光刻胶：北大团队方案让光刻胶缺陷降99%！光刻胶研发迈入新阶段

摘要：近日，北京大学彭海琳教授团队及其合作者，通过冷冻电子断层扫描技术，首次在原位状态下解析了光刻胶分子在液相环境中的微观三维结构、界面分布与缠结行为，分辨率优于5纳米。这一发现不仅揭示了光刻胶分子在溶液中的微观物理化学行为，更指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方

近日，北京大学彭海琳教授团队及其合作者，通过冷冻电子断层扫描技术，首次在原位状态下解析了光刻胶分子在液相环境中的微观三维结构、界面分布与缠结行为，分辨率优于5纳米。这一发现不仅揭示了光刻胶分子在溶液中的微观物理化学行为，更指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案，有效清除了12英寸晶圆图案表面的光刻胶残留，为提升光刻精度与良率开辟新路径。

北京大学彭海琳教授团队的突破，本质是用跨界技术打开了光刻胶显影过程的“微观黑匣子”，为半导体先进制程良率提升提供了“可视化解决方案”，堪称光刻材料领域从“经验试错”迈向“机理驱动”的里程碑。

今天我重点梳理光刻胶行业。

什么是光刻胶？

光刻胶是一种对特定波长光线敏感的功能性高分子材料，核心作用是在光刻工艺中作为图形转移媒介，通过光化学反应将掩模版上的微米/纳米级图案精准复制到半导体晶圆、显示基板或PCB表面，是电子信息产业中决定器件集成度与性能的"战略节点"材料。

光刻胶基本组成包括树脂（决定机械强度与分辨率）、光引发剂（催化光反应）、溶剂（调节粘度保障涂覆性）及功能性添加剂四大组分。

光刻胶的分类体系

（一）按感光特性

光刻胶按感光特性可分为正性胶与负性胶：正性胶曝光区域发生光溶解反应，显影后保留图形与掩模版一致，适配高端制程的高分辨率需求；负性胶曝光区域发生交联固化，显影后图形与掩模版互补，多用于低端场景。

（二）按曝光光源

在半导体领域，按曝光光源可分为三代：紫外光胶（G线436nm/I线 365nm）适配≥90nm 成熟制程；深紫外胶（KrF248nm/ArF 193nm）覆盖28-90nm节点，其中ArF浸没式胶可延伸至7nm；极紫外胶（EUV13.5nm）专为5nm以下先进制程设计。

（三）按应用领域

PCB光刻胶：应用于印刷电路板（PCB）制造中，技术门槛最低；LCD光刻胶：主要用于平板显示（LCD/OLED）制造，用于制作彩色滤光片、触控电极等关键结构，保障显示画质与触控性能的材料市场规模最大；半导体光刻胶：半导体芯片制造的核心材料，通过光刻将掩模版图案精准转移到晶圆表面，直接决定芯片制程水平与集成度。

数据来源：行行查 | 行业研究数据库 www.hanghangcha.com

光刻胶的工作原理

光刻胶的工作机制围绕光化学反应与工艺协同展开，核心流程包括五步：

涂胶与前烘：通过旋转涂胶工艺形成50-500nm厚的均匀薄膜，前烘去除多余溶剂，增强膜基附着力；
对准与曝光：掩模版与基底精准对位后，特定波长光线照射，引发光化学反应。正性胶中光致酸产生剂（PAG）分解生成强酸，催化树脂链断裂；负性胶则发生分子交联反应。
曝光后烘：通过加热（110-150℃）促进酸扩散与反应充分进行，提升图形对比度，此步骤对深紫外胶尤为关键。
显影与清洗（去胶）：正性胶用四甲基氢氧化铵（TMAH）显影液去除曝光区树脂，负性胶则去除未曝光区，清洗残留显影液避免缺陷。
坚膜处理：高温烘焙（150-200℃）去除残留溶剂，强化光刻胶抗刻蚀能力与机械稳定性。

高端光刻胶的技术难点

（一）ArF光刻胶技术瓶颈

ArF胶需适配193nm深紫外光源，核心难点在于树脂结构设计——需采用甲基丙烯酸酯/丙烯酸酯体系并引入金刚烷等刚性单元，同时控制金属杂质含量低于5ppb以避免器件漏电。浸没式ArF胶还需解决与水相环境的兼容性问题。此外，配套显影液需具备极高纯度（ppt 级），国产化率目前不足15%。

（二）EUV光刻胶核心挑战

EUV光刻胶的核心挑战在于“灵敏度-分辨率-抗刻蚀性”的三角平衡难题。由于极紫外光能量极高，需采用有机-无机杂化材料（如含锡氧纳米簇的材料）提升抗刻蚀性，同时需通过精细的尺寸控制以实现高分辨率要求。但当前这类光刻胶存在灵敏度与曝光剂量不匹配的问题，难以满足量产需求。此外，日本企业在此领域构建了严密的专利壁垒，占据了极高的全球市场份额。

（三）工艺适配与生态壁垒

高端光刻胶需与光刻机、掩模版深度协同，EUV胶依赖于High NA光刻机的联合开发。国际巨头通过与IMEC、台积电等机构建立"材料-设备-工艺"生态，将验证周期压缩至6个月，而国内企业验证周期仍需10个月以上。

光刻胶的国产替代路径

（一）发展现状

我国光刻胶的国产化程度整体仍处于较低水平。在面板光刻胶领域，彩色和黑色光刻胶的国产化率仅为5%，TFT-LCD正性光刻胶和干膜光刻胶则主要依赖进口。PCB光刻胶方面，湿膜光刻胶和阻焊油墨的国产化率约为50%。半导体光刻胶的国产化进程更为滞后，g/i线胶基本实现国产化，KrF和ArF光刻胶的国产化率仍较低，ArF胶目前实现了从0到1的突破，而最先进的EUV光刻胶仍处于研发阶段，尚未实现量产。

（二）替代路径

（1）成熟制程逐步完善：聚焦40-90nm节点，2027年前实现KrF胶50%以上替代率；28nm节点同步推进ArF干式胶验证，依托中芯国际、华虹集团扩产需求快速放量。

（2）高端技术攻坚：EUV胶通过高校-企业协同攻关推进基础研发，受设备限制，送样验证时间需结合国内EUV设备进展动态调整，计划2030年完成关键技术储备。

（3）产业链协同：借助国家大基金三期的支持，构建"树脂-光引发剂-溶剂-关键添加剂-成品"的全链条产能。

产业链上游

光刻胶产业链上游为原材料供应环节，核心包括树脂、光引发剂、溶剂及功能性添加剂四大类专用化学品。其中树脂是决定光刻胶机械强度与分辨率的基础组分；光引发剂作为感光核心，直接影响光刻胶的灵敏度与反应速率；溶剂用于调节光刻胶粘度以保障涂覆均匀性；添加剂则根据需求优化产品性能。

产业链中游

中游为光刻胶制造环节，该环节需通过数百次试验优化配方比例，生产过程中还需攻克设备与工艺协同难题。此外，中游企业需通过下游客户的长期验证，包括工艺适配性、缺陷率控制等多维度考核，验证周期通常需2-3年，形成显著的市场准入壁垒。根据应用领域不同，中游产品主要分为PCB光刻胶、LCD光刻胶和半导体光刻胶三大类。