光刻胶知多少?

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2022-07-29      环球过滤分离技术网   guolvfenlitech6

光刻胶与集成电路制造的演进

      在摩尔定律的引领下，光刻工艺的不断进步使得集成电路尺寸越来越小，集成度和性能不断提高，单个晶体管的平均价格越来越低。光刻机经历了接触/接近、等倍投影、缩小步进投影、步进扫描投影等曝光方式的变革。光刻胶曝光光源的波长也由紫外宽谱，436nm（g线）一直发展到13.5nm(EUV)。制程节点从早年的数微米，一直到目前的小于7纳米制程。所使用硅片尺寸也从4英寸发展到12英寸。

      不同时期，最先进的光刻工艺所制造的芯片，分别应用在显像管电视机、家用游戏机、台式电脑、笔记本电脑、智能手机、5G/AI产品上。光刻技术的进步不断改变并丰富着人们的日常生活。

光刻胶制造与质量管控

     光刻胶的制造过程是将原材料充分混合、搅拌形成均相液体，经过多次精密过滤，并通过中间过程控制和检验，使其达到相应的工艺技术和质量要求，在最终产品检验合格后，进行灌装、包装。目前，最先端制程上所使用的ArF、EUV光刻胶，用于制作20nm级别线宽的电子线路，其对光刻胶内的颗粒及金属不纯物有着极高的要求。为了最大限度避免不纯物混入，光刻胶的容器清洗、混合搅拌、过滤、填充等制造工序都在无尘室内，以自动化形式进行。      集成电路制造不仅对光刻胶的涂布均匀性、粘附性、耐热性、耐蚀刻性、膜厚和感度等各特性有质量要求，同时对光刻胶不同生产批次间长期的稳定性和一致性有极高的要求。光刻胶生产过程中通过各步骤的分步控制，易于进行工艺上的调整，以保证在客户使用时不需调整各型设备的工艺参数仍能保证工艺的稳定性。因此，光刻胶生产商不仅仅要配置齐全最新的检验设备，还需要建立一套严格的生产过程执行系统和品质管理体系，以保证产品的质量稳定。

光刻胶细分种类应用介绍

(2020年代)

       随着光刻技术的发展，不同时代最先进的光刻胶种类从g线、i线、KrF、ArF一直演进到EUV光刻胶。2020年代，光刻胶整体市场呈现结构性增长，不同种类的光刻胶的主要应用范围也各不相同。

1）  i线光刻胶－使用量伴随功率器件同步增长

      1980年代末登场的i线光刻胶，将当时的先进制程从0.6um推进到了0.35um，到目前依然广泛应用于8寸、12寸客户。尽管在目前最先进的7nm及以下制程已经不再使用i线光刻胶，但是其依旧活跃在功率器件、化合物半导体的制造上。


  功率及宽禁带半导体不追求线宽的细微化，光刻胶选取上更为重视粘附性、耐热性、耐刻蚀性及成本。同时，随着新时代5G、智能电网、新能源汽车及充电桩、轨道交通、工业互联网等各类新基础设施的蓬勃发展，功率半导体市场将继续显著的扩大，i线光刻胶的市场也将伴随其同步增长。


2） KrF光刻胶－使用量在3D NAND领域大幅提升

      1990年代中期，KrF光刻胶的商业化，将当时的先进制程从0.35um推进到了0.25um。目前，KrF光刻胶广泛应用于0.25um及以下各制程。同时，在NAND闪存从2D平面结构转为3D堆叠构架的过程中，厚膜KrF光刻胶大量使用于3D NAND堆叠架构的制作上。

      随着5G、云计算、人工智能时代的来临，对大数据存储的急剧需求，使得3D NAND堆叠层数迅速增加，KrF光刻胶的使用量也将大幅提升。




3） ArF光刻胶－先进制程中多次光刻工艺大量使用

      自20世纪开始的20年来，ArF光刻胶一直是半导体先进制程领域性能最可靠、使用最广泛的光刻胶。EUV光刻系统商用化延迟的10年里，在浸润式光刻系统、负显影工艺、多重光刻工艺等新技术、新工艺的辅助下，ArF光刻系统不断突破瓶颈，将先进制程从45nm一直推进到了7nm工艺。目前，ArF光刻胶主要用于先进制程的多重光刻工艺，其用量也随着市场对先进工艺产品的需求不断增长。

4） EUV光刻胶－先进制程中多次光刻工艺大量使用

      EUV光刻技术的研发始于20世纪80年代，第一台EUV光刻机原型机ADT和预量产型号NXE:3100分别在2006年和2010年投入研发使用。2019年，台积电和三星的7nm EUV制程开始量产，标准着集成电路制造正式迈入了EUV时代。

      目前，EUV光刻胶用于最先进逻辑芯片(CPU, GPU)和存储芯片(DRAM)的制造,并将先进制程迅速从7nm，不断演进到5nm与3nm。随着先进制程EUV光刻道次的增加(从最初7nm+上使用的3道，逐渐增加到5nm的14道和3nm的22道。)，EUV光刻胶的使用量将大幅增加。

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