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芯片是業內外認識避不開的話題。而光刻膠（PR）是芯片八大核心材料之一。據統計，光刻膠（PR）在半導體晶圓制造材料價值占比5%，光刻膠（PR）輔助材料占比7%，二者合計占比12%，光刻膠（PR）及輔助材料是繼硅片、電子特氣和光掩模之后的第四大半導體材料。

而嚴格來說，在芯片制造這場微觀世界的雕刻盛宴中，光刻膠（PR）如同一位技藝精湛的工匠手中的隱形畫筆，在硅片這片“晶圓畫布”上勾勒出億萬個晶體管組成的復雜電路。然而，這支“畫筆”卻成了中國芯片產業最難突破的瓶頸之一：

全球高端光刻膠（PR）市場93%的份額被日本企業壟斷，我國KrF、ArF、EUV等高端光刻膠（PR）自給率不足5%。更嚴峻的是，光刻膠（PR）保質期僅6-12個月，無法囤貨，中芯國際、長江存儲等頭部晶圓廠隨時面臨斷供停產風險。

一、光刻膠（PR）的起源

光刻開始于一種稱作光刻膠（PR）的感光性液體的應用。圖形能被映射到光刻膠（PR）上，然后用一個developer就能做出需要的模板圖案。光刻膠（PR）溶液通常被旋轉式滴入wafer。wafer被裝到一個每分鐘能轉幾千轉的轉盤上。幾滴光刻膠（PR）溶液就被滴到旋轉中的wafer的中心，離心力把溶液甩到表面的所有地方。光刻膠（PR）溶液黏著在wafer上形成一層均勻的薄膜。多余的溶液從旋轉中的wafer上被甩掉。薄膜在幾秒鐘之內就縮到它最終的厚度，溶劑很快就蒸發掉了，wafer上就留下了一薄層光刻膠（PR）。最后通過烘焙去掉最后剩下的溶劑并使光刻膠（PR）變硬以更后續處理。鍍過膜的wafer對特定波成的光線很敏感，特別是紫外(UV)線。相對來說他們仍舊對其他波長的，包括紅，橙和黃光不太敏感。所以大多數光刻車間有特殊的黃光系統。

二、光刻膠（PR）的發展歷史

1826年，法國人涅普斯（J. N. Niepce）最先發現了具有感光性的天然瀝青，使用低黏度優質瀝青涂覆玻璃板，預干后，置于相機暗盒內，開啟曝光窗，經光學鏡頭長時間曝光后，瀝青涂層感光逐漸交聯固化，形成潛像，再經溶劑松節油清洗定影，獲得最早的瀝青成像圖案。

1832年，德國人舒柯（G. Suckow）發現重鉻酸鹽在明膠等有機物中具有感光性。

1839年，英國人龐頓（S. M. Ponton）首先將重鉻酸鹽用于照相研究。

1850年，英國人塔爾博特（F. Talbot）將重鉻酸鹽與明膠混合后涂在鋼板上制作照相凹版獲得了成功。

19世紀中葉，德國人格里斯（J. P. Griess）合成出芳香族重氮化合物，并發現重氮化合物不但遇熱不穩定，而且對光照也不穩定。

1884年，德國人韋斯特（West）首先利用重氮化合物的感光性顯示出影像。

1890年。德國人格林（Green）和格羅斯（Gross）等人將重氮化的混合物制成感光材料。取得了第一個重氮感光材料的專利。不久，德國的卡勒（Kalle）公司推出了重氮印相紙，從而使重氮感光材料商品化，并逐漸代替了鐵印相技術。

1921年，美國人畢勃（M. C. Beeb）等人將碘仿與芳香胺混合在一起，用紫外光照射得到染料像，稱它為自由基成像體系。

1925年，美國柯達（Eastman-Kodak）公司發現了聚乙烯醇和肉桂酸酯在紫外光下有很強的交聯反應并且感光度很高，隨后用于光學玻璃的光柵蝕刻，成為光刻膠的先驅。

1942年，英國Eisler發明印刷電路板 [39]，重鉻酸鹽感光材料作為光敏抗蝕劑用于制造印刷線路板。重鉻酸在紫外光作用下還原成三價鉻離子，三價鉻離子可和水溶性聚合物中的羰基、胺基、羥基等作用形成不溶的配位絡合物。

1943年，美國杜邦公司提交了世界第一份有關光引發劑的發明專利，盡管這種二硫代氨基甲酸酯化合物感光活性較低，后來也未能轉化為實際應用，但確實開啟了一種全新的聚合物材料加工技術。

1948年，美國專利中出現第一個光固化油墨配方和實施技術的專利。

1949年德國Kalle公司首先開發成功紫外正性光刻膠。

1954年，由柯達公司的明斯克(L. M. Minsk)等人研究成功的光敏劑增感的聚乙烯醇肉桂酸酯成為第一個光固化性能的光刻膠 [39]，牌號KPR。先用于印刷工業，后用于電子工業。

1958年，柯達公司發展出了疊氮-橡膠系的負性光刻膠 ，牌號為KMER和KTFR。

1960年，出現鄰重氮萘醌-酚醛樹脂紫外正性光刻膠 。

1968年美國IBM公司的Haller等人發明聚甲基丙烯酸甲酯電子束光刻膠。

1973年由Bell實驗室和Bowden發明聚烯砜類電子束光刻膠。

1976年，美國麻省理工學院的H. Smith提出X射線曝光技術。

1989年，日本科學家Kinoshita提出極紫外光刻技術（EUVL）。

1990年后，開始出現248 nm化學增幅型光刻膠。

1992年，IBM使用甲基丙烯酸異丁酯的聚合物作為化學增幅的193 nm光刻膠材料。同年Kaimoto等也發現了非芳香性的抗蝕刻劑，而且在193 nm有較好的透光性 。

20世紀90年代中期，美國明尼蘇達大學納米結構實驗室提出了一種叫做“納米壓印成像”（nanoimprint lithography）的新技術。

1996年，歐洲主要成立了4個極紫外光刻相關研究項目，約110個研究單位參與，其中比較重要的項目為MEDEA和MORE MOORE。

1997年，Intel公司成立了包括AMD、Motorola、Micron、Infineon和IBM的EUV LLC，并與由LBNL、LLNL和SNL組成的國家技術實驗室（VNL）簽訂了極紫外光刻聯合研發協議（CRADA）。

1998年，日本開始極紫外光刻研究工作，并于2002年6月成立極紫外光刻系統研究協會（EUVA） 。

1962年，中國北京化工廠接受中國科學院半導體研究所的委托，著手研究光刻膠，以吡啶為原料，采用熱法工藝，制成聚乙烯醇肉桂酸酯膠。

1967年，中國第一個KPR型負性光刻膠投產。

1970年，103B型、106型兩種負膠投產，環化橡膠系負膠BN-302、BN-303也相繼開發成功。

2018年5月24日，國家科技重大專項（02專項）極紫外光刻膠項目順利通過國家驗收。

2018年5月30日，國家科技重大專項“極大規模集成電路制造裝備與成套工藝”專項（02專項）項目“極紫外光刻膠材料與實驗室檢測技術研究”，經過項目組全體成員的努力攻關，完成了EUV光刻膠關鍵材料的設計、制備和合成工藝研究、配方組成和光刻膠制備、實驗室光刻膠性能的初步評價裝備的研發，達到了任務書中規定的材料和裝備的考核指標。

2019年11月25日，8種“光刻膠及其關鍵原材料和配套試劑”入選工信部《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2019年版）》 。

三、光刻膠（PR）的介紹

光刻膠，英文全稱：Photoresist，簡稱：PR，也稱為光致抗蝕劑。光刻膠（PR）是一種對光敏感的混合液體，是微電子技術中微細圖形加工的關鍵材料。它由光引發劑（光增感劑、光致產酸劑）、光刻膠（PR）樹脂、溶材料劑、單體（活性稀釋劑）和其他助劑組成。

四、光刻膠（PR）的成分組成

光刻膠是一種對光敏感的混合液體，主要由以下部分組成:

1、基體材料

通常為樹脂，一種惰性的聚合物，是用于粘合光刻膠中的不同成分，構成光刻膠（PR）的基本骨架，決定其機械性能和化學穩定性。提高光刻膠的化學抗腐蝕性能和膠膜厚度等基本性能。

2、感光化合物(PAC)

控制光刻膠在曝光前后的溶解性變化。

3、正性光刻膠

PAC在曝光前抑制溶解，曝光后促進溶解。

4、負性光刻膠

PAC在曝光后引發交聯反應，使曝光區域不溶解。

5、溶劑

調節光刻膠的黏滯性，溶解光刻膠的各種組成成分，確保其在涂覆時保持液體狀態，并均勻成膜，也是后續光刻化學反應的介質。

五、光刻膠（PR）基礎知識分享

以下就是本章節要跟大家分享的：半導體芯片材料“光刻膠（Photoresist）”基礎知識培訓的內容，如有遺漏或是不足之處，希望大家見諒，分享內容如下：

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六、光刻膠（PR）的主要技術參數

1、分辨率(resolution)

區別硅片表面相鄰圖形特征的能力。一般用關鍵尺寸(CD，Criical Dimension)來衡量分辨率。形成的關鍵尺寸越小，光刻膠（PR）的分辨率越好。

2、對比度(Contrast)

指光刻膠（PR）從曝光區到非曝光區過渡的陡度。對比度越好，形成圖形的側壁越陡峭，分辨率越好。

3、敏感度(Sensitivity)

光刻膠（PR）上產生一個良好的圖形所需一定波長光的最小能量值(或最小曝光量)。單位:毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻膠（PR）的敏感性對于波長更短的深紫外光(DUV)、極深紫外光(EUV)等尤為重要。

4、粘滯性/黏度(Viscosiy)

衡量光刻膠（PR）流動特性的參數。粘滯性隨著光刻膠（PR）中的溶劑的減少而增加;高的粘滯性會產生厚的光刻膠（PR）;越小的粘滯性，就有越均勻的光刻膠（PR）厚度。光刻膠（PR）的比重(SG，Specifc Gravitvy)是衡量光刻膠（PR）的密度的指標。它與光刻膠（PR）中的固體含量有關。較大的比重意味著光刻膠（PR）中含有更多的固體，粘滯性更高、流動性更差。粘度的單 位:泊(poise)，光刻膠（PR）一般用厘泊(cps，厘泊為1%泊)來度量。百分泊即厘泊為絕對粘滯率;運動粘滯率定義為:運動粘滯率=絕對粘滯率/比重。 單位:百分斯托克斯(cs)=cps/SG。

5、粘附性(Adherence)

表征光刻膠（PR）粘著于襯底的強度。光刻膠（PR）的粘附性不足會導致硅片表面的圖形變形。光刻膠（PR）的粘附性必須經受住后續工藝(刻蝕、離子注入等)。

6、抗蝕性(Anti-etching)

光刻膠（PR）必須保持它的粘附性，在后續的刻蝕工序中保護襯底表面。耐熱穩定性、抗刻蝕能力和抗離子轟擊能力。

7、表面張力(Suface Tension)

液體中將表面分子拉向液體主體內的分子間吸引力。光刻膠（PR）應該具有比較小的表面張力，使光刻膠（PR）具有良好的流動性和覆蓋。

8、存儲和傳送(Storage and Transmision)

能量(光和熱)可以激活光刻膠（PR）。應該存儲在密閉、低溫、不透光的盒中。同時必須規定光刻膠（PR）的閑置期限和存貯溫度環境。一旦超過存儲時間或較高的溫度范圍，負膠會發生交聯，正膠會發生感光延遲。

七、光刻膠（PR）的分類

光刻膠（PR）并非單一產品，而是一個龐大的家族。

1、根據光刻膠按照如何響應紫外光的特性可以分為兩類:負性光刻膠和正性光刻膠。

a. 負性光刻膠(Negative Photo Resist)

最早使用，一直到20世紀70年代。曝光區域發生交聯，難溶于顯影液。

原理：曝光區域PAC引發交聯反應，形成不溶性網狀結構，未曝光部分溶解。

特性：良好的粘附能力、良好的阻擋作用、感光速度快;顯影時發生變形和膨脹。所以只能用于2um的分辨率。

應用場景：厚膜光刻、特殊封裝工藝。

b. 正性光刻膠(Positive Photo Resist)

20世紀70年代，有負性轉用正性。正性光刻膠的曝光區域更加容易溶解于顯影液。

原理：曝光區域PAC發生光化學反應，從抑制劑變為促進劑，使曝光部分溶于顯影液

特性：分臺階覆蓋好、對比度好;粘附性差、抗刻蝕能力差、高成本。辨率高。

主流應用：先進芯片制造(如邏輯電路、存儲器)、微機電系統(MEMS)。

正膠與負膠優缺點的對比：

正膠與負膠的區別：

負膠是最早使用，一直到20世紀70年代。特性為，具有良好的粘附能力和阻擋作用、感光速度快；顯影時發生變形和膨脹，所以只能用于2μm的分辨率。

負膠顯影中保留部分的膠會吸收顯影液，造成光刻膠的變相“膨脹”，從而使圖形扭曲，一般分辨率只能達到光刻膠厚度的2-3倍；而正膠在顯影過程中則不會吸收顯影液，從而獲得較高的分辨率！

20世紀70年代，有負性轉用正性。正膠具有很好的對比度，所以生成的圖形具有良好的分辨率，其他特性如，臺階覆蓋好、對比度好；粘附性差、抗刻蝕能力差、高成本。

現在最小尺寸小于3um一般都會用正膠！

目前一般都是用正膠，對于線寬要求不高的時候或者一些特殊的用途（比如PSS等）可以選擇負膠。

2、根據光刻膠能形成圖形的最小光刻尺寸來分:傳統光刻膠和化學放大光刻膠。

a. 傳統光刻膠

適用于I線(365nm)、H線(405nm)和G線(436nm)，關鍵尺寸在0.35um及其以上。

b. 化學放大光刻膠(CAR，ChemicalAmplifedResist)

適用于深紫外線(DUV)波長的光刻膠。KrF(248nm)和ArF(193nm)。

其實，關于光刻膠（PR）的分類，根據應用行業、顯示效果、化學結構、曝光波長......等等，可分的類別太多太多了，這里我就不一一贅述了。

八、光刻膠（PR）的工作原理

光刻膠的基本原理是利用紫外線或電子束等高能輻射照射光刻膠，使其發生化學或物理變化，形成圖案。具體來說，光刻膠通常由兩層組成，即敏化劑層和樹脂層。敏化劑層包含一些化學物質，可以吸收光線并將其轉化為化學能，從而導致光刻膠的化學反應發生變化。而樹脂層則是一種聚合物材料，其化學性質可以受到敏化劑層的影響，從而發生聚合或交聯反應，形成所需的圖案。

在光刻過程中，首先將光刻膠涂覆在襯底表面，并進行軟烤處理，使光刻膠形成一定的膜厚和表面特性。然后，將光掩模置于光刻膠表面，利用紫外線或電子束等高能輻射照射光刻膠，使得光刻膠在照射區域發生化學或物理變化。經過顯影處理后，未被照射的區域的光刻膠被去除，而被照射的區域的光刻膠則被保留在襯底表面上，形成所需的圖案。

不同類型的光刻膠，其化學體系和工作機制也大相徑庭。

g線和i線光刻膠均使用線性酚醛樹脂作為樹脂主體，重氮萘醌（DQN體系）作為感光劑。

曝光后，重氮萘醌基團轉變為烯酮，與水接觸時，進一步轉變為茚羥酸，從而在曝光區被稀堿水顯影時除去。

而KrF（248nm）和ArF（193nm）等深紫外光刻膠則采取了完全不同的技術體系——化學放大光阻體系（CAR，Chemically Amplified Resist）。

在CAR技術體系中，光刻膠中的光致酸劑（PAG，Photo Acid Generator）經過曝光后并不直接改變光刻膠在顯影液中的溶解度，而是產生酸。

在后續的熱烘焙流程（PEB，Post-Exposure Bake）的高溫環境下，曝光產生的酸作為催化劑改變光刻膠在顯影液中的溶解度。

CAR光刻膠的光敏感性很強，所需要從深紫外輻射中吸收的能量很少，大大提高了光刻的效率，其曝光速度是DQN光刻膠的10倍左右。

九、光刻膠（PR）的應用和未來發展方向

1、新型微電子器件的制造

光刻膠在微電子器件的制造中已經得到廣泛應用。未來，隨著微納技術的不斷發展和新型器件的出現，光刻膠的應用將更加多樣化和精細化，如制造高速器件、量子器件等。

2、3D微納加工技術的發展

隨著3D打印技術的發展，3D微納加工技術也逐漸成為一個新的研究熱點。光刻膠在3D微納加工中具有重要的應用前景，可以制造出更加復雜的三維微納結構。

3、生物醫學領域的應用

光刻膠在生物醫學領域中的應用也有很大的潛力。未來，光刻膠可以用于制備更加復雜的生物芯片、微型醫療器械、組織工程等。

4、納米光學器件的制備

光刻膠在納米光學器件的制備中具有重要的應用前景，如制造表面等離子體共振傳感器、納米光學器件等。

十、光刻膠（PR）的未來展望

中國光刻膠產業要實現真正的突破，必須從產業鏈、技術研發和產業生態三方面著手。

1、在產業鏈方面，必須實現全鏈條協同發展。

光刻膠的發展離不開光刻機的進步。目前，我國光刻機的國產化率不足3%，2023年進口光刻機數量高達225臺，進口金額高達87.54億美元。僅有上海微電子能制造90nm工藝節點DUV光刻機，與ASML差距極大。

2、在技術研發方面，需要持續加大投入，尤其是在新型光刻膠的研發上。

近期，清華大學與浙江大學的聯合團隊全球首次提出了“點擊光刻”新方法，并成功開發出與之匹配的超高感光度光刻膠樣品。這種新型的光刻膠材料，能在極低曝光劑量下實現高對比度成像，大大降低了光刻曝光劑量，提高光刻效率。

3、在產業生態方面，必須與下游企業深度合作，形成自己的產業生態體系。

就像日本光刻膠企業一樣，與晶圓廠深度合作，嵌入其全產業生態中，構建起牢不可破的產業壁壘。隨著芯片制程不斷邁向7nm、5nm、3nm乃至更小線寬，光刻技術也在不斷演進。在EUV光刻膠領域，中國雖然起步較晚，但通過產學研各界的共同努力，正逐步縮小與國際先進水平的差距，一步步點亮芯片制造的關鍵材料版圖。

十一、寫在最后面的話

回顧光刻膠的歷史和發展，我們可以看到一個從簡單到復雜，從微觀到納米的進化軌跡。這種材料不僅推動了電子產業的進步，還成為跨學科研究和應用的橋梁。面對未來，光刻膠將繼續與時俱進，滿足我們對更高技術標準的追求，同時為新的創新和發現奠定基礎。

伴隨全球半導體產業東移，加上我國持續增長的下游需求和政策支持力度。同時，國內晶圓廠進入投產高峰期，由于半導體光刻膠與下游晶圓廠具有伴生性特點，國內光刻膠廠商將直接受益于晶圓廠制造產能的大幅擴張。當前我國高端光刻膠與全球先進水平有近40年的差距，半導體國產化的大趨勢下，國內企業有望逐步突破與國內集成電路制造工藝相匹配的光刻膠，所以我們必須要對光刻膠足夠的重視，不斷向日本和歐美等發達國家學習，努力開發出性能優異的國產光刻膠，使我國在未來的市場中占據一席之地。

參考資料

1. 證券時報網，《填補空白！EUV光刻膠標準立項，技術突破好消息不斷（附股）》，2025年

2. 新材料在線，《光刻膠》

3. 中國科學院深圳先進技術研究院大型儀器共享平臺，《光刻工藝簡要流程介紹》，2025年

4. 中商情報網，《2025年中國光刻膠行業企業核心競爭力排名》，2025年

5. 36氪，《中國光刻膠，如何突圍？》，2025年

6. 雪球，《2025當下，全球高端光刻膠市場被日本企業壟斷93%份額》，2025年

7. 英語詞典，《固體光刻膠》

8. OFweek光刻膠網，《一文看懂光刻膠技術發展史》，2021年

9. 應用化學，《g-線/i-線光刻膠研究進展》，2021年

10. 科普中國，《光刻》，2021年

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