如今高度发达的信息网络时代，高科技和信息产业得到了飞速发展，微电子技术作为其核心技术，也是信息社会的发展基石。在信息化网络中，最重要的两个组成部分是硬件和软件，其中硬件无论是各种计算机还是通信电子装备，其基础都是集成电路。而微电子技术是制备集成电路，尤其是超大规模集成电路的一门关键技术，微电子产业是基础性产业。1965 年，Intel 公司创始人之一摩尔（G ordon E. Moore）预测：今后的微电子技术和产业将以“每个芯片上继承的元件数平均每十八个月将翻一番”的规律发展，这就是著名的摩尔定律。此后的几十多年的发展证实了摩尔定律的正确性。
图1. 摩尔定律
现在，半导体集成电路的主流技术已经进入 14nm，并在向 7nm 时代过渡，采用 14nm工艺的18核、36线程 CPU 已经商业化，如 Intel 公司四季度发布的 Intel Core i9-10980XE至尊版处理器。而传统的微电子制备采用的紫外曝光光刻技术面临避免光衍射、透镜材料选择和昂贵的光刻设备等技术难题，因此迫切需要研发出切实可行的下一代光刻技术（Next Generation Lithography - NGL）技术。目前有多种候选技术：电子束刻蚀已被证明有非常高的分辨率，但是生产效率太低；X 线光刻虽然具备高的产率，但是其工具相当昂贵；极紫外光刻也可以达到较高的分辨率但整个工艺必须在真空中进行，并且要求镜面近乎完美，条件要求太高。因此研发一种非光学、廉价且工艺简便的纳米图案复制技术，纳米压印技术（Nanoimprint lithography，NIL）应运而生，该项技术室华裔科学家美国休斯顿大学周郁（Chou，Stephen Y.） 在1995年发明的一种廉价且具备高分辨率的光刻技术。而在紫外光刻和纳米压印技术中，除了需要曝光设备、压印模板或者掩膜等，最重要的部分则为光刻胶。
光刻胶作为图案复制过程中的抗刻蚀剂，使进一步光刻或者是堆积时具有选择性，从而得到与模板或者掩膜相同或是相反的图案。在半导体技术发展的过程中，光刻胶（photoresist）扮演了至关重要的角色。例如，曝光光源从早期的436nm汞灯光源发展到现在的13.5 nm激光诱导等离子体极紫外光源，与之配合的光刻胶也从酚醛树脂化合物发展到化学放大光刻胶及分子玻璃。先进光刻胶一直是国外对中国禁运的半导体关键技术之一。
图2. 光刻胶
近半个世纪以来，微电子技术凭借飞快的发展速度和强大的生命力成为本世纪最具有发展潜力的技术，深入到人类社会的各个领域，并成为世界各国竞相发展的产业。在世界上，美国和日本等发达国家相继把微电子视为优先发展的产业，毫不夸张的说，微电子技术是当今信息社会的核心竞争力，并成为衡量一个国家科技进步和综合国力的重要标志。集成电路（Integrated Circuit，IC）作为微电子制造技术的核心，现已发展到超大规模，亚微米级和可集成数百万晶体管的水平，并把整个电子系统集中在一个芯片上。
图3.集成规模与光刻技术发展的关系
光刻胶，又称光致抗蚀剂，具有光化学敏感性，在光的照射下溶解度发生变化，一般以液态涂覆在半导体、导体等基片表面上，曝光烘烤后成固态，它可以实现从掩膜版到基片上的图形转移，在后续的处理工序中保护基片不受侵蚀，是微细加工技术中的关键材料。
它是集成电路制造的关键材料，主要应用于分立器件、集成电路（IC）、平板显示（FPD、LCD、PDP）、LED等。
光刻胶是由感光树脂、增感剂和溶剂等主要成份组成的、对光敏感的混合液体。利用光化学反应，经曝光、显影、刻蚀等工艺将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上的图形转移介质，其中曝光是通过紫外光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射，从而使光刻胶的溶解度发生变化。
下面先介绍一下正性和负性光刻胶光刻原理。
图4. 光刻胶工作原理
图5.集成电路微观结构
负性光刻胶
紫外负型光刻胶是指经过曝光后，曝光区域发生交联，降低在显影液中的溶解度，经过显影后得到的光刻胶图案与掩膜版相反，紫外负性光刻胶成膜树脂主要包括聚乙烯醇肉桂酸酯和环化橡胶。此类光刻胶的感光范围在 230~350 nm，最大吸收峰在280 nm，在曝光过程中加入少量增感剂可使其感光范围向长波移动，并且无暗反应，具有较高的感光灵敏度，存储周期长，但是分辨率仅有 3μm，与基材的附着力较差，限制了其大规模应用。
图6.负性光刻胶的感光示意图
环化橡胶-双叠氮型负型光刻胶是由美国 Kodak 公司于 1958年发明，此类光刻胶在催化剂的作用下，主链部分发生环化反应，形成具有环状结构的低分子量部分，再加入双叠氮感光剂配制成环化橡胶-双叠氮型负型光刻胶。该负型光刻胶的感光机理为：在曝光时，叠氮化合物吸收光能发生分解，生成氮宾，氮宾能够夺取聚合物主链上的氢而产生自由基，使得分子间发生交联，降低在显影液中的溶解度，从而形成负型图形。采用双叠氮化合物作为光交联剂，其感光波长为 300-400nm，加入助剂后感光波长可延长至 400-450 nm，此光刻胶与金属材料附着力较好，成为上世纪 80 年代电子工业的主要用胶。
正性光刻胶
图7.正性光刻胶的感光示意图
其感光机理为：在曝光区域，重氮萘醌感光基团发生分解反应，生成氮气，同时分子重排，曝光区域在显影时生成茚羧酸，能够快速溶于显影液。在未曝光区域，由于氢键的作用发生交联不溶于显影液，依靠在显影液中溶解度的差异形成正型光刻胶图形，此正型光刻胶不存在溶胀等问题，具有较高的分辨率。此外，分子结构中含有大量的苯环，抗蚀刻性强，耐热性好，故能够大规模应用于集成电路的工艺制程中。
深紫外（光敏）光刻胶
图8.化学增幅型光刻胶光化学反应示意图
化学增幅型（Chemically amplified resist，CAR）是由日本学者 Ito 首次提出，其原理是在光刻胶中加入光致产酸剂（Photoacid generator，PAG），曝光时，产酸剂吸收曝光能量产生 H+，在后烘过程中，H+作能够催化树脂主链中的保护基团发生脱保护反应（正型光刻胶），或催化交联剂与树脂发生交联（负型光刻胶），之后又能重新释放H+再起循环催化作用。根据保护基团和产酸效率，H+最高可循环 10000次，因此，所需要的曝光能量能够显著降低，提高光敏性，其感光机理如图 8 所示。
在光刻胶里，其中的成膜树脂是关键成分，但种类繁多，下面大致从成膜树脂、感光剂、光刻波长等介绍一下目前主要的光刻体系。
光刻胶
体系
成膜树脂
感光剂
光刻波长
技术节点及
用途
聚乙烯醇肉桂酸酯系负性光刻胶
聚乙烯醇肉桂酸酯
成膜树脂自身
紫外全谱
（300-450nm）
3μm集成电路和半导体器件
环化橡胶-双叠氮负胶
环化橡胶
芳香族双叠氮化合物
紫外全谱
（300-450nm）
2μm集成电路和半导体器件
酚醛树脂-重氮萘醌正胶
酚醛树脂
重氮萘醌化合物
G线（436nm）
I线（365nm）
0.5μm以上集成电路
0.3-0.5μm集成电路
248nm光刻胶
聚对羟基苯乙烯及其衍生物
光致产酸剂
KrF(248nm)
0.25-0.13μm集成电路
193nm光刻胶
聚酯环族丙烯酸酯及其共聚物
光致产酸剂
ArF(193nm干法)
ArF(193nm浸润法)
130-65nm集成电路，45nm集成电路
EUV光刻胶
（下一代光刻胶技术，最引人注目）
聚酯衍生物分子玻璃单组分材料
有机金属-无机杂化体系
典型的分子玻璃
光致产酸剂
极紫外（EUV13.5nm）
32nm, 22nm及以下集成电路
电子束光刻胶体系
甲基丙烯酸酯及其共聚物
光致产酸剂
电子束
掩膜版制备
纳米压印紫外光刻胶体系
丙烯酸酯类，环氧树脂，乙烯基醚
自由基型光引发剂；阳离子型光引发剂
紫外光
电子学、生物学、光学等领域
看完主要光刻胶体系，下面我们再看一下光刻胶的其它标签：
按用途分类（四大类）
1:印制电路板（PCB）光刻胶专用化学品（光引发剂和成膜树脂）
2：液晶显示器（LCD）光刻胶光引发剂
3：半导体光刻胶光引发剂
4：其他用途光刻胶
成本
光刻工艺约占整个芯片制造成本的35%，耗时占整个芯片工艺的40%~60%，是半导体制造中最核心的工艺
极限分辨率
光刻胶的波长由紫外宽谱逐步至G线（436nm）、I线（365nm）、KrF（248nm）、 ArF（193nm）、F2（157nm），以及最先进的EUV(<13.5nm)线水平
G线和I线光刻胶是市场上使用量最大的, KrF和ArF光刻胶核心技术基本被日本和美国企业所垄断
工艺
一般情况下，一个芯片在制造过程中需要进行10~50道光刻过程，由于基板不同、分辨率要求不同、蚀刻方式不同等，不同的光刻过程对光刻胶的具体要求也不一样
配方
针对不同应用需求，光刻胶的品种非常多，这些差异主要通过调整光刻胶的配方来实现。通过调整光刻胶的配方，满足差异化的应用需求，是光刻胶制造商最核心的技术
价格
光刻胶的曝光波长由宽谱紫外向G线→I线→KrF→ArF→EUV(13.5nm)的方向移动。随着曝光波长的缩短，光刻胶所能达到的极限分辨率不断提高，光刻得到的线路图案精密度更佳，而对应的光刻胶的价格也更高。
发展
为了实现7nm、5nm制程，传统光刻技术遇到瓶颈，EUV(13.5nm)光刻技术呼之欲出。EUV光刻光路基于反射设计，不同于上一代的折射，其所需光刻胶主要以无机光刻胶为主，如金属氧化物光刻胶
台积电、三星也在相关领域
进行布局
全球市场
由于光刻胶产品技术要求较高，中国光刻胶市场基本由外资企业占据，国内企业市场份额不足40%
陶氏化学、JSR株式会社、信越化学、东京应化工业、Fujifilm，以及韩国东进
中国市场
中国光刻胶行业产量达到7.56万吨，其中，中国本土光刻胶产量为4.41万吨，与7.99万吨的需求量差异较大
苏州瑞红已经研发出G线与I线光刻胶，其中G线已经成功实现量产；北京科华正开发KrF (248nm)光刻胶，目前已经通过中芯国际认证，ArF(193nm)光刻胶也在积极研发中
重要资讯带你来看光刻胶的重要性：
事件
效果
原因及主角
结果
-4-16日美国政府宣布在未来7年内禁止中兴通讯向美国企业购买敏感产品
美国大喝一声，中兴应声倒地，华为受牵制。
中美贸易摩擦
主角：半导体及芯片
卡脖子
-7-1日日本宣布限制其国内企业向韩国出口高纯度氟化氢、光刻胶、氟化聚酰亚胺
日本一声吼，韩国吓瘫了。
日韩贸易摩擦
主角：氟化氢、光刻胶、氟化聚酰胺
韩国政府紧急派遣高层官员访美，希望在此次事件中，作为老大哥的美国能替韩国说句话
这些材料是影响下游终端产品质量的关键材料，韩国这个面板巨人及存储器巨人的地位恐受极大冲击。4000亿美元的半导体市场、1300亿美元的面板市场、600亿美元的印制电路板市场，将受制于一种或几种化工材料，细思极恐。
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全球前五大厂商占据了光刻胶市场87%的份额，行业集中度高。其中，日本JSR、东京应化、日本信越与富士电子材料市占率，合计达到72%
目前全球90%以上的氟化聚酰亚胺，来自日本供应商，如日本信越、JSR以及住友化学等企业
在全球高纯氢氟酸市场中，日本企业居于绝对主导地位，瑞星化工，大金，森田化学三家占市场份额90%以上
在上述三种原材料中，光刻胶最为关键，且要有所突破也更难，而光刻胶又是半导体的关键材料，半导体又是芯片的核心，所以老美一声吼，中兴倒地。
光刻胶是电子领域微细图形加工核心上游材料，全球光刻胶市场持续稳定增长，在下游产业带动下，预计全球光刻胶市场规模在可能突破100 亿美元。
具体来看，光刻胶基于应用领域不同一般可以分为半导体集成电路（IC）光刻胶、 PCB光刻胶以及面板（LCD）光刻胶三个大类，其中 PCB 光刻胶占全球市场 24%，半导体 IC光刻胶占全球市场 24%，LCD 光刻胶占全球市场 27%。
集成电路的产业链又分为：原材料及设备——设计——制造——封装测试——下游应用
光刻胶仅仅是原材料的一种，市值不及下游的半导体市场、面板市场等终端产品的5%，那为什么能被“卡脖子”？
根本原因在于，制造合格光刻胶的多重壁垒——技术壁垒、资金壁垒、客户壁垒
技术壁垒
用于微米级甚至纳米级图形加工，产品需要严格控制质量，光刻胶及其专用化学品的化学结构特殊、品质要求高、微粒子及金属离子含量极低、生产工艺复杂，因此技术门槛不是一般的高。另外，光刻胶需要在分辨率、粘滞性黏度、敏感度、抗蚀性、表面张力、存储和传送等方面都有极细致的要求，具体数值精确至纳米级别，组成成分精确至分子，可见其难度之大。
资金壁垒
光刻胶研发需要有配套的光刻机、掩膜板及其他工艺。
要知道，全球最先进的光刻机是EUV光刻机，国际上只有荷兰ASML公司可以制造，一台EUV光刻机价值1亿美元，且供不应求，制程相对较差的DUV光刻机其价格也在数千万美元
客户壁垒
当光刻胶达到要求的技术水平后，需要与下游客户联系，客户同意后要进行测试，这个检测、验证的过程一般长达2-3年，一旦合作，便会形成长期供应关系，有新的工艺技术便会联合研发，关系非常密切。下游客户会较为积极主动要求测试，但光刻胶占总体成本比例很小，而下游客户安排测试的时间长达2-3年，在这么长时间内，需要安排人员跟踪、产线配合，验证成本太高。
最为重要的：光刻胶对最终产品品质有巨大的影响
光刻胶概念股：
晶瑞股份：其子公司苏州瑞红实现g/i线光刻胶量产，可以实现0.35μm的分辨率，248nm光刻胶中试示范线也已建成。
高盟新材：其参股的北京科华KrF/ArF光刻胶已实现批量供货。
强力新材：主营光刻胶专用化学品的研发、生产和销售及相关贸易业务。
飞凯材料： 年，公司3500吨/年紫外固化光刻胶项目正式投产（运用于PCB领域），同时公司正在 TFT-LCD 光刻胶领域布局，计划建设年产5000吨TFT-LCD光刻胶生产线，且基本已建设完成，届时，公司将在PCB、LCD光刻胶领域具有举足轻重的地位。
容大感光：公司是国内PCB 感光油墨的龙头企业，实现产量1.20万吨，同比增长10.37%，占据PCB 感光油墨市场约7%份额，是公司主营产品。
上海新阳：主要业务为半导体专用化学材料及配套设备，下游客户基本上都是国内的封装测试企业，为其提供电子清洗和电子电镀产品，近几年才切入光刻胶领域，同时还布局了半导体制造的相关设备。
南大光电：是从事多种化学材料研发、生产制造的企业，其中主营业务有高纯金属有机化合物(MO源)，是全球MO 源领导供应商之一，公司在 MO 源的合成制备、纯化技术、分析检测、封装容器等方面已全面达到国际先进水平，还在布局了电子气体业务。南大光电在光刻胶领域最重要的布局是在收购了北京科华31.39%的股权。北京科华成立于8月，是中国第一家生产光刻胶的公司，建有中国第一条拥有自主知识产权的现代化光刻胶生产线。
注：以上内容完全基于个人理解，仅供参考，不作为买卖依据，金融市场套路深，充满风险，交易风险自担，盈亏自负）
