光刻胶重大突破，将如何助力中国芯片？
在芯片制造的舞台上，有一道极其微小却至关重要的工艺——光刻。它决定了晶体管的线宽、芯片的密度，也定义了制程的极限。而光刻的核心材料之一，就是光刻胶。过去，这一领域几乎被国外，特别是日本把持。
但就在近日，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队及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，指导开发出可显著减少光刻缺陷的产业化方案 。
这项技术突破已经经过系统实验验证，不仅打破了光刻胶成分“黑箱化”的局限，也让国内研发团队首次拥有了可视化的三维结构分析能力。这意味着，中国的科研人员不再只是“调配者”，而是能像显微镜下的医生一样，看清每一个分子的排列。
对于芯片产业而言，精准掌握液体中聚合物材料的微观行为，将极大推动将极大地推动包括光刻、蚀刻、清洗等在内的多个先进制造关键环节的缺陷控制和良率提升，为制造性能更强、更可靠的下一代芯片铺平道路
从“卡脖子”到“拆密码”
光刻胶，常被称为芯片制造的“神秘胶体”。它薄如发丝，却影响整个芯片的良率和尺寸精度。过去几十年，这一材料领域长期被日本与欧美公司把持。尤其是用于7纳米、5纳米先进制程的高端光刻胶，几乎没有国产替代。
中国科研人员选择从微观结构突破这一封锁。此次技术创新的关键在于“冷冻电子断层扫描”（Cryo-ET）。这是一个将样本冷冻在极低温下，通过电子显微镜逐层扫描的技术，能在不破坏样本结构的情况下获得三维影像。传统方法只能观察光刻胶在固态下的截面，而新的技术能够看到光刻胶在液态或半固态中的分子动态变化——这是理解材料反应机理的核心环节。
研究团队通过这项技术，首次获得了光刻胶在曝光和显影过程中的实时形貌演变图谱。报道中指出，这使科研人员能够确定材料分子的空间排列方式，识别出导致“图形塌陷”或“显影残留”的微观原因。这一突破为国内光刻胶配方优化提供了可验证的实验依据，也为下一代材料的研发打开了新的大门。
很多人或许会问：只是“看见”了结构，为什么被称为重大突破？原因在于光刻胶研发的最大难点，是过程的不可见性。曝光后分子链的断裂、显影后残留的分布，这些细节决定了芯片的成败，却几乎无法直接观测。过去，科研人员只能依赖经验和模拟推测。现在，这一束电子显微镜下的真实图像，让所有的“猜测”变成了“证据”。
这意味着什么？意味着材料优化将从“盲调”进入“精调”。报道提到，团队利用该技术，已经能在分子层面识别光刻胶性能变化的关键机制，为显影缺陷控制提供数据支持。这类成果虽仍在实验室阶段，但在晶圆良率控制的长链条中意义重大——当一片晶圆上成千上万个芯片同时曝光时，哪怕0.1%的缺陷减少，也可能带来可观的产值提升。
在7纳米以下制程中，良率是产业链最敏感的曲线。每提高一个百分点，成本、能耗、产能布局都会被重新改写。因此，这项技术被业内视为“关键节点技术”，而非单纯的学术进展。
光刻赛道的艰难突破
全球光刻技术的发展史，就是一部科技封锁史。从最初的步进曝光机到EUV（极紫外）光刻机，每一次技术跨越都伴随着巨额资金、长周期投入和极高风险。而在这条链上，光刻胶是成本最低、但技术壁垒最高的材料之一。
当下的全球光刻胶市场，几乎被来自日本的JSR、东京应化、信越化学、富士电子等企业所瓜分，也让日本在全球半导体制造链中占据着举足轻重的地位，这都源于日本长久以来的积累。近些年来，中国企业在光刻胶领域持续取得技术突破，市场份额稳步提升。
据国际半导体产业协会（SEMI）统计，2024年全球光刻胶市场规模达27.32亿美元，同比增长16.15%；2024 年中国大陆半导体光刻胶市场规模7.71亿美元，达到历史新高，成为全球最大的光刻胶市场，同比增长42.25%，增速远超同期全球市场。
根据SEMI《世界晶圆厂预测》报告显示，2025年全球7nm以下节点晶圆产能将增长16%，依旧是增长速度最快的制程节点；除此之外，8~45nm节点、50nm以上节点、DRAM、3DNAND等工艺制程晶圆产能将分别增长6%、5%、7%、5%。先进制程的高速增长将促进KrF、ArF以及EUV光刻胶依旧保持着高速增长的态势。
过去十年，中国光刻机和光刻胶的研发都处于追赶状态。前者由于EUV光源与镜片的封锁，短期内仍难以突破；但光刻胶却被认为是“可以弯道超车”的环节。这次冷冻电子断层扫描的引入，正是在这一背景下诞生的自主突破。
芯片行业的竞争，常被看作晶圆厂之间的资本比拼。但真正的底层实力，来自那些被忽视的材料。光刻胶就是典型代表。业内专家指出，芯片制造约有200多种关键化学材料，其中约80%依赖进口。每一种国产化，都意味着生产链的自主掌控。
此次突破，意味着中国科研力量在材料“底层逻辑”上取得进展。过去，国内厂商虽然能通过逆向分析仿制国外配方，但由于缺乏结构级别的理解，难以精确复现性能。冷冻断层扫描让这种差距被肉眼看见，也让优化路径变得可计算、可预测。
更重要的是，这种技术不局限于光刻胶本身。其方法论同样可应用于光刻掩膜、涂层界面材料等多个环节。换言之，这不仅是一种新设备的使用，更是一种全新的研发范式——用科学仪器揭示芯片制造中“看不见的世界”。
从实验室到工厂，还需时间的沉淀
当然，任何技术从实验室走向产业化，都需要漫长的验证周期。报道指出，当前国内部分材料研究机构已与科研团队展开合作，探索将实验成果应用于实际生产验证。未来几年内，基于该技术的高解析度光刻胶研究有望进一步深化。
目前，这项研究主要针对ArF光刻胶和EUV光刻胶两大方向。前者适用于14纳米及以上制程，后者是7纳米以下的关键材料。随着EUV工艺在全球晶圆制造中的比重增加，国产光刻胶的适配性将成为关键课题。科研团队表示，该观测方法同样适用于EUV所用光刻胶的结构研究，为后续材料体系开发提供了实验支撑。
其实不单单是光刻胶。有研报显示，在光刻机产业链的“卡脖子”环节中，国内技术积累较深或已直接/间接进入阿斯麦和上海微电子等供应链的厂商包括：芯碁微装（直写光刻）、富创精密（零部件）、炬光科技（光学器件）、赛微电子（物镜）、波长光电（光源）、奥普光电（整机）、腾景科技（光学器件）、福晶科技（光源）、茂莱光学（光源）、电科数字（计算/控制模块）、新莱应材（零部件）、美埃科技 / 蓝英装备（洁净设备）、同飞股份/海立股份（温控）、东方嘉盛（服务）、上海微电子（整机）、华卓精科（工件台）等等公司。
科技研发必须要有耐心，这次光刻胶领域的突破，正是这种耐心的体现。机器可以被封锁，但知识和技术却无法被禁运。
光刻胶的突破，不只是材料上的胜利，更是一种科研精神的显影——冷静、坚韧、持续迭代。这场战役或许才刚刚开始。但毫无疑问，中国芯片，已经在微观的世界里，看到了属于自己的光。