半导体光刻胶基础知识讲解

在光刻胶领域，日本是全球的领先厂商，尤其是在EUV光刻胶方面，他们的市场占比更是高达90%，然而他们似乎并没有放慢脚步。据《日经新闻》日前报导，富士胶片控股公司和住友化学将最早在2021年开始提供用于下一代芯片制造的材料，这将有助于智能手机和其他设备向更小、更节能等趋势发展。报道进一步指出，富士胶片正投资45亿日元（4，260万美元），在东京西南部的静冈县生产工厂配备设备，最早将于明年开始批量生产。该公司表示，使用该产品，残留物更少，从而减少了有缺陷的芯片。同时，住友化学将在2022财年之前为大阪的一家工厂提供从开发到生产的全方位光刻胶生产能力。由于其强大的市场，该公司已经达成了向大型制造商提供产品的临时协议。

信越化学在台湾设厂，为了服务台积电？

日经新闻最新报导指出，日本信越化学工业公司将耗资约300亿日圆（2.85亿美元），将半导体厂重要材料光刻胶的产能调高20%，而且将首度在台湾生产，借此为先进芯片的生产扩大供应。信越化学将在日本与台湾投资生产光刻胶的新设备。这种材料用于在矽晶圆上形成电路图案。随着半导体材料领域的竞争加剧、加上用于5G装置、资料中心与其它应用的芯片需求成长，让信越化学这家日本具领导地位的光刻胶大厂提高产能。日经报导指出，信越化学在台湾的云林厂将从2021年2月左右率先新增产能。届时，信越化学将开始在台湾生产这种用于适合用于先进极紫外光（EUV）光刻技术的光刻胶。以往这种材料只在日本生产。信越化学希望此举能满足台积电等客户攀高的需求。在日本，信越化学位于新泻县直江津的工厂的新设备预定在2022年2月开始运作。在台湾的产能将提高50％，直江津工厂将提高20％，同时也会扩编员工人数。信越化学也将为南韩、中国大陆与其他市场的客户提高产量。其他日本光刻胶大厂，包括JSR与东京应化工业公司，也同时在日本与海外生产EUV光刻胶，而住友化学和富士胶片（Fujifilm）则准备进入这一领域。

延伸阅读：什么是光刻胶

光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一，是由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成份组成的、对光敏感的混合液体。利用光化学反应，经曝光、显影、刻蚀等工艺将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上的图形转移介质，其中曝光是通过紫外光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射，从而使光刻胶的溶解度发生变化。

按照应用领域分类，光刻胶主要包括印制电路板（PCB）光刻胶专用化学品（光引发剂和树脂）、液晶显示器（LCD）光刻胶光引发剂、半导体光刻胶光引发剂和其他用途光刻胶四大类。本文主要讨论半导体光刻胶。

光刻胶自1959年被发明以来一直是半导体核心材料，随后被改进运用到PCB板的制造，并于20世纪90年代运用到平板显示的加工制造。最终应用领域包括消费电子、家用电器、汽车通讯等。

光刻工艺约占整个芯片制造成本的35%，耗时占整个芯片工艺的40%~60%，是半导体制造中最核心的工艺。

以半导体光刻胶为例，在光刻工艺中，光刻胶被均匀涂布在衬底上，经过曝光（改变光刻胶溶解度）、显影（利用显影液溶解改性后光刻胶的可溶部分）与刻蚀等工艺，将掩膜版上的图形转移到衬底上，形成与掩膜版完全对应的几何图形。

光刻技术随着IC集成度的提升而不断发展。为了满足集成电路对密度和集成度水平的更高要求，半导体用光刻胶通过不断缩短曝光波长以提高极限分辨率，世界芯片工艺水平目前已跨入微纳米级别，光刻胶的波长由紫外宽谱逐步至g线（436nm）、i线（365nm）、KrF（248nm）、 ArF（193nm）、F2（157nm），以及最先进的EUV（<13.5nm）线水平。

目前，半导体市场上主要使用的光刻胶包括 g 线、i 线、KrF、ArF四类光刻胶，其中，g线和i线光刻胶是市场上使用量最大的。KrF和ArF光刻胶核心技术基本被日本和美国企业所垄断。

光刻胶不仅具有纯度要求高、工艺复杂等特征，还需要相应光刻机与之配对调试。一般情况下，一个芯片在制造过程中需要进行10~50道光刻过程，由于基板不同、分辨率要求不同、蚀刻方式不同等，不同的光刻过程对光刻胶的具体要求也不一样，即使类似的光刻过程，不同的厂商也会有不同的要求。

针对不同应用需求，光刻胶的品种非常多，这些差异主要通过调整光刻胶的配方来实现。因此，通过调整光刻胶的配方，满足差异化的应用需求，是光刻胶制造商最核心的技术。

此外，由于光刻加工分辨率直接关系到芯片特征尺寸大小，而光刻胶的性能关系到光刻分辨率的大小。限制光刻分辨率的是光的干涉和衍射效应。光刻分辨率与曝光波长、数值孔径和工艺系数相关。

光刻胶的曝光波长由宽谱紫外向g线→i线→KrF→ArF→EUV（13.5nm）的方向移动。随着曝光波长的缩短，光刻胶所能达到的极限分辨率不断提高，光刻得到的线路图案精密度更佳，而对应的光刻胶的价格也更高。

光刻光路的设计，有利于进一步提升数值孔径，随着技术的发展，数值孔径由0.35发展到大于1。相关技术的发展也对光刻胶及其配套产品的性能要求变得愈发严格。

工艺系数从0.8变到0.4，其数值与光刻胶的产品质量有关。结合双掩膜和双刻蚀等技术，现有光刻技术使得我们能够用193nm的激光完成10nm工艺的光刻。为了实现7nm、5nm制程，传统光刻技术遇到瓶颈，EUV（13.5nm）光刻技术呼之欲出，台积电、三星也在相关领域进行布局。EUV光刻光路基于反射设计，不同于上一代的折射，其所需光刻胶主要以无机光刻胶为主，如金属氧化物光刻胶。
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