1.光刻胶的简介及工作原理

光刻胶(又称光致抗蚀剂)，是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、x射线等光源的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀刻材料。光刻胶具有光化学敏感性，其经过曝光、显影、刻蚀等工艺，可以将设计好的微细图形从掩膜版转移到待加工基片。因此光刻胶微细加工技术中的关键性化工材料，被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作。生产光刻胶的原料包括光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）、光刻胶树脂、单体和其他助剂等。

2.光刻胶的分类

市场上，光刻胶产品依据不同标准，可以进行分类。依照化学反应和显影原理分类，光刻胶可以分为正性光刻胶和负性光刻胶。使用正性光刻胶工艺，形成的图形与掩膜版相同；使用负性光刻胶工艺，形成的图形与掩膜版相反。

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，采用烯类单体，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，采用含有叠氮醌类化合物的材料，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，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，可以制成负性光刻胶。

按照曝光波长分类，光刻胶可分为紫外光刻胶（300~450nm）、深紫外光刻胶（160~280nm）、极紫外光刻胶（EUV，13.5nm）、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。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。

3.光刻胶的应用

1975年，美国的国际半导体设备与材料协会首先为微电子工业配套的超净高纯化学品制定了国际统一标准——SEMI标准。1978年，德国的伊默克公司也制定了MOS标准。两种标准对超净高纯化学品中金属杂质和(尘埃)微粒的要求各有侧重，分别适用于不同级别IC的制作要求。其中，SEMI标准更早取得世界范围内的普遍认可。

（1）印刷电路板领域应用

光刻胶广泛应用于印刷电路板的设计与加工中。PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨。自2006年，我国成为PCB的最大生产国和最大使用国。PCB光刻胶技术壁垒较低，但是我国PCB光刻胶的自给率仍仅占10%左右。

（2）平面显示器领域应用

平板显示器领域，TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）是市场的主流，彩色滤光片是TFT-LCD实现彩色显示的关键器件，占面板成本的15%左右；彩色光刻胶和黑色光刻胶是制备彩色滤光片的核心材料，占彩色滤光片成本的27%左右。TFT-LCD用光刻胶技术壁垒较高，市场基本被如JSR、住友化学、三菱化学等日韩公司占领，占有率可达90%。

（3）半导体领域应用

光刻胶应用于半导体产业链中的晶圆加工过程。随着市场对半导体产品小型化、功能多样化的要求，半导体用光刻胶需要不断通过缩短曝光波长提高极限分辨率，从而达到集成电路更高密度的集积。

4.光刻加工分辨率与光刻胶

现代微电子(集成电路)工业按照摩尔定律在不断发展，芯片的特征尺寸每3年缩小√2倍。栅极的宽度为典型的特征尺寸，图中的晶体管结构中，电流从Source(源极)流入Drain(漏级)，Gate(栅极)相当于闸门，主要负责控制两端源极和漏级的通断。电流会损耗，而栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗，表现出来就是手机常见的发热和功耗，宽度越窄，功耗越低。而栅极的最小宽度(栅长)，就是XXnm工艺中的数值。三星、intel、台积电等公司先后在22nm、16nm、14nm工艺上发力，布局10nm以下工艺。

晶体结构与特征尺寸

光刻加工分辨率直接关系到芯片特征尺寸大小，而光刻胶的性能关系到光刻分辨率的大小。限制光刻分辨率的是光的干涉和衍射效应。光刻分辨率与曝光波长、数值孔径和工艺系数相关。

光刻胶的曝光波长由宽谱紫外向g线(436nm)→i线(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。

光刻光路的设计，有利于进一步提升数值孔径，随着技术的发展，数值孔径由0.35发展到大于1。相关技术的发展也对光刻胶及其配套产品的性能要求变得愈发严格。

工艺系数从0.8变到0.4，其数值与光刻胶的产品质量有关。结合双掩膜和双刻饰等技术，现有光刻技术使得我们能够用193nm的激光完成10nm工艺的光刻。

双掩膜技术示意图

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，台积电、三星也在相关领域进行布局。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。上游的国外大型化工公司早已布局了EUV光刻胶产业，而我国在这一领域仍未空白。

EUV光刻示意图

1.光刻胶产业链

光刻胶产业链覆盖范围广，从上游的基础化工材料行业、精细化学品行业，到下游电子加工商、各电子器产品应用终端；各行业分工明确，环环相扣，联系紧密。由于上游产品对最终下游企业的产品性能具有重大影响，下游行业企业对公司产品的质量和供货能力十分重视，常采用认证采购的模式。考虑到采购成本和认证成本，上游供应商和下游采购商通常会形成比较稳固的合作模式，新的供应商加入供应链比较困难。

我国化工产品原料品种齐全，可以为光刻胶产业提供充足和价格低廉的基础原料供给，但是由于资金和技术的差距，生产光刻胶的原料如引发剂、增感光刻胶树脂等被外资垄断导致光刻胶自给能力不足。当下电子产业链已经主要被日本、韩国、台湾地区的大公司控制，我国电子化学品供应商要突破现有的产业格局需要在研发、市场开拓方面付出巨大的努力。

2.光刻胶市场估摸与发展趋势

得益于我国平面显示和半导体产业的发展，我国光刻胶市场需求，在2022年可能突破27.2万吨。在光刻胶生产种类上，我国光刻胶厂商主要生产PCB光刻胶，而LCD光刻胶和半导体光刻胶生产规模较小，相关光刻胶主要依赖进口。放眼国际市场，光刻胶也主要被日本合成橡胶（JSR）、东京应化（TOK）、住友化学、美国杜邦、德国巴斯夫等化工寡头垄断。

3.下游产业发展趋势及需求

（1）导体及集成电路保持增长，国产半导体光刻胶成长空间巨大

光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的35%，并且耗费时间约占整个芯片工艺的40%到50%。光刻胶材料约占IC制造材料总成本的4%，市场巨大。因此光刻胶是半导体集成电路制造的核心材料。

中国半导体产业稳定增长，全球半导体产业向中国转移。近些年来，全球半导体厂商在中国大陆投设多家工厂，如台积电南京厂、联电厦门厂、英特尔大连厂、三星电子西安厂、力晶合肥厂等。诸多半导体工厂的设立，也拉动了国内半导体光刻胶市场需求增长。

（2）LCD面板产能增加，拉动国内LCD光刻胶增长

全球LCD面板总出货面积增长，LCD光刻胶需求增加。随着LCD出货面积的持续增长，未来几年全球LCD光刻胶的需求量增长速度为4%~6%。随着国内厂商占据LCD市场比重越来越大，国内LCD光刻胶需求也会持续增长。

（3）PCB产业稳定，光刻胶刚需强劲

PCB被誉为“电子产品之母”，广泛应用于各个电子终端。国外研究机构预测，PCB市场年复合增长率可达3%，到2020年，PCB全球市场规模将达到610亿美元；中国在2020年PCB产值有望达到311亿美元，在2015-2020年期间，年复合增长率略高于国际市场，为3.5%。得益于PCB行业发展刚需，我国PCB光刻胶需求空间巨大。