半導體三大件之一的光阻液、重要性堪比光刻機，為何全落在日本手上？

就和光刻機一樣，光刻膠市場也幾乎被壟斷。目前，全球光刻膠供應非常集中，主要被日本和美國企業壟斷。其中，日本佔據了7成以上市場，而在這當中，日本東京信越化學公司更是獨佔鰲頭。2021年2月，日本東北發生強震，導至光刻膠供應告急，晶圓廠一片哀號。

什麼是光刻膠？光刻膠在半導體產業扮演什麼角色？為何一間日本企業的產能不足，就會讓全球供應鏈如此緊張？

要了解光刻膠在半導體產業扮演的角色，需要先知道什麼是光刻膠。光刻膠（Photoresist）又名光阻液或光阻劑，是一種耐蝕刻薄膜材料，由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等主要化學品和其他輔助化學品所組成。經由紫外光、深紫外光、電子束、離子束、X射線等光照射或輻射，溶解度會有不同變化。在生產片的環節中，光刻機負責 將必要的電路數據刻在晶圓片之上，而光刻膠就是用來遮蓋住晶圓片的某些部分，再用光刻機將晶圓片上的電路曝光，最後就會在晶圓片上面形成新的電路。在光刻過程中，利用離心力的原理，光刻膠被均勻分布在晶圓片、玻璃和金屬等不同的基底上，經過曝光、顯影和蝕刻等程序、轉移電路形。

根據曝光和顯影後的溶解度變化，光刻膠又分為正光刻膠和負光刻膠。負光刻膠在經過曝光後，受到光照射的部分變得不易溶解，留下光線照射部分形成圖形；而正光刻膠則相反，在經過曝光後，受到光照射的部分將會變得容易溶解，只留下未受到光線照射的部分形成圖形。負光刻膠是最早應用於光刻工藝上的光刻膠，優點是成本低、產量高。但負光刻膠在吸引顯影液後會膨脹，導致成品解析度不如正光刻膠。因此，負光刻膠只會用於中小規模的IC產品等，解析度不需要太高的電路製作。相對的，極精密的IC產品及對感光靈敏度要求更高的IC產品，通常會選用正光刻膠來完成電路圖的轉移。

目前，全球前5大光刻膠廠商，有4間是日本廠商，另一間則是美企。這5間分別是 JSR（前身為日本合成橡膠）、東應化（TOK）、美國 Rohm & Haas、信越化學和富士，全球市場佔有率合計近9成。光刻膠的三大應用場所分別是 PCB、顯示面板和半導體，技術困難程度依序增加。對應不同的光刻技術，需要配搭不同解析度的光刻膠。半導體光刻膠現時4大主流是 G線、I線、KrF 和 ArF。在 G線和 I線光刻膠領域，日本和美國企業市場佔有率合共超過85%。而在高端的 KrF、ArF 和最先進的 EUV 光刻膠核心技術，更是幾乎被日本和美國企業包辦。

其實不只光刻膠，日本的半導體材料產在全球佔有絕對優勢。無論是矽晶圓、光刻膠、打線接合、模壓樹脂，及引線框架等，都佔了很高比例。日商主導光刻膠7成市場佔有率，而信越化學又包辦超過2成佔有率。台灣有超過50%半導體廠先進製程與新製程，都是採用信越化學的光刻膠產品。其他知名日系供應商還包括 JSR、東應化等；另外，住友化學以及富士軟片也積極搶攻。

信越化學創立於1926年，原名為信越氮肥株式社，是一間原材料生產商。在有機、無機化學品部份，主要提供聚氯乙烯、有機矽、纖維素衍生物，提供日常生活和工業各種不可或缺的原料。1960年代，信越化學是最早向海外擴張的日本化工企業。1998年，又成功讓光刻膠商品化。除了光刻膠外，信越化學也在聚氯乙烯（PVC）、半導體矽晶圓等領域，也處於國際龍頭地位。

正如上面所說，光刻膠市場由日本大廠主導，價格波動非常罕見。由於晶圓代工製程所需要的光刻膠一旦經過認證後，通常一整年都不會更換，避免換料要重新清洗，並會影響生產品質，因此，決定材料之後，就會根據需求簽長約。2021年會斷供的原因，主要是2021年2月日本發生東北213強震，導致當地不少化學材料大廠上游供應商，紛紛因停電而暫停生產，特別是信越化學，有部份廠區停工，使 KrF 光刻膠供應出現短期缺口。雖然東應化填補了海外產能缺口，但整體仍然不足。再加上地震影響運輸與物流，影響半導體前段製作過程材料供應順暢程度，連帶引發半導體光刻膠的價格上漲，而且對中國晶圓廠來說，情況尤其嚴重。

2021年2月下旬，中國媒體就開始報導光刻膠產能緊張的新聞。在短短3個月內，中國半導體廠商進口光刻膠時，經歷了一開始的限購，然後加價也很難買到，最後甚至面臨有錢也買不到的斷供危機。光刻膠產能遠遠不足，部份中小晶圓廠光刻膠甚至直接斷供。其中部份原因也是為中國光刻膠自給率僅約10%，而且中國生產的光刻膠，主要集中用於在技術含量較低的PCB光刻膠領域；半導體光刻膠，和中、高端的LCD光刻膠，中國的自給率僅2%-3%。除此之外，2019年日韓貿易戰時，日本也曾經在管控對南韓關鍵半導體材料出口，其中也包括光刻膠。這些事件都讓世界體會到，日本在半導體原料的實力。

為什麼日本有辦法壟斷光刻膠市場？首先，光刻膠的產品特徵是種類多、用量小、品質要求高，而且光刻膠本身需要具備極強的穩定性和一致性，才能進行生產。光刻膠是晶片製造的核心素材、性能和優良率關鍵，要求很高的技術，需要長期經驗累積，只要品質稍差，就沒有人會買。信越化學主要涉足的，就是 KrF 和 ArF 光刻膠市場。此外，目前有能力研發、供應 EUV 光刻膠的，也只有 JSR、東應化和信越化學3間日本廠商。

其次，光刻膠全球市場規模不到40億美元，在整個龐大皫半導體產業中，幾乎可以忽略不計。因此，在這個狹小的領域中，一旦形成壟斷局面，想打破是難上加難。最重要的是，光刻膠行業成長空間有限，畢竟晶片廠商的用量是固定的，即使產業規模無限擴大，上游企業也不會迎來爆發，願意投入發展的公司並不多。

即使整體市場規模看似不大，佔整體晶圓製造成本也比重不大，光刻膠仍然是光刻過程關鍵的核心材料。光刻膠的品質會直接決定晶片的性能、優良率與品質。2019年1月，台積電就曾因發生「光刻膠事件」，導致近10萬塊晶圓報廢，影響近台幣150億元的營運收益，凸顯光刻膠在晶圓生產的重要性。而台積電在事件發生後，大幅提升對關鍵材料品質控制與供應的要求。

隨著晶圓代工進入先進製程，未來光刻膠需要更高的解析度，以及多次圖形化技術的應用，帶動光刻膠的成本比重及市場規模不斷上升。進入到5G世代，晶片整合逐漸提升，例如配合半導體產品小型化，功能多樣化的要求，透過縮短曝光波長，提高極限解析度，達到與IC電路更高密度的結合等，光刻膠也在不斷進化當中。好了，這集的窮奢就到這裡。