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关于半导体职业而言，光刻技能和设备发挥着根底性效果，是必不可少的。

所谓光刻，便是将规划好的图形从掩模版转印到晶圆外表的光刻胶上所运用的技能。光刻技能*运用于印刷工业，之后长时刻用于制作印刷电路板（PCB），1950年代，跟着半导体技能的鼓起，光刻技能开端用于制作晶体管和集成电路（IC）。现在，光刻是IC制作进程中最根底，也是最重要的技能。

在半导体工业开展史上，光刻技能的开展阅历了多个阶段，触摸/挨近式光刻、光学投影光刻、分步（重复）投影光刻呈现时刻较早，集成电路出产首要选用扫描式光刻、浸没式扫描光刻、深紫外光刻（DUV）和极紫外光刻（EUV）工艺。

此外，X射线/电子束光刻、纳米压印、激光直写等技能也在不断开展傍边，有望在不久的将来完结更多技能和运用打破。

本文首要评论直写光刻技能，它运用激光直接炮击方针外表，在方针基片上一次构成纳米图画结构，无需制备价格昂贵的掩膜版，出产预备周期较短。现在，该工艺技能现已被广泛运用于PCB、先进封装、FPD（显现面板）和掩膜版制作。

在整个半导体范畴，干流光刻技能为掩膜光刻，其间*进的是投影式光刻，它能够通过投影的原理在运用相同尺度掩膜版的前提下获得更小份额的图画，在最小线宽、对位精度等指标上*直写光刻。可是，数字直写无掩膜光刻（LDI）在先进封装范畴的运用越来越广泛，首要原因在于LDI技能能够通过激光在印刷板上写入图画，不需求运用传统的光阻膜，然后提高了出产功率和印刷精度，并降低了本钱。而掩膜光刻中的掩膜需求更新且制作时刻较长，在对准灵敏性、大尺度封装及主动编码等方面存在必定的限制。因而，近年来，激光直写光刻技能在晶圆级封装等先进封装范畴的运用如虎添翼。

现在，光刻精度在5μm以下的，多选用掩膜光刻技能，而5μm以上，精度要求没那么高的，多选用迭代更快、本钱更低的直写光刻技能。当然，这些并不是*的，还要依据详细运用状况而定。

01  直写光刻技能的运用

下面看一下直写光刻技能在先进封装、FPD和掩膜版制作进程中的运用状况。

首要看先进封装。

在先进封装中，光刻机首要用于倒装（Flip Chip，FC）的凸块（Bumping）、重散布层（Redistribution layer，简称RDL）、2.5D/3D封装的TSV等的制作。与在前道制作进程中用于IC成型不同，光刻工艺在封装中首要用于金属电极触摸。在Bumping pitch、RDL L/S尺度不断减小的状况下，对封装用光刻设备的更小线宽处理、工艺精度提出了更高要求。

在凸块制作进程中，光刻首要运用于互连和凸块工艺流程。制作凸块的方法有蒸腾、印刷和电镀三种，现在，业界广泛选用印刷和电镀方法，以电镀为例，制作凸块的首要工艺流程包含：溅镀金属隔离层，光刻，电镀凸块，光阻去除，UBM蚀刻等。在凸块的曝光进程中，需求将掩膜放在光阻层上，通过曝光机对光阻曝光，使其被照耀区域发生化学反响，曝光完毕后，通过显影工艺去除未曝光部分。在此进程中，光刻的效果是通过掩膜模板将光刻胶（光阻）在光的效果下进行曝光和显影，构成需求的光刻图形。

RDL是先进封装的要害技能，用于二维平面内的电路衔接和信号传输。凸块用于衔接die和基板，RDL则作为导线衔接凸块和芯片上的输入/输出垫（I/O Pad，一种电气衔接器材，用于树立芯片和基板间的电气衔接）。

RDL的制作流程与电镀凸块相似。首要，晶种层被堆积或溅射到晶圆外表，然后运用光刻设备曝光，再运用电镀体系将铜金属化层堆积其间，构成RDL线路层，去除光刻胶后再对球下金属层（Under Bump Metallurgy，简称UBM，在晶圆上镀膜，意图是使焊球具有杰出的接合特性）进行蚀刻。

引线结构对先进封装也很重要。引线结构是一种借助于键合资料（如金丝、铝丝、铜丝等）完结芯片内部电路引出端和外引线的电气衔接、构成电气回路的结构器材，它是集成电路的载体，用于连通芯片内部和外部导线。

引线结构的制作工艺首要包含传统的冲压法，以及运用直写光刻技能的蚀刻法。跟着智能手机、可穿戴设备等终端产品向小型化、高集成化方向开展，引线结构正在向超薄化方向演进，对曝光的精度和灵敏性要求不断提高。比较于冲压法，蚀刻法的精度更高，可出产多脚位、超薄产品，因而，蚀刻工艺成为引线结构未来开展的首要方向，对直写光刻设备的需求量也在添加。

出于本钱和实用性考量，现在，包含日月光、通富微电、华天科技、长电科技在内的国内外封测大厂都在活跃测验运用直写光刻替代掩膜光刻。

下面看一下直写光刻在FPD范畴的运用。

FPD的工艺流程一般包含以下几个过程：衬底预备，光刻，堆积，退火，拼装。其间，光刻是将电路图画投影到衬底上。

在FPD制作进程中，在ITO阳极的图形化和有机发光层的蒸镀工艺中，都需求用到直写光刻。以OLED显现为例，其原理是有机发光资料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光，其间触及两个与直写光刻有关的需求：1、ITO阳极的图形化工艺，OLED的阳极为 ITO通明电极，制作的*步是将ITO集成到玻璃基板上，工艺流程与IC制作相似，其间曝光部分运用直写光刻或掩膜光刻；2、有机发光层蒸镀工艺，为了将有机资料镀在空穴传输/注入层上，可运用喷墨打印或蒸镀工艺，后者为工业化运用中的干流，需求高精度掩膜版将有机资料蒸镀在指定方位，这就需求直写光刻制版。

现在，全球规模内，特别是在中国大陆，正在大力开展AMOLED/LTPS出产线建造，京东方、华星光电、天马、维信诺、和辉光电等企业在AMOLED/LTPS高分辨率、折叠屏、全面屏、高饱和度等新技能上不断加大投入，未来，中国大陆面板厂商将进一步加快更先进一代AMOLED/LTPS产线建造。因而，平板显现职业对掩膜版，特别是先进、高精度产品的需求将继续添加。Omdia发布的2022年陈述显现，估计2026年全球8.6代及以下平板显现职业掩膜版销售收入为1112亿日元，占全球平板显现职业掩膜版销售额的92%，平板显现职业用掩膜版需求坚持稳定添加态势。

近年来，Mini-LED技能正在大规模运用于高端消费电子范畴，苹果公司不断发布搭载了Mini-LED显现面板的iPad Pro和MacBook Pro，三星、LG、TCL也先后推出了Mini-LED电视。Omdia发布的2022年陈述显现，未来Micro-LED 电视、智能手表和智能眼镜等终端运用的需求将带动 Micro-LED显现面板的开展，一起，电视显现面板出货量的添加将拉动商场对Mini-LED显现面板的需求。这些都在为直写光刻设备发明着宽广的商场运用空间。

终究看一下直写光刻在掩膜版制作进程中的运用状况。

掩膜版的出产首要包含以下几个流程：图形光刻，显影，蚀刻，脱膜，清洗。其间，图形光刻是通过光刻机进行激光光束直写，以完结图形曝光，掩膜版制作都是选用正性光刻胶，通过激光效果使需求曝光区域的光刻胶内部发生交联反响。

在光刻进程中，曝光机的中心是曝光光源，光源一般运用紫外线灯管，其波长一般在350nm~400nm之间。曝光机运用的紫外线灯管能够发生高强度的紫外线辐射，并具有均匀的光强度散布，以便在整个掩膜版上构成共同的曝光强度。

掩膜是制作出掩膜图形的要害，掩膜一般是由通明或半通明资料制成，上面印有需求制作的电路板图形。曝光机运用的掩膜有必要具有高精度和高对比度，以保证终究制作出来的电路板契合标准要求。

跟着芯片制程工艺提高和成熟制程继续扩产，亚太地区的掩膜版供需缺口在增大，估计低标准掩膜版的交货时刻将翻倍。掩膜版的求过于供，推进工业扩产，在这种状况下，直写光刻曝光机作为掩膜版出产进程中不可或缺的设备，需求量也会随之添加。

以中国大陆掩膜版出产为例，相关企业，如清溢光电、路维科技的资金征集方案中就包含掩膜版扩产项目，清溢光电的合肥清溢光电有限公司8.5代及以下高精度掩膜版项目估计出资7.4亿元人民币，能够新增年产能1852个。路维科技的高精度半导体掩膜版与大尺度平板显现掩膜版扩产项目估计出资2.66亿元，用于G11和AMOLED平板显现掩膜版的出产。

2021年，清溢光电、路维光电的本钱开销分别为3.05亿元、1.35亿元，清溢光电招股说明书显现，该公司设备收买开销约占总出资的70%，光刻机约占设备出资的89%。

02  直写光刻技能代表企业

如前文所述，整个半导体职业所选用的光刻技能能够分为两大类：掩膜光刻和直写光刻（以LDI为主）。不同厂商依据不同技能的特色，以及本身状况，挑选了不同的开展途径。

走掩膜光刻技能道路的首要玩家有日本ORC、上海微电子和美国Rudolph等企业，走LDI技能道路的首要玩家有Orbotech（奥宝科技，KLA子公司）和日本的Screen。

这儿首要介绍专心于直写光刻技能的企业。

Orbotech进入的范畴包含PCB、FPD、半导体设备制作，早些年首要重视PCB和FPD专用的主动光学检测仪等，在2014年收买SPTS公司之后，进入了半导体设备范畴。通过30多年的开展，Orbotech已成为全球*的先进精细制作解决方案厂商。2018年，美国半导体设备巨子KLA-Tencor以34亿美元收买了Orbotech。

在中国大陆，也有一家专心于直写光刻技能的企业，它便是芯碁微装，该公司专心于以微纳直写光刻为技能中心的直接成像设备及直写光刻设备的研制和制作，首要产品功用包含微米到纳米的多范畴光刻技能，详细包含：丝网印刷（最小线宽70μm -50μm），PCB（最小线宽 40μm -25μm），单层板、多层板、HDI 板、柔性板（最小线宽15μm -6μm），类载板（最小线宽3μm -1μm），低代代OLED显现面板（最小线宽350nm），拟进入OLED显现面板高代代线。

03  结语

当下，最为引人重视的光刻技能和设备是用于7nm及以下先进制程芯片制作的EUV，以及用于10nm以上及老旧制程的DUV光刻机。可是，整个半导体范畴触及规模很广，在许多工业链环节都需求用到光刻设备，且所选用的技能各有不同。

与制作芯片前道工序所用的EUV和DUV比较，直写光刻技能的先进性和精度没那么高，但其运用范畴愈加广泛，凭仗其灵敏性和技能迭代速度快等特色，直写光刻的运用还有很大的拓宽空间。

在大力开展本乡半导体制作业的当下，中国大陆需求在光刻这一根底性制作范畴获得打破，短时期内，要想造出EUV难度很大，但相似于直写光刻这样的技能和设备，规划和制作难度没那么高，又有宽广的运用商场空间，或许能够作为往后的要点研讨方针。