工艺流程
• 目的:去除基板表面油污、颗粒,增强感光胶附着力。
• 方法:
◦ 化学清洗(硫酸/双氧水、去离子水);
◦ 表面处理(硅基板用六甲基二硅氮烷HMDS疏水化,PCB基板用粗化处理)。
涂布(Coating)
• 方式:
◦ 旋涂:半导体/显示领域,厚度控制精确(纳米至微米级),转速500-5000rpm;
◦ 喷涂/辊涂:PCB/MEMS领域,适合大面积或厚胶(微米至百微米级,如负性胶可达100μm)。
• 关键参数:胶液黏度、涂布速度、基板温度(影响厚度均匀性)。
前烘(Soft Bake)
• 目的:挥发溶剂,固化胶膜,增强附着力和稳定性。
• 条件:
◦ 温度:60-120℃(正性胶通常更低,如90℃;负性胶可至100℃以上);
◦ 时间:5-30分钟(根据胶厚调整,厚胶需更长时间)。
曝光(Exposure)
• 光源:
◦ 紫外光(UV):G线(436nm)、I线(365nm)用于传统光刻(分辨率≥1μm);
◦ 深紫外(DUV):248nm(KrF)、193nm(ArF)用于半导体先进制程(分辨率至20nm);
◦ 极紫外(EUV):13.5nm,用于7nm以下制程(只能正性胶适用)。
• 曝光方式:
◦ 接触式/接近式:掩膜版与胶膜直接接触(PCB、MEMS,低成本但精度低);
◦ 投影式:通过物镜聚焦(半导体,分辨率高,如ArF光刻机精度达22nm)。
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原料准备
◦ 主要成分:树脂(成膜剂,如酚醛树脂、聚酰亚胺等)、感光剂(光引发剂或光敏化合物,如重氮萘醌、光刻胶单体)、溶剂(溶解成分,如丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA))、添加剂(调节粘度、感光度、稳定性等,如表面活性剂、稳定剂)。
◦ 原料提纯:对树脂、感光剂等进行高纯度精制(纯度通常要求99.9%以上),避免杂质影响光刻精度。
配料与混合
◦ 按配方比例精确称量各组分,在洁净环境,如万中通过搅拌机均匀混合,形成胶状溶液。
◦ 控制温度(通常20-30℃)和搅拌速度,避免气泡产生或成分分解。
过滤与纯化
◦ 使用纳米级滤膜(孔径0.05-0.2μm)过滤,去除颗粒杂质(如金属离子、灰尘),确保胶液洁净度,避免光刻时产生缺陷。
性能检测
◦ 物理指标:粘度、固含量、表面张力、分子量分布等,影响涂布均匀性。
◦ 化学指标:感光度、分辨率、对比度、耐蚀刻性,通过曝光实验和显影测试验证。
◦ 可靠性:存储稳定性(常温/低温保存下的性能变化)、耐温性(烘烤过程中的抗降解能力)。
包装与储存
◦ 在惰性气体(如氮气)环境下分装至避光容器(如棕色玻璃瓶或铝罐),防止感光剂氧化或光分解。
◦ 储存条件:低温(5-10℃)、避光、干燥,部分产品需零下环境(如EUV光刻胶)。
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先进制程瓶颈突破
KrF/ArF光刻胶的量产能力提升直接推动7nm及以下制程的国产化进程。例如,恒坤新材的KrF光刻胶已批量供应12英寸产线,覆盖7nm工艺,其工艺宽容度较日本同类型产品提升30%。这使得国内晶圆厂(如中芯国际)在DUV多重曝光技术下,能够以更低成本实现接近EUV的制程效果,缓解了EUV光刻机禁运的压力。此外,武汉太紫微的T150A光刻胶通过120nm分辨率验证,为28nm成熟制程的成本优化提供了新方案。
EUV光刻胶研发加速
尽管EUV光刻胶目前完全依赖进口,但国内企业已启动关键技术攻关。久日新材的光致产酸剂实现吨级订单,科技部“十四五”专项计划投入20亿元支持EUV光刻胶研发。华中科技大学团队开发的“双非离子型光酸协同增强响应”技术,将EUV光刻胶的灵敏度提升至0.5mJ/cm²,较传统材料降低20倍曝光剂量。这些突破为未来3nm以下制程的技术储备奠定基础。
新型光刻技术融合
复旦大学团队开发的功能型光刻胶,在全画幅尺寸芯片上集成2700万个有机晶体管,实现特大规模集成(ULSI)水平。这种技术突破不仅拓展了光刻胶在柔性电子、可穿戴设备等新兴领域的应用,还为碳基芯片、量子计算等颠覆性技术提供了材料支撑。
• 化学反应:
◦ 正性胶:曝光后光敏剂(如重氮醌DQN)分解,生成羧酸,在碱性显影液中溶解;
◦ 负性胶:曝光后光敏剂引发交联剂与树脂形成不溶性网状结构。
5. 显影(Development)
• 显影液:
◦ 正性胶:碱性水溶液(如0.26N四甲基氢氧化铵TMAH),溶解曝光区域;
◦ 负性胶:有机溶剂(如二甲苯、醋酸丁酯),溶解未曝光区域。
• 方法:喷淋显影(PCB)或沉浸式显影(半导体),时间30秒-2分钟,需控制显影液浓度和温度。
6. 后烘(Post-Bake)
• 目的:固化胶膜,提升耐蚀刻性和热稳定性。
• 条件:
◦ 温度:100-150℃(半导体用正性胶可能更高,如180℃);
◦ 时间:15-60分钟(厚胶或高耐蚀需求时延长)。
7. 蚀刻/离子注入(后续工艺)
• 蚀刻:以胶膜为掩膜,通过湿法(酸碱溶液)或干法(等离子体)刻蚀基板材料(如硅、金属、玻璃);
• 离子注入:胶膜保护未曝光区域,使杂质离子只能注入曝光区域(半导体掺杂工艺)。
8. 去胶(Strip)
• 方法:
◦ 湿法去胶:强氧化剂(如硫酸+双氧水)或有机溶剂(如N-甲基吡咯烷酮NMP);
◦ 干法去胶:氧等离子体灰化(半导体领域,无残留)。
负性光刻胶生产原料。
吉田半导体 SU-3 负性光刻胶:国产技术赋能 5G 芯片封装
自主研发 SU-3 负性光刻胶支持 3 微米厚膜加工,成为 5G 芯片高密度封装材料。
针对 5G 芯片封装需求,吉田半导体自主研发 SU-3 负性光刻胶,分辨率达 1.5μm,抗深蚀刻速率 > 500nm/min。其超高感光度与耐化学性确保复杂图形的完整性,已应用于高通 5G 基带芯片量产。产品采用国产原材料与工艺,不采用国外材料,成本较进口产品降低 40%,帮助客户提升封装良率至 98.5%,为国产 5G 芯片制造提供关键材料支撑。
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半导体集成电路
• 应用场景:
◦ 晶圆制造:正性胶为主(如ArF/EUV胶),实现20nm以下线宽,用于晶体管栅极、接触孔等精细结构;
◦ 封装工艺:负性胶用于凸点(Bump)制造,厚胶(5-50μm)耐电镀溶液腐蚀。
• 关键要求:高分辨率、低缺陷率、耐极端工艺(如150℃以上高温、等离子体轰击)。
印刷电路板(PCB)
• 应用场景:
◦ 线路成像:负性胶(如环化橡胶胶)用于双面板/多层板外层线路,线宽≥50μm,耐碱性蚀刻液(如氯化铜);
◦ 阻焊层:厚负性胶(50-100μm)覆盖非焊盘区域,耐260℃焊接温度和助焊剂腐蚀;
◦ 挠性PCB(FPC):正性胶用于精细线路(线宽≤20μm),需耐弯曲应力。
• 优势:工艺简单、成本低,适合大面积基板(如1.2m×1.0m的PCB基板)。
平板显示
• 应用场景:
◦ 彩色滤光片:正性胶制作黑矩阵(BM)和RGB色阻间隔层,耐UV固化和湿法蚀刻(如HF溶液);
◦ OLED像素定义:负性胶形成像素开口(孔径5-50μm),耐有机溶剂(如OLED蒸镀前的清洗液);
◦ 触控面板:正性胶制作透明电极(如ITO线路),线宽≤10μm,需透光率>90%。
• 关键参数:高透光性、低收缩率(避免图案变形)。
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