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光刻胶

光刻胶

光刻胶（Photoresist）又称光致抗蚀剂，是指通过紫外线、电子束、离子束、X射线等的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料。主要成分是一大类具有光敏化学作用的高分子聚合物材料，通常包含有三种成分：感光材料、聚合物材料（没药树）、溶剂。

20世纪 20年代初期，伊士曼柯达公司发现在紫外光下聚乙烯醇和肉桂酸酯[zhǐ]具有很强的交联反应，并且感光度很高，随后用于光学玻璃的光栅蚀刻，成为光刻胶的先驱。20世纪40年代，英国的 Eisler 首次将重铬酸盐感光材料用于印刷电路板的制造；20世纪40年代末期，美国出现第一个光固化油墨配方和实施技术专利；20世纪50年代中期，柯达公司的L.M. Minsk等人研究的光敏剂增感的聚乙烯醇肉桂酸酯成为第一个光固化性能的光刻胶，并先后用于印刷工业和电子工业。至此拉开了光刻胶，在工业中应用的序幕。2024年10月15日，武汉太紫微光电科技有限公司在中国率先攻克合成光刻胶所需的原料和配方。

光刻胶具有光化学敏感性，经过曝光、显影、刻蚀等工艺，将掩模版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中，在后续工艺中，保护下面的材料（如刻蚀或离子注人阻挡层），最终将设计好的微细图形从掩模版转移到待加工基片。

光刻胶广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作，是微细加工技术的关键性材料。光刻胶是光刻工艺最重要的耗材，它直接决定了加工成品的精密程度和良品率，而光刻工艺又是精密电子元器件制造的关键流程，这使得光刻胶在整个电子元器件加工产业，都有着至关重要的地位。

发展历程

1925年，美国柯达(Eastman-伊士曼柯达公司)公司发现聚乙烯醇肉桂酸酯在紫外线下有很强的交联反应和感光度，并且首次将其用在了光学玻璃的光栅刻蚀上，成为了光刻胶的先驱。

1954年，柯达公司的Minsk等人成功制备出光增感剂增感的聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶是第一个光固化性能的光刻胶。又于1958年研制出了叠氮-橡胶系的负性光刻胶。于1960年，又成功研制出邻重氮萘[nài]-PF正性光刻胶，目前仍是电子制造业中使用最为广泛的光刻胶系。1968年，日本TOK研发出首个环化橡胶系光刻胶。1972年半导体工艺制程节点触及环化橡胶–双叠氮体系分辨率极限，采用G线、I线作为曝光光源的分辨率更高的重氮萘醌–酚醛树脂光刻胶体系应运而生。

1983年IBM公司研发出KrF光刻胶。该光刻胶反应速度极快；但此时半导体工艺节点集中在0.35～1.5μm，完全可以用I线光刻实现，价格更高的KrF光刻胶市场并未大规模放量。极紫外光刻技术由日本科学家Kinoshita于1989年提出。1995年日本TOK成功突破KrF光刻胶技术，打破了IBM公司的垄断，恰逢工艺节点达到了I线光刻的极限。2000年日本JSR的ArF光刻胶正式作为下一代半导体0.13μm工艺的抗蚀剂。日本TOK也在2001年推出了ArF光刻胶。现阶段半导体工艺节点已延伸至7～10nm，但是7nm节点的ArF光刻技术工艺复杂程度急剧提高，晶圆厂迫切需要新一代EUV光刻技术。2002年东芝开发出分辨率达到22nm的EUV光刻胶在2003年首次提出化学增幅型光刻胶。

2005年，Ito发现含有多脂环结构的聚合物(如金刚烷、降冰片烷、三环癸基衍生物等，具有与芳香族结构相似的抗蚀性。此后，193 nm光刻胶成膜没药树大多使用这种带有多脂环侧挂集团的甲基丙烯酸酯。2011年日本JSR开发出用于15nm工艺的化学放大型EUV光刻胶。Wang等在2017年通过氮氧自由基介导的聚合将α-γ-丁内酯甲基丙烯酸酯、3-羟基1-金刚烷基甲基丙烯酸酯和2-甲基2-金刚烷[wán]基甲基丙烯酸酯等合成多元聚合物。

2018年5月24日，国家科技重大专项（02专项）极紫外光刻胶项目顺利通过国家验收。2019年台积电宣布量产7nm N7+工艺，这是行业第一次量产EUV极紫外光刻技术。2019年11月25日，8种“光刻胶及其关键原材料和配套试剂”入选工信部《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》

2024年10月15日，武汉太紫微光电科技有限公司在中国率先攻克合成光刻胶所需的原料和配方，中国芯片制造关键原材料取得瓶颈性突破。该公司新型光刻胶产品已通过半导体工艺量产验证。

成分组成

光刻胶一般由以下几大组成成分构成:主聚合物主干(backbone 均聚物)、光敏感成分(photoactive 化合物，PAC)、刻蚀阻挡基团(etching resistant group)、保护基团(protectgroup)、溶剂(solvent)等。光刻胶主要成分是PF(novolak)和二氮萘醌(diazonaphthoquinone，DNQ)的混合物。二氮萘醌的作用是阻止酚醛树脂溶解于碱性的显影液，二氮萘醌受到曝光之后会变成一种羧酸(C-COOH),称indenecarboxylic acid,这种羧酸的存在会加快酚醛树脂在碱性显影液中的溶解。

光刻胶通常由光致抗蚀剂、增感剂、树脂、溶剂等组成。

（1）光致抗蚀剂。光致抗蚀剂是光刻胶的核心部分，曝光时间、光源所发射光线的强度都是根据光致抗蚀剂的特性选择决定的。正胶中的光致抗蚀剂在未受到光照时对光刻胶在显影液中的溶解是起阻碍作用的，因此也称为抑制剂，在受到光照后就起助溶作用了。负胶中的光致抗蚀剂正好相反，光照前起助溶作用，光照后起阻溶作用。常用的光致抗蚀剂有以下几个系列：聚乙烯醇-肉桂酸没药树系列和聚经类-双叠氮系列用于负胶：邻-叠氮醒系列用于正胶。

（2）增感剂。光致抗蚀剂的感光速度都较慢，生产上效率太低，因此向光刻胶中添加了提高感光速度的增感剂。负胶的增感剂为五硝基芭，正胶的增感剂为苯驿三氮唑。

（3）树脂。聚合树脂是用来将组成光刻胶的其他材料聚合在一起的黏接剂，光刻胶的黏着性、胶膜厚度等都是树脂给的。树脂不是光敏物质，曝光前后树脂的化学性质不会改变。

（4）溶剂。光致抗蚀剂和增感剂都是固态物质，为了方便均匀地涂覆，要使用溶剂对固态的抗蚀剂和增感剂进行溶解，形成液态物质。负胶的溶剂通常为环己酮，正胶的溶剂则为乙二醇草乙醚或乙酸正丁酯。

除以上主要成分外，光刻胶中还有一些可提高光刻胶与基片之间黏着性等性能的添加剂。

分类

光刻胶具有不同的分类标准。

按照曝光波长分类

光刻胶可分为光学光刻胶、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。

光学光刻胶

其中光学光刻胶根据曝光光源的响应波长不同，分为紫外光刻胶（300～450 nm）、深紫外光刻胶（160～280nm）、极紫外光刻胶（EUV，13.5nm），用途非常广泛。不同曝光波长的光刻胶，其适用的光刻极限分辨率不同，通常来说，在使用工艺方法一致的情况下，波长越小，加工分辨率越佳。

光刻胶曝光波长由G线（436nm）→I（365nm）→KrF（248nm）→ArF（193nm）→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。

紫外光刻胶

G线和I线光刻胶最早诞生于20世纪80年代，由近代德国科学家约瑟夫·冯·夫琅和费命名。这2种光刻胶都采用了线性PF做膜树脂，重氮萘醌型酯化物作感光剂，唯一的区别就是做成的膜树脂和感光剂在物理结构上有所不同，但在化学性能上就表现出明显的差异，尤其是在分辨率上，这也就导致他们的用途不一样。在制作0.5～0.6μm的集成电路时使用G线紫外光刻胶，在制作0.35～0.5μm的集成电路时使用I线紫外光刻胶。到90年代中期，I线逐渐取代了G线的地位，因为I线光刻胶可用于6寸和8寸2种晶圆片，所以目前市场需求依然旺盛，仍是应用最广泛的光刻胶。但也存在感光速度慢、黏附性和机械强度低等问题。

深紫外光刻胶

深紫外光刻胶因其曝光波长短,衍射作用小,具有分辨率高、灵敏度高、透过性好、与基片的粘附性好、耐化学腐蚀及耐干法蚀刻性好等优点,目前已经被广泛用于22nm~0.25μm集成电路及掩膜版的制作工艺中。

与紫外光刻胶不同的是,深紫外光刻胶均为化学增幅型光刻胶。化学增幅型光刻胶的特点是:在光刻胶中加入光致产酸剂,光辐射下产酸剂分解出酸,在后烘(post exposure bake,PEB)时,酸作为催化剂,催化成膜没药树脱去保护基团(正胶),或催化交联剂与成膜树脂发生交联反应(负胶),而且在脱去保护基反应和交联反应后,酸能被重新释放出来,继续起催化作用,大大降低了曝光所需的能量,从而大幅度提高了光刻胶的光敏性。

极紫外光刻胶

由于极紫外光刻光源波长极短，只有13.5nm，单光子的能量为91.48e V，光源功率有限，亟待解决光刻胶的感光速率，出现了2条路径，一条是在传统化学放大型光刻胶的基础上改进，在聚合物中加入新型的基色基团，提高EUV对光子的吸收；另一条是金属氧化物类型，通过引入金属氧化物，提高吸光度，增强感光效率，而且金属氧化物耐刻蚀，可以降低光刻胶的旋转厚度，提高分辨率。

电子束光刻胶

电子束光刻具有波长短、分辨率高 (达30nm) 、无须掩模, 可进行直写的特点, 广泛应用于光学与非光学的掩模制造。但由于曝光区域小, 生产效率低, 限制了它在集成电路制作中的应用。电子束曝光机一直朝着大功率、多光束方向发展以提高单位曝光速率。在过去“点”曝光的直写技术基础上, 又研究出“面”曝光的投影曝光技术, 使电子束曝光更接近现行采用的曝光技术, 因此电子束光刻已成为下一代光刻的有力竞争者。

在电子束曝光技术发展的同时, 电子束光刻胶亦取得长足的进步。由于电子束光刻没有紫外吸收问题, 在材料的选择上有更大的自由度。但电子束曝光效率低, 电子束光刻胶的光敏性是首要问题。采用化学增幅技术是电子束光刻胶的必然选择。电子束正光刻胶主要为聚甲基丙烯酸甲酯及其衍生物, 其分辨率高, 但感光灵敏度低, 抗干法腐蚀差。电子束负光刻胶主要有甲基丙烯酸缩水甘油醚酯-丙烯酸酯共聚物、氯甲基化聚苯乙烯等, 其感光灵敏度高, 但分辨率比电子束正光刻胶差。电子束胶的研究水平已经达到了0.07μm的水平, 其0.1μm技术用电子束胶已批量生产。

离子束光刻胶

离子束投影光刻就是由气体 (氢或氦) 离子源发出的离子通过多级静电离子透镜投射于掩模并将图像缩小后聚焦于硅片上, 进行曝光和步进重复操作, 由于离子质量比电子大, 所以散射比电子少得多, 不存在邻近效应, 比电子束光刻具有更高的分辨率, 在光刻技术中可以得到最细的线条。离子束胶既可采用传统的抗蚀剂也可采用专用的新型抗蚀剂。然而, 离子束曝光技术还远未成熟, 关键的技术问题还没有很好的解决方案。

X射线光刻胶

X射线光刻技术具有波长短、焦深长、生产效率高、宽容度大、曝光视场大、无邻近效应、对环境不敏感等优点, 近年来人们一直致力于X光光源和掩模的研究, 使之成为有竞争力的下一代曝光设备。X射线光刻胶有聚丁烯、聚1, 2-二氯丙烯酸等。

按照感光树脂的化学结构分类

光刻胶可以分为：

（1）光聚合型，采用烯烃单体，在光作用下生成自由基，进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点；

（2）光分解型，采用含有叠氮醒类化合物的材料，其经光照后，发生光分解反应，可以制成正性胶；

（3）光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料，在光的作用下，分子中的双键打开，链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构从而起到抗蚀作用，可以制成负性光刻胶。

依照曝光区在显影中被去除或保留来划分

光学光刻胶可以分为正性光刻胶和负性光刻胶。正性光刻胶曝光后，曝光部分溶解于显影液，形成的图形与掩模版图形相同；负性光刻胶曝光后固化，未曝光部分溶解于显影液，形成的图形与掩模版图形相反。

当前常用的正胶为DQN，其主要成分为光敏剂的重氮配（DQ）、碱溶性的PF（N）和溶剂二甲苯等。响应波长为330～430nm，显影液是氢氧化钠等碱性物质。曝光的重氮醒退化，与树脂一同易溶于显影液，未曝光的重氮醒和树脂构成的胶膜难溶于碱性显影液。但是，如果显影时间过长，胶膜均溶于显影液，所以，用正胶光刻要控制好工艺条件。正胶的优势在于显影容易，且图形边缘齐整，无溶胀现象，光刻的分辨率高，光刻最后的去胶也较容易。正胶是目前在光刻中用得最多的光刻胶。用于正版光刻，曝光后，透光窗口处的胶膜被显影液除去。

负胶是使用最早的光刻胶，用于阴版光刻。曝光后，透光窗口处的胶膜保留，未曝光的胶膜被显影液除去，图形反转。负胶多数由长链有机高分子化合物有机化合物组成。例如，由顺聚异戊二烯和对辐照敏感的交联剂以及溶剂组成的负胶，响应波长为330～430nm，显影液是有机溶剂（如二甲苯等）。曝光的顺聚异戊二烯在交联剂作用下交联，成为体形高分子并固化，不再溶于有机溶剂构成的显影液，而未曝光的长链高分子溶于显影液，显影时被去掉。

负胶显影后保留区的胶膜是交联高分子，在显影时,吸收显影液而溶胀。另外，交联反应是局部的，边界不齐，所以图形分辨率下降。光刻后硬化的胶膜也较难去除。但与正胶相比，负胶抗蚀性强于正胶。

生产工艺

光刻胶制备工序在基片前处理之后,一般工序为光刻胶涂布→预烘烤→曝光→显影→冲洗→后烘烤→蚀刻→剥离。由于光刻胶使用条件不同而影响其分辨率和附着性,所以最好在最佳条件下使用光刻胶。

基片前处理

一般来说,基片的前处理包括除掉基片上的油分和水分.为了改进氧化膜与光刻胶的附着性,应使用六甲基二甲硅胺之类的三甲基硅化剂。SiO,基片表面因富含亲水性的氢氧根(OH)能使光刻胶的附着性下降,如果用三甲基硅化剂处理则其与基片表面发生反应可使表面呈疏水性。

光刻胶涂布

光刻胶涂布方法有旋涂法、喷涂法、滚涂法及浸渍法等。为了形成均匀膜,一般采用旋涂法,用旋涂法涂布光刻胶时涂布的膜厚取决于胶的粘度和转数,但是即使粘度相同,不同光刻胶含有的树脂浓度却不同,因此涂布的膜厚也不同。另外由于光刻胶的胶液温度不同,即使在同一转数下其膜厚也多少有些不同,胶液温度高时膜要涂得厚一些,胶液温度低时膜要涂得薄一些,对于橡胶类光刻胶来说,胶液温度相差10℃时则膜厚就相差5000人。最好在一定的胶液温度下进行涂布。

预烘烤(前于燥)处理

预烘烤的目的是除去光刻胶膜中的溶剂,但是预烘烤温度越高,并非去除溶剂的时间越短,预烘烤温度太高时会引起感光基和感光剂分解。结果造成显影效果不好。通常不致于引起感光基分解的温度范围为80~100℃,预烘烤时间20~30min较合适。另外,不含感光剂的电子束用光刻胶和X射线用光刻胶的烘烤,应在不引起聚合物变形的条件下进行。PMMA的预烘烤温度在170℃下是适当的。

曝光及射线辐照

符合各种光刻胶灵敏度的曝光条件应当相应适合不同光刻胶的灵敏度要求。可见光曝光用和远紫外线用光刻胶一般采用接触曝光和近接曝光,掩模污染和光刻胶的粘贴是造成成品率下降的因素,因此人们注意采用把掩模和光刻胶隔开一定间隔进行投影曝光和缩聚曝光的方法。

显影及冲洗

显影和冲洗一般采用喷洗或浸泡的方法,最好使用适合光刻胶性能要求的专用显影液和冲洗液。当显影液性能过弱或者显影时间过短,在基片上会产生树脂状粘着物或者产生微细图形脱落现象。若显影液性能强,光刻胶图形泡胀或者光刻胶膜减薄，容易使光刻胶产生针孔和剥落现象。另外,显影温度、喷洗压力、显影和冲洗造成喷洗粒子直径不同，其分辨率也不同,所以有必要探讨一下适合光刻胶条件的显影方法。

后烘烤

后烘焙的目的是为了提高蚀刻时基片与光刻胶的粘着性。可见光曝光用光刻胶树脂类的烘烤温度为140~160℃,桂皮酸类为200℃,烘烤时间分别为30和40min。另外,苯酚线型PF类光刻胶可在120~160℃下烘烤。远紫外线、电子束和X射线用光刻胶的烘烤温度太高时会引起聚合物变质,如在不发生变质的上限温度下烘烤可提高光刻胶与基片的粘附性。PMMA的烘烤温度通常为170℃,但是由于感光剂添加物和聚合物的种类不同而不同,所以要在了解它们的特性之后再予以使用。

刻蚀

P刻蚀有湿法刻蚀和干法刻蚀(或等离子体刻蚀)两种方法。

剥离

由于曝光和后烘焙固化的光刻胶膜很牢固,所以把它放在加热到120~130℃的以苯酚和卤族元素有机溶剂为主体的剥离剂和加热的硫酸、硝酸和硫酸-过氧化氢等强酸溶液中浸泡,然后进行剥离。这些物质是非常强的氧化剂,操作是非常危险的,并且废液很难处理,因此人们非常重视应用无公害的等离子体灰化法,但是,由于光刻胶的使用条件不同,等离子体方法并非都能用于所有的光刻胶中,一般采取与浸泡法并用的剥离方法。

光刻胶的保存

通常希望在常温下保存光刻胶,能得到长期的质量稳定性，保存中的光刻胶暴露在高温和冷冻环境下在时会产生变质的危险,据说橡胶类光刻胶在冷冻保存的情况下容易产生胶凝状物质，就防止产生胶凝状物质这点来说,可在常温下保存。反之,橡胶类光刻胶在高湿下保存会引起交联剂和感光剂的变质,这是不希望的。a-萘醌二叠氮化物类正性光刻胶的保存特点与橡胶类光刻胶一样。重要的是光刻胶长期不暴露于酸碱环境,一般保存2~3年不会变质.光刻胶生产厂对于光刻胶的保存需特别注意，另外,X射线和电子束用光刻胶没有必要保存在极端阴暗的地方,最好在常温下保存。

性能指标

灵敏度

灵敏度（sensitivity）。即光刻胶材料对某种波长的光的反应程度。不同的光刻胶对于不同的波长的光是有选择性的。比如248nm波长光刻胶的成膜树脂中存在苯环结构，对193ntn波长的光具有很强的吸收作用，即对193nm波长的光是不透明的，因此193nm光刻胶必须改变树脂主体。同时，高的产出要求短的曝光时间，对光刻胶的灵敏度要求也越来越高。通常以曝光剂量（单位为mJ/cm2）作为衡量光刻胶灵敏度的指标，曝光剂量值越小，代表光刻胶的灵敏度越高。I线光刻胶材料曝光剂量在数百mJ/cm2左右，而KrF和ArF的光刻胶材料，其曝光剂量则在30和20mJ/cm2左右。

对比度

对比度（contrast）。即光刻胶材料曝光前后化学物质（如溶解度）改变的速率。对比度与光刻胶材料的分辨能力有相当密切的关系。通常它是由如下方法测定的：将一已知厚度的光刻胶薄膜旋转涂布于硅晶片之上，再软烤除去多余的溶剂；然后，将此薄膜在不同能量的光源下曝光，再按一般程序显影。测量不同曝光能量的光刻胶薄膜厚度，再对曝光能量作图，即可由曲线线性部分的斜率求得对比度。

分辨能力

分辨能力（resolution）。即光刻工艺中所能形成最小尺寸的有用图像。此性质深受光刻胶材质本身物理化学性质的影响，必须避免光刻胶材料在显影过程中收缩或在硬烤中流动。因此，若要使光刻胶材料拥有良好的分辨能力，需谨慎选择有机高分子化合物基材及所用的显影剂。

光吸收度

光吸收度（opticaldensity）。即每一微米厚度的光刻胶材料在曝光过程中所吸收的光能。若光刻胶材料的光吸收度太低，则光子太少而无法引发所需的光化学反应；若其光吸收度太高，则由于光刻胶材料所吸收的光子数目可能不均匀而破坏所形成的图形。通常光刻胶所需的光吸收度在0.4μm-1以下，这个通过调整光刻胶材料的化学结构得到适当的光吸收度即量子效率。

耐刻蚀度

耐刻蚀度（etchingresistance）。即光刻胶材料在刻蚀过程中的抵抗力。在图形从光刻胶转移到晶片的过程中，光刻胶材料必须能够抵抗高能和高温（\u003e150℃）而不改变其原有特性。

纯度

纯度（purity）。集成电路工艺对光刻胶的纯度要求是非常严格的，尤其是金属离子的含量。如由G线光刻胶发展到I线光刻胶材料时，金属Na，Fe和K离子的含量由10-7降低到10-8，由此可见其纯度重要性。

黏附性

黏附性（adherence）指光刻胶薄膜与衬底的黏附能力，主要衡量光刻胶抗湿法腐蚀能力。它不仅与光刻胶本身的性质有关，而且与衬底的性质和其表面情况等有密切关系。

在实际的工艺中光刻胶的选择还必须考虑硅片表面的薄膜种类与性质（反射率、亲水性或疏水性）和产品图形所需的解析度。

表面张力

表面张力（surfacetension）。液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力。光刻胶应该具有比较小的表面张力，使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。

针孔

针孔是光刻胶层尺寸非常小的空穴。针孔是有害的，因为它可以允许刻蚀剂渗过光刻胶层进而在晶圆表面层刻蚀出小孔。针孔是在涂胶工艺中有环境中的微粒污染物造成的，或者由光刻胶层结构上的空穴造成的。光刻胶层越厚，针孔越少，但它却降低了分辩力，光刻胶厚度选择过程中需权衡这两个因素的影响。正性光刻胶的纵横比更高，所以正胶可以用更厚的光刻胶膜达到想要的图形尺寸，而且针孔更少。

热流程

热流程。光刻工艺过程中有两个加热的过程：软烘焙和硬烘焙。工艺师通过高温烘焙，尽可能使光刻胶黏结能力达到最大化。但光刻胶作为像塑料一一样的物质，加热会变软和流动，对最终的图形尺寸有重要影响，在工艺设计中必须考虑到热流程带来的尺寸变化。热流程越稳定，对工艺流程越有利。

黏度

黏度（Viscosity）可衡量光刻胶液体的可流动性。黏度通常可以用胶中的聚合物固体含量来控制。同一种胶根据浓度的不同，可以有不同的黏度，而不同的黏度决定了该种胶的不同涂覆厚度，这在厚胶工艺中非常明显。光刻胶一旦开瓶使用后，溶剂会逐渐挥发。所以时间久了，聚合物固体的浓度会越来越高，使胶的黏度增加。因此在同样的用胶条件下，新胶和旧胶可能会有不同的涂覆厚度。

应用领域

光刻技术是微图形加工中的核心技术，广泛应用于晶圈、显示面板、PCB板、MEMS微机电装置的制造。因此光刻胶也被广泛应用于相关产业。根据光刻胶的市场应用同时也可以分为半导体光刻胶、PCB光刻胶与面板显示用光刻胶。

半导体光刻胶

光刻技术是在一定光源的曝光下，先通过光刻胶，然后再经过显影剂等加工过程，把在掩模版上的图形或与掩模板相互补的图形，传递到基底材料上的工艺技术。光刻技术在集成电路上的应用早有历史。光刻胶的感光波长也随着半导体的发展从G 线(436 nm)到I 线(365 nm)到KrF(248 nm)到ArF(193 nm)再向EUV(13.5 nm)发展。进而达到集成电路更高的密集度，来满足市场对于半导体小型化、多功能化的需求。

在半导体集成电路制造中所用光刻胶通常有3种成分:树脂或基体材料、感光化合物(PAC)或者光致产酸剂(PAG)以及可控制光刻胶机械性能(基体粘滞性)并使其保持液体状态的溶剂。要生产这种高技术性的半导体光刻胶，就需要极纯的生产原料，复杂的生产工艺，更需要长期的研发投入。全球半导体光刻胶市场基本被国外巨头垄断。日本合成橡胶(JSR)、东京应化等一些日本厂商已经有能力供应面向10nm以下半导体制程的EUV极紫外光刻胶。中国在半导体光刻胶市场仅占极少的份额。

PCB光刻胶

PCB(Printed Circuit Board),即印刷制电路板，又被称为印刷线路板，是重要的电子部件，在电子元器件中起连接作用，是电气相互连接的载体。PCB光刻胶是印制线路板的重要原材料之一，大约占PCB制造成本的3%～5%。一般可将其分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨。干膜光刻胶是将仍处于液态的光刻胶均匀涂在载体PET膜上，再经过烘干、冷却后用PE膜覆盖，最后得到的薄膜型光刻胶就是干膜法光刻胶。

在PCB领域内，主要使用的光刻胶有干膜光刻胶、湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨。技术壁垒相对较低，中国在全球PCB光刻胶市场中占据主导地位，市场份额约为93.5%。

面板显示用光刻胶

光刻工艺同样也是液晶面板制造的核心工艺，在液晶显示面板的应用中，一般工艺通过镀膜、清洗、光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀、热烘等工序，将掩模版上的图案通过光刻胶转移到薄膜上，形成与掩模版相对应或互补的几何图形,从而制备TFT阵列、彩色滤光片及触屏电极。面板光刻胶在整个工艺流程中扮演了必不可少的角色，成为了LCD产业链上游至关重要的核心材料。

在平板显示行业，主要使用的光刻胶有彩色及黑色光刻胶、液晶显示器（LCD）触摸屏用光刻胶、薄膜晶体管—液晶显示器（TFT—LCD）正性光刻胶等。LCD（液晶显示器）光刻胶的全球供应集中在日本、韩国、中国台湾等地区，海外企业市场占率超过90%。彩色光刻胶和黑色光刻胶的核心技术基本被日本和韩国企业垄断。

作为抗蚀剂

光刻胶作为抗蚀剂时,使等离子体对基板进行有选择性的刻蚀,将模板的图形转移到基板上,一般为硅片。图形转移完成后,再从基板上清理掉。

生物自组装

使用纳米压印制备了PDMS模板, 然后用于生物分子的自组装过程。制备模板时既可以使用正性光刻胶也可以只使用负性光刻胶,但是得到的图形刚好相反。然后再将制备好的模板用于微接触压印,实现生物高分子的自组装,制备生物传感器。

制备有机探测器

比利时的Pawel E. Malinowski课题组利用无光刻胶体系,通过光刻技术制备了有机光检测器 (organic photodetectors - OPD)。其中光刻胶主要用于制备P3HT:pcbm的独立小岛结构,因为其对P3HT PCBM层具有很好的亲和力。

在其他领域内的应用

光刻胶行业发展方向基本由下游需求决定，光刻胶还在消费电子、家用电器和汽车通讯等方面得到广泛的应用，例如日常生活中经常拍照用的相机、智能电器以及汽车电子多媒体和3D激光切割加工等都是采用光刻技术完成的。

发展趋势

第一，全球光刻胶市场将保持稳定上升。随着5G、智能家居、物联网、大数据等下游应用领域的发展以及时代信息化的推进，对半导体、新型显示和PCB需求提升的同时，对其制造良率、性能、寿命、适用范围等也提出了性能提升需求。半导体芯片、显示面板和PCB大量研发生产的情况下，对光刻胶的需求也将保持稳定上升状态。

第二，光刻胶企业与产业链中其他企业关系将更为紧密。对半导体、显示和PCB制造来说，光刻胶和制造设备属于制造产业链的上游，设备制造对于技术的要求高，不同产品所对应的设备在规格、工艺等各类参数上不尽相同，相应地对于光刻胶材料提出的要求也不尽相同。为了保障新技术的快速导入和材料的快速适配，光刻胶企业、设备企业和制造企业为配合彼此需求，具有合作设计研发的倾向。

市场情况

随着电子信息产业的发展和新兴应用领域的拓展，电视、笔记本电脑、手机、智能家居等终端应用催生了对半导体芯片、显示屏等的需求。作为半导体芯片、显示屏等制造工艺中重要的上游材料，光刻胶市场一直处于稳定增长状态。如图5所示，2021年，全球光刻胶市场规模约为94.7亿美元，年增长率7.97%,2016年-2021年年复合增长率约8.05%，具体市场表现：

①根据下游应用来看，如下图所示，全球超过70%的光刻胶应用于半导体、显示和PCB领域，三个领域旗鼓相当，应用占比约在24%左右。

②根据TECHCET、Reportlinker、观研报告网数据，从细分市场看，一是半导体领域中，芯片制造的关键尺寸随着性能提升和节点缩小而逐渐缩小，甚至已经达到纳米量级，且随着节点缩小，半导体光刻胶的技术要求更高，其占半导体制造材料成本约12%。半导体光刻胶中，ArFi(ArF浸没式）光刻胶和KrF光刻胶的需求量领先，分别占据约40%和30%的市场份额；其次是g线光刻胶和i线光刻胶，合计不到20%,ArF光刻胶约占10%的市场份额；值得一提的是，随着制造厂逐渐引入EUV技术，EUV光刻胶的市场占比将有所提升。

二是显示领域中，由于显示面板制造从成本考虑更偏向于大尺寸面板制造，对显示光刻胶的平整度要求最高。从细分市场看，显示光刻胶中，彩色/黑色光刻胶的需求量保持领先，约占60%以上的市场份额；其次是TFT光刻胶，市场份额约为彩色光刻胶的三分之一；其余PS光刻胶（柱状隔垫物光刻胶）、OC光刻胶（平坦层光刻胶）等相对较少。

三是PCB领域中，PCB制造技术和产业相对成熟，PCB光刻胶技术难度也低于半导体光刻胶和显示光刻胶，其占PCB制造材料成本约为3%。另外，从细分市场看，干膜光刻胶由于适用于淹孔加工等特定应用场景，比湿膜光刻胶应用更为广泛，但技术难度更高。

参考资料

光谷攻克芯片光刻胶关键技术.湖北日报-今日头条.2024-10-16

国家科技重大专项(02专项)极紫外光刻胶项目顺利通过国家验收.中国科学院理化技术研究院.2023-11-27

工业和信息化部关于印发《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年版)》的通告.工业和信息化部.2023-11-27

财政部海关总署税务总局关于支持集成电路产业和软件产业发展进口税收政策的通知.中国政府网.2023-11-27