許玉瑩、劉逸芩、黃耀正、張德宜 / 工研院材化所
隨著積體電路微縮化的進展，應用產品朝向體積小、速度快、效能高的趨勢發展。而積體電路元件尺寸縮小的關鍵技術在於光學微影，在光微影成像系統中，半導體光阻劑為相當重要的關鍵材料之一。根據GII市場調查報告，2022年全球光阻市場價值為37.6億美元，預估2028年將成長至50.1億美元，到2028年CAGR為5.02%。本文將針對半導體光阻劑的進展、半導體光阻劑市場趨勢和廠商動態等略作說明。
【內文精選】
半導體光阻劑的進展
1970年代的光阻主要由Novolac樹脂(酚醛樹脂)與二氮萘醌(Diazonaphthoquinone; DNQ)組成，Novolac樹脂提供高解析度與高對比度的顯影特性，而DNQ作為光敏成分，能吸收紫外光並改變光阻的溶解度。如圖一所示，在光化學反應機制中，DNQ受紫外光照射後會產生光化學反應，生成如醌型結構(Indene Carboxylic Acid)等活性中間產物，改變溶解度使曝光區域更易顯影。DNQ光阻具備良好的溶劑相容性與熱穩定性，適用於g-line和i-line曝光技術，但DNQ光阻在深紫外光(DUV)波段以外的吸收效率有限，對於高精度微影製程的應用有所限制，在高能量雷射曝光(如：KrF、ArF)條件下其解析度可能受影響，且光學透明度較差難以支援更短波長的光源(如：DUV光源)，因此需搭配化學增幅型光阻以滿足更先進的半導體製程需求。
圖一、Novolac樹脂與DNQ的光化學反應
半導體光阻劑市場趨勢
隨著半導體技術的快速發展，黃光微影技術的演進成為影響晶片製程精度的關鍵因素。高解析光阻劑作為半導體製造中的核心材料，正隨著極紫外黃光微影技術的普及迎來市場需求的快速增長。根據TECHCET的預測，金屬氧化物與乾式光阻市場規模，將從2023年的5,000萬美元成長至2025年的2億美元，增長幅度高達四倍，展現出此領域的巨大潛力。
由於近年來高階晶片製程的比重增加，各大供應商相繼加強ArF光阻技術或是產能擴充，特別是發展浸潤式ArF光阻產品，以提升產品競爭力。ArF光阻劑預估因3D NAND多層化的發展而成長，但短期內由於NAND市場趨於飽和使近期成長放緩。2021年全球ArF光阻劑出貨量為475k Gallon，預估2021~2028年出貨量CARG達7.3%；2021年全球ArF光阻劑出貨量第一名為JSR、信越化學第二、住友化學排名第三(圖三(a))。
圖三、(a) ArF；(b) EUV光阻劑大廠出貨占比
EUV光阻則是從2019年7 nm技術量產以來，成為各光阻劑製造大廠的另一新材料研發重點。EUV光阻劑因為邏輯和DRAM設計之L/S變得愈來愈精細，使用的層數增加而出貨量增加。2021年出貨量為38k Gallon，預估2021~2028年出貨量CARG達30.1%；2021年全球EUV光阻劑出貨量第一名為TOK、信越化學第二、JSR排名第三(圖三(b)) ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》461期，更多資料請見下方附檔。