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半导体光刻胶解析和光刻工艺详解 ！ 光刻是半导体制造微图形工艺的核心 ，光刻胶是关键材料 光刻胶是光刻工艺中最关键材料 ，国产替代需求紧迫。光刻工艺是指在光照作用下 ，借助光 刻胶将掩膜版上的图形转移到基片上的技术 ，在半导体制造领域 ，随着集成电路线宽缩小、 集成度大为提升 ，光刻工艺技术难度大幅提升 ，成为延续摩尔定律的关键技术之一。同时 ， 器件和走线的复杂度和密集度大幅度提升 ，高端制程关键层次需要两次甚至多次曝光来实现。 其中 ，光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。目前 ，日本 和美国光刻胶巨头完全主导了高端光刻胶市场。2019 年 7 月的日韩贸易摩擦中 ，日本通过 限制对韩出口光刻胶 ，引发韩国半导体产业链震荡。中美贸易摩擦大背景下 ，光刻胶也成为 深刻影响中国半导体产业链安全的关键材料。 光刻胶经过几十年不断的发展和进步 ，应用领域不断扩大 ，衍生出非常多的种类。不同用途 的光刻胶曝光光源、反应机理、制造工艺、成膜特性、加工图形线路的精度等性能要求不同 ， 导致对于材料的溶解性、耐蚀刻性、感光性能、耐热性等要求不同。因此每一类光刻胶使用 的原料在化学结构、性能上都比较特殊 ，要求使用不同品质等级的光刻胶专用化学品。1959 年光刻胶被发明以来 ，被广泛运用在加工制作广电信息产业的微细图形路线。作为光刻工艺 的关键性材料 ，其在 PCB、TFT-LCD 和半导体光刻工序中起到重要作用。 图表 1 ：ASML EUV 光刻机 3400C 光刻胶是光刻工艺的核心材料 光刻胶又称光致抗蚀剂 ，它是指由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分构成的对光敏感的 混合液体。在紫外光、电子束、离子束、X 射线等辐射的作用下 ，其感光树脂的溶解度及亲 和性由于光固化反应而发生变化 ，经适当溶剂处理 ，溶去可溶部分可获得所需图像。 光刻胶依据不同的产品标准进行分类 按照化学反应和显影的原理 ，光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。如果显影时未曝光部 分溶解于显影液 ，形成的图形与掩膜版相反 ，称为负性光刻胶 ；如果显影时曝光部分溶解于 显影液 ，形成的图形与掩膜版相同 ，称为正性光刻胶。在实际运用过程中 ，由于负性光刻胶 在显影时容易发生变形和膨胀的情况 ，一般情况下分辨率只能达到 2 微米 ，因此正性光刻胶 的应用更为广泛。生产光刻胶的原料包括光引发剂 （包括光增感剂、光致产酸剂 ）、光刻胶 树脂、单体及其他助剂等。根据 2020 年前瞻产业研究院报告 《2020-2025 年中国光刻胶行 业市场前瞻与投资规划分析报告》数据显示 ，树脂占光刻胶总成本的 50% ，在光刻胶各成分 的中占比最大 ，其次是占 35%的单体和占 15%的光引发剂及其他助体。 光刻胶主要技术参数决定了图形工艺的精密程度和良率光刻胶作为光刻曝光的核心材料 ，其 分辨率是光刻胶实现器件的关键尺寸 （如器件线宽 ）的衡量值 ，光刻胶分辨率越高形成的图 形关键尺寸越小。对比度是指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度 ，对比度越高 ，形成图 形的侧壁越陡峭 ，图形完成度更好。敏感度决定了光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波 长光的最小能量值。抗蚀性决定了光刻胶作为覆盖物在后续刻蚀或离子注入工艺中 ，不被刻 蚀或抗击离子轰击 ，从而保护被覆盖的衬底。 根据感光树脂的化学结构来分类 ，光刻胶可以分为光聚合型、光分解型和光交联型三种类别。 光聚合型 ，可形成正性光刻胶 ，是通过采用了烯类单体 ，在光作用下生成自由基从而进一步 引发单体聚合 ，最后生成聚合物的过程 ；光分解型光刻胶可以制成正性胶 ，通过采用含有叠 氮醌类化合物的材料在经过光照后,发生光分解反应的过程。光交联型 ，即采用聚乙烯醇月桂 酸酯等作为光敏材料 ，在光的作用下 ，其分子中的双键被打开 ，并使链与链之间发生交联 ， 形成一种不溶性的网状结构 ，从而起到抗蚀作用 ，是一种典型的负性光刻胶。按照应用领域 的不同 ，光刻胶又可以分为印刷电路板 （PCB ）用光刻胶、液晶显示(LCD ）用光刻胶、半导 体用光刻胶和其他用途光刻胶。PCB 光刻胶技术壁垒相对其他两类较低 ，而半导体光刻胶代 表着光刻胶技术最先进水平。 曝光波长是半导体光刻胶最常见的分类依据 依照曝光波长分类 ，光刻胶可分为紫外光刻胶 （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 线光刻胶等。光刻胶在不同曝光波长的情况下 ，适用的光刻极限分辨率也不尽相同 ，在加工 方法一致时 ，波长越小加工分辨率更佳。因此 ，不同波长光源的光刻