2023 Der vollständige Leitfaden für Photoresist

Fotolack, auch Photoresist genannt, ist ein lichtempfindliches Flüssigkeitsgemisch. Es besteht aus Photoinitiator, Photoresistharz, Monomer, Lösungsmittel und anderen Zusätzen. Photoresist ist eine Art grafisches Übertragungsmedium, mit dem Grafiken in Maskenform nach der Lichtreaktion auf ein Substrat mit unterschiedlicher Löslichkeit übertragen werden können. Gegenwärtig wird Fotolack in großem Umfang für die Herstellung feiner grafischer Linien in der optoelektronischen Informationsindustrie verwendet. Er ist eines der wichtigsten Materialien im Bereich der Elektronikfertigung.
Je nach Wellenlänge des Lichts kann Photoresist in Ultraviolett-Photoresist (300-450nm), Tief-Ultraviolett-Photoresist (160-280nm), Extrem-Ultraviolett-Photoresist (EUV, 13,5nm), Elektronenstrahl-Photoresist, Ionenstrahl-Photoresist, Röntgenstrahl-Photoresist usw. unterteilt werden. Generell gilt: Je kürzer die Wellenlänge, desto besser ist die Verarbeitungsauflösung bei gleicher Prozessmethode.
Entsprechend den verschiedenen Anwendungen können Fotolacke in Fotolacke für gedruckte Schaltungen (PCBs), Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Halbleiter und andere Anwendungen unterteilt werden. Die technischen Hürden für PCB-Fotoresists sind im Vergleich zu den beiden anderen Kategorien relativ niedrig, während Halbleiter-Fotoresists das fortschrittlichste Technologieniveau von Photoresists darstellen.
Nach ihrer chemischen Struktur lassen sich Photoresists in photopolymere, photolytische, photovernetzte und chemisch überhöhte Photoresists unterteilen. Photopolymere Photoresists verwenden Alkenmonomere, um unter Lichteinwirkung freie Radikale zu erzeugen, die wiederum die Polymerisation von Monomeren auslösen und schließlich Polymere erzeugen. Photolytische Photoresiste verwenden Diazochinone (DQN) als Photorezeptoren, die durch photolytische Reaktion nach der Beleuchtung zu positiven Photoresisten gemacht werden können; photovernetzte Photoresiste verwenden Polyvinyllaurat als lichtempfindliches Material, das zu negativen Photoresisten gemacht werden kann, indem es unter Lichteinwirkung eine unlösliche Netzstruktur bildet und korrosionsbeständig ist. Nach dem Einsatz tief ultravioletter (DUV) Lichtquellen in der Lithografie integrierter Halbleiterschaltungen hat sich die Technologie der chemischen Verstärkung (CAR) allmählich zum Hauptbestandteil der industriellen Anwendungen entwickelt. Bei der CAR-Technologie ist das Harz ein Polyethylen, das durch chemische Gruppen geschützt ist und sich daher nur schwer auflöst. Chemisch verstärkte Fotolacke verwenden Fotosäuren (PAGs) als Fotoinitiatoren. Bei der Belichtung des Fotolacks wird durch die PAG im belichteten Bereich eine Säure gebildet. Diese Säure wirkt während des Einbrennvorgangs nach dem Erhitzen als Katalysator und entfernt die Schutzgruppen des Harzes, wodurch das Harz leicht löslich wird. Chemisch verstärkte Fotolacke sind 10-mal schneller als DQN-Fotolacke und haben eine gute optische Empfindlichkeit gegenüber tiefen UV-Lichtquellen, einen hohen Kontrast und eine hohe Auflösung.
Fotolack ist ein wichtiges Material für die IC-Herstellung: die Qualität und Leistung von Fotolack ist ein Schlüsselfaktor für die IC-Leistung, Ausbeute und Zuverlässigkeit, die Kosten der Fotolithographie-Prozess ist etwa 35% der gesamten Chip-Herstellungsprozess, und dauert etwa 40-50% der Zeit des gesamten Chip-Prozess, die Kosten für Fotolack entfallen etwa 4% der Gesamtkosten der IC-Herstellung Materialien, der Markt ist riesig. Nach Angaben des unabhängigen Instituts Wisdom Research Consulting wird sich der weltweite Markt für Fotolacke im Jahr 2019 voraussichtlich auf fast $9 Mrd. belaufen, mit einer CAGR von etwa 5,4% seit 2010 bis heute. Es wird erwartet, dass der Markt in den nächsten drei Jahren weiterhin mit einer durchschnittlichen jährlichen Rate von 5% wachsen wird, und die Größe des globalen Photoresist-Marktes wird bis 2022 mehr als 10 Milliarden USD betragen. Die Photoresist-Industrie hat sehr hohe Branchenbarrieren, so dass die Branche weltweit eine Oligopolsituation darstellt. Die Fotolackindustrie wird seit vielen Jahren von japanischen und amerikanischen Fachunternehmen monopolisiert. Gegenwärtig halten die fünf größten Hersteller 87% des weltweiten Photoresist-Marktes, und die Branche ist stark konzentriert. Unter ihnen erreicht der Marktanteil von Japan JSR, Tokyo E&C, Japan Shin-Etsu und Fuji Electronic Materials zusammen 72%. Die Kerntechnologie der hochauflösenden KrF- und ArF-Halbleiterphotoresiste wird im Wesentlichen von japanischen und amerikanischen Unternehmen monopolisiert, und die meisten Produkte stammen von japanischen und amerikanischen Unternehmen wie DuPont, JSR Corporation, Shin-Etsu Chemical, Tokyo Chemical Industry, Fujifilm und Korea Dongjin. Der gesamte Fotolackmarkt ist in Japan angesiedelt, dem größten Zentrum der Fotolackindustrie. Gegenwärtig ist das chinesische Festland bei elektronischen Materialien, insbesondere bei Fotolacken, stark vom Ausland abhängig. Daher ist es ein unvermeidlicher Trend, die inländische Produktion von Halbleitermaterialien zu ersetzen.