《应用化学》2021年第9期围绕“光刻胶材料研发”由季生象研究员组织了专辑出版。来自清华大学、复旦大学、北京理工大学、浙江大学、中科院化学所、中科院长春应化所、中科院上海高等研究院、中科院长春应化所黄埔先进材料研究院等专家团队围绕光刻胶材料专题,撰写了11篇相关研究的综述文章和研究论文。代表性地阐述g/i-线光刻胶、ArF光刻胶、EUV光刻胶、电子束光刻胶、量子点光刻胶、光敏聚酰亚胺和导向自组装光刻技术等方面的研究进展,电子束光刻胶及其缺陷分析统计等方面最新研究成果,以及详细介绍了上海光源的同步辐射极紫外光刻胶检测装置。希望借助该专辑的出版,能使广大读者更深入地了解光刻胶材料和导向自组装光刻技术的研究现状和发展趋势,进而推动我国相关领域的研究发展,解决落后现状。
01光刻胶产业
集成电路芯片制造包括氧化技术、扩散技术、光刻技术、刻蚀、离子注入、化学气相淀积、金属化、表面钝化、电学隔离技术、集成电路制造工艺流程、缺陷控制、真空与设备等流程.其中,光刻工艺是芯片制造中难度最大、耗时最久的工艺,成本约占整个芯片生产成本的1/3。在整个光刻工艺中,光刻机是核心要素,光刻胶则是实现精细图形加工制备集成电路的关键材料。

光刻工艺的发展主要依靠光源波长的不断缩小,从g线(436 nm)、i线(365 nm)、KrF(248 nm)、ArF(193 nm)再到如今的极紫外(EUV,13.5 nm),集成电路的制程工艺在不断进步,光刻胶也随之不断更新换代。

光刻胶由成膜树脂、感光剂、溶剂和添加剂等组成,是利用光化学反应进行图像转移的媒体。目前,光刻胶市场呈寡头垄断局面,核心技术由日本、美国等国家牢牢掌控,其所占市场份额超过85%。

当今,我国光刻胶整体研发生产水平不高,与国外先进光刻胶产品相比,至少落后两到三代。近年来,随着半导体行业向国内转移,我国对光刻胶的需求持续增大。虽然目前印刷线路板(PCB)光刻胶和液晶显示屏(LCD)光刻胶已经实现部分国产化,但高端半导体光刻胶属于关键核心技术,尚未实现国产化。

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02 综合评述
1
先进光刻技术:导向自组装导向自组装(Directed Self-Assembly,DSA)光刻技术是一种极具发展潜力的新型图形化工艺,已被国际器件与系统路线图(International Roadmap for Devices and Systems,IRDS)列为下一代光刻技术的主要候选方案。

胡晓华, 熊诗圣
2
光刻胶成膜剂:发展与未来随着集成电路制程向着3 nm乃至1 nm推进,光刻胶作为集成电路制造中最为繁杂的光刻工艺所需的重要耗材,愈发显示其重要性及挑战性。

朋小康, 黄兴文, 刘荣涛, 张永文,张诗洋, 刘屹东, 闵永刚

3
g-线/i-线光刻胶研究进展本文针对g-线(436 nm)和i-线(365 nm)光刻胶进行了总结,按照其组成不同,将其分为酚醛树脂/重氮萘醌、化学放大胶和分子玻璃等类型,并分别进行介绍。

顾雪松, 李小欧, 刘亚栋, 季生象
4
193 nm化学放大光刻胶研究进展本文从光刻胶的成分出发介绍193 nm化学放大胶的研究进展,概述目前应用及研究中出现的代表性193 nm化学放大胶,总结其优缺点及未来可能的发展方向。

李小欧, 顾雪松, 刘亚栋, 季生象
5
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光敏聚酰亚胺光刻胶研究进展近年来,光敏聚酰亚胺(PSPI)在先进封装、微机电系统和有机发光二极管(OLED)显示等新兴领域的需求牵引下得到了快速发展。在基础研究、应用研究以及产业化方面,PSPI的进展都引起了广泛关注。

郭海泉, 杨正华, 高连勋
6
高分辨率极紫外光刻胶的研究进展自集成电路芯片诞生半个多世纪以来,芯片尺寸在不断减少,以极紫外光刻为代表的光刻技术也有了显著的发展。同时,实现更高精度的光刻图案需要更加先进的光刻胶材料。

高佳兴, 陈龙, 玉佳婷, 郭旭东, 胡睿, 王双青, 陈金平, 李嫕, 杨国强
7
面向极紫外:光刻胶的发展回顾与展望随着半导体加工的光源不断进步,从g线、i线到KrF(248 nm)再到ArF(193 nm),与之匹配的光刻胶也在不断变化,以满足灵敏度、透光性以及抗刻蚀等需求。如今,极紫外(EUV)光刻已经成为公认的下一代光刻技术,然而与之对应的光刻胶还面临着不少挑战。

崔昊, 王倩倩, 王晓琳, 何向明, 徐宏
8
上海光源极紫外光刻胶检测平台基于同步辐射的极紫外干涉光刻技术是目前最适合开展的一种用于极紫外光刻胶性能检测的方法。目前检测平台的曝光分辨率测试水平已能达到20 nm以下,基本满足极紫外光刻7 nm工艺节点的相应要求。

赵俊, 杨树敏, 薛超凡,吴衍青, 陈宜方, 邰仁忠

9
量子点光刻技术及其显示应用量子点显示器件具有高光谱纯度、宽色域、高亮度等优势,被认为是显示行业未来的一个重要发展方向。发展量子点高精度光刻图案化技术对实现其在显示领域的应用具有重要的意义。

张萍萍, 杨高岭, 康果果, 石建兵, 钟海政
03 研究论文  
1
二氧化碳基聚碳酸环己撑酯电子束光刻胶显影工艺优化本文在前期开发出的二氧化碳基聚碳酸酯电子束光刻胶的基础上,进一步探究了正性聚碳酸环己撑酯(PCHC)胶的显影条件对电子束光刻性能的影响,在最优条件下,PCHC的灵敏度和对比度分别为208 μC/cm2和3.06,并实现了53 nm的分辨率,超过了当下广泛使用的PMMA-950k电子束光刻胶。(封面故事

陆新宇, 马彬泽, 罗皓,齐欢, 李强, 伍广朋

2
基于卷积运算的嵌段共聚物自组装图像缺陷分析统计方法本文参考图形分析中的图像增强算法和模板匹配算法,采用二值化和骨架化算法对嵌段共聚物自组装/引导自组装图像进行处理,构建相应的卷积核并利用卷积运算分析和定位组装结构中的缺陷,并对缺陷密度进行统计。

田昕, 赖翰文, 刘亚栋, 季生象