。

所以,用于500纳米以上尺寸半导体工艺的g线,以及用于350-500纳米之间工艺的i线光刻胶,被广泛应用,因为分辨率要求不高,这两种光刻胶都可用于6寸晶圆片,以及平板显示等较大面积的电子产品的制作。

因为i线光刻胶还可以用于8寸晶圆片,所以目前市场需求依然旺盛。

(2)ArF、KrF光刻胶到了90年代末,半导体制程工艺发展到350纳米以下,g线和i线光刻胶已经无法满足这样的需求,于是出现了适用于248纳米波长光源的KrF光刻胶,和193纳米波长光源的ArF光刻胶。

它们都属于深紫外光刻胶,和g线、i线有质的区别。随后的20年里,ArF光刻胶一直是半导体制程领域性能最可靠,使用最广泛的光刻光源。在21世纪以后,在浸没光刻、多重光刻等新技术的辅助下,ArF光刻系统突破了此前65nm分辨率的瓶颈,在45nm到10nm之间的半导体制程工艺中,ArF光刻技术仍然得到了最广泛的应用。

目前,境外晶圆厂主流工艺是14纳米,中国大陆晶圆代工龙头中芯国际的制程是28纳米,虽然三星和台积电已有10纳米以下工艺技术,但尚未大规模应用。

因为可以面向当前主流的制程工艺,可用于8寸和12寸晶圆片,ArF光刻胶是市场需求的主流,占比约45%。KrF则多用于8寸晶圆片。

(3)EUV也就是极紫外光刻胶,使用波长为13.5纳米的紫外光,可以用于10纳米以下的先进制程,但目前EUV光刻机只有荷兰ASML能制造。

责任编辑:互联网
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