定义与特性
负性光刻胶是一种在曝光后,未曝光区域会溶解于显影液的光敏材料,形成与掩膜版(Mask)图案相反的图形。与正性光刻胶相比,其主要特点是耐蚀刻性强、工艺简单、成本低,但分辨率较低(通常≥1μm),主要应用于对精度要求相对较低、需要厚胶或高耐腐蚀性的场景。
化学组成与工作原理
主要成分
基体树脂:
◦ 早期以聚异戊二烯橡胶(天然或合成)为主,目前常用环化橡胶(Cyclized Rubber)或聚乙烯醇肉桂酸酯,提供胶膜的机械强度和耐蚀刻性。
光敏剂:
◦ 主要为双叠氮化合物(如双叠氮芪)或重氮醌类衍生物,占比约5%-10%,吸收紫外光后引发交联反应。
交联剂:
◦ 如六亚甲基四胺(乌洛托品),在曝光后与树脂发生交联,形成不溶性网状结构。
溶剂:
◦ 多为有机溶剂(如二甲苯、环己酮),溶解树脂和光敏剂,涂布后挥发形成均匀胶膜。
工作原理
曝光前:光敏剂和交联剂均匀分散在树脂中,胶膜可溶于显影液(有机溶剂)。
曝光时:
◦ 光敏剂吸收紫外光(G线436nm为主)后产生活性自由基,引发交联剂与树脂分子间的共价键交联,使曝光区域形成不溶于显影液的三维网状结构。
显影后:
◦ 未曝光区域的树脂因未交联,被显影液溶解去除,曝光区域保留,形成负性图案(与掩膜版相反)。
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光伏电池(半导体级延伸)
• HJT/TOPCon电池:在硅片表面图形化金属电极,使用高灵敏度光刻胶(曝光能量≤50mJ/cm²),线宽≤20μm,降低遮光损失。
• 钙钛矿电池:用于电极图案化和层间隔离,需耐有机溶剂(适应溶液涂布工艺)。
纳米压印技术(下一代光刻)
• 纳米压印光刻胶:通过模具压印实现10nm级分辨率,用于3D NAND存储孔阵列(直径≤20nm)、量子点显示阵列等。
微流控与生物医疗
• 微流控芯片:制造微米级流道(宽度10-100μm),材料需生物相容性(如PDMS基材适配)。
• 生物检测芯片:通过光刻胶图案化抗体/抗原固定位点,精度≤5μm。
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光刻胶(Photoresist)是一种对光敏感的高分子材料,主要用于光刻工艺中,通过光化学反应实现图案的转移,是半导体、集成电路(IC)、印刷电路板(PCB)、液晶显示(LCD)等制造领域的材料之一。
光刻胶特性与组成
• 光敏性:在特定波长(如紫外光、极紫外光EUV等)照射下,会发生化学结构变化(如交联或分解),从而改变在显影液中的溶解性。
• 主要成分:
◦ 树脂(成膜剂):形成基础膜层,决定光刻胶的机械和化学性能。
◦ 光敏剂:吸收光能并引发化学反应(如光分解、光交联)。
◦ 溶剂:调节粘度,便于涂覆成膜。
◦ 添加剂:改善性能(如感光度、分辨率、对比度等)。
国际厂商策略调整
应用材料公司获曝光后处理,可将光刻胶工艺效率提升40%。杜邦因反垄断调查在中国市场面临压力,但其新一代乾膜式感光型介电质材料(CYCLOTENE DF6000 PID)仍在推进,试图通过差异化技术维持优势。日本企业则通过技术授权(如东京应化填补信越产能缺口)维持市场地位。
国内产业链协同升级
TSMC通过租赁曝光设备帮助供应商降低成本,推动光刻胶供应链本地化,其中国台湾EUV光刻胶工厂年产能达1000瓶,产值超10亿新台币。国内企业借鉴此模式,如恒坤新材通过科创板IPO募资15亿元,建设集成电路前驱体项目,形成“光刻胶-前驱体-设备”协同生态。
技术标准与壁垒
美国实体清单限制日本厂商对华供应光刻胶,中国企业需突破。例如,日本在EUV光刻胶领域持有全球65%的,而中国只占12%。国内企业正通过产学研合作(如华中科技大学与长江存储联合攻关)构建自主知识产权体系。
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关键应用领域
半导体制造:
◦ 在晶圆表面涂覆光刻胶,通过掩膜曝光、显影,刻蚀出晶体管、电路等纳米级结构(如EUV光刻胶用于7nm以下制程)。
印刷电路板(PCB):
◦ 保护电路图形或作为蚀刻抗蚀层,制作线路和焊盘。
显示面板(LCD/OLED):
◦ 用于制备彩色滤光片、电极图案等。
微机电系统(MEMS):
◦ 加工微结构(如传感器、执行器)。
工作原理(以正性胶为例)
1. 涂胶:在基材(如硅片)表面均匀旋涂光刻胶,烘干形成薄膜。
2. 曝光:通过掩膜版,用特定波长光线照射,曝光区域的光敏剂分解,使树脂变得易溶于显影液。
3. 显影:用显影液溶解曝光区域,留下未曝光的光刻胶图案,作为后续刻蚀或离子注入的掩蔽层。
4. 后续工艺:刻蚀基材(保留未被光刻胶保护的区域),或去除光刻胶(剥离工艺)。
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以 15% 年研发投入为驱动,吉田半导体加速 EUV 光刻胶与木基材料研发,抢占行业制高点。布局下一代光刻技术。
面对极紫外光刻技术挑战,吉田半导体与中科院合作开发化学放大型 EUV 光刻胶,在感光效率(<10mJ/cm²)和耐蚀性(>80%)指标上取得阶段性进展。同时,公司前瞻性布局木基光刻胶研发,对标日本王子控股技术,探索生物基材料在半导体封装中的应用。这些技术储备为 7nm 及以下制程提供支撑,助力中国在下一代光刻技术中占据重要地位。惠州油性光刻胶品牌