Kompleksowe zrozumienie fotorezystywności

Kompleksowe zrozumienie fotorezystu

Fotomaska, znana również jako fotorezyst, to mieszana ciecz wrażliwa na światło.W jego skład wchodzą: fotoinicjator (w tym fotosensybilizator, generator fotokwasu), żywica fotomaskowa, monomer, rozpuszczalnik i inne dodatki.Fotomaska ​​może przenieść wymagany drobny wzór z maski (maski) na podłoże, które ma zostać poddane obróbce poprzez reakcję fotochemiczną, naświetlanie, wywoływanie i inne procesy fotolitografii.W zależności od scenariusza zastosowania przetwarzanym podłożem może być materiał układu scalonego, materiał panelu wyświetlacza lub płytka drukowana.

Według statystyk niezależnej organizacji Zhiyan Consulting oczekuje się, że wielkość światowego rynku fotorezystu w 2019 r. wyniesie prawie 9 miliardów dolarów, przy CAGR wynoszącym około 5,4% od 2010 r. do września 2020 r.Oczekuje się, że do 2022 roku wartość światowego rynku fotorezystu przekroczy 10 miliardów dolarów.Fotomaski można podzielić na fotorezysty PCB, fotomaski do wyświetlaczy, fotomaski półprzewodnikowe i inne fotomaski zgodnie z ich obszarami zastosowania.Struktura rynku różnych rodzajów fotomasek na rynku światowym jest stosunkowo zrównoważona, a konkretną proporcję można pokazać na poniższym rysunku.

Globalna struktura rynku fotorezystu Dane Zhiyan Consulting pokazują również, że korzystając z trendu przemieszczania się na wschód branży półprzewodników, paneli wyświetlaczowych i PCB,roczna stopa wzrostu lokalnych dostaw fotomaski w Chinach osiągnęła 11% w latach 2011–2020, czyli była wyższa niż średnia światowa stopa wzrostu wynosząca 5%.Obecnie lokalna fotorezyst w Chinach jest wykorzystywana głównie do produkcji płytek PCB, a dostawy fotomaski do wyświetlaczy płaskich i półprzewodników stanowią bardzo niski odsetek.Strukturę produkcji lokalnych chińskich firm zajmujących się fotorezystencją można przedstawić na rysunku.

Struktura produkcji lokalnych firm zajmujących się fotorezystencją w Chinach

Klasyfikacja fotomaski W branży wyświetlaczy płaskich, głównymi stosowanymi fotomaskami są fotomaski kolorowe i czarne, fotomaski do ekranów dotykowych LCD, fotomaski pozytywowe TFT-LCD itp. W procesie fotolitografii i trawienia fotomaski są powlekane na powierzchni folii kryształu, a wzór na masce (maska) jest przenoszona na folię poprzez procesy naświetlania, wywoływania i trawienia, tworząc wzór geometryczny odpowiadający masce.

W branży PCB najważniejszestosowane fotomaski to fotomaska ​​sucha, fotorezyst mokra, światłoczuły tusz lutowniczy itp. Sucha folia to specjalna folia przymocowana do obrobionej płyty pokrytej miedzią w celu naświetlenia i wywołania;mokry film i fotograficzny atrament lutowniczy są nakładane na płytkę pokrytą miedzią, a po wyschnięciu naświetlane i wywoływane.Zarówno sucha, jak i mokra folia mają swoje zalety.Ogólnie rzecz biorąc, fotomaska ​​na mokro ma wyższą rozdzielczość niż folia sucha i niższą cenę i zastępuje niektóre rynki fotorezystu na sucho.

Produkcja kolorowych filtrów do ekranów LCD opiera się na kolorowym fotorezyście.W branży produkcji półprzewodnikowych układów scalonychStosowane są głównie fotorezyst linii g, fotorezyst i-line, fotorezyst KrF, fotorezyst ArF itp.W procesie produkcyjnym wielkogabarytowych układów scalonych płytki krzemowe poddaje się na ogół ponad dziesięciokrotnej fotolitografii.W każdym procesie fotolitografii i trawienia fotomaska ​​musi przejść przez wstępne wypalanie, powlekanie, wstępne wypalanie, wyrównywanie, naświetlanie, wypalanie po wypalaniu, wywoływanie i trawienie, aby przenieść wzór z maski (maski) na płytkę krzemową.Na PCB stosuje się światłoczuły tusz do maski lutowniczej. Fotomaska ​​jest ważnym materiałem do produkcji układów scalonych.Jakość i wydajność fotomaski to kluczowe czynniki wpływające na wydajność, wydajność i niezawodność układów scalonych.Koszt procesu fotolitografii stanowi około 35% całego procesu wytwarzania chipa, a czas poświęcony na jego wykonanie stanowi około 40%-50% całego procesu chipowania.Materiały fotorezystowe stanowią około 4% całkowitego kosztu materiałów do produkcji układów scalonych, a rynek jest ogromny.Dlatego fotomaska ​​jest podstawowym materiałem do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych.

Schematyczny diagram wywoływania fotorezystu dodatniegoZgodnie z efektem wyświetlaniaFotomaski można podzielić na fotomaski dodatnie i fotomaski ujemne.Wzór utworzony przez fotomaskę negatywową podczas wywoływania jest przeciwny do maski (maski);wzór utworzony przez fotomaskę pozytywową jest taki sam jak na masce.Proces produkcji obu produktów jest w zasadzie taki sam, a różnica polega na głównych surowcach.

Schematyczny diagram rozwoju fotorezystu negatywowegoWedług struktury chemicznejFotomaski można podzielić na typ fotopolimeryzacji, typ fotorozkładu, typ fotosieciowania i typ amplifikacji chemicznej.Fotomaski typu fotopolimeryzacji wykorzystują monomery olefinowe do generowania wolnych rodników pod wpływem światła, dalej inicjują polimeryzację monomerów i ostatecznie wytwarzają polimery.

Schematyczny diagram reakcji fotopolimeryzacji.Fotomaska ​​ulegająca rozkładowi wykorzystuje materiały zawierające związki diazochinonu (DQN) jako fotosensybilizatory.Po ekspozycji na światło zachodzi reakcja fotorozkładu, którą można przekształcić w pozytywową fotomaskę.Fotomaska ​​fotosieciująca wykorzystuje poliwinylolaurynian i inne materiały światłoczułe.Pod wpływem światła tworzy nierozpuszczalną strukturę sieciową, która pełni funkcję antykorozyjną i może zostać przetworzona na fotorezyst negatywowy.

Schematyczny diagram reakcji fotorozkładu Po tym, jak w technologii litografii półprzewodnikowych układów scalonych zaczęto wykorzystywać źródło światła głębokiego ultrafioletu (DUV), technologia wzmacniania chemicznego (CAR) stopniowo stała się głównym nurtem zastosowań przemysłowych.W technologii fotomaski wzmacnianej chemicznie żywicą jest polietylen chroniony grupami chemicznymi i dlatego jest trudny do rozpuszczenia.Fotomaska ​​wzmacniana chemicznie wykorzystuje generator fotokwasu (PAG) jako fotoinicjator.

Schematyczny diagram reakcji fotosieciowania Po naświetleniu fotomaski generator fotokwasu (PAG) w naświetlonym obszarze wytworzy kwas.Kwas ten działa jak katalizator podczas procesu wypalania po wypalaniu, usuwając grupę ochronną z żywicy, dzięki czemu żywica jest łatwa do rozpuszczenia.Szybkość naświetlania fotorezystu ze wzmocnieniem chemicznym jest 10 razy większa niż w przypadku fotorezystu DQN i ma dobrą czułość optyczną na źródło głębokiego światła ultrafioletowego oraz ma zalety wysokiego kontrastu i wysokiej rozdzielczości.

Schematyczny diagram chemicznej reakcji amplifikacji świetlnejW zależności od długości fali ekspozycji,Fotorezyst można podzielić na fotorezyst ultrafioletowy (300 ~ 450 nm), fotorezyst głębokiego ultrafioletu (160 ~ 280 nm), fotorezyst ekstremalnego ultrafioletu (EUV, 13,5 nm), fotorezyst wiązki elektronów, fotorezyst wiązki jonów, fotomaskę rentgenowską itp. Fotomaski o różnych długości fal ekspozycji mają zastosowanie do różnych rozdzielczości granicznych fotolitografii.Ogólnie rzecz biorąc, gdy stosowana jest ta sama metoda procesu, im krótsza długość fali, tym lepsza rozdzielczość przetwarzania.

Podsumowanie klasyfikacji fotorezystuFotomaska ​​jest „paliwem” dla rozwoju technologii procesów półprzewodnikowych.W dziedzinie produkcji układów scalonych, jeśli maszyna fotolitograficzna jest „silnikiem”, który promuje rozwój technologii procesowej, fotomaska ​​jest „paliwem” tego „silnika”.Poniższy rysunek pokazuje, jak fotomaska ​​działa w procesie produkcyjnym tranzystora NMOS.Tranzystory NMOS są jedną z najczęściej stosowanych struktur układów scalonych w technologii procesów półprzewodnikowych.

Proces wytwarzania struktury układu scalonego z tranzystorem NMOS. W takim typowym przykładzie zielona część w kroku 1 reprezentuje czerwoną część materiału polikrzemowego pokrytego warstwą fotomaski.W procesie naświetlania fotolitograficznego w kroku 2 fotomaska ​​znajdująca się poza zakresem ekranowania czarnej maski jest naświetlana przez źródło światła fotolitograficznego, a właściwości chemiczne ulegają zmianie, co objawia się ciemnozielonym kolorem w kroku 3. W kroku 4, po wywołaniu, jedynie materiał fotomaski pozostaje nad materiałem polikrzemowym oznaczonym kolorem czerwonym, gdzie był wcześniej osłonięty przez maskę.W efekcie wzór na masce (masce) zostaje przeniesiony na materiał polikrzemowy, kończąc proces „fotolitografii”.W kolejnych etapach od 5 do 7, w oparciu o wzór fotomaski pozostawiony na materiale polikrzemowym w procesie „fotolitografii”, procesy „trawienia warstwy polikrzemu”, „czyszczenia fotorezystu” i „implantacji jonów N+” wspólnie uzupełniają konstrukcję NMOS tranzystor.Proces powlekania fotorezystem przedstawiony na etapie 1 powyższego rysunku jest również ważnym procesem półprzewodnikowym.Jego celem jest utworzenie cienkiej, jednolitej i pozbawionej defektów warstwy fotorezystu na powierzchni płytki.Ogólnie rzecz biorąc, grubość folii fotorezystu waha się od 0,5 um do 1,5 um, a błąd grubości musi mieścić się w granicach plus minus 0,01 um.Główną metodą powlekania fotorezystu półprzewodnikowego jest metoda powlekania wirowego, którą można konkretnie podzielić na metodę wirowania statycznego i metodę natryskiwania dynamicznego.

Schemat ideowy procesu statycznego powlekania wirowegoMetoda wirowania statycznego:Najpierw fotomaska ​​jest osadzana na środku płytki krzemowej poprzez głowicę dozującą klej, następnie fotomaska ​​jest rozprowadzana poprzez obrót z małą prędkością, a następnie nadmiar fotomaski jest strząsany poprzez obrót z dużą prędkością.Podczas procesu rotacji z dużą prędkością część rozpuszczalnika zawartego w fotomasce odparuje.Proces ten można pokazać na poniższym rysunku.

Schematyczny diagram kwalifikowanego i niekwalifikowanego procesu powlekania statycznego Ilość akumulacji fotomaski w metodzie powlekania statycznego jest bardzo krytyczna.Jeśli ilość będzie zbyt mała, fotomaska ​​nie będzie w stanie całkowicie pokryć płytki krzemowej.Jeżeli ilość będzie zbyt duża, fotomaska ​​będzie gromadzić się na krawędzi płytki krzemowej lub nawet spływać do tyłu płytki krzemowej, wpływając na jakość procesu.Metoda natrysku dynamicznego:Ponieważ rozmiar płytek krzemowych staje się coraz większy, powłoka statyczna nie jest już w stanie spełniać najnowszych wymagań dotyczących przetwarzania płytek krzemowych.W porównaniu do metody statycznego wirowania, metoda natryskiwania dynamicznego zaczyna się obracać z małą prędkością w momencie wylania fotomaski na płytkę krzemową, aby ułatwić początkową dyfuzję fotomaski.

Schemat ideowy procesu dynamicznego powlekania natryskowego.W tej metodzie można zastosować mniejszą ilość fotorezystu w celu utworzenia bardziej równomiernego rozprowadzenia fotorezystu i ostatecznie uformowania folii fotomaski, która spełnia wymagania dotyczące grubości i jednorodności dzięki szybkiemu obrotowi.

Wraz z poprawą integracji układów scalonych, poziom technologii procesów w układach scalonych na świecie wszedł do etapu nanometrowego z poziomu mikrona, poziomu submikronowego i głębokiego poziomu submikronowego.Trend ciągłego zmniejszania szerokości linii układów scalonych przyniósł nowe wyzwania przed technologią procesów półprzewodnikowych, w tym litografią.W procesie litografii w procesie półprzewodnikowym charakterystyczną wielkość szerokości linii układu scalonego można określić za pomocą wzoru Rayleigha, jak pokazano po prawej stronie: CD= k1*λ/NA

Znaczenie każdego parametru we wzorze Rayleigha CD (wymiar krytyczny) reprezentuje charakterystyczny rozmiar w procesie układu scalonego;k1 to stała Rayleigha, która jest współczynnikiem korelacji pomiędzy procesem i materiałem w systemie litograficznym;λ to długość fali ekspozycji, a NA (przysłona numeryczna) oznacza wartość apertury maszyny litograficznej.Dlatego maszyna litograficzna musi zmniejszyć stałą Rayleigha i długość fali ekspozycji oraz zwiększyć rozmiar apertury, aby wytworzyć układy scalone o mniejszych charakterystycznych rozmiarach.Wśród nich zmniejszenie długości fali ekspozycji jest ściśle powiązane ze źródłem światła i materiałem fotomaski używanym przez maszynę litograficzną.Historycznie rzecz biorąc, długość fali źródła światła wykorzystywanego przez maszynę litograficzną wykazywała tendencję do zmniejszania się synchronicznie z krytycznym rozmiarem układu scalonego.Litograficzne źródła światła o różnych długościach fal wymagają zupełnie innego sprzętu litograficznego i materiałów fotomaskowych.W latach 80. główny proces produkcji półprzewodników wynosił od 1,2 um (1200 nm) do 0,8 um (800 nm).Powszechnie stosowano wówczas litograficzne źródła światła o długości fali 436 nm.W pierwszej połowie lat 90. XX wieku, gdy wielkość procesu produkcji półprzewodników ewoluowała w kierunku 0,5 um (500 nm) i 0,35 um (350 nm), w litografii zaczęto wykorzystywać źródła światła o długości fali 365 nm.Źródła światła 436 nm i 365 nm to dwie linie widmowe o najwyższej energii i najkrótszej długości fali w wysokoprężnych lampach rtęciowych.Technologia wysokociśnieniowych lamp rtęciowych jest już dojrzała, dlatego po raz pierwszy zastosowano je jako źródło światła w litografii.Używanie do litografii źródła światła o krótkiej długości fali i wysokiej energii jest łatwiejsze do stymulowania reakcji fotochemicznych i poprawy rozdzielczości litografii.Joseph Fraunhofer, współczesny niemiecki naukowiec znany ze swoich badań nad widmami, nazwał te widma o dwóch długościach fal odpowiednio linią G i linią I.Stąd też wzięła się nazwa litografia typu g i litografia typu i-line.Zarówno fotomaski g-line, jak i i-line wykorzystują liniowe składniki fenolowe jako główne składniki żywicy i diazonaftochinon (system DQN) jako fotosensybilizatory.Nienaświetlone składniki DQN działają jak inhibitory, które mogą zmniejszyć szybkość rozpuszczania fotorezystu w wywoływaczu dziesięciokrotnie lub więcej.Po ekspozycji grupa diazonaftochinonu (DQN) ulega przemianie w enon, a w kontakcie z wodą ulega dalszej przemianie w hydroksykwas indolowy, który można usunąć, gdy narażony obszar zostanie zagospodarowany rozcieńczoną wodą alkaliczną.W rezultacie naświetlona fotomaska ​​rozpuści się w wywoływaczu i zostanie usunięta, podczas gdy nienaświetlona część fotomaski zostanie zachowana.Chociaż składniki stosowane w fotorezystach g-line i fotomaskach i-line są podobne, ich żywice i fotosensybilizatory mają zmiany w mikrostrukturze, co skutkuje różnymi rozdzielczościami.Fotorezyst linii G nadaje się do obwodów scalonych o wielkości 0,5 um (500 nm) lub więcej, natomiast fotomaska ​​i-line jest stosowana do układów scalonych o wielkości od 0,35 um (350 nm) do 0,5 um (500 nm).Ponadto obie fotomaski można stosować w produkcji większych produktów elektronicznych, takich jak płaskie wyświetlacze LCD.

W drugiej połowie lat 90., zgodnie z wytycznymi prawa Moore'a, wielkość technologii procesów półprzewodnikowych zaczęła się zmniejszać do poniżej 0,35 um (350 nm), co wymaga technologii litografii o wyższej rozdzielczości.Głębokie światło ultrafioletowe może być stosowane jako źródło światła litograficznego o wyższej rozdzielczości ze względu na krótszą długość fali i mniejszy efekt dyfrakcyjny.Wraz z rozwojem badań nad laserowymi źródłami światła w stanie wzbudzonym z halogenkami rzadkimi, takimi jak KrF i ArF, technologie litograficznych źródeł światła 248 nm (KrF) i 193 nnm (ArF) dojrzały i zostały wprowadzone do praktycznego zastosowania.Jednakże, ze względu na silny efekt absorpcji fotomaski systemu DQN w paśmie głębokiego ultrafioletu, światło generowane przez KrF i ArF jako gazy litograficzne nie może przeniknąć fotomaski DQN, co oznacza, że ​​będzie to miało poważny wpływ na rozdzielczość litografii.Dlatego fotorezyst głębokiego ultrafioletu przyjmuje zupełnie inny system techniczny niż fotomaski i-line i g-line.Ten system techniczny nosi nazwę odporności wzmocnionej chemicznie (CAR).W systemie technologii CAR fotoinicjator zawarty w fotomasce nie zmienia bezpośrednio rozpuszczalności fotomaski w wywoływaczu po naświetleniu, lecz wytwarza kwas.W środowisku o wysokiej temperaturze późniejszego procesu wypalania termicznego kwas powstały w wyniku ekspozycji działa jak katalizator zmieniający rozpuszczalność fotomaski w wywoływaczu.Dlatego fotoinicjator w systemie technologii CAR nazywany jest także środkiem fotokwasowym.Ponieważ kwas wytwarzany przez środek fotokwasowy samej fotomaski CAR nie jest zużywany podczas procesu naświetlania, ale istnieje jedynie jako katalizator, niewielka ilość kwasu może nadal odgrywać skuteczną rolę.Fotomaska ​​CAR jest wysoce światłoczuła i musi absorbować bardzo mało energii z głębokiego promieniowania ultrafioletowego, co znacznie zwiększa wydajność fotolitografii.Szybkość naświetlania fotorezystu CAR jest około 10 razy większa niż w przypadku fotomaski DQN.

Od drugiej połowy lat 90. XX wieku źródła światła litograficznego zaczęły wykorzystywać lasery KrF o długości fali 248 nm; a od lat 2000. XX wieku litografia przeszła na stosowanie laserów excimerowych ArF o długości fali 193 nm jako źródeł światła. Od tego czasu, przez około 20 lat aż do dziś,Laser ekscymerowy ArF o długości fali 193 nm jest najbardziej niezawodnym i szeroko stosowanym litograficznym źródłem światła w dziedzinie procesów półprzewodnikowych.Ogólnie rzecz biorąc, fotorezysty KrF (248 nm) wykorzystują poli(p-hydroksystyren) i jego pochodne jako żywice tworzące film oraz sole sulfoniowo-jodoniowe i sole sulfoniowe jako środki fotokwasowe; podczas gdy fotorezysty ArF (193 nm) wykorzystują głównie pochodne polimetakrylanu, kopolimery cykloolefinowo-maleinowego bezwodnika, polimery cykliczne itp. jako żywice tworzące film; ze względu na strukturę chemiczną fotorezysty Arf (193 nm) wymagają bardziej czułych środków fotokwasowych niż fotorezysty KrF (248 nm). Chociaż od 2007 r. pojawiły się pewne technologie źródeł światła litografii excimerowej o krótszych długościach fal, promieniowanie w tych pasmach jest łatwo absorbowane przez materiały optyczne, takie jak soczewki litograficzne, powodując rozszerzanie się tych materiałów z powodu ciepła i nieprawidłowe działanie. Nieliczne materiały optyczne, które mogą prawidłowo działać z promieniowaniem w tych pasmach, takie jak fluorek wapnia (fluoryt), od dawna mają wysokie koszty.Wraz z pojawieniem się nowych technologii, takich jak litografia zanurzeniowa i wielokrotna ekspozycja, system litografii ArF o długości fali 193 nm przełamał wąskie gardło poprzedniej rozdzielczości 65 nm, więc technologia litografii ArF jest nadal najszerzej stosowana w technologii procesów półprzewodnikowych w zakresie od 45 nm do 10 nm. Litografia

technologia źródeł światła ewoluuje w kierunkulitografia zanurzeniowa;w litografii suchej, w przeciwieństwie do litografii zanurzeniowej, pomiędzy soczewką litograficzną a fotomaską znajduje się powietrze.Fotomaska ​​bezpośrednio pochłania promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez źródło światła i ulega reakcji fotochemicznej.W litografii zanurzeniowej pomiędzy soczewką litograficzną a fotomaską znajduje się specyficzna ciecz.Płynami tymi może być czysta woda lub inne ciecze złożone.Kiedy promieniowanie emitowane przez litograficzne źródło światła przechodzi przez te ciecze, ulega załamaniu, a długość fali staje się krótsza.W ten sposób, przy założeniu niezmieniania źródła światła, na fotomaskę rzutowane jest światło ultrafioletowe o krótszej długości fali, co poprawia rozdzielczość procesu fotolitografii.Poniższy rysunek po lewej stronie przedstawia typowy system litografii zanurzeniowej.Typowy system litografii zanurzeniowej

debellitografia;podwójna litografia oznacza podwojenie rozdzielczości przetwarzania o dwie litografie.Jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu jest przełożenie tej samej maski na drugą litografię po pierwszej litografii, aby poprawić rozdzielczość przetwarzania.Poniższy rysunek po prawej stronie przedstawia taki proces.Podwójna litografia pośrodku, po prawej stronie poniższego rysunku obejmuje dwie powłoki, dwie litografie i dwie akwaforty.Wraz z rozwojem technologii fotomaski możliwy stał się proces podwójnej litografii, który wymaga tylko jednej powłoki, dwóch litografii i jednego trawienia.

Podwójna litografia podwaja rozdzielczość przetwarzania Litografia zanurzeniowa i technologie podwójnej litografii zwiększają rozdzielczość przetwarzania do rzędu 10 nm bez zmiany źródła światła ArF litografii o długości fali 193 nm. Jednocześnie te dwie technologie stawiają również nowe wymagania dla fotorezystu. W procesie zanurzania fotorezyst nie może reagować chemicznie z płynem immersyjnym ani wypłukiwać się i dyfundować, co mogłoby uszkodzić sam fotorezyst i soczewkę fotolitografii. Po drugie, współczynnik załamania światła fotorezystu musi być większy niż współczynnik soczewki, cieczy i powłoki wierzchniej. Dlatego współczynnik załamania światła głównej żywicy w fotorezyście musi być na ogół wyższy niż 1,9. Następnie fotorezyst nie może odkształcać się podczas zanurzania w płynie immersyjnym i późniejszego procesu wypiekania, co mogłoby wpłynąć na dokładność przetwarzania.Wreszcie, gdy docelowa rozdzielczość procesu zanurzeniowego jest bliska 10 nm, kompromisy wielu wskaźników wydajności fotorezystu będą bardziej rygorystyczne. Trudność przygotowania fotorezystu zanurzeniowego ArF jest większa niż suchego fotorezystu ArF, który jest jednym z kluczy do rozdzielczości przetwarzania fotolitografii ArF przekraczającej 45 nm.

Niekwalifikowana podwójna ekspozycja W procesie podwójnego naświetlania, jeśli fotomaska ​​może wytrzymać wielokrotne naświetlenia fotolitograficzne bez reakcji fotochemicznych w obszarze zablokowanym przez maskę, można zaoszczędzić jedno trawienie, jedną powłokę i jeden proces czyszczenia fotomaski.Rysunek po lewej stronie poniżej przedstawia niewykwalifikowany proces podwójnej ekspozycji.Ponieważ fotomaska ​​w obszarze nienaświetlonym nadal otrzymuje stosunkowo niewielką ilość promieniowania litograficznego, po dwóch procesach naświetlania promieniowanie odebrane przez obszar nienaświetlony może przekroczyć próg ekspozycji E0 fotomaski, co skutkuje błędną reakcją litograficzną .W prawym środku poniższego rysunku energia promieniowania otrzymana przez fotomaskę w nienaświetlonym obszarze po dwóch ekspozycjach jest nadal mniejsza niż jej próg ekspozycji E0, zatem prawa strona poniższego rysunku przedstawia kwalifikowaną podwójną ekspozycję.Z tego przykładu widać, że w przeciwieństwie do pojedynczej ekspozycji, podwójna ekspozycja wymaga kompromisu pomiędzy progiem ekspozycji fotomaski a intensywnością oświetlenia litograficznego źródła światła.

Technologia litografii kwalifikowanej podwójnej ekspozycji EUV (ekstremalnego ultrafioletu) to najnowsze osiągnięcie w dziedzinie litografii od 20 lat.Ponieważ obecnie dostępne materiały optyczne nie są w stanie dobrze odbijać i przepuszczać promieniowania o długości fali poniżej 13 nm, technologia litografii EUV wykorzystuje światło ultrafioletowe o długości fali 13,5 nm jako źródło światła litograficznego.Technologia litografii EUV (ekstremalnego ultrafioletu) w dalszym ciągu rozwija technologię procesów półprzewodnikowych w obszarze poniżej 10 nm.W skali długości fali 13,5 nm litografii EUV zaczyna się pojawiać kwantowy efekt niepewności, co stwarza bezprecedensowe wyzwania w projektowaniu i stosowaniu odpowiednich źródeł światła, masek i fotomasek.Obecnie jedynie ASML w Holandii ma możliwość produkcji maszyn do litografii EUV, a wiele powiązanych szczegółów technicznych jest wciąż nieznanych światu zewnętrznemu.W nadchodzącej erze litografii EUV branża oczekuje, że popularne od 20 lat technologie fotomasek KrF i ArF mogą zapoczątkować kompleksową zmianę technologiczną.Bariery przygotowania materiału fotorezystowego są wysokie.Mikroelektroniczne chemikalia, do których należą fotomaski, stanowią skrzyżowanie przemysłu elektronicznego i przemysłu chemicznego i są typowymi gałęziami przemysłu wymagającymi dużej technologii.Zaangażowanie się w branżę chemikaliów mikroelektronicznych wymaga kluczowych technologii produkcyjnych, które odpowiadają najnowocześniejszemu rozwojowi przemysłu elektronicznego, takich jak technologia mieszania, technologia separacji, technologia oczyszczania i technologia kontroli analitycznej, technologia oczyszczania środowiska i monitorowania dostosowana do procesu produkcyjnego.Jednocześnie różnorodne scenariusze zastosowań w przemyśle elektronicznym niższego szczebla wymagają od producentów chemikaliów mikroelektroniki posiadania silnych możliwości wsparcia oraz szybkiego opracowywania i ulepszania procesów produktowych, aby sprostać spersonalizowanym potrzebom klientów.Głównym procesem produkcji fotorezystu jest mieszanie głównych surowców, takich jak materiały światłoczułe, żywice, rozpuszczalniki itp. w pomieszczeniu czystym o stałej temperaturze i wilgotności o poziomie żółtego światła na poziomie 1000, a następnie całkowite ich wymieszanie pod ochroną azotu, należy je całkowicie wymieszać, aby utworzyć jednorodną ciecz, i wielokrotnie je filtrować, a także przejść kontrolę i inspekcję procesu pośredniego, aby spełnić wymagania technologii procesu i jakości.Na koniec produkt jest sprawdzany, pakowany, znakowany i po przejściu kontroli przechowywany w osłonie azotu.Cały proces można przedstawić na poniższym rysunku:

Krótki opis procesu produkcji fotorezystu Bariery techniczne fotorezystu obejmują technologię formulacji, technologię kontroli jakości i technologię surowców. Technologia formulacji jest rdzeniem fotorezystu, aby zrealizować jego funkcję, technologia kontroli jakości może zapewnić stabilność działania fotorezystu, a wysokiej jakości surowce są podstawą działania fotorezystu.Technologia formułowania:Ponieważ dalszymi użytkownikami fotorezystu są producenci układów scalonych i paneli FPD, różni klienci będą mieli różne wymagania dotyczące aplikacji, a ten sam klient będzie miał również różne wymagania dotyczące zastosowań fotolitografii.Ogólnie rzecz biorąc, chip półprzewodnikowy musi zostać poddany 10–50 procesom fotolitografii w procesie produkcyjnym.Ze względu na różne podłoża, różne wymagania dotyczące rozdzielczości, różne metody trawienia itp., różne procesy fotolitografii mają różne specyficzne wymagania dla fotomasek.Nawet w przypadku podobnych procesów fotolitografii różni producenci będą mieli różne wymagania.W odpowiedzi na powyższe różne wymagania aplikacyjne istnieje wiele odmian fotomasek, a różnice te osiąga się głównie poprzez dostosowanie składu fotomasek.Dlatego dostosowanie receptury fotomaski do zróżnicowanych wymagań aplikacji jest podstawową technologią producentów fotomaski.Technologia kontroli jakości:Ponieważ użytkownicy mają wysokie wymagania dotyczące stabilności i konsystencji fotomasek, w tym spójności między różnymi partiami, zwykle mają nadzieję na utrzymanie wysokiego poziomu spójności w zakresie światłoczułości i grubości warstwy.Dlatego producenci fotorezystu muszą nie tylko być wyposażeni w kompletne przyrządy testujące, ale także ustanowić rygorystyczny system kontroli jakości, aby zapewnić stabilność jakości produktu.Technologia surowców:Fotomaska ​​to produkt o złożonej i precyzyjnej formule, który został ściśle zaprojektowany.Powstaje z surowców o różnych właściwościach, takich jak substancje błonotwórcze, fotosensybilizatory, rozpuszczalniki i dodatki, poprzez różne układy i kombinacje oraz poprzez złożoną i precyzyjną technologię przetwarzania.Dlatego jakość surowców fotomaski odgrywa kluczową rolę w jakości fotorezystu.W przypadku czystości półprzewodnikowych odczynników chemicznych Międzynarodowa Organizacja ds. Sprzętu i Materiałów Półprzewodnikowych (SEMI) sformułowała międzynarodowe ujednolicone standardy, jak pokazano w poniższej tabeli.

Ultraczyste standardy odczynników SEMI o wysokiej czystości Wymagania dotyczące czystości materiałów odczynników stosowanych w półprzewodnikowych układach scalonych są stosunkowo wysokie i zasadniczo skupiają się na poziomach SEMI G3 i G4.Nadal istnieje duża rozbieżność pomiędzy poziomem badań i rozwoju w moim kraju a poziomem międzynarodowym;wymagania czystości dla ultraczystych odczynników o wysokiej czystości do dyskretnych urządzeń półprzewodnikowych są niższe niż wymagania dotyczące układów scalonych, zasadniczo skoncentrowane na poziomie SEMI G2, a technologia produkcji krajowych przedsiębiorstw może zaspokoić większość potrzeb produkcyjnych;wymagania dotyczące poziomu ultraczystych odczynników o wysokiej czystości na płaskim wyświetlaczu i polach LED to poziomy SEMI G2 i G3, a technologia produkcji krajowych przedsiębiorstw może zaspokoić większość potrzeb produkcyjnych.Chemikalia mikroelektroniczne, w tym fotomaski, charakteryzują się wysokimi wymaganiami technicznymi, dużą funkcjonalnością i szybką aktualizacją produktów.Jakość ich produktów ma bardzo duży wpływ na jakość i wydajność dalszych produktów elektronicznych.Dlatego przedsiębiorstwa działające na niższym szczeblu łańcucha dostaw przywiązują dużą wagę do jakości i możliwości dostaw dostawców chemikaliów do mikroelektroniki i często przyjmują model certyfikowanych zamówień, który wymaga rygorystycznych procesów kontroli, takich jak kontrola próbek, dyskusje techniczne, informacje zwrotne, udoskonalenia techniczne, produkcja próbna w małych partiach, dostawa na dużą skalę i ocena usług posprzedażnych.Czas certyfikacji jest długi, a wymagania surowe;certyfikacja produktów ogólnych przez dalszych klientów zajmuje dużo czasu.Branża wyświetlaczy trwa zwykle 1-2 lata, a cykl certyfikacji branży układów scalonych może osiągnąć 2-3 lata ze względu na jej wysokie wymagania;na etapie certyfikacji dostawca fotomaski nie uzyskuje dochodów od klienta, co wymaga od dostawcy posiadania wystarczającej siły finansowej.Dostawcy fotomaski są bardzo przywiązani do klientów;ogólnie rzecz biorąc, aby utrzymać stabilność dostaw i efektów fotomaski, dalsi klienci nie będą łatwo zmieniać dostawców fotomaski po nawiązaniu relacji w zakresie dostaw.Ustanawiając mechanizm informacji zwrotnej w celu zaspokojenia spersonalizowanych potrzeb, więź między dostawcami fotomasek a klientami stale rośnie.Spóźnieni, którzy chcą dołączyć do grona dostawców, często muszą spełniać wyższe wymagania niż dotychczasowi dostawcy.Dlatego branża fotomaski ma wysokie bariery dla nowych uczestników.Zwykle mikroelektroniczne chemikalia, takie jak fotomaski, mają nie tylko wysokie wymagania jakościowe, ale także wymagają wielu różnych kategorii, aby zaspokoić różnorodne potrzeby dalszych klientów.Bez efektu skali dostawcy nie mogą sobie pozwolić na wydatki związane z zaspokajaniem wysokiej jakości i różnorodnych potrzeb.Dlatego też skala odmian stanowi istotną barierę wejścia do branży.Jednocześnie ogólne chemikalia mikroelektroniczne są w pewnym stopniu żrące, mają wysokie wymagania dotyczące sprzętu produkcyjnego, a środowisko produkcyjne musi być wolne od pyłu lub pyłu.Przygotowanie wysokiej klasy chemikaliów mikroelektronicznych również wymaga całkowicie zamkniętego i zautomatyzowanego procesu, aby uniknąć zanieczyszczeń i poprawić jakość.Dlatego produkcja chemikaliów mikroelektronicznych, takich jak fotomaska, stawia wysokie wymagania w zakresie bezpiecznej produkcji, sprzętu chroniącego środowisko, systemu procesu produkcyjnego, systemu kontroli procesu oraz inwestycji w badania i rozwój.Bez silnej siły finansowej przedsiębiorstwom trudno jest uzyskać przewagę konkurencyjną w zakresie sprzętu, badań i rozwoju oraz usług technicznych w celu zwiększenia możliwości zrównoważonego rozwoju.Dlatego mikroelektroniczny przemysł chemiczny, taki jak fotomaska, ma wysokie bariery kapitałowe.Przemysł fotomaski, czylizdominowany przez Stany Zjednoczone i Japonię,ma niezwykle wysokie bariery branżowe, dlatego jego przemysł ma charakter oligopolistyczny na całym świecie.Przemysł fotomaski jest od wielu lat zmonopolizowany przez profesjonalne firmy w Japonii i Stanach Zjednoczonych.Obecnie pięciu największych producentów stanowi 87% światowego rynku fotorezystu, a koncentracja branży jest wysoka.Wśród nich łączny udział w rynku japońskich firm JSR, Tokyo Ohka, Shin-Etsu i Fuji Electronic Materials sięga 72%.Ponadto podstawowe technologie fotomasek półprzewodnikowych KrF i ArF o wysokiej rozdzielczości są w zasadzie zmonopolizowane przez firmy japońskie i amerykańskie, a większość produktów pochodzi od firm japońskich i amerykańskich, takich jak DuPont, JSR Co., Ltd., Shin-Etsu Chemical, Tokyo Ohka Industry, Fujifilm i Dongjin z Korei Południowej.Z perspektywy całego rynku fotomaski Japonia jest miejscem skupiającym gigantów branży fotomaski.

Udział w rynku światowych producentów fotomasek. Tarcie materiałowe Japonia-Korea Południowa: lokalizacja materiałów półprzewodnikowych jest nieuniknionym trendem;w lipcu 2019 r., w kontekście sporu handlowego między Japonią a Koreą Południową, Japonia ogłosiła nałożenie na Koreę Południową embargo na trzy materiały przeznaczone dla przemysłu półprzewodnikowego, w tym gaz trawiący, fotomaskę i fluoropoliimid.Korea Południowa to globalna baza produkcyjna pamięci, baza produkcyjna wyświetlaczy i globalna baza odlewni płytek.Samsung, Hynix, Eastern High-Tech oraz duża liczba odlewni płytek i fabryk wyświetlaczy potrzebują japońskich materiałów półprzewodnikowych.Te trzy materiały bezpośrednio odcięły ekonomiczne filary pamięci i pokazu Korei Południowej.Po nałożeniu embarga przemysł półprzewodników w Korei Południowej stanął w obliczu bezprecedensowego kryzysu.Przez pewien czas światowi liderzy pamięci, tacy jak Samsung Semiconductor i Hynix, znajdowali się w ciągłym kryzysie związanym z przestojami, a własne zapasy materiałów firmy Samsung mogły wystarczyć na jedynie 3 miesiące produkcji.Kierownictwo firm Samsung i Hynix również często jeździło do Japonii na negocjacje.Dzieje się tak między Japonią i Koreą Południową, ważnymi sojusznikami Stanów Zjednoczonych, a chiński przemysł technologiczny, który jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju, musi wywołać alarm.Obecnie Chiny kontynentalne w dużym stopniu polegają na materiałach elektronicznych, zwłaszcza fotomaskach, z zagranicy.Dlatego też krajowe substytucje materiałów półprzewodnikowych są trendem nieuniknionym.Chińsko-amerykańskie tarcia handlowe: Krajowa substytucja fotomaski jest pilną potrzebą chińskiego przemysłu półprzewodników;od czasu tarć handlowych chińsko-amerykańskich Chiny kontynentalne aktywnie rozwinęły branżę układów scalonych.W dziedzinie materiałów półprzewodnikowych fotomaska, jako „paliwo” dla rozwoju technologii procesowej układów scalonych, jest ważnym ogniwem w krajowej substytucji i produktem, który będzie lokalizowany.Fotolitografia jest podstawowym procesem w procesie półprzewodnikowym i odgrywa decydującą rolę w produkcji bardziej zaawansowanych układów scalonych o większej gęstości tranzystorów.Każda nowa generacja procesu fotolitografii wymaga odpowiedniej technologii fotomaski nowej generacji.Obecnie chip półprzewodnikowy wymaga zazwyczaj 10–50 procesów fotolitografii w procesie produkcyjnym.Różne procesy fotolitografii mają również różne specyficzne wymagania dotyczące fotomaski.Jeśli wydajność fotorezystu nie spełnia standardów, będzie to miało znaczący wpływ na wydajność wiórów.Obecnie poziom lokalizacji fotorezystu w Chinach jest poważnie niewystarczający, a kluczowa luka technologiczna występuje w dziedzinie fotorezystu półprzewodnikowego, z różnicą 2-3 pokoleń.Wraz z szybkim rozwojem późniejszego przemysłu półprzewodników, przemysłu wyświetlaczy LED i wyświetlaczy płaskich, istnieje ogromne pole do zastąpienia w przyszłości krajowych produktów fotomaskowych.Obecnie Chiny wykorzystują zasoby całego społeczeństwa do inwestowania w przemysł półprzewodników i wspierania go za pośrednictwem Krajowego Funduszu Inwestycyjnego Przemysłu Obwodów Scalonych (Duży Fundusz).Jednocześnie krajowe firmy produkujące fotomaski aktywnie wykorzystują stuletnią szansę, jaką stwarza ekspansja produkcji płytek w Chinach, do rozwijania działalności związanej z fotomaskami, starając się jak najszybciej dogonić międzynarodowy poziom zaawansowania i wejść do łańcucha dostaw nowo wybudowanych krajowych fabryk płytek .Lokalizacja fotomaski jest w pełnym rozkwicie, a w dziedzinie fotomaski do wyświetlaczy panelowych w Chinach pojawiło się wiele konkurencyjnych lokalnych firm.W dziedzinie fotomasek półprzewodnikowych i panelowych, chociaż krajowa fotomaska ​​wciąż pozostaje w tyle za zaawansowanym międzynarodowym poziomem, przy wsparciu polityki i własnych nieustannych wysiłkach, wiele firm zajmujących się fotorezystami w Chinach osiągnęło przełom technologiczny.

Główni krajowi producenci fotorezystu i krajowe zamienniki