Uitgebreid begrip van fotoresistentie

Uitgebreid begrip van fotoresist

Fotoresist, ook wel fotoresist genoemd, is een gemengde vloeistof die gevoelig is voor licht.De componenten omvatten: foto-initiator (inclusief fotosensitizer, fotozuurgenerator), fotoresisthars, monomeer, oplosmiddel en andere additieven.Fotoresist kan het vereiste fijne patroon van het masker (masker) overbrengen naar het te verwerken substraat door middel van fotochemische reacties, belichting, ontwikkeling en andere fotolithografische processen.Afhankelijk van het gebruiksscenario kan het hier te verwerken substraat een materiaal voor geïntegreerde schakelingen, een materiaal voor weergavepanelen of een printplaat zijn.

Volgens statistieken van Zhiyan Consulting, een externe organisatie, zal de wereldwijde omvang van de fotoresistmarkt in 2019 naar verwachting bijna 9 miljard dollar bedragen, met een CAGR van ongeveer 5,4% van 2010 tot september 2020.Er wordt verwacht dat de mondiale fotoresistmarkt in 2022 de 10 miljard dollar zal overschrijden.Fotoresists kunnen worden geclassificeerd in PCB-fotoresists, fotoresists voor weergavepanelen, halfgeleiderfotoresists en andere fotoresists op basis van hun toepassingsgebied.De marktstructuur van verschillende soorten fotoresists op de wereldmarkt is relatief evenwichtig, en het specifieke aandeel kan worden weergegeven in de onderstaande figuur.

Mondiale marktstructuur voor fotoresist Uit gegevens van Zhiyan Consulting blijkt ook dat het profiteren van de trend van de halfgeleider-, displaypaneel- en PCB-industrieën die zich naar het oosten verplaatsen,Het jaarlijkse groeipercentage van China's lokale aanbod van fotoresist bedroeg tussen 2011 en 2020 11%, hoger dan het mondiale gemiddelde groeipercentage van 5%.Momenteel wordt de lokale fotoresist uit China voornamelijk gebruikt voor PCB's, terwijl het aanbod van fotoresist voor platte beeldschermen en halfgeleiders slechts een zeer laag aandeel heeft.De productiestructuur van de lokale fotoresistbedrijven in China kan in de figuur worden weergegeven.

Productiestructuur van de lokale fotoresistbedrijven in China

Fotoresist-classificatie In de industrie van platte beeldschermenDe belangrijkste gebruikte fotoresists zijn kleur- en zwarte fotoresists, fotoresists voor LCD-aanraakschermen, TFT-LCD positieve fotoresists, enz. Bij het fotolithografie- en etsproductieproces worden fotoresists op het oppervlak van de kristalfilm aangebracht en het patroon op het masker (masker) wordt via belichtings-, ontwikkelings- en etsprocessen op de film overgebracht om een ​​geometrisch patroon te vormen dat overeenkomt met het masker.

In de PCB-industrie de belangrijksteDe gebruikte fotoresisten zijn droge-film-fotoresist, natte-film-fotoresist, lichtgevoelige soldeerresist-inkt, enz. Droge film is een speciale film die aan de behandelde met koper beklede plaat wordt bevestigd voor belichting en ontwikkeling;natte film en soldeerbestendige inkt voor foto-imaging worden op de met koper beklede plaat aangebracht en na droging belicht en ontwikkeld.Droge film en natte film hebben elk hun eigen voordelen.Over het algemeen heeft natte-film-fotoresist een hogere resolutie dan droge-film en een lagere prijs, en vervangt het sommige markten van droge-film-fotoresist.

De vervaardiging van kleurenfilterfilm voor LCD-schermen is afhankelijk van kleurenfotoresist.In de halfgeleiderindustrie voor de productie van geïntegreerde schakelingenHoofdzakelijk worden g-line fotoresist, i-line fotoresist, KrF fotoresist, ArF fotoresist, enz. gebruikt.Bij het productieproces van grootschalige geïntegreerde schakelingen worden siliciumwafels doorgaans onderworpen aan meer dan tien keer fotolithografie.Bij elk fotolithografie- en etsproces moet de fotoresist voorbakken, coaten, voorbakken, uitlijnen, belichten, nabakken, ontwikkelen en etsen ondergaan om het patroon op het masker (masker) over te brengen naar de siliciumwafel.Lichtgevoelige soldeermaskerinkt wordt gebruikt voor PCB's. Fotoresist is een belangrijk materiaal voor de productie van geïntegreerde schakelingen.De kwaliteit en prestaties van fotoresist zijn sleutelfactoren die de prestaties, opbrengst en betrouwbaarheid van geïntegreerde schakelingen beïnvloeden.De kosten van het fotolithografieproces bedragen ongeveer 35% van het gehele chipproductieproces, en de tijd die nodig is voor ongeveer 40% -50% van het gehele chipproces.Fotoresistmaterialen zijn goed voor ongeveer 4% van de totale kosten van IC-productiematerialen, en de markt is enorm.Daarom is fotoresist het kernmateriaal voor de productie van geïntegreerde halfgeleidercircuits.

Schematisch diagram van positieve fotoresistontwikkelingVolgens het weergave-effectkunnen fotoresisten worden onderverdeeld in positieve fotoresisten en negatieve fotoresisten.Het patroon dat tijdens de ontwikkeling door negatieve fotoresist wordt gevormd, is tegengesteld aan het masker (masker);het patroon gevormd door positieve fotoresist is hetzelfde als het masker.Het productieproces van de twee is in principe hetzelfde en het verschil zit hem in de belangrijkste grondstoffen.

Schematisch diagram van de ontwikkeling van negatieve fotoresistVolgens de chemische structuurFotoresisten kunnen worden onderverdeeld in het fotopolymerisatietype, het fotodecompositietype, het fotocrosslinkingstype en het chemische amplificatietype.Fotoresists van het fotopolymerisatietype gebruiken olefinemonomeren om vrije radicalen te genereren onder invloed van licht, de monomeerpolymerisatie verder te initiëren en uiteindelijk polymeren te genereren.

Schematisch diagram van fotopolymerisatiereactie.Fotodecomposeerbare fotoresist maakt gebruik van materialen die diazochinonverbindingen (DQN) bevatten als fotosensibilisatoren.Na blootstelling aan licht vindt een foto-ontledingsreactie plaats en kan er positieve fotoresist van worden gemaakt.Fotocrosslinkende fotoresist maakt gebruik van polyvinyllauraat en andere lichtgevoelige materialen.Onder invloed van licht vormt het een onoplosbare netwerkstructuur, die een anticorrosieve rol speelt en kan worden omgezet in negatieve fotoresist.

Schematisch diagram van foto-ontledingsreactie Nadat de lithografietechnologie met geïntegreerde halfgeleidercircuits gebruik begon te maken van diep-ultraviolette (DUV) lichtbronnen, werd chemische amplificatietechnologie (CAR) geleidelijk de mainstream van industriële toepassingen.Bij chemische amplificatie-fotoresisttechnologie is de hars polyethyleen dat wordt beschermd door chemische groepen en daarom moeilijk oplosbaar is.Fotoresist voor chemische amplificatie maakt gebruik van een fotozuurgenerator (PAG) als foto-initiator.

Schematisch diagram van fotocrosslinkingsreactie Wanneer de fotoresist wordt belicht, zal de fotozuurgenerator (PAG) in het blootgestelde gebied een zuur produceren.Dit zuur werkt als katalysator tijdens het bakproces na het verwarmen om de beschermende groep van de hars te verwijderen, waardoor de hars gemakkelijk oplost.De belichtingssnelheid van fotoresist met chemische versterking is 10 keer die van DQN-fotoresist, en het heeft een goede optische gevoeligheid voor diep-ultraviolette lichtbronnen en heeft de voordelen van een hoog contrast en een hoge resolutie.

Schematisch diagram van chemische amplificatielichtreactieVolgens de blootstellingsgolflengte,fotoresist kan worden onderverdeeld in ultraviolette fotoresist (300~450nm), diepe ultraviolette fotoresist (160~280nm), extreme ultraviolette fotoresist (EUV, 13,5nm), elektronenbundelfotoresist, ionenbundelfotoresist, röntgenfotoresist, enz. Fotoresists met verschillende belichtingsgolflengten zijn toepasbaar op verschillende fotolithografielimietresoluties. Over het algemeen geldt dat wanneer dezelfde procesmethode wordt gebruikt, hoe korter de golflengte, hoe beter de verwerkingsresolutie.

Samenvatting van de fotoresistclassificatieFotoresist is de 'brandstof' voor de vooruitgang in de halfgeleiderprocestechnologie.Als op het gebied van de productie van geïntegreerde schakelingen de fotolithografiemachine de "motor" is die de vooruitgang van de procestechnologie bevordert, is fotoresist de "brandstof" van deze "motor".De onderstaande figuur laat zien hoe fotoresist werkt in het productieproces van een NMOS-transistor.NMOS-transistors zijn een van de meest gebruikte geïntegreerde schakelingen in de halfgeleiderprocestechnologie.

Een fabricageproces van een geïntegreerde NMOS-transistor-schakelingstructuur In zo'n typisch voorbeeld vertegenwoordigt het groene gedeelte in stap 1 het rode gedeelte van het polysiliciummateriaal bedekt met een laag fotoresist.In het fotolithografische belichtingsproces van stap 2 wordt de fotoresist buiten het afschermingsbereik van het zwarte masker bestraald door de fotolithografische lichtbron en worden de chemische eigenschappen veranderd, wat zich in stap 3 manifesteert als donkergroen. In stap 4, na ontwikkeling, alleen het fotoresistmateriaal blijft boven het polysiliciummateriaal, weergegeven door rood, waar het voorheen door het masker werd afgeschermd.Als resultaat wordt het patroon op het masker (masker) overgebracht naar het polysiliciummateriaal, waardoor het "fotolithografie" -proces wordt voltooid.In de daaropvolgende stappen 5 tot en met 7, op basis van het fotoresistpatroon dat door het "fotolithografie"-proces op het polysiliciummateriaal is achtergelaten, voltooien de processen "polysiliciumlaagetsen", "fotoresistreiniging" en "N+ ionenimplantatie" gezamenlijk de constructie van een NMOS transistor.Het fotolakcoatingproces in stap 1 van de bovenstaande figuur is ook een belangrijk halfgeleiderproces.Het doel ervan is om een ​​dunne, uniforme en defectvrije fotoresistfilm op het oppervlak van de wafer aan te brengen.Over het algemeen varieert de dikte van de fotoresistfilm van 0,5 µm tot 1,5 µm, en de diktefout moet binnen plus of min 0,01 µm liggen.De belangrijkste methode voor het coaten van halfgeleiderfotoresist is de spincoatingmethode, die specifiek kan worden onderverdeeld in statische spinmethode en dynamische spuitmethode.

Schematisch diagram van het statische spincoatingprocesStatische spinmethode:Eerst wordt de fotoresist via de lijmafgiftekop in het midden van de siliciumwafel afgezet, vervolgens wordt de fotoresist verspreid door rotatie op lage snelheid en vervolgens wordt de overtollige fotoresist afgeschud door rotatie op hoge snelheid.Tijdens het snelle rotatieproces zal een deel van het oplosmiddel in de fotoresist verdampen.Dit proces kan worden weergegeven in de onderstaande figuur.

Schematisch diagram van gekwalificeerd en ongekwalificeerd statisch coatingproces De hoeveelheid ophoping van fotoresist bij de statische coatingmethode is zeer kritisch.Als de hoeveelheid te klein is, zal de fotoresist de siliciumwafel niet volledig kunnen bedekken.Als de hoeveelheid te groot is, zal de fotoresist zich ophopen aan de rand van de siliciumwafel of zelfs naar de achterkant van de siliciumwafel stromen, waardoor de proceskwaliteit wordt aangetast.Dynamische spuitmethode:Naarmate de omvang van siliciumwafels steeds groter wordt, kan statische coating niet langer voldoen aan de nieuwste vereisten voor de verwerking van siliciumwafels.Vergeleken met de statische spinmethode begint de dynamische spuitmethode met een lage snelheid te roteren op het moment dat de fotoresist op de siliciumwafel wordt gegoten om de fotoresist in eerste instantie te helpen diffunderen.

Schematisch diagram van het dynamische spuitcoatingproces.Bij deze methode kan een kleinere hoeveelheid fotoresist worden gebruikt om een ​​meer uniforme fotoresistspreiding te vormen, en uiteindelijk een fotoresistfilm vormen die voldoet aan de vereisten voor dikte en uniformiteit door rotatie met hoge snelheid.

Met de verbetering van de IC-integratie is het procestechnologieniveau van geïntegreerde schakelingen in de wereld het nanometerstadium ingegaan, van micronniveau, submicronniveau en diep submicronniveau.De trend van voortdurende vermindering van de lijnbreedte van geïntegreerde schakelingen heeft nieuwe uitdagingen met zich meegebracht voor de halfgeleiderprocestechnologie, waaronder lithografie.In het lithografieproces van het halfgeleiderproces kan de karakteristieke grootte van de lijnbreedte van geïntegreerde schakelingen worden bepaald door de Rayleigh-formule, zoals rechts weergegeven: CD= k1*λ/NA

De betekenis van elke parameter in de Rayleigh-formule CD (Critical Dimension) vertegenwoordigt de karakteristieke grootte in het geïntegreerde circuitproces;k1 is de Rayleigh-constante, die een correlatiecoëfficiënt is tussen proces en materiaal in het lithografiesysteem;λ is de belichtingsgolflengte, en NA (Numerical Aperture) vertegenwoordigt de diafragmawaarde van de lithografiemachine.Daarom moet de lithografiemachine de Rayleigh-constante en de belichtingsgolflengte verkleinen en de openingsgrootte vergroten om geïntegreerde schakelingen met kleinere karakteristieke afmetingen te vervaardigen.Onder hen is het verminderen van de belichtingsgolflengte sterk gerelateerd aan de lichtbron en het fotoresistmateriaal dat door de lithografiemachine wordt gebruikt.Historisch gezien heeft de golflengte van de lichtbron die door de lithografiemachine wordt gebruikt een trend laten zien van synchroon krimpen met de kritische omvang van de geïntegreerde schakeling.Lithografische lichtbronnen met verschillende golflengten vereisen totaal verschillende lithografische apparatuur en fotoresistmaterialen.In de jaren tachtig lag de mainstream procesgrootte van de productie van halfgeleiders tussen 1,2 µm (1200 nm) en 0,8 µm (800 nm).In die tijd werden lithografische lichtbronnen met een golflengte van 436 nm veel gebruikt.In de eerste helft van de jaren negentig, toen de procesgrootte van de productie van halfgeleiders evolueerde naar 0,5um (500 nm) en 0,35um (350 nm), begon de lithografie lichtbronnen met een golflengte van 365 nm te gebruiken.De lichtbronnen van 436 nm en 365 nm zijn de twee spectraallijnen met de hoogste energie en de kortste golflengte in hogedrukkwiklampen.De hogedrukkwiklamptechnologie is volwassen en werd daarom voor het eerst gebruikt als lithografische lichtbron.Het gebruik van een hoogenergetische lichtbron met korte golflengte voor lithografie is gemakkelijker om fotochemische reacties te stimuleren en de resolutie van de lithografie te verbeteren.Joseph Fraunhofer, een moderne Duitse wetenschapper die bekend staat om zijn onderzoek naar spectra, noemde deze twee golflengtespectra respectievelijk G-lijn en I-lijn.Dit is ook de oorsprong van de namen g-line lithografie en i-line lithografie.Zowel g-line- als i-line-fotoresisten gebruiken lineaire fenolcomponenten als de belangrijkste hars en diazonaftochinoncomponenten (DQN-systeem) als fotosensibilisatoren.De niet-blootgestelde DQN-componenten werken als remmers, die de oplossnelheid van fotoresist in de ontwikkelaar tien keer of meer kunnen verminderen.Na blootstelling wordt de diazonaftochinon (DQN) -groep omgezet in enon, en bij contact met water wordt het verder omgezet in indoolhydroxyzuur, dat kan worden verwijderd wanneer het blootgestelde gebied wordt ontwikkeld met verdund alkalisch water.Als gevolg hiervan zal de belichte fotoresist in de ontwikkelaar oplossen en worden verwijderd, terwijl het niet-belichte fotoresistgedeelte behouden blijft.Hoewel de componenten die worden gebruikt in g-line fotoresists en i-line fotoresists vergelijkbaar zijn, hebben hun harsen en fotosensibilisatoren veranderingen in de microstructuur, wat resulteert in verschillende resoluties.G-line fotoresist is geschikt voor geïntegreerde schakelingen met een grootte van 0,5um (500 nm) of meer, terwijl i-line fotoresist wordt gebruikt voor geïntegreerde schakelingen met een grootte van 0,35um (350 nm) tot 0,5um (500 nm).Bovendien kunnen beide fotoresists worden gebruikt bij de productie van grotere elektronische producten zoals LCD-flatpaneldisplays.

In de tweede helft van de jaren negentig begon, onder leiding van de wet van Moore, de omvang van de halfgeleiderprocestechnologie te krimpen tot onder 0,35um (350 nm)., waardoor lithografietechnologie met een hogere resolutie vereist is.Diep ultraviolet licht kan worden gebruikt als lithografische lichtbron met een hogere resolutie vanwege de kortere golflengte en het kleinere diffractie-effect.Met de ontwikkeling van onderzoek naar laserlichtbronnen met zeldzame gashalide-excimeer-geëxciteerde toestand, zoals KrF en ArF, zijn 248 nm (KrF) en 193 nm (ArF) lithografische lichtbrontechnologieën volwassen geworden en in de praktijk gebruikt.Vanwege het sterke absorptie-effect van de fotoresist van het DQN-systeem op de diepe ultraviolette lichtband, kan het licht dat door KrF en ArF als lithografiegassen wordt gegenereerd, echter niet door de DQN-fotoresist dringen, wat betekent dat de resolutie van de lithografie ernstig zal worden beïnvloed.Daarom gebruikt diep-ultraviolette fotoresist een compleet ander technisch systeem dan i-line- en g-line-fotoresists.Dit technische systeem heet Chemically Amplified Resist (CAR).In het CAR-technologiesysteem verandert de foto-initiator in de fotoresist niet direct de oplosbaarheid van de fotoresist in de ontwikkelaar na belichting, maar produceert hij zuur.In de hoge temperatuuromgeving van het daaropvolgende thermische bakproces werkt het door de blootstelling geproduceerde zuur als een katalysator om de oplosbaarheid van de fotoresist in de ontwikkelaar te veranderen.Daarom wordt de foto-initiator onder het CAR-technologiesysteem ook wel een fotozuurmiddel genoemd.Omdat het zuur dat wordt geproduceerd door het fotozuurmiddel van de CAR-fotoresist zelf niet wordt verbruikt tijdens het belichtingsproces, maar alleen als katalysator bestaat, kan een kleine hoeveelheid zuur een effectieve rol blijven spelen.CAR-fotoresist is zeer lichtgevoelig en hoeft zeer weinig energie uit diepe ultraviolette straling te absorberen, wat de efficiëntie van fotolithografie aanzienlijk verbetert.De belichtingssnelheid van CAR-fotoresist is ongeveer 10 maal die van DQN-fotoresist.

Sinds de tweede helft van de jaren negentig zijn lithografische lichtbronnen begonnen 248 nm KrF-lasers te gebruiken;en sinds de jaren 2000 is de lithografie zich verder gaan richten op het gebruik van ArF-excimeerlasers met een golflengte van 193 nm als lichtbronnen.Sindsdien, gedurende ongeveer 20 jaar tot vandaag, is deArF-excimeerlaser met een golflengte van 193 nm is de meest betrouwbare en meest gebruikte lithografische lichtbron op het gebied van halfgeleiderprocessen.Over het algemeen gebruiken KrF (248 nm) fotoresisten poly(p-hydroxystyreen) en zijn derivaten als filmvormende harsen, en sulfoniumjodoniumzouten en sulfoniumzouten als fotozuurmiddelen;terwijl ArF (193 nm) fotoresists meestal polymethacrylaatderivaten, cycloolefine-maleïnezuuranhydridecopolymeren, cyclische polymeren, enz. gebruiken als filmvormende harsen;vanwege chemische structuurredenen vereisen Arf (193 nm) fotoresists gevoeliger fotozuurmiddelen dan KrF (248 nm) fotoresists.Hoewel er sinds 2007 enkele excimeerlithografische lichtbrontechnologieën met kortere golflengten op de markt zijn gekomen, wordt de straling in deze banden gemakkelijk geabsorbeerd door optische materialen zoals lithografische lenzen, waardoor deze materialen door hitte uitzetten en niet goed werken.De weinige optische materialen die goed kunnen werken met straling in deze banden, zoals calciumfluoride (fluoriet), hebben lange tijd hoge kosten gehad.Gecombineerd met de opkomst van nieuwe technologieën zoals immersielithografie en meervoudige belichting, heeft het ArF-lithografiesysteem met een golflengte van 193 nm het knelpunt van de vorige resolutie van 65 nm doorbroken, zodat ArF-lithografietechnologie nog steeds het meest wordt gebruikt in halfgeleiderprocestechnologie tussen 45 nm en 10 nm .Lithografie

lichtbrontechnologie evolueert naarimmersielithografie;bij droge lithografie, wat het tegenovergestelde is van immersielithografie, bevindt zich lucht tussen de lithografielens en de fotoresist.De fotoresist absorbeert direct de ultraviolette straling die door de lichtbron wordt uitgezonden en ondergaat een fotochemische reactie.Bij immersielithografie bevindt zich een specifieke vloeistof tussen de lithografielens en de fotoresist.Deze vloeistoffen kunnen zuiver water of andere samengestelde vloeistoffen zijn.Wanneer de door de lithografische lichtbron uitgezonden straling door deze vloeistoffen gaat, wordt deze gebroken en wordt de golflengte korter.Op deze manier wordt, onder de vooronderstelling dat de lichtbron niet wordt veranderd, het ultraviolette licht met kortere golflengte op de fotoresist geprojecteerd, wat de resolutie van het fotolithografieproces verbetert.De linkerfiguur hieronder toont een typisch immersielithografiesysteem.Een typisch immersielithografiesysteem

verdubbeltde lithografie;dubbele lithografie betekent het verdubbelen van de verwerkingsresolutie door twee lithografie.Eén manier om dit doel te bereiken is om hetzelfde masker voor de tweede lithografie na de eerste lithografie te vertalen om de verwerkingsresolutie te verbeteren.De rechter figuur hieronder laat zo’n proces zien.De dubbele lithografie rechts midden in onderstaande figuur voert twee coatings uit, twee lithografieën en twee etsen.Met de vooruitgang van de fotoresisttechnologie is een dubbel lithografieproces mogelijk geworden dat slechts één coating, twee lithografieën en één etsing vereist.

Dubbele lithografie verdubbelt de verwerkingsresolutie Immersielithografie en dubbele lithografietechnologieën duwen de verwerkingsresolutie naar de orde van 10 nm zonder de ArF-lithografielichtbron met een golflengte van 193 nm te veranderen.Tegelijkertijd stellen deze twee technologieën ook nieuwe eisen aan fotoresisten.Tijdens het immersieproces mag de fotoresist niet chemisch reageren met de immersievloeistof of uitlogen en diffunderen, wat de fotoresist zelf en de fotolithografielens zou beschadigen.Ten tweede moet de brekingsindex van de fotoresist groter zijn dan die van de lens, de vloeistof en de topcoating.Daarom moet de brekingsindex van de hoofdhars in de fotoresist in het algemeen hoger zijn dan 1,9.Vervolgens mag de fotoresist tijdens de onderdompeling in de immersievloeistof en het daaropvolgende bakproces niet vervormen, wat de verwerkingsnauwkeurigheid zou beïnvloeden.Ten slotte zullen, wanneer de doelresolutie van het immersieproces dicht bij 10 nm ligt, de afwegingen tussen meerdere prestatie-indicatoren van de fotoresist strenger zijn.De moeilijkheid bij het bereiden van ArF-fotoresist bij onderdompeling is groter dan die van droge ArF-fotoresist, wat een van de sleutels is tot de verwerkingsresolutie van ArF-fotolithografie van meer dan 45 nm.

Ongekwalificeerde dubbele belichting Bij het dubbele belichtingsproces, als de fotoresist meerdere fotolithografische belichtingen kan accepteren zonder fotochemische reacties in het gebied dat door het masker wordt geblokkeerd, kan één ets-, één coating- en één fotoresist-reinigingsproces worden bespaard.De linkerfiguur hieronder toont een ongekwalificeerd dubbele belichtingsproces.Omdat de fotoresist in het niet-belichte gebied nog steeds een relatief kleine hoeveelheid lithografische straling ontvangt, kan de door het niet-belichte gebied ontvangen straling na de twee belichtingsprocessen de belichtingsdrempel E0 van de fotoresist overschrijden, wat resulteert in een foutieve lithografiereactie. .Rechts in het midden van de onderstaande afbeelding is de stralingsenergie die de fotoresist in het niet-belichte gebied ontvangt na twee belichtingen nog steeds minder dan de belichtingsdrempel E0, dus de rechterkant van de onderstaande afbeelding is een gekwalificeerde dubbele belichting.Uit dit voorbeeld blijkt dat, in tegenstelling tot enkelvoudige belichting, dubbele belichting een afweging vereist tussen de belichtingsdrempel van de fotoresist en de verlichtingsintensiteit van de lithografische lichtbron.

Gekwalificeerde dubbele belichting EUV (extreem ultraviolet) lithografietechnologie is de nieuwste ontwikkeling op het gebied van lithografie in 20 jaar.Omdat de momenteel beschikbare optische materialen de reflectie en transmissie van straling met een golflengte lager dan 13 nm niet goed kunnen ondersteunen, gebruikt de EUV-lithografietechnologie ultraviolet licht met een golflengte van 13,5 nm als de lithografische lichtbron.EUV (extreem ultraviolet) lithografietechnologie blijft de halfgeleiderprocestechnologie vooruit helpen in het gebied onder 10 nm.Op de golflengteschaal van 13,5 nm van EUV-lithografie begint het kwantumonzekerheidseffect op te treden, wat ongekende uitdagingen met zich meebrengt voor het ontwerp en het gebruik van overeenkomstige lichtbronnen, maskers en fotoresisten.Op dit moment heeft alleen ASML in Nederland de mogelijkheid om EUV-lithografiemachines te vervaardigen, en veel bijbehorende technische details zijn voor de buitenwereld nog onbekend.In het komende EUV-lithografietijdperk verwacht de industrie dat de KrF- en ArF-fotoresisttechnologieën, die al twintig jaar populair zijn, een alomvattende technologische verandering kunnen inluiden.De barrières voor de voorbereiding van fotoresistmateriaal zijn hoog.De micro-elektronische chemicaliën waartoe fotoresisten behoren, bevinden zich op het kruispunt van de elektronica-industrie en de chemische industrie, en zijn typische technologie-intensieve industrieën.Om deel te nemen aan de sector micro-elektronische chemicaliën zijn belangrijke productietechnologieën nodig die aansluiten bij de baanbrekende ontwikkeling van de elektronica-industrie, zoals mengtechnologie, scheidingstechnologie, zuiveringstechnologie en analytische inspectietechnologie, milieubehandeling en monitoringtechnologie die aansluiten bij het productieproces.Tegelijkertijd vereisen de uiteenlopende gebruiksscenario's van de stroomafwaartse elektronica-industrie dat fabrikanten van micro-elektronische chemicaliën over sterke ondersteunende capaciteiten beschikken en productprocessen tijdig ontwikkelen en verbeteren om aan de persoonlijke behoeften van klanten te voldoen.Het belangrijkste proces van het productieproces van fotoresist is het mengen van de belangrijkste grondstoffen zoals lichtgevoelige materialen, harsen, oplosmiddelen, enz. in een gele, lichte schone kamer met constante temperatuur en vochtigheid van 1000 niveaus, deze volledig roeren onder de bescherming van stikstofgas, maak ze volledig gemengd om een ​​homogene vloeistof te vormen, en filter ze meerdere keren, en passeer de tussentijdse procescontrole en inspectie om ze te laten voldoen aan de procestechnologie en kwaliteitseisen.Ten slotte wordt het product na het passeren van de inspectie geïnspecteerd en verpakt, gemarkeerd en opgeslagen onder de bescherming van stikstofgas.Het hele proces kan worden weergegeven in de volgende afbeelding:

Een kort overzicht van het productieproces van fotoresist De technische barrières van fotoresist omvatten formuleringstechnologie, kwaliteitscontroletechnologie en grondstoffentechnologie.Formuleringstechnologie is de kern van fotoresist om zijn functie te realiseren, kwaliteitscontroletechnologie kan de stabiliteit van fotoresistprestaties garanderen en hoogwaardige grondstoffen vormen de basis van fotoresistprestaties.Formuleringstechnologie:Omdat de downstreamgebruikers van fotoresist fabrikanten van IC-chips en FPD-panelen zijn, zullen verschillende klanten verschillende toepassingsvereisten hebben, en dezelfde klant zal ook verschillende eisen voor fotolithografietoepassingen hebben.Over het algemeen moet een halfgeleiderchip tijdens het fabricageproces 10 tot 50 fotolithografische processen ondergaan.Vanwege verschillende substraten, verschillende resolutie-eisen, verschillende etsmethoden, enz., hebben verschillende fotolithografische processen verschillende specifieke eisen aan fotoresists.Zelfs voor soortgelijke fotolithografische processen zullen verschillende fabrikanten verschillende eisen stellen.Als reactie op de bovenstaande verschillende toepassingsvereisten zijn er veel variëteiten van fotoresists, en deze verschillen worden voornamelijk bereikt door de formulering van fotoresists aan te passen.Daarom is het aanpassen van de formulering van fotoresisten om te voldoen aan gedifferentieerde toepassingsvereisten de kerntechnologie van fabrikanten van fotoresisten.Kwaliteitscontroletechnologie:Omdat gebruikers hoge eisen stellen aan de stabiliteit en consistentie van fotoresists, inclusief consistentie tussen verschillende batches, hopen ze doorgaans een hoog niveau van consistentie in lichtgevoeligheid en filmdikte te behouden. Daarom moeten fabrikanten van fotoresists niet alleen zijn uitgerust met complete testinstrumenten, maar ook een strikt QA-systeem opzetten om de stabiliteit van de productkwaliteit te garanderen.Grondstoftechnologie:Photoresist is een complex en nauwkeurig formuleproduct dat strikt is ontworpen.Het is gemaakt van grondstoffen met verschillende eigenschappen, zoals filmvormers, fotosensibilisatoren, oplosmiddelen en additieven, door middel van verschillende arrangementen en combinaties, en door middel van complexe en nauwkeurige verwerkingstechnologie.Daarom speelt de kwaliteit van de grondstoffen voor fotoresist een sleutelrol in de kwaliteit van fotoresists.Voor de zuiverheid van chemische halfgeleiderreagentia heeft de International Semiconductor Equipment and Materials Organization (SEMI) internationale uniforme normen geformuleerd, zoals weergegeven in de volgende tabel.

SEMI ultra-schone reagensstandaarden met hoge zuiverheid De zuiverheidseisen voor reagensmaterialen die worden gebruikt in geïntegreerde halfgeleidercircuits zijn relatief hoog, in principe geconcentreerd op de SEMI G3- en G4-niveaus.Er gaapt nog steeds een grote kloof tussen het onderzoeks- en ontwikkelingsniveau van mijn land en het internationale niveau;de zuiverheidseisen voor ultrazuivere reagentia met hoge zuiverheid voor discrete halfgeleiderapparaten zijn lager dan die voor geïntegreerde schakelingen, in principe geconcentreerd op het SEMI G2-niveau, en de productietechnologie van binnenlandse bedrijven kan aan de meeste productiebehoeften voldoen;de niveau-eisen voor ultraschone, zeer zuivere reagentia in het platte beeldscherm en LED-velden zijn SEMI G2- en G3-niveaus, en de productietechnologie van binnenlandse bedrijven kan aan de meeste productiebehoeften voldoen.Micro-elektronische chemicaliën, waaronder fotoresisten, hebben de kenmerken van hoge technische eisen, sterke functionaliteit en snelle productupdates.Hun productkwaliteit heeft een zeer grote impact op de kwaliteit en efficiëntie van downstream elektronische producten.Daarom hechten downstream-bedrijven groot belang aan de kwaliteit en leveringscapaciteit van leveranciers van micro-elektronische chemicaliën, en hanteren ze vaak een gecertificeerd inkoopmodel, dat strikte screeningprocessen vereist, zoals monsterinspectie, technische discussie, informatiefeedback, technische verbetering, proefproductie in kleine batches, grootschalige levering en evaluatie van de after-sales service.De certificeringstijd is lang en de eisen zijn streng;het duurt lang voordat algemene producten door downstream-klanten worden gecertificeerd.De displaypaneelindustrie duurt gewoonlijk 1-2 jaar, en de certificeringscyclus van de geïntegreerde schakelingenindustrie kan 2-3 jaar bedragen vanwege de hoge eisen;tijdens de certificeringsfase heeft de fotoresistleverancier geen inkomsten van de klant, waardoor de leverancier over voldoende financiële draagkracht moet beschikken.Leveranciers van fotoresist hebben een hoge klanttevredenheid;Om de stabiliteit van de levering en het effect van fotoresist te behouden, zullen downstream-klanten over het algemeen niet gemakkelijk van leverancier van fotoresist wisselen zodra zij een leveringsrelatie hebben opgebouwd.Door het opzetten van een feedbackmechanisme om aan persoonlijke behoeften te voldoen, blijft de onderlinge band tussen fotoresistleveranciers en klanten toenemen.Laatkomers die zich willen aansluiten bij de leveranciers moeten vaak aan hogere eisen voldoen dan bestaande leveranciers.Daarom kent de fotoresistindustrie hoge barrières voor nieuwkomers.Meestal stellen micro-elektronische chemicaliën zoals fotoresisten niet alleen hoge kwaliteitseisen, maar vereisen ze ook een verscheidenheid aan verschillende categorieën om aan de uiteenlopende behoeften van downstream-klanten te voldoen.Zonder schaalvoordelen kunnen leveranciers de kosten niet betalen die gepaard gaan met het voldoen aan hoogwaardige en uiteenlopende behoeften.Daarom vormt de schaal van de variëteiten een belangrijke barrière voor toegang tot de industrie.Tegelijkertijd zijn algemene micro-elektronische chemicaliën tot op zekere hoogte corrosief, stellen ze hoge eisen aan productieapparatuur en moet de productieomgeving stofvrij of stofvrij zijn.De bereiding van hoogwaardige micro-elektronische chemicaliën vereist ook een volledig gesloten en geautomatiseerd proces om vervuiling te voorkomen en de kwaliteit te verbeteren.Daarom stelt de productie van micro-elektronische chemicaliën zoals fotoresist hoge eisen op het gebied van veilige productie, milieubeschermingsapparatuur, productieprocessysteem, procescontrolesysteem en R&D-investeringen.Zonder sterke financiële kracht is het voor ondernemingen moeilijk om concurrentievoordelen te behalen op het gebied van apparatuur, R&D en technische diensten om de mogelijkheden voor duurzame ontwikkeling te vergroten.Daarom hebben micro-elektronische chemische industrieën zoals fotoresist hoge kapitaalbarrières.De fotoresistindustrie, dat welgedomineerd door de Verenigde Staten en Japan,heeft extreem hoge industriële barrières, waardoor de industrie wereldwijd oligopolistisch is.De fotoresistindustrie wordt al jaren gemonopoliseerd door professionele bedrijven in Japan en de Verenigde Staten.Momenteel zijn de vijf grootste fabrikanten verantwoordelijk voor 87% van de mondiale fotoresistmarkt, en de industriële concentratie is hoog.Onder hen bedraagt ​​het gecombineerde marktaandeel van de Japanse JSR, Tokyo Ohka, Shin-Etsu en Fuji Electronic Materials 72%.Bovendien worden de kerntechnologieën van KrF- en ArF-halfgeleiderfotoresists met hoge resolutie feitelijk gemonopoliseerd door Japanse en Amerikaanse bedrijven, en zijn de meeste producten afkomstig van Japanse en Amerikaanse bedrijven, zoals DuPont, JSR Co., Ltd., Shin-Etsu Chemie, Tokyo Ohka Industry, Fujifilm en Dongjin uit Zuid-Korea.Vanuit het perspectief van de gehele fotoresistmarkt is Japan de verzamelplaats van reuzen in de fotoresistindustrie.

Marktaandeel van de mondiale fotolakfabrikanten Materiaalwrijving tussen Japan en Zuid-Korea: de lokalisatie van halfgeleidermaterialen is een onvermijdelijke trend;in juli 2019 kondigde Japan, tegen de achtergrond van het handelsgeschil tussen Japan en Zuid-Korea, een embargo aan voor Zuid-Korea op drie materialen uit de halfgeleiderindustrie, waaronder etsgas, fotoresist en fluorpolyimide.Zuid-Korea is een mondiale geheugenproductiebasis, een productiebasis voor beeldschermen en een mondiale wafergieterijbasis.Samsung, Hynix, Eastern High-Tech en een groot aantal wafergieterijen en displayfabrieken hebben Japanse halfgeleidermaterialen nodig.Deze drie materialen snijden rechtstreeks de economische pijlers van Zuid-Korea's geheugen en vertoon af.Na het embargo werd de Zuid-Koreaanse halfgeleiderindustrie geconfronteerd met een ongekende crisis.Een tijdlang bevonden mondiale geheugenleiders zoals Samsung Semiconductor en Hynix zich in een voortdurende shutdown-crisis, en Samsung's eigen materiaalvoorraad kon slechts drie maanden productie ondersteunen.Leidinggevenden van Samsung en Hynix gingen ook regelmatig naar Japan voor onderhandelingen.Dit is het geval tussen Japan en Zuid-Korea, beide belangrijke bondgenoten van de Verenigde Staten, en de Chinese technologie-industrie, die zich nog in de beginfase van haar ontwikkeling bevindt, moet alarm slaan.Momenteel is het vasteland van China sterk afhankelijk van het buitenland voor elektronische materialen, vooral fotoresisten.Daarom is binnenlandse vervanging van halfgeleidermaterialen een onvermijdelijke trend.Chinees-Amerikaanse handelsfrictie: Binnenlandse vervanging van fotoresist is een dringende behoefte voor de Chinese halfgeleiderindustrie;sinds de Chinees-Amerikaanse handelsfrictie heeft het vasteland van China actief de geïntegreerde schakelingenindustrie opgezet.Op het gebied van halfgeleidermaterialen is fotoresist, als de "brandstof" voor de vooruitgang van procestechnologie met geïntegreerde schakelingen, een belangrijke schakel in de binnenlandse vervanging en een product dat gelokaliseerd zal worden.Fotolithografie is het kernproces van het halfgeleiderproces en speelt een beslissende rol bij de productie van meer geavanceerde geïntegreerde schakelingen met een hogere transistordichtheid.Elke nieuwe generatie fotolithografieprocessen vereist een nieuwe generatie fotoresisttechnologie.Nu vereist een halfgeleiderchip tijdens het fabricageproces doorgaans 10 tot 50 fotolithografische processen.Verschillende fotolithografische processen stellen ook verschillende specifieke eisen aan fotoresist.Als de prestaties van fotoresist niet aan de normen voldoen, zal dit een aanzienlijke impact hebben op de chipopbrengst.Op dit moment is het lokalisatieniveau van fotoresist in China ernstig ontoereikend, en de belangrijkste technologische kloof ligt op het gebied van halfgeleiderfotoresist, met een kloof van twee tot drie generaties.Met de snelle ontwikkeling van de stroomafwaartse halfgeleiderindustrie, LED- en flatpanel-display-industrie, is er in de toekomst enorme ruimte voor binnenlandse vervanging van binnenlandse fotoresistproducten.Tegenwoordig maakt China gebruik van de middelen van de hele samenleving om te investeren in en de halfgeleiderindustrie te ondersteunen via het National Integrated Circuit Industry Investment Fund (Big Fund).Tegelijkertijd grijpen binnenlandse fotoresistbedrijven actief de eeuwenoude kans van de Chinese uitbreiding van de wafelproductie aan om fotoresistbedrijven te ontwikkelen, waarbij ze ernaar streven het internationale geavanceerde niveau zo snel mogelijk in te halen en de toeleveringsketen van nieuw gebouwde binnenlandse wafelfabrieken te betreden. .De lokalisatie van fotoresist is in volle gang, en op het gebied van fotoresist voor paneeldisplays zijn in China een aantal concurrerende lokale bedrijven ontstaan.Op het gebied van halfgeleider- en paneelfotoresist hebben een aantal fotoresistbedrijven in China, hoewel binnenlandse fotoresist nog steeds achterblijft bij het internationale geavanceerde niveau, met de steun van beleid en hun eigen niet-aflatende inspanningen technologische doorbraken bereikt.

Grote binnenlandse fotolakfabrikanten en binnenlandse vervanging