光刻膠g線、i線、KrF、ArF、EUV，到底是在說什么
2021年6月4日 14:12瀏覽：5276
半導體光刻膠根據曝光光源波長不同來分類，分別是紫外全譜(300～450nm)、G 線(436nm)、 I 線(365nm）、深紫外(DUV，包括248nm和193nm)和極紫外(EUV)，相對應于各曝光波長的光刻膠也由此而生。通常來說，波長越短，加工分辨率越佳。
目前半導體用光刻膠，主要分為5個種類：g線光刻膠，i線光刻膠，KrF光刻膠，ArF光刻膠和EUV光刻膠。
以上的g線、i線、ArF、KrF等，是光刻膠不同產品類型的名稱，無需對名稱意義做過多深究，只需記住它們的名字，了解它們代表的技術水平就行。
g線、i線光刻膠誕生于20世紀80年代，由近代德國科學家約瑟夫·弗勞恩霍夫命名。
當時的半導體制程還不那么先進，主流工藝在800-1200nm之間，波長436nm的光刻光源就夠用。到了90年代，制程進步到350-500nm，相應地要用到更短的波長，即365nm的光源。
剛好，高壓汞燈的技術已經成熟，而436nm和365nm分別是高壓汞燈中能量最高、波長最短的兩個譜線，所以，用于500nm以上尺寸半導體工藝的g線，以及用于350-500nm之間工藝的i線光刻膠，在6寸晶圓片上被廣泛的應用。
現階段，因為i線光刻膠可用于6寸和8寸兩種晶圓片，所以目前市場需求依然旺盛，而g線則劃向邊緣地帶。
到了90年代末，半導體制程工藝發展到350mm以下，g線和i線光刻膠已經無法滿足這樣的需求了，于是出現了適用于248nm波長光源的KrF光刻膠和193nm波長光源的ArF光刻膠。它們都屬于深紫外光刻膠，和g線、i線有質的區別。
隨后的20年里，ArF光刻膠一直是半導體制程領域性能最可靠、使用最廣泛的光刻光源。在21世紀以后，在浸沒光刻、多重光刻等新技術的輔助下，ArF光刻系統突破了此前65nm分辨率的瓶頸，在45nm到10nm之間的半導體制程工藝中，ArF光刻技術仍然得到了最廣泛的應用。
目前，國外晶圓廠主流工藝是14nm，中國大陸晶圓代工龍頭企業中芯國際的制程是28mm，雖然三星和臺積電已有10nm以下工藝技術，但尚未大規模應用。
因為當前主流的制程工藝是用于8寸和12寸晶圓片，所以，ArF光刻膠是市場需求的主流，占比約42%。而KrF則多用于8寸晶圓片，占比約22%。
EUV也就是極紫外光刻膠，使用波長為13.5nm的紫外光，可以用于10nm以下的先進制程，但目前EUV光刻機只有荷蘭ASML能制造。
在當下這個2021年，正處于EUV光刻技術誕生，已經流行20年之久的KrF、ArF光刻膠即將面臨技術變革的時期。
東京應化(TOK)是歷史悠久的日本化學材料企業之一，成立于1940年，在1968年、1972年先后開發出半導體用正型膠和負型膠后，一直以成為光刻膠龍頭供應商為目標，走在半導體微加工技術的前列。2019年，東京應化在全球半導體光刻膠市場中獲得多項“第一”，凸顯出行業領導地位。
東京應化在半導體光刻膠領域產品線齊全，g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠、ArF沉浸式、EUV光刻膠、電子光束光刻膠都有產品。
JSR成立于1957年，于1979年進入光刻膠領域。JSR的半導體光刻膠全面覆蓋從g線到EUV。目前，JSR技術上處于領先地位，正在研發和銷售適用于5nm及以下制程的EUV光刻膠，以維持和擴大其在先進光刻材料的市場份額。
信越化學是日本最大的化工企業，成立于1926年，是最早向海外擴張的日本化工企業。1998年，信越化學實現了光刻膠產品的商用化。光刻膠產品涵蓋了i線、KrF、ArF、EUV，在光刻膠方面全球第二。
此次國內多家廠商面臨KrF光刻膠缺貨的處境，原因就是2021年2月份日本福島東部海域7.3級地震，導致信越化學KrF光刻膠的生產線受到大程度破壞而引起的，地主家也沒余糧了。
富士膠片成立于1934年，最早致力于感光材料產品的生產。目前，光刻膠產品已經覆蓋了負膠、i線、KrF、ArF、電子束膠等。2019年，富士膠片已正式啟動EUV光刻膠業務，目標在2024年之前獲得全球10%市場占有率。
羅門哈斯公司位于美國的費城，成立于1909年，羅門哈斯是美國最大的精細化工公司，其丙烯酸系列產品出貨量全球第一。2009年4月1日，陶氏化學公司完成對羅門哈斯公司的收購，同年的06月03日，陶氏化學宣布成立涂料材料業務部，成為一家全球領先的特殊化學品和高新材料企業。
光刻膠只是陶氏的一種產品。客戶是Intel、IBM體系，在美國和新加坡、中國臺灣的占有率高，但在大陸市場占有率不是很高。在低端的6寸市場的份額較大。
目前從國內市場看，國內從事半導體光刻膠研發和生產的企業主要有晶瑞股份、南大光電、上海新陽、北京科華、容大感光、博康等。
國內廠家多以i 線、g線光刻膠生產為主，應用集成電路制程為350nm以上。高端光刻膠產品領域，除北京科華、博康已量產KrF光刻膠（可應用于130nm集成電路制程）外，上海新陽、晶瑞股份、容大感光尚未實現高端光刻膠量產，且涉足ArF光刻膠的企業目前均尚處研發階段。
據SEMI的統計數據顯示，2016-2019年，全球半導體光刻膠的市場規模從15億美元增長至2019年的18億美元，年復合增速達6.3%。2020年，全球半導體光刻膠市場規模約為19億美元。
全球半導體光刻膠供應市場高度集中，核心技術掌握在日、美等國際大公司手中，日本的JSR、東京應化、信越化學及富士膠片四家企業占據了全球 70%以上的市場份額，處于市場壟斷地位。在全球半導體光刻膠市場上，日本企業處于絕對壟斷地位。
國產光刻膠企業無論是技術水平還是市場份額，均遠落后世界先進廠商。目前，我國高端光刻膠的自給率仍然保持較低水平。盡管國內光刻膠市場保持了良好的增長趨勢，但在KrF、ArF領域國內市場份額仍然較小。
高端光刻膠長期為國外企業壟斷的現狀，對我國芯片制造造成“卡脖子”風險。由于光刻膠的保質期較短（通常只有6-9個月），一旦遇到貿易沖突或自然災害，我國集成電路產業勢必面臨全面停產的嚴重不利局面。
1、光刻膠上游原材料依賴進口。日本不僅在光刻膠產品方面高度壟斷，在光引發劑、樹脂等光刻膠重要原材料領域，同樣具備較高的壟斷程度。
2、光刻機是研制高端光刻膠的重要設備，但是光刻機設備售價高昂，超出國內大多廠商所能承受的范圍，同時國外對出口光刻機的限制也進一步加大了研發難度。
3、光刻膠具有純度要求高、工藝復雜等特征，需要具備多種技術和配方，包括光化學、有機合成等技術，以滿足差異化需求，而這些技術的形成需要長期的研發和經驗積累。我國進入光刻膠領域的時間較短，與日本龍頭企業存在較大差距，且大量專利技術掌握在海外龍頭企業手中，存在極高的技術壁壘。
4、光刻膠的驗證周期長，要求嚴苛，得到下游客戶認證需要較長的時間，面板光刻膠的驗證周期通常為1-2年，半導體光刻膠的驗證周期通常為2-3年，并且客戶粘性大，一般下游客戶考慮到產品質量等因素不會輕易更換供應商，導致國內光刻膠進展緩慢。
1、近年來，隨著半導體行業的蓬勃發展，半導體材料需求旺盛，光刻膠市場需求保持了良好的增長態勢。根據工信部及研究機構Cision的報告顯示，十三五期間，國內光刻膠市場實現年均14.5%增長，五年平均復合增長率為12.12%。2020年半導體光刻膠市場規模達到24.8億元。
2、下游產能擴張帶動光刻膠需求增長，ArF光刻膠成為集成電路制造領域需求量最大的產品，隨著未來集成電路產業的進一步發展，ArF光刻膠面臨廣闊的市場機遇。根據富士經濟預測，2023年全球ArF光刻膠產能有望達到1870噸，市場規模近49億元。
3、中國大陸晶圓廠建設將迎來高速增長期，光刻膠作為晶圓生產的關鍵材料，市場需求也將持續增加。根據主要晶圓廠商官網披露的數據統計，未來五年在中國大陸新建至少29座晶圓廠。2020年，中國大陸晶圓廠裝機產能達到每月約400萬片8寸等效晶圓，年復合增長率為12%，增長速度遠遠高于其他地區。
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