主要原材料“卡脖子”:從樹脂到光酸的依賴
樹脂與光酸的技術(shù)斷層
光刻膠成本中50%-60%來自樹脂,而國內(nèi)KrF/ArF光刻膠樹脂的單體國產(chǎn)化率不足10%。例如,日本信越化學(xué)的KrF樹脂純度達99.999%,金屬雜質(zhì)含量低于1ppb,而國內(nèi)企業(yè)的同類產(chǎn)品仍存在批次穩(wěn)定性問題。光酸作為光刻膠的“心臟”,其合成需要超純試劑和復(fù)雜純化工藝,國內(nèi)企業(yè)在純度控制(如金屬離子含量)上與日本關(guān)東化學(xué)等國際巨頭存在代差。
原材料供應(yīng)鏈的脆弱性
光刻膠所需的酚醛樹脂、環(huán)烯烴共聚物(COC)等關(guān)鍵原料幾乎全部依賴進口。日本信越化學(xué)因地震導(dǎo)致KrF光刻膠產(chǎn)能受限后,國內(nèi)部分晶圓廠采購量從100kg/期驟降至10-20kg/期。更嚴峻的是,光敏劑原料焦性沒食子酸雖由中國提取,但需出口至日本加工成光刻膠光敏劑后再高價返銷,形成“原料出口-技術(shù)溢價-高價進口”的惡性循環(huán)。
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關(guān)鍵工藝流程
涂布:
? 在晶圓/基板表面旋涂光刻膠,厚度控制在0.1-5μm(依制程精度調(diào)整),需均勻無氣泡(旋涂轉(zhuǎn)速500-5000rpm)。
前烘(Soft Bake):
? 加熱(80-120℃)去除溶劑,固化膠膜,增強附著力(避免顯影時邊緣剝離)。
曝光:
? 光源匹配:
? G/I線膠:汞燈(適用于≥1μm線寬,如PCB、LCD)。
? DUV膠(248nm/193nm):KrF/ArF準分子激光(用于28nm-14nm制程,如存儲芯片)。
? EUV膠(13.5nm):極紫外光源(用于7nm以下制程,需控制納米級缺陷)。
? 曝光能量:需精確控制(如ArF膠約50mJ/cm2),避免過曝或欠曝導(dǎo)致圖案失真。
顯影:
? 采用堿性溶液(如0.262N四甲基氫氧化銨,TMAH),曝光區(qū)域膠膜溶解,未曝光區(qū)域保留,形成三維立體圖案。
后烘(Post-Exposure Bake, PEB):
? 化學(xué)增幅型膠需此步驟,通過加熱(90-130℃)激發(fā)光酸催化反應(yīng),提高分辨率和耐蝕刻性。
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主要應(yīng)用場景
印刷電路板(PCB):
? 通孔/線路加工:負性膠厚度可達20-50μm,耐堿性蝕刻液(如氯化鐵、堿性氯化銅),適合制作大尺寸線路(線寬/線距≥50μm),如雙面板、多層板的外層電路。
? 阻焊層:作為絕緣保護層,覆蓋非焊盤區(qū)域,需厚膠(50-100μm)和高耐焊接溫度(260℃以上),負性膠因工藝簡單、成本低而廣泛應(yīng)用。
微機電系統(tǒng)(MEMS):
? 深硅蝕刻(DRIE):負性膠作為蝕刻掩膜,厚度可達100μm以上,耐SF?等強腐蝕性氣體,用于制作加速度計、陀螺儀的高深寬比結(jié)構(gòu)(深寬比>20:1)。
? 模具制造:在硅或玻璃基板上制作微流控芯片的通道模具,利用負性膠的厚膠成型能力。
平板顯示(LCD):
? 彩色濾光片(CF)基板預(yù)處理:在玻璃基板上制作絕緣層或緩沖層,耐濕法蝕刻(如HF溶液),確保后續(xù)RGB色阻層的精確涂布。
功率半導(dǎo)體與分立器件:
? IGBT、MOSFET的隔離區(qū)蝕刻:負性膠用于制作較寬的隔離溝槽(寬度>10μm),耐高濃度酸堿蝕刻,降低工藝成本。
光刻膠的主要應(yīng)用領(lǐng)域
光刻膠是微電子制造的主要材料,廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域:
半導(dǎo)體制造
? 功能:在晶圓表面形成微細電路圖案,作為蝕刻或離子注入的掩膜。
? 分類:
? 正性光刻膠:曝光區(qū)域溶解于顯影液,形成與掩膜版一致的圖案(主流,分辨率高)。
? 負性光刻膠:未曝光區(qū)域溶解,形成反向圖案(用于早期工藝,耐蝕刻性強)。
? 技術(shù)演進:隨制程精度提升,需匹配不同曝光波長(紫外UV、深紫外DUV、極紫外EUV),例如EUV光刻膠用于7nm以下制程。
平板顯示(LCD/OLED)
? 彩色濾光片(CF):在玻璃基板上制作紅/綠/藍像素單元,光刻膠用于圖案化黑矩陣(BM)、彩色層(R/G/B)和保護層。
? 電極圖案:制作TFT-LCD的電極線路或OLED的陰極/陽極,需高透光率和精細邊緣控制。
印刷電路板(PCB)
? 線路蝕刻:在覆銅板上涂膠,曝光顯影后保留線路區(qū)域,蝕刻去除未保護的銅箔,形成導(dǎo)電線路。
? 阻焊與字符層:阻焊膠覆蓋非線路區(qū)域,防止短路;字符膠用于印刷電路板標識。
LED與功率器件
? 芯片制造:在藍寶石/硅基板上制作電極和量子阱結(jié)構(gòu),需耐高功率環(huán)境的耐高溫光刻膠。
? Micro-LED:微米級芯片轉(zhuǎn)移和陣列化,依賴超高分辨率光刻膠(分辨率≤5μm)。
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廣東吉田半導(dǎo)體材料有限公司成立于松山湖經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū),是一家專注于半導(dǎo)體材料研發(fā)、生產(chǎn)與銷售的技術(shù)企業(yè)。公司注冊資本 2000 萬元,擁有 23 年行業(yè)經(jīng)驗,產(chǎn)品涵蓋芯片光刻膠、納米壓印光刻膠、LCD 光刻膠、半導(dǎo)體錫膏、焊片及靶材等,服務(wù)全球市場并與多家世界 500 強企業(yè)建立長期合作關(guān)系。
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其明星產(chǎn)品包括:適用于 LCD 制造的正性光刻膠 YK-200/YK-300,具備高分辨率與優(yōu)異涂布性能;3 微米負性光刻膠 SU-3,適用于厚膜工藝;耐高溫達 250℃的納米壓印光刻膠 JT-2000,可滿足高精度微納加工需求。所有產(chǎn)品均符合要求,部分型號通過歐盟 ROHS 認證。
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定義與特性
正性光刻膠是一種在曝光后,曝光區(qū)域會溶解于顯影液的光敏材料,形成與掩膜版(Mask)圖案一致的圖形。與負性光刻膠(未曝光區(qū)域溶解)相比,其優(yōu)勢是分辨率高、圖案邊緣清晰,是半導(dǎo)體制造(尤其是制程)的主流選擇。
化學(xué)組成與工作原理
主要成分
? 樹脂(成膜劑):
? 傳統(tǒng)正性膠:采用**酚醛樹脂(Novolak)與重氮萘醌(DNQ,光敏劑)**的復(fù)合體系(PAC體系),占比約80%-90%。
? 化學(xué)增幅型(用于DUV/EUV):含環(huán)化烯烴樹脂或含氟聚合物,搭配光酸發(fā)生器(PAG),通過酸催化反應(yīng)提高感光度和分辨率。
? 溶劑:溶解樹脂和感光劑,常用丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)或乳酸乙酯。
? 添加劑:表面活性劑(改善涂布均勻性)、穩(wěn)定劑(防止暗反應(yīng))、堿溶解度調(diào)節(jié)劑等。
工作原理
? 曝光前:光敏劑(如DNQ)與樹脂結(jié)合,形成不溶于堿性顯影液的復(fù)合物。
? 曝光時:
? 傳統(tǒng)PAC體系:DNQ在紫外光(G線436nm、I線365nm)照射下發(fā)生光分解,生成羧酸,使曝光區(qū)域樹脂在堿性顯影液中溶解性增強。
? 化學(xué)增幅型:PAG在DUV/EUV光下產(chǎn)生活性酸,催化樹脂發(fā)生脫保護反應(yīng),大幅提高顯影速率(靈敏度提升10倍以上)。
? 顯影后:曝光區(qū)域溶解去除,未曝光區(qū)域保留,形成正性圖案。
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