如今高度發達的信息網絡時代，高科技和信息產業得到了飛速發展，微電子技術作為其核心技術，也是信息社會的發展基石。在信息化網絡中，最重要的兩個組成部分是硬件和軟件，其中硬件無論是各種計算機還是通信電子裝備，其基礎都是集成電路。而微電子技術是製備集成電路，尤其是超大規模集成電路的一門關鍵技術，微電子產業是基礎性產業。1965 年，Intel 公司創始人之一摩爾（G ordon E. Moore）預測：今後的微電子技術和產業將以“每個芯片上繼承的元件數平均每十八個月將翻一番”的規律發展，這就是著名的摩爾定律。此後的幾十多年的發展證實了摩爾定律的正確性。
圖1. 摩爾定律
現在，半導體集成電路的主流技術已經進入 14nm，並在向 7nm 時代過渡，採用 14nm工藝的18核、36線程 CPU 已經商業化，如 Intel 公司2019年四季度發佈的 Intel Core i9-10980XE至尊版處理器。而傳統的微電子製備採用的紫外曝光光刻技術面臨避免光衍射、透鏡材料選擇和昂貴的光刻設備等技術難題，因此迫切需要研發出切實可行的下一代光刻技術（Next Generation Lithography - NGL）技術。目前有多種候選技術：電子束刻蝕已被證明有非常高的分辨率，但是生產效率太低；X 線光刻雖然具備高的產率，但是其工具相當昂貴；極紫外光刻也可以達到較高的分辨率但整個工藝必須在真空中進行，並且要求鏡面近乎完美，條件要求太高。因此研發一種非光學、廉價且工藝簡便的納米圖案複製技術，納米壓印技術（Nanoimprint lithography，NIL）應運而生，該項技術室華裔科學家美國休斯頓大學周鬱（Chou，Stephen Y.） 在1995年發明的一種廉價且具備高分辨率的光刻技術。而在紫外光刻和納米壓印技術中，除了需要曝光設備、壓印模板或者掩膜等，最重要的部分則為光刻膠。
光刻膠作為圖案複製過程中的抗刻蝕劑，使進一步光刻或者是堆積時具有選擇性，從而得到與模板或者掩膜相同或是相反的圖案。在半導體技術發展的過程中，
光刻膠（photoresist）扮演了至關重要的角色。例如，曝光光源從早期的436nm汞燈光源發展到現在的13.5 nm激光誘導等離子體極紫外光源，與之配合的光刻膠也從酚醛樹脂化合物發展到化學放大光刻膠及分子玻璃。先進光刻膠一直是國外對中國禁運的半導體關鍵技術之一。 圖2. 光刻膠
近半個世紀以來，微電子技術憑藉飛快的發展速度和強大的生命力成為本世紀最具有發展潛力的技術，深入到人類社會的各個領域，併成為世界各國競相發展的產業。在世界上，美國和日本等發達國家相繼把微電子視為優先發展的產業，毫不誇張的說，微電子技術是當今信息社會的核心競爭力，併成為衡量一個國家科技進步和綜合國力的重要標誌。集成電路（Integrated Circuit，IC）作為微電子製造技術的核心，現已發展到超大規模，亞微米級和可集成數百萬晶體管的水平，並把整個電子系統集中在一個芯片上。
圖3.集成規模與光刻技術發展的關係
光刻膠，又稱光致抗蝕劑，具有光化學敏感性，在光的照射下溶解度發生變化，一般以液態塗覆在半導體、導體等基片表面上，曝光烘烤後成固態，它可以實現從掩膜版到基片上的圖形轉移，在後續的處理工序中保護基片不受侵蝕，是微細加工技術中的關鍵材料。
它是集成電路製造的關鍵材料，主要應用於分立器件、集成電路（IC）、平板顯示（FPD、LCD、PDP）、LED等。
光刻膠是由感光樹脂、增感劑和溶劑等主要成份組成的、對光敏感的混合液體。利用光化學反應，經曝光、顯影、刻蝕等工藝將所需要的微細圖形從掩模版轉移到待加工基片上的圖形轉移介質，其中曝光是通過紫外光、電子束、準分子激光束、X射線、離子束等曝光源的照射或輻射，從而使光刻膠的溶解度發生變化。
下面先介紹一下正性和負性光刻膠光刻原理。
圖4. 光刻膠工作原理
圖5.集成電路微觀結構
負性光刻膠
紫外負型光刻膠是指經過曝光後，曝光區域發生交聯，降低在顯影液中的溶解度，經過顯影后得到的光刻膠圖案與掩膜版相反，紫外負性光刻膠成膜樹脂主要包括聚乙烯醇肉桂酸酯和環化橡膠。此類光刻膠的感光範圍在 230~350 nm，最大吸收峰在280 nm，在曝光過程中加入少量增感劑可使其感光範圍向長波移動，並且無暗反應，具有較高的感光靈敏度，存儲週期長，但是分辨率僅有 3μm，與基材的附著力較差，限制了其大規模應用。
圖6.負性光刻膠的感光示意圖
環化橡膠-雙疊氮型負型光刻膠是由美國 Kodak 公司於 1958年發明，此類光刻膠在催化劑的作用下，主鏈部分發生環化反應，形成具有環狀結構的低分子量部分，再加入雙疊氮感光劑配製成環化橡膠-雙疊氮型負型光刻膠。該負型光刻膠的感光機理為：在曝光時，疊氮化合物吸收光能發生分解，生成氮賓，氮賓能夠奪取聚合物主鏈上的氫而產生自由基，使得分子間發生交聯，降低在顯影液中的溶解度，從而形成負型圖形。採用雙疊氮化合物作為光交聯劑，其感光波長為 300-400nm，加入助劑後感光波長可延長至 400-450 nm，此光刻膠與金屬材料附著力較好，成為上世紀 80 年代電子工業的主要用膠。
正性光刻膠
圖7.正性光刻膠的感光示意圖
其感光機理為：在曝光區域，重氮萘醌感光基團發生分解反應，生成氮氣，同時分子重排，曝光區域在顯影時生成茚羧酸，能夠快速溶於顯影液。在未曝光區域，由於氫鍵的作用發生交聯不溶於顯影液，依靠在顯影液中溶解度的差異形成正型光刻膠圖形，此正型光刻膠不存在溶脹等問題，具有較高的分辨率。此外，分子結構中含有大量的苯環，抗蝕刻性強，耐熱性好，故能夠大規模應用於集成電路的工藝製程中。
深紫外（光敏）光刻膠
圖8.化學增幅型光刻膠光化學反應示意圖
化學增幅型（Chemically amplified resist，CAR）是由日本學者 Ito 首次提出，其原理是在光刻膠中加入光致產酸劑（Photoacid generator，PAG），曝光時，產酸劑吸收曝光能量產生 H+，在後烘過程中，H+作能夠催化樹脂主鏈中的保護基團發生脫保護反應（正型光刻膠），或催化交聯劑與樹脂發生交聯（負型光刻膠），之後又能重新釋放H+再起循環催化作用。根據保護基團和產酸效率，H+最高可循環 10000次，因此，所需要的曝光能量能夠顯著降低，提高光敏性，其感光機理如圖 8 所示。
在光刻膠裡，其中的成膜樹脂是關鍵成分，但種類繁多，下面大致從成膜樹脂、感光劑、光刻波長等介紹一下目前主要的光刻體系。
光刻膠
體系
成膜樹脂
感光劑
光刻波長
技術節點及
用途
聚乙烯醇肉桂酸酯系負性光刻膠
聚乙烯醇肉桂酸酯
成膜樹脂自身
紫外全譜
（300-450nm）
3μm集成電路和半導體器件
環化橡膠-雙疊氮負膠
環化橡膠
芳香族雙疊氮化合物
紫外全譜
（300-450nm）
2μm集成電路和半導體器件
酚醛樹脂-重氮萘醌正膠
酚醛樹脂
重氮萘醌化合物
G線（436nm）
I線（365nm）
0.5μm以上集成電路
0.3-0.5μm集成電路
248nm光刻膠
聚對羥基苯乙烯及其衍生物
光致產酸劑
KrF(248nm)
0.25-0.13μm集成電路
193nm光刻膠
聚酯環族丙烯酸酯及其共聚物
光致產酸劑
ArF(193nm幹法)
ArF(193nm浸潤法)
130-65nm集成電路，45nm集成電路
EUV光刻膠
（下一代光刻膠技術，最引人注目 ）
聚酯衍生物分子玻璃單組分材料
有機金屬-無機雜化體系
典型的分子玻璃
光致產酸劑
極紫外（EUV13.5nm）
32nm, 22nm及以下集成電路
電子束光刻膠體系
甲基丙烯酸酯及其共聚物
光致產酸劑
電子束
掩膜版製備
納米壓印紫外光刻膠體系
丙烯酸酯類，環氧樹脂，乙烯基醚
自由基型光引發劑；陽離子型光引發劑
紫外光
電子學、生物學、光學等領域
看完主要光刻膠體系，下面我們再看一下光刻膠的其它標籤：
按用途分類（四大類）
1:印製電路板（PCB）光刻膠專用化學品（光引發劑和成膜樹脂）
2：液晶顯示器（LCD）光刻膠光引發劑
3：半導體光刻膠光引發劑
4：其他用途光刻膠
成本
光刻工藝約佔整個芯片製造成本的35%，耗時佔整個芯片工藝的40%~60%，是半導體制造中最核心的工藝
極限分辨率
光刻膠的波長由紫外寬譜逐步至G線（436nm）、I線（365nm）、KrF（248nm）、 ArF（193nm）、F2（157nm），以及最先進的EUV(<13.5nm)線水平
G線和I線光刻膠是市場上使用量最大的, KrF和ArF光刻膠核心技術基本被日本和美國企業所壟斷
工藝
一般情況下，一個芯片在製造過程中需要進行10~50道光刻過程，由於基板不同、分辨率要求不同、蝕刻方式不同等，不同的光刻過程對光刻膠的具體要求也不一樣
配方
針對不同應用需求，光刻膠的品種非常多，這些差異主要通過調整光刻膠的配方來實現。通過調整光刻膠的配方，滿足差異化的應用需求，是光刻膠製造商最核心的技術
價格
光刻膠的曝光波長由寬譜紫外向G線→I線→KrF→ArF→EUV(13.5nm)的方向移動。隨著曝光波長的縮短，光刻膠所能達到的極限分辨率不斷提高，光刻得到的線路圖案精密度更佳，而對應的光刻膠的價格也更高。
發展
為了實現7nm、5nm製程，傳統光刻技術遇到瓶頸，EUV(13.5nm)光刻技術呼之欲出。EUV光刻光路基於反射設計，不同於上一代的折射，其所需光刻膠主要以無機光刻膠為主，如金屬氧化物光刻膠
臺積電、三星也在相關領域
進行佈局
全球市場
由於光刻膠產品技術要求較高，中國光刻膠市場基本由外資企業佔據，國內企業市場份額不足40%
陶氏化學、JSR株式會社、信越化學、東京應化工業、Fujifilm，以及韓國東進
中國市場
2017年中國光刻膠行業產量達到7.56萬噸，其中，中國本土光刻膠產量為4.41萬噸，與7.99萬噸的需求量差異較大
蘇州瑞紅已經研發出G線與I線光刻膠，其中G線已經成功實現量產；北京科華正開發KrF (248nm)光刻膠，目前已經通過中芯國際認證，ArF(193nm)光刻膠也在積極研發中
重要資訊帶你來看光刻膠的重要性：
事件
效果
原因及主角
結果
2018-4-16日美國政府宣佈在未來7年內禁止中興通訊向美國企業購買敏感產品
美國大喝一聲，中興應聲倒地，華為受牽制。
中美貿易摩擦
主角：半導體及芯片
卡脖子
2019-7-1日日本宣佈限制其國內企業向韓國出口高純度氟化氫、光刻膠、氟化聚酰亞胺
日本一聲吼，韓國嚇癱了。
日韓貿易摩擦
主角：氟化氫、光刻膠、氟化聚酰胺
韓國政府緊急派遣高層官員訪美，希望在此次事件中，作為老大哥的美國能替韓國說句話
這些材料是影響下游終端產品質量的關鍵材料，韓國這個面板巨人及存儲器巨人的地位恐受極大衝擊。4000億美元的半導體市場、1300億美元的面板市場、600億美元的印製電路板市場，將受制於一種或幾種化工材料，細思極恐。
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全球前五大廠商佔據了光刻膠市場87%的份額，行業集中度高。其中，日本JSR、東京應化、日本信越與富士電子材料市佔率，合計達到72%
目前全球90%以上的氟化聚酰亞胺，來自日本供應商，如日本信越、JSR以及住友化學等企業
在全球高純氫氟酸市場中，日本企業居於絕對主導地位，瑞星化工，大金，森田化學三家佔市場份額90%以上
在上述三種原材料中，光刻膠最為關鍵，且要有所突破也更難，而光刻膠又是半導體的關鍵材料，半導體又是芯片的核心，所以老美一聲吼，中興倒地。
光刻膠是電子領域微細圖形加工核心上游材料，全球光刻膠市場持續穩定增長，在下游產業帶動下，預計全球光刻膠市場規模在2022年可能突破100 億美元。
具體來看，光刻膠基於應用領域不同一般可以分為半導體集成電路（IC）光刻膠、 PCB光刻膠以及面板（LCD）光刻膠三個大類，其中 PCB 光刻膠佔全球市場 24%，半導體 IC光刻膠佔全球市場 24%，LCD 光刻膠佔全球市場 27%。
集成電路的產業鏈又分為：原材料及設備——設計——製造——封裝測試——下游應用
光刻膠僅僅是原材料的一種，市值不及下游的半導體市場、面板市場等終端產品的5%，那為什麼能被“卡脖子”？
根本原因在於，製造合格光刻膠的多重壁壘——技術壁壘、資金壁壘、客戶壁壘
技術壁壘
用於微米級甚至納米級圖形加工，產品需要嚴格控制質量，光刻膠及其專用化學品的化學結構特殊、品質要求高、微粒子及金屬離子含量極低、生產工藝複雜，因此技術門檻不是一般的高。另外，光刻膠需要在分辨率、粘滯性黏度、敏感度、抗蝕性、表面張力、存儲和傳送等方面都有極細緻的要求，具體數值精確至納米級別，組成成分精確至分子，可見其難度之大。
資金壁壘
光刻膠研發需要有配套的光刻機、掩膜板及其他工藝。
要知道，全球最先進的光刻機是EUV光刻機，國際上只有荷蘭ASML公司可以製造，一臺EUV光刻機價值1億美元，且供不應求，製程相對較差的DUV光刻機其價格也在數千萬美元
客戶壁壘
當光刻膠達到要求的技術水平後，需要與下游客戶聯繫，客戶同意後要進行測試，這個檢測、驗證的過程一般長達2-3年，一旦合作，便會形成長期供應關係，有新的工藝技術便會聯合研發，關係非常密切。下游客戶會較為積極主動要求測試，但光刻膠佔總體成本比例很小，而下游客戶安排測試的時間長達2-3年，在這麼長時間內，需要安排人員跟蹤、產線配合，驗證成本太高。
最為重要的：光刻膠對最終產品品質有巨大的影響
光刻膠概念股：
晶瑞股份：其子公司蘇州瑞紅實現g/i線光刻膠量產，可以實現0.35μm的分辨率，248nm光刻膠中試示範線也已建成。
高盟新材：其參股的北京科華KrF/ArF光刻膠已實現批量供貨。
強力新材：主營光刻膠專用化學品的研發、生產和銷售及相關貿易業務。
飛凱材料：2016 年，公司3500噸/年紫外固化光刻膠項目正式投產（運用於PCB領域），同時公司正在 TFT-LCD 光刻膠領域佈局，計劃建設年產5000噸TFT-LCD光刻膠生產線，且基本已建設完成，屆時，公司將在PCB、LCD光刻膠領域具有舉足輕重的地位。
容大感光：公司是國內PCB 感光油墨的龍頭企業，2018年實現產量1.20萬噸，同比增長10.37%，佔據PCB 感光油墨市場約7%份額，是公司主營產品。
上海新陽：主要業務為半導體專用化學材料及配套設備，下游客戶基本上都是國內的封裝測試企業，為其提供電子清洗和電子電鍍產品，近幾年才切入光刻膠領域，同時還佈局了半導體制造的相關設備。
南大光電：是從事多種化學材料研發、生產製造的企業，其中主營業務有高純金屬有機化合物(MO源)，是全球MO 源領導供應商之一，公司在 MO 源的合成製備、純化技術、分析檢測、封裝容器等方面已全面達到國際先進水平，還在2017年佈局了電子氣體業務。南大光電在光刻膠領域最重要的佈局是在2015年收購了北京科華31.39%的股權。北京科華成立於2004年8月，是中國第一家生產光刻膠的公司，建有中國第一條擁有自主知識產權的現代化光刻膠生產線。
（注：以上內容完全基於個人理解，僅供參考，不作為買賣依據，金融市場套路深，充滿風險，交易風險自擔，盈虧自負）
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