Hiểu toàn diện về photoresist

Hiểu biết toàn diện về chất quang dẫn

Photoresist hay còn gọi là photoresist là một chất lỏng hỗn hợp nhạy cảm với ánh sáng.Các thành phần của nó bao gồm: chất quang hóa (bao gồm chất cảm quang, chất tạo axit quang), nhựa quang điện, monome, dung môi và các chất phụ gia khác.Photoresist có thể chuyển mẫu mịn cần thiết từ mặt nạ (mặt nạ) sang chất nền cần xử lý thông qua phản ứng quang hóa, phơi nhiễm, phát triển và các quá trình quang khắc khác.Tùy thuộc vào tình huống sử dụng, chất nền được xử lý ở đây có thể là vật liệu mạch tích hợp, vật liệu bảng hiển thị hoặc bảng mạch in.

Theo thống kê từ Zhiyan Consulting, một tổ chức bên thứ ba, quy mô thị trường chất quang học toàn cầu dự kiến ​​sẽ đạt gần 9 tỷ USD vào năm 2019, với tốc độ CAGR khoảng 5,4% từ năm 2010 đến tháng 9 năm 2020.Dự kiến ​​quy mô thị trường chất quang dẫn toàn cầu sẽ vượt quá 10 tỷ USD vào năm 2022.Chất cản quang có thể được phân loại thành chất cản quang PCB, chất cản quang bảng hiển thị, chất cản quang bán dẫn và các chất cản quang khác theo lĩnh vực ứng dụng của chúng. Cơ cấu thị trường của các loại chất cản quang khác nhau trên thị trường toàn cầu tương đối cân bằng và tỷ lệ cụ thể có thể được hiển thị trong hình dưới đây.

Cấu trúc thị trường chất quang học toàn cầu Dữ liệu từ Zhiyan Consulting cũng cho thấy rằng việc hưởng lợi từ xu hướng các ngành công nghiệp bán dẫn, bảng hiển thị và PCB đang tiến về phía đông,tốc độ tăng trưởng hàng năm của nguồn cung cấp chất quang dẫn địa phương của Trung Quốc đạt 11% từ năm 2011 đến năm 2020, cao hơn tốc độ tăng trưởng trung bình toàn cầu là 5%.Hiện nay, chất quang dẫn nội địa của Trung Quốc chủ yếu được sử dụng cho PCB, và việc cung cấp chất quang dẫn cho màn hình phẳng và chất bán dẫn chiếm tỷ lệ rất thấp.Cơ cấu sản xuất của các công ty quang học địa phương của Trung Quốc có thể được thể hiện trong hình.

Cơ cấu sản xuất của các công ty quang học địa phương của Trung Quốc

Phân loại chất quang dẫn Trong ngành công nghiệp màn hình phẳng, các chất quang dẫn chính được sử dụng là chất quang dẫn màu và đen, chất quang dẫn cho màn hình cảm ứng LCD, chất quang dẫn dương TFT-LCD, v.v. Trong quy trình sản xuất quang khắc và khắc, chất quang dẫn được phủ trên bề mặt của màng pha lê và hoa văn trên mặt nạ (mặt nạ) được chuyển sang màng thông qua quá trình phơi sáng, phát triển và khắc để tạo thành mô hình hình học tương ứng với mặt nạ.

Trong ngành công nghiệp PCB, vai trò chínhchất cản quang được sử dụng là chất cản quang màng khô, chất cản quang màng ướt, mực chống hàn cảm quang, v.v. Màng khô là một loại màng đặc biệt được gắn vào tấm mạ đồng đã qua xử lý để tiếp xúc và phát triển;Màng ướt và mực hàn chống tạo ảnh được phủ trên tấm mạ đồng và phơi ra và phát triển sau khi sấy khô.Phim khô và phim ướt đều có những ưu điểm riêng.Nói chung, chất quang dẫn màng ướt có độ phân giải cao hơn màng khô và giá thành thấp hơn, đang thay thế một số thị trường của chất quang dẫn màng khô.

Việc sản xuất màng lọc màu cho màn hình LCD phụ thuộc vào chất quang dẫn màu.Trong ngành sản xuất mạch tích hợp bán dẫn, chất quang dẫn g-line, chất quang dẫn i-line, chất quang dẫn KrF, chất quang dẫn ArF, v.v. được sử dụng chủ yếu.Trong quá trình sản xuất các mạch tích hợp quy mô lớn, các tấm silicon thường phải trải qua quá trình quang khắc hơn mười lần.Trong mỗi quy trình quang khắc và khắc, chất quang học phải trải qua quá trình nướng trước, phủ, nướng trước, căn chỉnh, phơi sáng, sau nung, phát triển và khắc để chuyển hoa văn trên mặt nạ (mặt nạ) sang tấm wafer silicon.Mực mặt nạ hàn cảm quang được sử dụng cho PCB Photoresist là vật liệu quan trọng để sản xuất mạch tích hợp.Chất lượng và hiệu suất của chất quang dẫn là những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất, năng suất và độ tin cậy của mạch tích hợp.Chi phí của quá trình quang khắc chiếm khoảng 35% toàn bộ quá trình sản xuất chip và thời gian tiêu thụ chiếm khoảng 40% -50% toàn bộ quá trình sản xuất chip.Vật liệu cản quang chiếm khoảng 4% tổng chi phí vật liệu sản xuất vi mạch và thị trường rất lớn.Vì vậy, chất quang dẫn là vật liệu cốt lõi để sản xuất mạch tích hợp bán dẫn.

Sơ đồ phát triển chất quang dẫn dươngTheo hiệu ứng hiển thị, chất cản quang có thể được chia thành chất cản quang dương và chất cản quang âm.Mẫu được hình thành bởi chất quang dẫn âm trong quá trình phát triển đối lập với mặt nạ (mặt nạ);mô hình được hình thành bởi chất quang dẫn dương cũng giống như mặt nạ.Quy trình sản xuất của cả hai về cơ bản là giống nhau, và sự khác biệt nằm ở nguyên liệu thô chính.

Sơ đồ phát triển chất quang điện âmTheo cấu trúc hóa học, chất cản quang có thể được chia thành loại quang trùng hợp, loại quang phân hủy, loại quang liên kết ngang và loại khuếch đại hóa học. Chất cản quang loại quang trùng hợp sử dụng monome olefin để tạo ra các gốc tự do dưới tác động của ánh sáng, tiếp tục khởi tạo quá trình trùng hợp monome và cuối cùng tạo ra polyme.

Sơ đồ phản ứng quang polyme hóa.Chất quang dẫn có khả năng phân hủy quang sử dụng vật liệu có chứa hợp chất diazoquinone (DQN) làm chất nhạy quang.Sau khi tiếp xúc với ánh sáng, phản ứng phân hủy quang xảy ra và có thể được tạo thành chất quang dẫn dương.Chất quang dẫn liên kết ngang sử dụng polyvinyl laurate và các vật liệu cảm quang khác.Dưới tác dụng của ánh sáng, nó tạo thành cấu trúc mạng không hòa tan, đóng vai trò chống ăn mòn và có thể được chế tạo thành chất quang dẫn âm.

Sơ đồ phản ứng phân hủy quang Sau khi công nghệ quang khắc mạch tích hợp bán dẫn bắt đầu sử dụng nguồn sáng tia cực tím sâu (DUV), công nghệ khuếch đại hóa học (CAR) dần trở thành xu hướng ứng dụng chủ đạo trong công nghiệp.Trong công nghệ quang điện khuếch đại hóa học, nhựa là polyetylen được bảo vệ bởi các nhóm hóa học nên khó hòa tan.Chất quang dẫn khuếch đại hóa học sử dụng máy tạo axit quang (PAG) làm chất xúc tác quang.

Sơ đồ phản ứng liên kết ngang Khi chất quang dẫn tiếp xúc, máy tạo axit quang (PAG) trong vùng tiếp xúc sẽ tạo ra axit.Axit này đóng vai trò là chất xúc tác trong quá trình nướng sau nhiệt để loại bỏ nhóm bảo vệ của nhựa, khiến nhựa dễ hòa tan.Tốc độ tiếp xúc của chất quang dẫn khuếch đại hóa học gấp 10 lần so với chất quang dẫn DQN, và nó có độ nhạy quang học tốt với nguồn ánh sáng cực tím sâu và có ưu điểm là độ tương phản cao và độ phân giải cao.

Sơ đồ phản ứng khuếch đại ánh sáng hóa họcTheo bước sóng tiếp xúc,chất quang dẫn có thể được chia thành chất quang dẫn tia cực tím (300 ~ 450nm), chất quang dẫn tia cực tím sâu (160 ~ 280nm), chất quang dẫn cực tím (EUV, 13,5nm), chất quang dẫn chùm tia điện tử, chất quang dẫn chùm ion, chất quang dẫn tia X, v.v. bước sóng phơi sáng có thể áp dụng cho các độ phân giải giới hạn quang khắc khác nhau.Nói chung, khi sử dụng cùng một phương pháp xử lý, bước sóng càng ngắn thì độ phân giải xử lý càng tốt.

Tóm tắt phân loại chất quang điệnPhotoresist là "nhiên liệu" cho sự tiến bộ của công nghệ xử lý chất bán dẫn.Trong lĩnh vực sản xuất mạch tích hợp, nếu máy quang khắc là “động cơ” thúc đẩy sự tiến bộ của công nghệ xử lý thì photoresist chính là “nhiên liệu” của “động cơ” này.Hình dưới đây cho thấy cách hoạt động của chất quang dẫn trong quá trình sản xuất bóng bán dẫn NMOS.Bóng bán dẫn NMOS là một trong những cấu trúc mạch tích hợp được sử dụng phổ biến nhất trong công nghệ xử lý chất bán dẫn.

Quy trình sản xuất cấu trúc mạch tích hợp bóng bán dẫn NMOS Trong một ví dụ điển hình như vậy, phần màu xanh lá cây ở bước 1 tượng trưng cho phần màu đỏ của vật liệu polysilicon được phủ một lớp chất quang dẫn.Trong quy trình phơi sáng bằng quang khắc ở bước 2, chất quang dẫn bên ngoài phạm vi che chắn của mặt nạ đen được chiếu xạ bởi nguồn sáng quang khắc và các tính chất hóa học bị thay đổi, biểu hiện dưới dạng màu xanh đậm ở bước 3. Ở bước 4, sau khi phát triển, chỉ còn lại vật liệu quang điện phía trên vật liệu polysilicon được biểu thị bằng màu đỏ, nơi trước đây nó được che chắn bởi mặt nạ.Kết quả là hoa văn trên mặt nạ (khẩu trang) được chuyển sang vật liệu polysilicon, hoàn thành quá trình “photolithography”.Trong các bước tiếp theo từ 5 đến 7, dựa trên mẫu chất cản quang còn sót lại trên vật liệu polysilicon bằng quy trình "quang khắc", các quy trình "khắc lớp polysilicon", "làm sạch chất cản quang" và "cấy ion N+" cùng nhau hoàn thành việc xây dựng NMOS bóng bán dẫn.Quá trình phủ chất cản quang ở bước 1 của hình trên cũng là một quá trình bán dẫn quan trọng.Mục đích của nó là tạo ra một lớp màng quang dẫn mỏng, đồng nhất và không có khuyết tật trên bề mặt của tấm wafer.Nói chung, độ dày của màng quang điện dao động từ 0,5um đến 1,5um và sai số độ dày phải nằm trong khoảng cộng hoặc trừ 0,01um.Phương pháp phủ chất quang dẫn bán dẫn chính là phương pháp phủ quay, có thể được chia cụ thể thành phương pháp quay tĩnh và phương pháp phun động.

Sơ đồ quy trình phủ quay tĩnhPhương pháp quay tĩnh:Đầu tiên, chất quang dẫn được lắng đọng ở trung tâm của tấm wafer silicon thông qua đầu phân phối keo, sau đó chất quang dẫn được lan truyền bằng cách quay tốc độ thấp, và sau đó chất quang dẫn dư thừa bị loại bỏ bằng cách quay tốc độ cao.Trong quá trình quay tốc độ cao, một phần dung môi trong chất quang dẫn sẽ bay hơi.Quá trình này có thể được hiển thị trong hình dưới đây.

Sơ đồ quy trình phủ tĩnh đủ tiêu chuẩn và không đủ tiêu chuẩn Lượng tích lũy chất cản quang trong phương pháp phủ tĩnh là rất quan trọng.Nếu số lượng quá nhỏ, chất quang dẫn sẽ không thể bao phủ hoàn toàn tấm wafer silicon.Nếu số lượng quá lớn, chất quang dẫn sẽ tích tụ ở rìa của tấm wafer silicon hoặc thậm chí chảy ra phía sau tấm wafer silicon, ảnh hưởng đến chất lượng quy trình.Phương pháp phun động:Khi kích thước của tấm wafer silicon ngày càng lớn hơn, lớp phủ tĩnh không còn có thể đáp ứng các yêu cầu xử lý tấm wafer silicon mới nhất.So với phương pháp quay tĩnh, phương pháp phun động bắt đầu quay với tốc độ thấp vào thời điểm chất quang dẫn được đổ lên tấm wafer silicon để giúp chất quang dẫn khuếch tán ban đầu.

Sơ đồ quy trình phun sơn động.Phương pháp này có thể sử dụng một lượng chất cảm quang nhỏ hơn để tạo thành lớp chất cảm quang đồng đều hơn và cuối cùng tạo thành màng chất cảm quang đáp ứng các yêu cầu về độ dày và tính đồng nhất bằng cách quay tốc độ cao.

Với sự cải tiến của tích hợp IC, trình độ công nghệ xử lý của các mạch tích hợp trên thế giới đã bước vào giai đoạn nanomet từ cấp micron, cấp submicron, cấp submicron sâu.Xu hướng giảm liên tục độ rộng đường mạch tích hợp đã mang đến những thách thức mới cho công nghệ xử lý chất bán dẫn bao gồm cả in thạch bản.Trong quy trình in thạch bản của quy trình bán dẫn, kích thước đặc trưng của chiều rộng đường mạch tích hợp có thể được xác định bằng công thức Rayleigh như hình bên phải: CD= k1*λ/NA

Ý nghĩa của từng thông số trong CD công thức Rayleigh (Critical Dimension) thể hiện kích thước đặc tính trong quy trình mạch tích hợp;k1 là hằng số Rayleigh, là hệ số tương quan giữa quá trình và vật liệu trong hệ thống in thạch bản;λ là bước sóng phơi sáng và NA (Khẩu độ số) đại diện cho giá trị khẩu độ của máy in thạch bản.Vì vậy, máy in thạch bản cần giảm hằng số Rayleigh và bước sóng phơi sáng đồng thời tăng kích thước khẩu độ để chế tạo các mạch tích hợp có kích thước đặc trưng nhỏ hơn.Trong số đó, việc giảm bước sóng phơi sáng có liên quan nhiều đến nguồn sáng và vật liệu cản quang được máy in thạch bản sử dụng.Trong lịch sử, bước sóng của nguồn sáng được sử dụng bởi máy in thạch bản đã cho thấy xu hướng co lại đồng bộ với kích thước tới hạn của mạch tích hợp.Các nguồn ánh sáng in thạch bản có bước sóng khác nhau đòi hỏi thiết bị in thạch bản và vật liệu quang học hoàn toàn khác nhau.Vào những năm 1980, quy trình sản xuất chất bán dẫn chủ đạo có quy mô từ 1,2um (1200nm) đến 0,8um (800nm).Vào thời điểm đó, nguồn sáng in thạch bản có bước sóng 436nm được sử dụng rộng rãi.Trong nửa đầu những năm 1990, khi quy mô sản xuất chất bán dẫn phát triển theo hướng 0,5um (500nm) và 0,35um (350nm), kỹ thuật in thạch bản bắt đầu sử dụng các nguồn sáng có bước sóng 365nm.Nguồn sáng 436nm và 365nm là hai vạch quang phổ có năng lượng cao nhất và bước sóng ngắn nhất trong đèn thủy ngân cao áp.Công nghệ đèn thủy ngân cao áp đã trưởng thành nên lần đầu tiên nó được sử dụng làm nguồn sáng in thạch bản.Sử dụng nguồn sáng có bước sóng ngắn, năng lượng cao để in thạch bản sẽ dễ dàng kích thích các phản ứng quang hóa và cải thiện độ phân giải in thạch bản.Joseph Fraunhofer, một nhà khoa học hiện đại người Đức nổi tiếng với nghiên cứu về quang phổ, đã đặt tên cho hai phổ bước sóng này lần lượt là G-line và I-line.Đây cũng là nguồn gốc tên gọi của kỹ thuật in thạch bản g-line và in thạch bản i-line.Cả chất quang dẫn g-line và i-line đều sử dụng các thành phần phenolic tuyến tính làm nhựa chính và các thành phần diazonaphthoquinone (hệ thống DQN) làm chất cảm quang.Các thành phần DQN không được phơi sáng đóng vai trò là chất ức chế, có thể làm giảm tốc độ hòa tan của chất quang dẫn trong chất hiện lên từ mười lần trở lên.Sau khi tiếp xúc, nhóm diazonaphthoquinone (DQN) được chuyển đổi thành enone và khi tiếp xúc với nước, nó tiếp tục được chuyển đổi thành axit indole hydroxy, có thể được loại bỏ khi vùng tiếp xúc được phát triển bằng nước kiềm loãng.Kết quả là, chất quang dẫn tiếp xúc sẽ hòa tan trong thuốc hiện và bị loại bỏ, trong khi phần chất quang dẫn không được phơi sáng sẽ được giữ lại.Mặc dù các thành phần được sử dụng trong chất quang dẫn g-line và chất quang dẫn i-line là tương tự nhau, nhưng nhựa và chất cảm quang của chúng có những thay đổi về cấu trúc vi mô, dẫn đến độ phân giải khác nhau.Photoresist G-line phù hợp cho các mạch tích hợp có kích thước từ 0,5um (500nm) trở lên, trong khi photoresist i-line được sử dụng cho các mạch tích hợp có kích thước từ 0,35um (350nm) đến 0,5um (500nm).Ngoài ra, cả hai chất quang dẫn này đều có thể được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm điện tử lớn hơn như màn hình phẳng LCD.

Vào nửa cuối thập niên 1990, theo hướng dẫn của Định luật Moore, kích thước của công nghệ xử lý chất bán dẫn bắt đầu giảm xuống dưới 0,35um (350nm), do đó đòi hỏi công nghệ in thạch bản có độ phân giải cao hơn.Ánh sáng cực tím sâu có thể được sử dụng làm nguồn sáng in thạch bản với độ phân giải cao hơn vì bước sóng ngắn hơn và hiệu ứng nhiễu xạ nhỏ hơn.Với sự phát triển của nghiên cứu về các nguồn sáng laser trạng thái kích thích halogenua khí hiếm như KrF và ArF, các công nghệ nguồn sáng in thạch bản 248nm (KrF) và 193nnm (ArF) đã trưởng thành và được đưa vào sử dụng thực tế.Tuy nhiên, do hiệu ứng hấp thụ mạnh của chất quang dẫn hệ thống DQN trên dải ánh sáng cực tím sâu, ánh sáng do KrF và ArF tạo ra dưới dạng khí in thạch bản không thể xuyên qua chất quang dẫn DQN, điều đó có nghĩa là độ phân giải in thạch bản sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.Do đó, chất quang dẫn tia cực tím sâu áp dụng một hệ thống kỹ thuật hoàn toàn khác với chất quang dẫn i-line và g-line.Hệ thống kỹ thuật này được gọi là Điện trở khuếch đại hóa học (CAR).Trong hệ thống công nghệ CAR, chất quang hóa trong chất quang dẫn không trực tiếp làm thay đổi độ hòa tan của chất quang dẫn trong chất hiện sau khi tiếp xúc mà tạo ra axit.Trong môi trường nhiệt độ cao của quá trình nướng nhiệt tiếp theo, axit sinh ra khi tiếp xúc đóng vai trò là chất xúc tác làm thay đổi độ hòa tan của chất quang dẫn trong chất hiện màu.Do đó, chất quang hóa trong hệ thống công nghệ CAR còn được gọi là tác nhân quang axit.Do axit được tạo ra bởi tác nhân quang axit của chất quang dẫn CAR không bị tiêu hao trong quá trình tiếp xúc mà chỉ tồn tại dưới dạng chất xúc tác nên một lượng nhỏ axit có thể tiếp tục đóng vai trò hiệu quả.Chất quang dẫn CAR có độ nhạy sáng cao và cần hấp thụ rất ít năng lượng từ bức xạ cực tím sâu, giúp nâng cao đáng kể hiệu quả của quang khắc.Tốc độ phơi sáng của chất quang dẫn CAR gấp khoảng 10 lần so với chất quang dẫn DQN.

Từ nửa sau của những năm 1990, các nguồn sáng thạch bản đã bắt đầu sử dụng laser KrF 248nm; và từ những năm 2000, thạch bản đã chuyển sang sử dụng laser excimer ArF bước sóng 193nm làm nguồn sáng. Kể từ đó, trong khoảng 20 năm cho đến ngày nay,Laser Excimer ArF bước sóng 193nm là nguồn sáng in thạch bản được sử dụng rộng rãi và đáng tin cậy nhất trong lĩnh vực quy trình bán dẫn.Nhìn chung, chất cản quang KrF (248nm) sử dụng poly(p-hydroxystyrene) và các dẫn xuất của nó làm nhựa tạo màng, và muối sulfonium iodonium và muối sulfonium làm tác nhân quang axit; trong khi chất cản quang ArF (193nm) chủ yếu sử dụng các dẫn xuất polymethacrylate, copolymer cycloolefin-maleic anhydride, polymer vòng, v.v. làm nhựa tạo màng; do lý do về cấu trúc hóa học, chất cản quang Arf (193nm) yêu cầu các tác nhân quang axit nhạy hơn chất cản quang KrF (248nm). Mặc dù một số công nghệ nguồn sáng quang khắc excimer có bước sóng ngắn hơn đã xuất hiện từ năm 2007, nhưng bức xạ trong các dải này dễ bị hấp thụ bởi các vật liệu quang học như thấu kính quang khắc, khiến các vật liệu này giãn nở do nhiệt và không hoạt động bình thường. Một số ít vật liệu quang học có thể hoạt động bình thường với bức xạ trong các dải này, chẳng hạn như canxi florua (fluorit), từ lâu đã có chi phí cao.Cùng với sự xuất hiện của các công nghệ mới như quang khắc ngâm và phơi sáng nhiều lần, hệ thống quang khắc ArF bước sóng 193nm đã phá vỡ được nút thắt của độ phân giải 65nm trước đây, do đó công nghệ quang khắc ArF vẫn được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ xử lý bán dẫn giữa 45nm và 10nm. Quang khắc

Công nghệ nguồn sáng phát triển thànhin thạch bản ngâm;trong kỹ thuật in thạch bản khô, ngược lại với kỹ thuật in thạch bản ngâm, có không khí giữa thấu kính in thạch bản và chất quang dẫn.Chất quang dẫn hấp thụ trực tiếp bức xạ cực tím phát ra từ nguồn sáng và trải qua phản ứng quang hóa.Trong kỹ thuật in thạch bản ngâm, có một chất lỏng cụ thể giữa thấu kính in thạch bản và chất quang dẫn.Những chất lỏng này có thể là nước tinh khiết hoặc các chất lỏng hỗn hợp khác.Khi bức xạ phát ra từ nguồn sáng in thạch bản đi qua các chất lỏng này, nó sẽ bị khúc xạ và bước sóng trở nên ngắn hơn.Bằng cách này, với tiền đề là không thay đổi nguồn sáng, ánh sáng cực tím có bước sóng ngắn hơn được chiếu lên chất quang dẫn, giúp cải thiện độ phân giải của quá trình quang khắc.Hình bên trái dưới đây cho thấy một hệ thống in thạch bản nhúng điển hình.Một hệ thống in thạch bản nhúng điển hình

đôikỹ thuật in thạch bản;in thạch bản kép có nghĩa là tăng gấp đôi độ phân giải xử lý bằng hai kỹ thuật in thạch bản.Một cách để đạt được mục tiêu này là dịch cùng một mặt nạ cho bản in thạch bản thứ hai sau bản in thạch bản đầu tiên để cải thiện độ phân giải xử lý.Hình bên phải dưới đây cho thấy một quá trình như vậy.Kỹ thuật in thạch bản kép ở giữa bên phải của hình bên dưới thực hiện hai lớp phủ, hai kỹ thuật in thạch bản và hai bản khắc.Với sự tiến bộ của công nghệ quang học, quy trình in thạch bản kép chỉ cần một lớp phủ, hai lần in thạch bản và một lần khắc đã trở nên khả thi.

Kỹ thuật in thạch bản kép tăng gấp đôi độ phân giải xử lý Công nghệ in thạch bản nhúng và in thạch bản kép đẩy độ phân giải xử lý lên mức 10nm mà không làm thay đổi nguồn sáng in thạch bản ArF bước sóng 193nm.Đồng thời, hai công nghệ này cũng đặt ra những yêu cầu mới đối với chất quang dẫn.Trong quá trình ngâm, chất quang dẫn không được phản ứng hóa học với chất lỏng ngâm hoặc thoát ra ngoài và khuếch tán, điều này sẽ làm hỏng chính chất quang dẫn và thấu kính quang khắc.Thứ hai, chiết suất của chất quang dẫn phải lớn hơn chiết suất của thấu kính, chất lỏng và lớp phủ trên cùng.Do đó, chỉ số khúc xạ của nhựa chính trong chất quang dẫn thường phải trên 1,9.Tiếp theo, chất quang dẫn không được biến dạng trong quá trình ngâm trong chất lỏng ngâm và quá trình nướng tiếp theo, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình xử lý.Cuối cùng, khi độ phân giải mục tiêu của quá trình nhúng gần bằng 10nm, việc đánh đổi nhiều chỉ số hiệu suất của chất quang dẫn sẽ nghiêm ngặt hơn.Khó khăn của việc chuẩn bị chất quang dẫn ArF ngâm lớn hơn so với chất quang dẫn ArF khô, đây là một trong những chìa khóa cho độ phân giải xử lý quang khắc ArF vượt quá 45nm.

Phơi sáng kép không đủ tiêu chuẩn Trong quy trình phơi sáng kép, nếu chất quang dẫn có thể chấp nhận nhiều lần phơi sáng quang khắc mà không có phản ứng quang hóa trong khu vực bị mặt nạ chặn, thì có thể lưu lại một quá trình khắc, một lớp phủ và một quy trình làm sạch chất quang dẫn.Hình bên trái bên dưới hiển thị quy trình phơi sáng kép không đủ tiêu chuẩn.Do chất quang dẫn ở vùng không phơi sáng vẫn nhận được một lượng bức xạ in thạch bản tương đối nhỏ, nên sau hai quá trình phơi sáng, bức xạ mà vùng không phơi sáng nhận được có thể vượt quá ngưỡng phơi sáng E0 của chất quang dẫn, dẫn đến phản ứng in thạch bản bị lỗi .Ở giữa bên phải của hình bên dưới, năng lượng bức xạ mà chất quang dẫn nhận được ở vùng không phơi sáng sau hai lần phơi sáng vẫn nhỏ hơn ngưỡng phơi sáng E0 của nó, do đó phía bên phải của hình bên dưới là mức phơi sáng kép đủ tiêu chuẩn.Từ ví dụ này, có thể thấy rằng, không giống như phơi sáng đơn, phơi sáng kép đòi hỏi phải có sự cân bằng giữa ngưỡng phơi sáng của chất quang dẫn và cường độ chiếu sáng của nguồn sáng in thạch bản.

Công nghệ in thạch bản EUV (cực tím) phơi sáng kép đủ tiêu chuẩn là sự phát triển mới nhất trong lĩnh vực in thạch bản trong 20 năm qua.Do các vật liệu quang học hiện có không thể hỗ trợ tốt sự phản xạ và truyền bức xạ có bước sóng dưới 13nm nên công nghệ in thạch bản EUV sử dụng ánh sáng cực tím có bước sóng 13,5nm làm nguồn sáng in thạch bản.Công nghệ in thạch bản EUV (tia cực tím) tiếp tục cải tiến công nghệ xử lý chất bán dẫn ở khu vực dưới 10nm.Ở thang bước sóng 13,5nm của quang khắc EUV, hiệu ứng bất định lượng tử bắt đầu xuất hiện, mang đến những thách thức chưa từng có đối với việc thiết kế và sử dụng các nguồn sáng, mặt nạ và chất quang dẫn tương ứng.Hiện tại, chỉ có ASML ở Hà Lan có khả năng sản xuất máy in thạch bản EUV, và nhiều chi tiết kỹ thuật tương ứng vẫn chưa được thế giới bên ngoài biết đến.Trong kỷ nguyên in thạch bản EUV sắp tới, ngành công nghiệp kỳ vọng rằng các công nghệ quang học KrF và ArF đã phổ biến trong 20 năm qua có thể mở ra một sự thay đổi công nghệ toàn diện.Rào cản chuẩn bị vật liệu quang điện cao.Các hóa chất vi điện tử mà chất quang dẫn thuộc về là sự giao thoa giữa ngành công nghiệp điện tử và công nghiệp hóa chất, đồng thời là những ngành sử dụng nhiều công nghệ điển hình.Tham gia kinh doanh hóa chất vi điện tử đòi hỏi các công nghệ sản xuất chủ chốt phù hợp với sự phát triển tiên tiến của ngành điện tử, như công nghệ trộn, công nghệ tách, công nghệ tinh chế và công nghệ kiểm tra phân tích, công nghệ giám sát và xử lý môi trường phù hợp với quy trình sản xuất.Đồng thời, các kịch bản sử dụng đa dạng của ngành điện tử hạ nguồn đòi hỏi các nhà sản xuất hóa chất vi điện tử phải có khả năng hỗ trợ mạnh mẽ, đồng thời phát triển và cải tiến quy trình sản phẩm kịp thời để đáp ứng nhu cầu cá nhân hóa của khách hàng.Quy trình chính của quy trình sản xuất chất cản quang là trộn các nguyên liệu thô chính như vật liệu cảm quang, nhựa, dung môi, v.v. trong phòng sạch có ánh sáng vàng 1000 độ ở nhiệt độ và độ ẩm không đổi, khuấy đều chúng dưới sự bảo vệ của khí nitơ, làm cho chúng được trộn hoàn toàn để tạo thành một chất lỏng đồng nhất, lọc chúng nhiều lần và vượt qua quá trình kiểm tra và kiểm soát quy trình trung gian để làm cho chúng đáp ứng các yêu cầu về công nghệ và chất lượng quy trình.Cuối cùng, sản phẩm được kiểm tra và đóng gói, đánh dấu và bảo quản dưới sự bảo vệ của khí nitơ sau khi vượt qua quá trình kiểm tra.Toàn bộ quá trình có thể được hiển thị trong hình sau:

Tóm tắt quy trình sản xuất chất cản quang Các rào cản kỹ thuật của chất cản quang bao gồm công nghệ pha chế, công nghệ kiểm soát chất lượng và công nghệ nguyên liệu thô. Công nghệ pha chế là cốt lõi của chất cản quang để thực hiện chức năng của nó, công nghệ kiểm soát chất lượng có thể đảm bảo tính ổn định của hiệu suất chất cản quang và nguyên liệu thô chất lượng cao là cơ sở của hiệu suất chất cản quang.Công nghệ bào chế:Vì người sử dụng chất quang dẫn tiếp theo là các nhà sản xuất chip IC và bảng điều khiển FPD, nên các khách hàng khác nhau sẽ có các yêu cầu ứng dụng khác nhau và cùng một khách hàng cũng sẽ có các yêu cầu ứng dụng quang khắc khác nhau.Thông thường, một con chip bán dẫn cần phải trải qua 10-50 quá trình quang khắc trong quá trình sản xuất.Do các chất nền khác nhau, yêu cầu về độ phân giải khác nhau, phương pháp khắc khác nhau, v.v., các quy trình quang khắc khác nhau có các yêu cầu cụ thể khác nhau đối với chất quang dẫn.Ngay cả đối với các quy trình quang khắc tương tự, các nhà sản xuất khác nhau sẽ có những yêu cầu khác nhau.Để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng khác nhau ở trên, có nhiều loại chất quang dẫn và những khác biệt này chủ yếu đạt được bằng cách điều chỉnh công thức của chất quang dẫn.Do đó, việc điều chỉnh công thức của chất quang dẫn để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng khác nhau là công nghệ cốt lõi của các nhà sản xuất chất quang dẫn.Công nghệ kiểm soát chất lượng:Vì người dùng có yêu cầu cao về độ ổn định và tính nhất quán của chất quang dẫn, bao gồm tính nhất quán giữa các lô khác nhau, nên họ thường hy vọng duy trì mức độ nhất quán cao về độ nhạy sáng và độ dày màng.Do đó, các nhà sản xuất chất quang dẫn không chỉ phải trang bị các dụng cụ kiểm tra hoàn chỉnh mà còn phải thiết lập hệ thống QA nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định.Công nghệ nguyên liệu:Photoresist là một sản phẩm có công thức phức tạp và chính xác được thiết kế nghiêm ngặt.Nó được làm từ các nguyên liệu thô có các đặc tính khác nhau như chất tạo màng, chất cảm quang, dung môi và chất phụ gia, thông qua các cách sắp xếp và kết hợp khác nhau cũng như thông qua công nghệ xử lý phức tạp và chính xác.Vì vậy, chất lượng của nguyên liệu thô chất cảm quang đóng một vai trò quan trọng trong chất lượng của chất cảm quang.Về độ tinh khiết của thuốc thử hóa học bán dẫn, Tổ chức Vật liệu và Thiết bị Bán dẫn Quốc tế (SEMI) đã xây dựng các tiêu chuẩn thống nhất quốc tế, như trình bày trong bảng sau.

Tiêu chuẩn thuốc thử có độ tinh khiết cao siêu sạch SEMI Yêu cầu về độ tinh khiết đối với vật liệu thuốc thử dùng trong mạch tích hợp bán dẫn tương đối cao, về cơ bản tập trung ở mức SEMI G3 và G4.Trình độ nghiên cứu phát triển của nước tôi và trình độ quốc tế vẫn còn khoảng cách lớn;yêu cầu về độ tinh khiết đối với thuốc thử siêu sạch có độ tinh khiết cao dành cho thiết bị bán dẫn rời rạc thấp hơn so với yêu cầu đối với mạch tích hợp, về cơ bản tập trung ở cấp độ SEMI G2 và công nghệ sản xuất của doanh nghiệp trong nước có thể đáp ứng hầu hết nhu cầu sản xuất;Yêu cầu về cấp độ đối với thuốc thử có độ tinh khiết cao siêu sạch trong màn hình phẳng và trường LED là cấp độ SEMI G2 và G3, đồng thời công nghệ sản xuất của doanh nghiệp trong nước có thể đáp ứng hầu hết các nhu cầu sản xuất.Hóa chất vi điện tử, bao gồm cả chất quang dẫn, có đặc điểm là yêu cầu kỹ thuật cao, chức năng mạnh mẽ và cập nhật sản phẩm nhanh chóng.Chất lượng sản phẩm của họ có tác động rất lớn đến chất lượng và hiệu quả của các sản phẩm điện tử hạ nguồn.Do đó, các công ty hạ nguồn rất coi trọng chất lượng và năng lực cung cấp của các nhà cung cấp hóa chất vi điện tử và thường áp dụng mô hình mua sắm được chứng nhận, yêu cầu các quy trình sàng lọc nghiêm ngặt như kiểm tra mẫu, thảo luận kỹ thuật, phản hồi thông tin, cải tiến kỹ thuật, sản xuất thử nghiệm hàng loạt nhỏ, cung cấp quy mô lớn và đánh giá dịch vụ sau bán hàng.Thời gian chứng nhận dài và yêu cầu khắt khe;phải mất một thời gian dài để các sản phẩm nói chung được khách hàng hạ nguồn chứng nhận.Ngành công nghiệp bảng hiển thị thường là 1-2 năm và chu kỳ chứng nhận của ngành mạch tích hợp có thể đạt 2-3 năm do yêu cầu cao;trong giai đoạn chứng nhận, nhà cung cấp chất quang dẫn không có thu nhập từ khách hàng, điều này đòi hỏi nhà cung cấp phải có đủ năng lực tài chính.Các nhà cung cấp chất cản quang có độ gắn bó cao với khách hàng;Nhìn chung, để duy trì sự ổn định của nguồn cung cấp chất quang dẫn và hiệu ứng, khách hàng ở hạ nguồn sẽ không dễ dàng thay đổi nhà cung cấp chất quang dẫn một khi họ đã thiết lập mối quan hệ cung cấp.Bằng cách thiết lập cơ chế phản hồi để đáp ứng nhu cầu cá nhân hóa, sự gắn bó giữa nhà cung cấp chất cản quang và khách hàng tiếp tục tăng lên.Những người đến sau muốn gia nhập hàng ngũ nhà cung cấp thường cần phải đáp ứng những yêu cầu cao hơn so với các nhà cung cấp hiện có.Vì vậy, ngành quang điện có rào cản cao đối với những người mới tham gia.Thông thường, các hóa chất vi điện tử như chất quang dẫn không chỉ có yêu cầu chất lượng cao mà còn yêu cầu nhiều chủng loại khác nhau để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng hạ nguồn.Nếu không có tính kinh tế nhờ quy mô, các nhà cung cấp không thể trang trải được chi phí do đáp ứng nhu cầu đa dạng và chất lượng cao.Vì vậy, quy mô của giống là rào cản quan trọng để gia nhập ngành.Đồng thời, các hóa chất vi điện tử nói chung có tính ăn mòn ở một mức độ nhất định, có yêu cầu cao đối với thiết bị sản xuất và môi trường sản xuất cần phải không có bụi hoặc không có bụi.Việc điều chế các hóa chất vi điện tử cao cấp cũng đòi hỏi một quy trình hoàn toàn khép kín và tự động để tránh ô nhiễm và nâng cao chất lượng.Do đó, việc sản xuất hóa chất vi điện tử như chất quang dẫn có yêu cầu cao về sản xuất an toàn, thiết bị bảo vệ môi trường, hệ thống quy trình sản xuất, hệ thống kiểm soát quy trình và đầu tư R&D.Nếu không có tiềm lực tài chính vững mạnh, doanh nghiệp khó có được lợi thế cạnh tranh về thiết bị, R&D và dịch vụ kỹ thuật để nâng cao năng lực phát triển bền vững.Vì vậy, các ngành công nghiệp hóa chất vi điện tử như chất quang dẫn có rào cản vốn cao.Ngành công nghiệp quang điện, đó làbị thống trị bởi Hoa Kỳ và Nhật Bản,có rào cản ngành cực kỳ cao, vì vậy ngành này mang tính độc quyền nhóm trên toàn thế giới.Ngành công nghiệp quang điện đã được độc quyền bởi các công ty chuyên nghiệp ở Nhật Bản và Hoa Kỳ trong nhiều năm.Hiện tại, năm nhà sản xuất hàng đầu chiếm 87% thị trường chất quang dẫn toàn cầu và mức độ tập trung của ngành rất cao.Trong số đó, thị phần kết hợp của JSR, Tokyo Ohka, Shin-Etsu và Fuji Electronic Materials của Nhật Bản đạt 72%.Ngoài ra, các công nghệ cốt lõi của chất quang dẫn bán dẫn KrF và ArF có độ phân giải cao về cơ bản được độc quyền bởi các công ty Nhật Bản và Mỹ, và hầu hết các sản phẩm đến từ các công ty Nhật Bản và Mỹ, như DuPont, JSR Co., Ltd., Shin-Etsu Chemical, Tokyo Ohka Industry, Fujifilm và Dongjin của Hàn Quốc.Nhìn từ góc độ toàn bộ thị trường máy quang điện, Nhật Bản là nơi quy tụ của những gã khổng lồ trong ngành máy quang điện.

Thị phần của các nhà sản xuất chất quang dẫn toàn cầu Ma sát vật liệu Nhật Bản-Hàn Quốc: nội địa hóa vật liệu bán dẫn là xu hướng tất yếu;Vào tháng 7 năm 2019, trong bối cảnh tranh chấp thương mại Nhật Bản-Hàn Quốc, Nhật Bản đã công bố lệnh cấm vận đối với ba loại vật liệu công nghiệp bán dẫn đối với Hàn Quốc, bao gồm khí ăn mòn, chất quang dẫn và fluoropolyimide.Hàn Quốc là cơ sở sản xuất bộ nhớ, cơ sở sản xuất màn hình và cơ sở đúc wafer toàn cầu.Samsung, Hynix, Eastern High-Tech và một số lượng lớn các nhà máy sản xuất màn hình và đúc wafer cần vật liệu bán dẫn của Nhật Bản.Ba vật liệu này đã trực tiếp cắt đứt những trụ cột kinh tế của ký ức và sự thể hiện của Hàn Quốc.Sau lệnh cấm vận, ngành bán dẫn Hàn Quốc phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng chưa từng có.Có một thời gian, các công ty sản xuất bộ nhớ hàng đầu thế giới như Samsung Semiconductor và Hynix liên tục rơi vào tình trạng khủng hoảng ngừng hoạt động và kho nguyên vật liệu của chính Samsung chỉ có thể hỗ trợ cho 3 tháng sản xuất.Các giám đốc điều hành của Samsung và Hynix cũng thường xuyên sang Nhật Bản để đàm phán.Đây là trường hợp giữa Nhật Bản và Hàn Quốc, cả hai đều là đồng minh quan trọng của Hoa Kỳ, và ngành công nghệ Trung Quốc, vốn vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, cần phải gióng lên hồi chuông cảnh báo.Hiện tại, Trung Quốc đại lục phụ thuộc rất nhiều vào nước ngoài về vật liệu điện tử, đặc biệt là chất quang dẫn.Vì vậy, việc thay thế vật liệu bán dẫn trong nước là một xu hướng tất yếu.Xung đột thương mại Trung-Mỹ: Việc thay thế chất quang dẫn trong nước là nhu cầu cấp thiết đối với ngành bán dẫn của Trung Quốc;kể từ khi xung đột thương mại Trung-Mỹ, Trung Quốc đại lục đã tích cực xây dựng ngành công nghiệp mạch tích hợp.Trong lĩnh vực vật liệu bán dẫn, chất quang dẫn, với vai trò là “nhiên liệu” cho sự tiến bộ của công nghệ xử lý mạch tích hợp, là mắt xích quan trọng trong việc thay thế trong nước và là sản phẩm sẽ được nội địa hóa.Quang khắc là quá trình cốt lõi của quá trình bán dẫn và đóng vai trò quyết định trong việc sản xuất các mạch tích hợp tiên tiến hơn với mật độ bóng bán dẫn cao hơn.Mỗi thế hệ quy trình quang khắc mới đòi hỏi một thế hệ công nghệ quang học mới để phù hợp.Hiện nay, một con chip bán dẫn thường yêu cầu 10-50 quy trình quang khắc trong quá trình sản xuất.Các quy trình quang khắc khác nhau cũng có những yêu cầu cụ thể khác nhau đối với chất quang dẫn.Nếu hiệu suất của chất quang dẫn không đạt tiêu chuẩn sẽ ảnh hưởng đáng kể đến năng suất chip.Hiện tại, mức độ nội địa hóa của chất quang dẫn ở Trung Quốc là chưa đủ nghiêm trọng, và khoảng cách công nghệ then chốt là ở lĩnh vực chất quang dẫn bán dẫn, với khoảng cách 2-3 thế hệ.Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp bán dẫn hạ nguồn, đèn LED và màn hình phẳng, sẽ có rất nhiều cơ hội để thay thế các sản phẩm quang điện trong nước trong tương lai.Ngày nay, Trung Quốc tận dụng nguồn lực của toàn xã hội để đầu tư và hỗ trợ ngành công nghiệp bán dẫn thông qua Quỹ đầu tư công nghiệp mạch tích hợp quốc gia (Quỹ lớn).Đồng thời, các công ty quang điện trong nước đang tích cực nắm bắt cơ hội mở rộng sản xuất tấm bán dẫn kéo dài hàng thế kỷ của Trung Quốc để phát triển các doanh nghiệp quang điện, cố gắng bắt kịp trình độ tiên tiến quốc tế càng sớm càng tốt và tham gia vào chuỗi cung ứng các nhà máy sản xuất tấm bán dẫn trong nước mới được xây dựng .Quá trình nội địa hóa chất cản quang đang diễn ra sôi nổi và trong lĩnh vực chất cản quang hiển thị bảng điều khiển, một số công ty địa phương cạnh tranh đã xuất hiện ở Trung Quốc.Trong lĩnh vực chất quang dẫn bán dẫn và bảng điều khiển, mặc dù chất quang dẫn trong nước vẫn tụt hậu so với trình độ tiên tiến quốc tế, nhưng với sự hỗ trợ của các chính sách và nỗ lực không ngừng nghỉ của chính họ, một số công ty quang điện ở Trung Quốc đã đạt được những bước đột phá về công nghệ.

Các nhà sản xuất chất quang dẫn lớn trong nước và sản phẩm thay thế trong nước