Compréhension complète de la photorésistance

Compréhension complète de la résine photosensible

La résine photosensible, également appelée résine photosensible, est un liquide mixte sensible à la lumière. Ses composants comprennent : un photoinitiateur (y compris un photosensibilisateur, un générateur de photoacide), une résine photosensible, un monomère, un solvant et d'autres additifs. La résine photosensible peut transférer le motif fin requis du masque (masque) au substrat à traiter par réaction photochimique, exposition, développement et autres processus de photolithographie. Selon le scénario d'utilisation, le substrat à traiter ici peut être un matériau de circuit intégré, un matériau de panneau d'affichage ou une carte de circuit imprimé.

Selon les statistiques de Zhiyan Consulting, une organisation tierce, la taille du marché mondial des résines photosensibles devrait atteindre près de 9 milliards de dollars américains en 2019, avec un TCAC d'environ 5,4 % de 2010 à septembre 2020.On s’attend à ce que la taille du marché mondial des résines photosensibles dépasse les 10 milliards de dollars américains d’ici 2022.Les photorésists peuvent être classés en photorésists pour PCB, photorésists pour panneaux d'affichage, photorésists à semi-conducteurs et autres photorésists en fonction de leurs domaines d'application.La structure du marché des différents types de photorésists sur le marché mondial est relativement équilibrée et la proportion spécifique peut être illustrée dans la figure ci-dessous.

Structure du marché mondial des photorésists Les données de Zhiyan Consulting montrent également que bénéficiant de la tendance des industries des semi-conducteurs, des panneaux d'affichage et des PCB à se déplacer vers l'est,le taux de croissance annuel de l'offre locale de résine photosensible en Chine a atteint 11 % entre 2011 et 2020, soit un taux supérieur au taux de croissance moyen mondial de 5 %.À l'heure actuelle, la résine photosensible locale de Chine est principalement utilisée pour les PCB, et la fourniture de résine photosensible pour les écrans plats et les semi-conducteurs représente une très faible proportion.La structure de production des entreprises chinoises locales de photorésists peut être illustrée dans la figure.

Structure de production des entreprises chinoises de photorésists locales

Classification des photorésists Dans l'industrie des écrans plats, les principales résines photosensibles utilisées sont les résines photosensibles couleur et noire, les résines photosensibles pour écrans tactiles LCD, les résines photosensibles positives TFT-LCD, etc. Dans le processus de production de photolithographie et de gravure, les résines photosensibles sont appliquées sur la surface du film de cristal et le motif sur le masque (masque) est transféré sur le film par des processus d'exposition, de développement et de gravure pour former un motif géométrique correspondant au masque.

Dans l'industrie des PCB, le principalLes photorésists utilisés sont les photorésists à film sec, les photorésists à film humide, les encres photosensibles pour résistance à la soudure, etc. Le film sec est un film spécial fixé au panneau cuivré traité pour l'exposition et le développement ;un film humide et une encre résistante à la soudure pour imagerie photographique sont appliqués sur le panneau cuivré et exposés et développés après séchage.Le film sec et le film humide ont chacun leurs propres avantages.De manière générale, le photorésist à film humide a une résolution plus élevée que le film sec et un prix inférieur, et remplace certains marchés de photorésist à film sec.

La fabrication de films filtrants couleur pour écran LCD dépend de la résine photosensible couleur.Dans l'industrie de la fabrication de circuits intégrés à semi-conducteurs, la photorésistante g-line, la photorésistante i-line, la photorésistante KrF, la photorésistante ArF, etc. sont principalement utilisées.Dans le processus de fabrication de circuits intégrés à grande échelle, les tranches de silicium sont généralement soumises à plus de dix fois de photolithographie.Dans chaque processus de photolithographie et de gravure, la résine photosensible doit passer par une pré-cuisson, un revêtement, une pré-cuisson, un alignement, une exposition, une post-cuisson, un développement et une gravure pour transférer le motif du masque (masque) sur la plaquette de silicium.L'encre photosensible pour masque de soudure est utilisée pour les PCB. La résine photorésistante est un matériau important pour la fabrication de circuits intégrés.La qualité et les performances de la résine photosensible sont des facteurs clés affectant les performances, le rendement et la fiabilité des circuits intégrés.Le coût du processus de photolithographie représente environ 35 % de l'ensemble du processus de fabrication des puces, et le temps consommé représente environ 40 à 50 % de l'ensemble du processus de fabrication des puces.Les matériaux photorésistants représentent environ 4 % du coût total des matériaux de fabrication des circuits intégrés et le marché est énorme.Par conséquent, la résine photosensible est le matériau de base pour la fabrication de circuits intégrés à semi-conducteurs.

Diagramme schématique du développement de photorésist positifSelon l'effet d'affichage, les photorésists peuvent être divisés en photorésists positifs et photorésists négatifs.Le motif formé par la résine photosensible négative lors du développement est opposé au masque (masque) ;le motif formé par la résine photosensible positive est le même que celui du masque.Le processus de production des deux est fondamentalement le même et la différence réside dans les principales matières premières.

Diagramme schématique du développement de photorésist négatifSelon la structure chimique, les photorésists peuvent être divisés en type de photopolymérisation, type de photodécomposition, type de photoréticulation et type d'amplification chimique.Les photorésists de type photopolymérisation utilisent des monomères oléfiniques pour générer des radicaux libres sous l'action de la lumière, initier davantage la polymérisation des monomères et enfin générer des polymères.

Diagramme schématique de la réaction de photopolymérisation.La résine photodécomposable utilise des matériaux contenant des composés de diazoquinone (DQN) comme photosensibilisateurs.Après exposition à la lumière, une réaction de photodécomposition se produit et peut être transformée en photorésist positif.La résine photosensible à photoréticulation utilise du laurate de polyvinyle et d'autres matériaux photosensibles.Sous l'action de la lumière, il forme une structure de réseau insoluble, qui joue un rôle anticorrosion et peut être transformée en photorésist négatif.

Schéma de principe de la réaction de photodécomposition Après que la technologie de lithographie de circuits intégrés à semi-conducteurs a commencé à utiliser une source de lumière ultraviolette profonde (DUV), la technologie d'amplification chimique (CAR) est progressivement devenue le courant dominant des applications industrielles. Dans la technologie de photorésine à amplification chimique, la résine est du polyéthylène qui est protégé par des groupes chimiques et est donc difficile à dissoudre. La photorésine à amplification chimique utilise un générateur de photoacide (PAG) comme photoinitiateur.

Diagramme schématique de la réaction de photoréticulation Lorsque la résine photosensible est exposée, le générateur de photoacide (PAG) dans la zone exposée produira un acide.Cet acide agit comme un catalyseur pendant le processus de cuisson post-chauffage pour éliminer le groupe protecteur de la résine, rendant ainsi la résine facile à dissoudre.La vitesse d'exposition de la résine photosensible à amplification chimique est 10 fois supérieure à celle de la résine photosensible DQN, et elle a une bonne sensibilité optique à la source de lumière ultraviolette profonde et présente les avantages d'un contraste élevé et d'une haute résolution.

Diagramme schématique de la réaction lumineuse d’amplification chimiqueSelon la longueur d'onde d'exposition,La photorésiste peut être divisée en photorésiste ultraviolette (300 ~ 450 nm), photorésiste ultraviolette profonde (160 ~ 280 nm), photorésiste ultraviolette extrême (EUV, 13,5 nm), photorésiste à faisceau d'électrons, photorésiste à faisceau d'ions, photorésiste à rayons X, etc. les longueurs d'onde d'exposition sont applicables à différentes résolutions limites de photolithographie.D'une manière générale, lorsque la même méthode de traitement est utilisée, plus la longueur d'onde est courte, meilleure est la résolution du traitement.

Résumé de la classification des photorésistsLa résine photosensible est le « carburant » pour l’avancement de la technologie des procédés de semi-conducteurs.Dans le domaine de la fabrication de circuits intégrés, si la machine de photolithographie est le « moteur » qui favorise l'avancement de la technologie des procédés, la résine photosensible est le « carburant » de ce « moteur ». La figure ci-dessous montre comment fonctionne la résine photosensible dans le processus de fabrication d'un transistor NMOS. Les transistors NMOS sont l'une des structures de circuits intégrés les plus couramment utilisées dans la technologie des procédés des semi-conducteurs.

Un processus de fabrication d'une structure de circuit intégré à transistor NMOS Dans un tel exemple typique, la partie verte de l'étape 1 représente la partie rouge du matériau en polysilicium recouvert d'une couche de photorésist.Dans le processus d'exposition photolithographique de l'étape 2, la résine photosensible en dehors de la plage de protection du masque noir est irradiée par la source de lumière photolithographique et les propriétés chimiques sont modifiées, ce qui se manifeste par un vert foncé à l'étape 3. À l'étape 4, après le développement, seul le matériau photorésistant est laissé au-dessus du matériau en polysilicium représenté en rouge là où il était auparavant protégé par le masque.En conséquence, le motif sur le masque (masque) est transféré sur le matériau en polysilicium, complétant ainsi le processus de « photolithographie ».Dans les étapes suivantes 5 à 7, sur la base du motif photorésistant laissé sur le matériau polysilicium par le procédé de « photolithographie », les procédés « gravure de couche de polysilicium », « nettoyage photorésistant » et « implantation d'ions N+ » complètent conjointement la construction d'un NMOS. transistor.Le processus de revêtement de résine photosensible à l’étape 1 de la figure ci-dessus est également un processus important pour les semi-conducteurs.Son objectif est d'établir un film photorésistant fin, uniforme et sans défaut sur la surface de la plaquette.D'une manière générale, l'épaisseur du film photorésistant varie de 0,5 um à 1,5 um, et l'erreur d'épaisseur doit être comprise entre plus ou moins 0,01 um.La principale méthode de revêtement de résine photosensible semi-conductrice est la méthode de revêtement par centrifugation, qui peut être spécifiquement divisée en méthode de centrifugation statique et méthode de pulvérisation dynamique.

Diagramme schématique du processus de revêtement par centrifugation statiqueMéthode de rotation statique :Tout d'abord, la résine photosensible est déposée au centre de la plaquette de silicium à travers la tête de distribution de colle, puis la résine photosensible est étalée par rotation à basse vitesse, puis l'excès de résine photosensible est secoué par rotation à grande vitesse.Au cours du processus de rotation à grande vitesse, une partie du solvant contenu dans la résine photosensible s'évaporera.Ce processus peut être illustré dans la figure ci-dessous.

Diagramme schématique du processus de revêtement statique qualifié et non qualifié La quantité d'accumulation de photorésist dans la méthode de revêtement statique est très critique.Si la quantité est trop faible, la résine photosensible ne pourra pas recouvrir entièrement la plaquette de silicium.Si la quantité est trop importante, la résine photosensible s'accumulera au bord de la plaquette de silicium ou même s'écoulera vers l'arrière de la plaquette de silicium, affectant la qualité du processus.Méthode de pulvérisation dynamique :À mesure que la taille des plaquettes de silicium devient de plus en plus grande, le revêtement statique ne peut plus répondre aux dernières exigences en matière de traitement des plaquettes de silicium.Par rapport à la méthode de filage statique, la méthode de pulvérisation dynamique commence à tourner à faible vitesse au moment où la résine photosensible est versée sur la plaquette de silicium pour aider la résine photosensible à diffuser initialement.

Diagramme schématique du processus de revêtement par pulvérisation dynamique.Ce procédé peut utiliser une plus petite quantité de photorésist pour former une répartition de photorésist plus uniforme, et finalement former un film photorésistant qui répond aux exigences d'épaisseur et d'uniformité grâce à une rotation à grande vitesse.

Avec l'amélioration de l'intégration des circuits intégrés, le niveau technologique des processus des circuits intégrés dans le monde est entré dans le stade nanométrique du niveau micronique, au niveau submicronique, au niveau submicronique profond.La tendance à la réduction continue de la largeur des lignes de circuits intégrés a posé de nouveaux défis à la technologie des procédés de semi-conducteurs, notamment à la lithographie.Dans le processus de lithographie du processus semi-conducteur, la taille caractéristique de la largeur de ligne du circuit intégré peut être déterminée par la formule de Rayleigh comme indiqué à droite : CD = k1*λ/NA

La signification de chaque paramètre dans la formule de Rayleigh CD (Dimension Critique) représente la taille caractéristique dans le processus du circuit intégré ;k1 est la constante de Rayleigh, qui est un coefficient de corrélation entre le processus et le matériau dans le système lithographique ;λ est la longueur d'onde d'exposition et NA (ouverture numérique) représente la valeur d'ouverture de la machine de lithographie.Par conséquent, la machine de lithographie doit réduire la constante de Rayleigh et la longueur d'onde d'exposition et augmenter la taille de l'ouverture pour fabriquer des circuits intégrés avec des tailles caractéristiques plus petites.Parmi eux, la réduction de la longueur d'onde d'exposition est fortement liée à la source de lumière et au matériau photorésistant utilisé par la machine de lithographie.Historiquement, la longueur d’onde de la source lumineuse utilisée par la machine de lithographie a montré une tendance à diminuer de manière synchrone avec la taille critique du circuit intégré.Les sources lumineuses de lithographie de différentes longueurs d'onde nécessitent un équipement de lithographie et des matériaux photorésistants complètement différents.Dans les années 1980, la taille du processus principal de fabrication de semi-conducteurs était comprise entre 1,2 um (1 200 nm) et 0,8 um (800 nm).À cette époque, les sources lumineuses de lithographie d’une longueur d’onde de 436 nm étaient largement utilisées.Dans la première moitié des années 1990, alors que la taille du processus de fabrication des semi-conducteurs évoluait vers 0,5 um (500 nm) et 0,35 um (350 nm), la lithographie a commencé à utiliser des sources lumineuses de longueur d'onde de 365 nm.Les sources lumineuses de 436 nm et 365 nm sont les deux raies spectrales ayant la plus haute énergie et la plus courte longueur d’onde dans les lampes au mercure à haute pression.La technologie des lampes au mercure à haute pression est mature et a donc été utilisée pour la première fois comme source de lumière pour la lithographie.L’utilisation d’une source lumineuse à courte longueur d’onde et à haute énergie pour la lithographie permet de stimuler plus facilement les réactions photochimiques et d’améliorer la résolution de la lithographie.Joseph Fraunhofer, un scientifique allemand moderne célèbre pour ses recherches sur les spectres, a nommé respectivement ces deux spectres de longueur d'onde G-line et I-line.C'est également l'origine des noms de lithographie g-line et de lithographie i-line.Les photorésists g-line et i-line utilisent des composants phénoliques linéaires comme résine principale et des composants diazonaphtoquinone (système DQN) comme photosensibilisateurs.Les composants DQN non exposés agissent comme des inhibiteurs, ce qui peut réduire de dix fois ou plus le taux de dissolution de la résine photosensible dans le révélateur.Après exposition, le groupe diazonaphtoquinone (DQN) est converti en énone et, au contact de l'eau, il est ensuite converti en indole-hydroxyacide, qui peut être éliminé lorsque la zone exposée est développée avec de l'eau alcaline diluée.En conséquence, la résine photosensible exposée se dissoudra dans le révélateur et sera éliminée, tandis que la partie de la résine photosensible non exposée sera conservée.Bien que les composants utilisés dans les photorésists g-line et i-line soient similaires, leurs résines et photosensibilisateurs présentent des changements de microstructure, ce qui entraîne des résolutions différentes.La photorésiste G-line convient aux circuits intégrés d'une taille de 0,5 um (500 nm) ou plus, tandis que la photorésiste i-line est utilisée pour les circuits intégrés d'une taille de 0,35 um (350 nm) à 0,5 um (500 nm).De plus, les deux photorésists peuvent être utilisés dans la production de produits électroniques plus grands tels que les écrans plats LCD.

Dans la seconde moitié des années 1990, suite à la loi de Moore, la taille de la technologie des processus de semi-conducteurs a commencé à diminuer en dessous de 0,35 um (350 nm)., nécessitant ainsi une technologie de lithographie à plus haute résolution.La lumière ultraviolette profonde peut être utilisée comme source de lumière lithographique avec une résolution plus élevée en raison de sa longueur d’onde plus courte et de son effet de diffraction plus faible.Avec le développement de la recherche sur les sources de lumière laser à état excité aux halogénures de gaz rares telles que KrF et ArF, les technologies de sources de lumière lithographiques à 248 nm (KrF) et 193 nm (ArF) ont mûri et ont été mises en pratique.Cependant, en raison du fort effet d'absorption du photorésist du système DQN sur la bande de lumière ultraviolette profonde, la lumière générée par KrF et ArF en tant que gaz de lithographie ne peut pas pénétrer dans le photorésist DQN, ce qui signifie que la résolution de la lithographie sera sérieusement affectée.Par conséquent, la photoréserve ultraviolette profonde adopte un système technique complètement différent des photoréserves i-line et g-line.Ce système technique est appelé Chemically Amplified Resist (CAR).Dans le système technologique CAR, le photoinitiateur de la résine photosensible ne modifie pas directement la solubilité de la résine photosensible dans le révélateur après exposition, mais produit de l'acide.Dans l'environnement à haute température du processus de cuisson thermique ultérieur, l'acide produit par l'exposition agit comme un catalyseur pour modifier la solubilité de la résine photosensible dans le révélateur.Par conséquent, le photoinitiateur du système technologique CAR est également appelé agent photoacide.Étant donné que l'acide produit par l'agent photoacide de la résine photosensible CAR lui-même n'est pas consommé pendant le processus d'exposition mais existe uniquement comme catalyseur, une petite quantité d'acide peut continuer à jouer un rôle efficace.La résine photosensible CAR est très photosensible et doit absorber très peu d’énergie provenant du rayonnement ultraviolet profond, ce qui améliore considérablement l’efficacité de la photolithographie.La vitesse d'exposition de la résine photosensible CAR est environ 10 fois supérieure à celle de la résine photosensible DQN.

Depuis la seconde moitié des années 1990, les sources lumineuses de lithographie ont commencé à utiliser des lasers KrF de 248 nm ;et depuis les années 2000, la lithographie s’est davantage tournée vers l’utilisation de lasers excimer ArF d’une longueur d’onde de 193 nm comme sources lumineuses.Depuis, pendant environ 20 ans jusqu'à aujourd'hui, leLe laser excimère ArF d'une longueur d'onde de 193 nm est la source de lumière de lithographie la plus fiable et la plus largement utilisée dans le domaine des processus de semi-conducteurs.D'une manière générale, les photorésists KrF (248 nm) utilisent du poly(p-hydroxystyrène) et ses dérivés comme résines filmogènes, et des sels de sulfonium-iodonium et des sels de sulfonium comme agents photoacides ;tandis que les photorésists ArF (193 nm) utilisent principalement des dérivés de polyméthacrylate, des copolymères cyclooléfine-anhydride maléique, des polymères cycliques, etc. comme résines filmogènes ;pour des raisons de structure chimique, les photorésists Arf (193 nm) nécessitent des agents photoacides plus sensibles que les photorésists KrF (248 nm).Bien que certaines technologies de sources lumineuses de lithographie excimer avec des longueurs d'onde plus courtes soient apparues depuis 2007, le rayonnement dans ces bandes est facilement absorbé par les matériaux optiques tels que les lentilles de lithographie, ce qui entraîne une dilatation de ces matériaux en raison de la chaleur et un dysfonctionnement.Les quelques matériaux optiques capables de fonctionner correctement avec les rayonnements dans ces bandes, comme le fluorure de calcium (fluorine), coûtent depuis longtemps des coûts élevés.Couplé à l'émergence de nouvelles technologies telles que la lithographie par immersion et l'exposition multiple, le système de lithographie ArF d'une longueur d'onde de 193 nm a surmonté le goulot d'étranglement de la résolution précédente de 65 nm, de sorte que la technologie de lithographie ArF reste la plus largement utilisée dans la technologie des processus de semi-conducteurs entre 45 nm et 10 nm. .Lithographie

la technologie des sources lumineuses évolue verslithographie par immersion;en lithographie sèche, contrairement à la lithographie par immersion, il y a de l'air entre la lentille de lithographie et la résine photosensible.La résine photosensible absorbe directement le rayonnement ultraviolet émis par la source lumineuse et subit une réaction photochimique.En lithographie par immersion, il existe un liquide spécifique entre la lentille de lithographie et la résine photosensible.Ces liquides peuvent être de l'eau pure ou d'autres liquides composés.Lorsque le rayonnement émis par la source lumineuse de lithographie traverse ces liquides, il est réfracté et la longueur d'onde devient plus courte.De cette manière, sous réserve de ne pas changer la source de lumière, la lumière ultraviolette de longueur d'onde plus courte est projetée sur la résine photosensible, ce qui améliore la résolution du processus de photolithographie.La figure de gauche ci-dessous montre un système de lithographie par immersion typique.Un système de lithographie par immersion typique

doublela lithographie;la double lithographie signifie doubler la résolution du traitement par deux lithographies.Une façon d'atteindre cet objectif consiste à traduire le même masque pour la deuxième lithographie après la première lithographie afin d'améliorer la résolution du traitement.La figure de droite ci-dessous montre un tel processus.La double lithographie au milieu à droite de la figure ci-dessous réalise deux enduits, deux lithographies et deux gravures.Grâce aux progrès de la technologie des résines photosensibles, un processus de double lithographie ne nécessitant qu'un seul revêtement, deux lithographies et une gravure est devenu possible.

La double lithographie double la résolution de traitement. Les technologies de lithographie par immersion et de double lithographie poussent la résolution de traitement à l'ordre de 10 nm sans modifier la source lumineuse de lithographie ArF d'une longueur d'onde de 193 nm.Dans le même temps, ces deux technologies imposent également de nouvelles exigences aux photorésists.Lors du processus d'immersion, la résine photosensible ne doit pas réagir chimiquement avec le liquide d'immersion ni s'échapper et diffuser, ce qui endommagerait la résine photosensible elle-même et la lentille de photolithographie.Deuxièmement, l'indice de réfraction de la résine photosensible doit être supérieur à celui de la lentille, du liquide et du revêtement supérieur.Par conséquent, l’indice de réfraction de la résine principale dans la résine photosensible doit généralement être supérieur à 1,9.Ensuite, la résine photosensible ne doit pas se déformer pendant l'immersion dans le liquide d'immersion et le processus de cuisson ultérieur, ce qui affecterait la précision du traitement.Enfin, lorsque la résolution cible du processus d'immersion est proche de 10 nm, les compromis entre les multiples indicateurs de performance de la résine photosensible seront plus stricts.La difficulté de préparation du photorésist ArF par immersion est supérieure à celle du photorésist ArF sec, qui est l'une des clés de la résolution de traitement de photolithographie ArF supérieure à 45 nm.

Double exposition non qualifiée Dans le processus de double exposition, si la résine photosensible peut accepter plusieurs expositions de photolithographie sans réactions photochimiques dans la zone bloquée par le masque, un processus de gravure, un revêtement et un processus de nettoyage de la résine photosensible peuvent être enregistrés.La figure de gauche ci-dessous montre un processus de double exposition sans réserve.Étant donné que la résine photosensible dans la zone non exposée reçoit encore une quantité relativement faible de rayonnement lithographique, après les deux processus d'exposition, le rayonnement reçu par la zone non exposée peut dépasser le seuil d'exposition E0 de la résine photosensible, entraînant une réaction lithographique erronée. .Au milieu droit de la figure ci-dessous, l'énergie de rayonnement reçue par la résine photosensible dans la zone non exposée après deux expositions est toujours inférieure à son seuil d'exposition E0, le côté droit de la figure ci-dessous est donc qualifié de double exposition.De cet exemple, on peut voir que, contrairement à l'exposition unique, la double exposition nécessite un compromis entre le seuil d'exposition de la résine photosensible et l'intensité d'éclairage de la source lumineuse de lithographie.

La technologie de lithographie EUV (ultraviolet extrême) à double exposition qualifiée est le dernier développement dans le domaine de la lithographie en 20 ans.Étant donné que les matériaux optiques actuellement disponibles ne peuvent pas bien supporter la réflexion et la transmission d'un rayonnement d'une longueur d'onde inférieure à 13 nm, la technologie de lithographie EUV utilise la lumière ultraviolette d'une longueur d'onde de 13,5 nm comme source de lumière de lithographie.La technologie de lithographie EUV (ultraviolet extrême) continue de faire progresser la technologie des processus de semi-conducteurs dans la zone inférieure à 10 nm.À l’échelle de longueur d’onde de 13,5 nm de la lithographie EUV, l’effet d’incertitude quantique commence à émerger, posant des défis sans précédent à la conception et à l’utilisation des sources lumineuses, des masques et des photorésists correspondants.À l'heure actuelle, seule ASML aux Pays-Bas a la capacité de fabriquer des machines de lithographie EUV, et de nombreux détails techniques correspondants sont encore inconnus du monde extérieur.Dans l’ère à venir de la lithographie EUV, l’industrie s’attend à ce que les technologies de photorésists KrF et ArF, populaires depuis 20 ans, puissent inaugurer un changement technologique global.Les barrières de préparation des matériaux photorésistants sont élevéesLes produits chimiques microélectroniques auxquels appartiennent les résines photosensibles sont à l'intersection de l'industrie électronique et de l'industrie chimique, et sont des industries typiques à forte intensité technologique. S'engager dans le secteur des produits chimiques microélectroniques nécessite des technologies de production clés qui correspondent au développement de pointe de l'industrie électronique, telles que la technologie de mélange, la technologie de séparation, la technologie de purification et la technologie d'inspection analytique, la technologie de traitement et de surveillance de l'environnement qui correspondent au processus de production. Dans le même temps, les divers scénarios d'utilisation de l'industrie électronique en aval exigent que les fabricants de produits chimiques microélectroniques disposent de solides capacités de soutien et développent et améliorent les processus de produits en temps opportun pour répondre aux besoins personnalisés des clients. Le processus principal du processus de production de résine photosensible consiste à mélanger les principales matières premières telles que les matériaux photosensibles, les résines, les solvants, etc. dans une salle blanche à lumière jaune à température et humidité constantes de 1 000 niveaux, à les remuer complètement sous la protection de l'azote gazeux, à les mélanger complètement pour former un liquide homogène, à les filtrer plusieurs fois et à passer le contrôle et l'inspection du processus intermédiaire pour qu'ils répondent aux exigences de technologie de processus et de qualité.Enfin, le produit est inspecté et emballé, marqué et stocké sous la protection de l'azote gazeux après avoir passé l'inspection.L'ensemble du processus peut être illustré dans la figure suivante :

Bref déroulement du processus de production de la résine photosensible Les barrières techniques de la résine photosensible comprennent la technologie de formulation, la technologie de contrôle qualité et la technologie des matières premières.La technologie de formulation est au cœur de la résine photosensible pour réaliser sa fonction, la technologie de contrôle qualité peut garantir la stabilité des performances de la résine photosensible et les matières premières de haute qualité sont la base des performances de la résine photosensible.Technologie de formulation :Étant donné que les utilisateurs en aval de photorésist sont des fabricants de puces IC et de panneaux FPD, différents clients auront des exigences d'application différentes, et le même client aura également des exigences d'application de photolithographie différentes.Généralement, une puce semi-conductrice doit subir 10 à 50 processus de photolithographie au cours du processus de fabrication.En raison des différents substrats, des différentes exigences de résolution, des différentes méthodes de gravure, etc., différents processus de photolithographie ont des exigences spécifiques différentes pour les photorésists.Même pour des processus de photolithographie similaires, les différents fabricants auront des exigences différentes.En réponse aux différentes exigences d'application ci-dessus, il existe de nombreuses variétés de photorésists, et ces différences sont principalement obtenues en ajustant la formulation des photorésists.Par conséquent, l’ajustement de la formulation des photorésists pour répondre aux exigences d’applications différenciées constitue la technologie de base des fabricants de photorésists.Technologie de contrôle qualité :Étant donné que les utilisateurs ont des exigences élevées en matière de stabilité et de cohérence des photorésists, y compris la cohérence entre les différents lots, ils espèrent généralement maintenir un niveau élevé de cohérence en termes de photosensibilité et d'épaisseur du film.Par conséquent, les fabricants de photorésists doivent non seulement être équipés d'instruments de test complets, mais également établir un système d'assurance qualité strict pour garantir la stabilité de la qualité du produit.Technologie des matières premières :Photoresist est un produit à la formule complexe et précise qui a été strictement conçu.Il est composé de matières premières de différentes propriétés telles que des agents filmogènes, des photosensibilisateurs, des solvants et des additifs, grâce à différents arrangements et combinaisons, et grâce à une technologie de traitement complexe et précise.Par conséquent, la qualité des matières premières des photorésists joue un rôle clé dans la qualité des photorésists.Pour la pureté des réactifs chimiques semi-conducteurs, l'Organisation internationale des équipements et matériaux pour semi-conducteurs (SEMI) a formulé des normes internationales unifiées, comme indiqué dans le tableau suivant.

Étalons de réactifs SEMI ultra-propres de haute pureté Les exigences de pureté pour les matériaux réactifs utilisés dans les circuits intégrés semi-conducteurs sont relativement élevées, essentiellement concentrées aux niveaux SEMI G3 et G4.Il existe encore un grand écart entre le niveau de recherche et développement de mon pays et le niveau international ;les exigences de pureté pour les réactifs ultra-propres de haute pureté pour les dispositifs discrets à semi-conducteurs sont inférieures à celles pour les circuits intégrés, essentiellement concentrés au niveau SEMI G2, et la technologie de production des entreprises nationales peut répondre à la plupart des besoins de production ;les exigences de niveau pour les réactifs ultra-propres de haute pureté dans les domaines des écrans plats et des LED sont les niveaux SEMI G2 et G3, et la technologie de production des entreprises nationales peut répondre à la plupart des besoins de production.Les produits chimiques microélectroniques, y compris les photorésists, présentent les caractéristiques suivantes : exigences techniques élevées, fonctionnalités avancées et mises à jour rapides des produits.La qualité de leurs produits a un impact très important sur la qualité et l’efficacité des produits électroniques en aval.Par conséquent, les entreprises en aval attachent une grande importance à la qualité et à la capacité d'approvisionnement des fournisseurs de produits chimiques microélectroniques et adoptent souvent un modèle d'approvisionnement certifié, qui nécessite des processus de sélection stricts tels que l'inspection d'échantillons, les discussions techniques, les retours d'informations, l'amélioration technique, la production d'essais en petits lots, approvisionnement à grande échelle et évaluation du service après-vente.Le délai de certification est long et les exigences sont strictes ;il faut beaucoup de temps pour que les produits généraux soient certifiés par les clients en aval.L'industrie des panneaux d'affichage dure généralement 1 à 2 ans et le cycle de certification de l'industrie des circuits intégrés peut atteindre 2 à 3 ans en raison de ses exigences élevées ;pendant la phase de certification, le fournisseur de résine photosensible ne perçoit aucun revenu du client, ce qui nécessite qu'il dispose d'une solidité financière suffisante.Les fournisseurs de résines photosensibles ont une grande adhésion aux clients ;En règle générale, afin de maintenir la stabilité de l'approvisionnement et de l'effet des photorésists, les clients en aval ne changeront pas facilement de fournisseurs de photorésists une fois qu'ils auront établi une relation d'approvisionnement.En établissant un mécanisme de retour d'information pour répondre aux besoins personnalisés, la cohésion entre les fournisseurs de résine photosensible et les clients continue d'augmenter.Les retardataires qui souhaitent rejoindre les rangs des fournisseurs doivent souvent répondre à des exigences plus élevées que celles des fournisseurs existants.Par conséquent, l’industrie des photorésists se heurte à d’importants obstacles pour les nouveaux entrants.Habituellement, les produits chimiques microélectroniques tels que les photorésists ont non seulement des exigences de qualité élevées, mais nécessitent également une variété de catégories différentes pour répondre aux divers besoins des clients en aval.Sans économies d’échelle, les fournisseurs ne peuvent pas se permettre les dépenses liées à la satisfaction de besoins diversifiés et de haute qualité.L’ampleur des variétés constitue donc un obstacle important à l’entrée dans l’industrie.Dans le même temps, les produits chimiques microélectroniques généraux sont corrosifs dans une certaine mesure, ont des exigences élevées en matière d'équipement de production et l'environnement de production doit être exempt de poussière ou de poussière.La préparation de produits chimiques microélectroniques haut de gamme nécessite également un processus entièrement fermé et automatisé pour éviter la pollution et améliorer la qualité.Par conséquent, la production de produits chimiques microélectroniques tels que la résine photosensible présente des exigences élevées en termes de production sûre, d'équipement de protection de l'environnement, de système de processus de production, de système de contrôle de processus et d'investissement en R&D.Sans une solide solidité financière, il est difficile pour les entreprises d’obtenir des avantages compétitifs en matière d’équipements, de R&D et de services techniques pour renforcer leurs capacités de développement durable.Par conséquent, les industries chimiques microélectroniques telles que les photorésines se heurtent à des barrières financières élevées.L'industrie des photorésists, qui estdominé par les États-Unis et le Japon,Le Japon a des barrières industrielles extrêmement élevées, de sorte que son industrie est oligopolistique dans le monde entier. L'industrie des résines photosensibles est monopolisée par des entreprises professionnelles au Japon et aux États-Unis depuis de nombreuses années. À l'heure actuelle, les cinq premiers fabricants représentent 87 % du marché mondial des résines photosensibles et la concentration de l'industrie est élevée. Parmi eux, la part de marché combinée des sociétés japonaises JSR, Tokyo Ohka, Shin-Etsu et Fuji Electronic Materials atteint 72 %. En outre, les technologies de base des résines photosensibles semi-conductrices KrF et ArF haute résolution sont essentiellement monopolisées par des sociétés japonaises et américaines, et la plupart des produits proviennent de sociétés japonaises et américaines, telles que DuPont, JSR Co., Ltd., Shin-Etsu Chemical, Tokyo Ohka Industry, Fujifilm et Dongjin de Corée du Sud. Du point de vue de l'ensemble du marché des résines photosensibles, le Japon est le lieu de rassemblement des géants de l'industrie des résines photosensibles.

Part de marché des fabricants mondiaux de résines photosensibles Frottement des matériaux entre le Japon et la Corée du Sud : la localisation des matériaux semi-conducteurs est une tendance inévitable ;en juillet 2019, dans le contexte du différend commercial entre le Japon et la Corée du Sud, le Japon a annoncé un embargo sur trois matériaux de l'industrie des semi-conducteurs vers la Corée du Sud, notamment le gaz de gravure, la résine photosensible et le fluoropolyimide.La Corée du Sud est une base mondiale de production de mémoire, une base de production d'écrans et une base mondiale de fonderie de plaquettes.Samsung, Hynix, Eastern High-Tech et un grand nombre de fonderies de plaquettes et d'usines d'affichage ont besoin de matériaux semi-conducteurs japonais.Ces trois matériaux coupent directement les piliers économiques de la mémoire et de l'exposition de la Corée du Sud.Après l'embargo, l'industrie sud-coréenne des semi-conducteurs a été confrontée à une crise sans précédent.Pendant un certain temps, les leaders mondiaux de la mémoire tels que Samsung Semiconductor et Hynix étaient dans une crise d'arrêt constante, et le propre inventaire de matériaux de Samsung ne pouvait supporter que 3 mois de production.Les dirigeants de Samsung et d'Hynix se rendaient également fréquemment au Japon pour des négociations.C’est le cas entre le Japon et la Corée du Sud, tous deux alliés importants des États-Unis, et l’industrie technologique chinoise, qui en est encore aux premiers stades de développement, doit tirer la sonnette d’alarme.À l’heure actuelle, la Chine continentale dépend fortement des pays étrangers pour ses matériaux électroniques, notamment les photorésists.Par conséquent, la substitution nationale des matériaux semi-conducteurs est une tendance inévitable.Frictions commerciales sino-américaines : le remplacement national de la résine photosensible est un besoin urgent pour l'industrie chinoise des semi-conducteurs ;depuis les frictions commerciales sino-américaines, la Chine continentale a activement développé l'industrie des circuits intégrés.Dans le domaine des matériaux semi-conducteurs, la résine photosensible, en tant que « carburant » pour l'avancement de la technologie des processus de circuits intégrés, est un maillon important de la substitution nationale et un produit qui sera localisé.La photolithographie est le processus central du processus des semi-conducteurs et joue un rôle décisif dans la fabrication de circuits intégrés plus avancés avec une densité de transistors plus élevée.Chaque nouvelle génération de processus de photolithographie nécessite une nouvelle génération de technologie de résine photosensible.Désormais, une puce semi-conductrice nécessite généralement 10 à 50 processus de photolithographie au cours du processus de fabrication.Différents procédés de photolithographie ont également des exigences spécifiques différentes en matière de résine photosensible.Si les performances de la résine photosensible ne répondent pas aux normes, cela aura un impact significatif sur le rendement des copeaux.À l'heure actuelle, le niveau de localisation de la résine photosensible en Chine est sérieusement insuffisant et le principal déficit technologique se situe dans le domaine de la résine photosensible semi-conductrice, avec un écart de 2 à 3 générations.Avec le développement rapide de l'industrie des semi-conducteurs en aval, de l'industrie des LED et des écrans plats, il existe une énorme marge de substitution nationale des produits photorésistants nationaux à l'avenir.Aujourd'hui, la Chine exploite les ressources de l'ensemble de la société pour investir et soutenir l'industrie des semi-conducteurs par le biais du Fonds national d'investissement pour l'industrie des circuits intégrés (Big Fund).Dans le même temps, les entreprises nationales de photoresist saisissent activement l'opportunité centenaire de l'expansion de la fabrication de plaquettes en Chine pour développer des activités de photoresist, s'efforçant de rattraper le plus tôt possible le niveau avancé international et d'entrer dans la chaîne d'approvisionnement des nouvelles usines de fabrication de plaquettes nationales. .La localisation de la résine photosensible bat son plein et dans le domaine de la résine photosensible pour panneaux d'affichage, un certain nombre d'entreprises locales compétitives ont vu le jour en Chine.Dans le domaine des résines photosensibles pour semi-conducteurs et panneaux, bien que les résines photosensibles nationales soient encore à la traîne par rapport au niveau avancé international, avec le soutien des politiques et de leurs propres efforts inlassables, un certain nombre d'entreprises de résines photosensibles en Chine ont réalisé des percées technologiques.

Principaux fabricants nationaux de résines photosensibles et substitution nationale