光刻胶核心半导体材料步入国产替代机遇期.docx

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1、1、光刻胶作为半导体制造的核心材料，国产替代势在必行。随着我国集成电路产业发展，对应光刻胶需求规模正在稳步扩大。根据SEMI数据，2015-2020年中国光刻胶市场规模由100亿元增长至176亿元,年均复合增速12.0%。而国内光刻胶市场仍被日系企业，如JSR、东京应化、信越化学所垄断。尤其在高端光刻胶领域，国产化率仅为1%,光刻胶生产制造面临“卡脖子难题”。而目前国内晶圆厂扩产持续推进，下游需求十分旺盛，亦将进一步拉动需求，因此光刻胶国产化需求迫在眉睫。2、过去，受制于原料、配方、设备、认证四大壁垒压制，国内光刻胶厂商只能在夹缝中生存，产品基本集中在较低端的PCB光刻胶。而当前，国产光刻胶正

2、处于替代窗口期，行业壁垒有逐步被打开的趋势。首先，国内光刻胶厂商经过多年积累，已储备了更丰富的光刻胶生产技术，头部厂商诸如北京科华、晶瑞电材等已经在KrF、ArF等高端品类中崭露头角，因此配方壁垒和原材料壁垒，在国内技术储备接近突破奇点的位置上，有望被一定程度上打破。同时，资本市场对光刻胶的投资升温也大幅拉动了光刻胶企业的融资能力。设备壁垒的本质是资金壁垒，在资金充足的情况下，国内厂商正积极购置先进光刻机等高端设备，以匹配先进制程产品研发。此外，国产化需求增强了下游晶圆厂对国内光刻胶供应商的认证意愿,再加之信越化学断供等意外事件，国内光刻胶已经进入客户认证加速期。1、光刻胶：半导体产业自主化的

3、关键一环光刻工艺是半导体等精密电子器件制造的核心流程，主要工艺流程包括前处理、涂胶、软烘烤、对准曝光、PEB、显影、硬烘烤和检验。光刻工艺通过上述流程将具有细微几何图形结构的光刻胶留在衬底上，再通过刻蚀等工艺将该结构转移到衬底上。光刻胶作为影响光刻效果核心要素之一是电子产业的尖键材料。光刻胶由溶剂、光引发剂和成膜树脂三种主要成分组成，是一种具有光化学敏感性的混合液体。其利用光化学反应，经曝光、显影等光刻工艺，将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上，是用于微细加工技术的关键性电子化学品。因其在半导体等电广器件制造过程中的关键作用，光刻胶成为我国重点发展的电子产业关键材料之一。图1:光刻工艺

4、流程图2 :光刻胶成分含量占比作用光刻胶成分（单体.助剂）50%-90%1%-6%10%-40%1%溶液是容量最大的成分.由于光引发剂和添力呻J都是固态物质，为了方便均匀的涂抹在器件表面，要将它们加入溶剂进行溶解，形成液态物质，目使之具有良好的流动性光引发剂是核心部分，在特定波长光形式的幅能下会产生光化学反应，改变成膜树脂在显影液中的溶解度的脂是一种惰性的聚合物基质，是用来将其它梯斗聚合在一起的粘合剂，决定曝光后光刻胶的基本性能单体对光引发剂的光化学反应有谒节作用；助剂是根据不同用途添加的蝌、分散剂等，用于调节潮眼整体性能根据显影效果不同，光刻胶可分正性光刻胶和负性光刻胶。正性光刻胶的曝光部分

5、溶于显影剂，显影时形成的图形与掩膜版上的图形相同。负性光刻胶的曝光部分不溶解于显影剂，显影时形成的图形与掩膜版相反。两者的生产工艺流程基本一致。正性胶已成为主流半导体光刻胶。负性光刻胶最早应用在半导体光刻工艺中，但由于显影时易变形和膨胀，1970s以后正性光刻胶成为主流。目前，在半导体光刻胶领域，g线、i线、ArF线均以正胶为主。图3 :正性光刻胶和负性光刻胶曝光显影负性光刻胶正性光刻胶图4:正性光刻胶和负性光刻胶对比硅附着力成本 覆盖性 耐湿性显影时溶解度正性光刻胶良好更高 更好 良好暴露区域可溶负性光刻胶优秀更低 较低 优秀暴露区域不可溶资料来源：整理根据应用领域的不同，光刻胶可分为PCB

6、光刻胶LCD光刻胶和半导体光刻胶。其中，PCB光刻胶的技术壁垒最低，半导体光刻胶的技术门槛最高。PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶、光成像阻焊油墨。LCD领域光刻胶主要包括彩色光刻胶和黑色光刻胶、触摸屏光刻胶、TFT-LCD光刻胶。半导体光刻胶包括普通宽普光刻胶、g线(436nm)、i线(365nm)、KrF (248nm)、ArF (193nm)及最先进的EUV(v13.5nm)光刻胶，级越往上其极限分辨率越高，同一面积的硅晶圆布线密度越大，性能越好。图5：按应用领域分类按应用领域分类核心技术被美国和日本垄断资料来源：晶瑞电材招股说明书，前瞻产业研究院,光刻胶处于电子产业链核心环节,

7、是半导体国产化的关键一环。光刻胶在电子产业链举足轻重，其上游是精细化工行业，下游是半导体、印制电路板、液晶显示器等电子元器件制造行业。其中，半导体是光刻胶技术门槛最高的下游领域。在半导体精细加工从微米级、亚微米级、深亚微米级进入到纳米级水平的过程中，光刻胶起着举足轻重的作用，其生产制造也因此成为半导体产业链自主化的关键一环。图6:光刻胶在产业链的位置I上海I中游印再电路板Q基础化工原料感光树脂光引发剂酬单体胶IC芯片2、光刻胶市场稳定成长，半导体类亟待国产化光刻胶市场稳定成长，中国大陆领跑全球。根据Cision数据，2019年，全球整体光刻胶市场规模为91亿美元，而到2022年则有望达到105

8、亿美元，年均复合增速5%。其中，作为全球最大电子产品进出口国，中国占据了光刻胶最大的市场份额。同时.，伴随中国在半导体、面板和PCB等电子元器件的市场影响力逐年提升，国内光刻胶市场规模快速扩大，根据SEMI数据，2015-2020年中国光刻胶市场规模由100亿元增长至176亿元，年均复合增速12.0%。图7 :全球光刻胶市场规模（亿美元）资料来源：Cision,前瞻产业研究院,图8 :国内光刻胶市场规模（亿元）资料来源：产业信息网,资料来源：产业信息网,国内缺乏半导体光刻胶供应能力，国产替代空间广阔。分品类来看，在全球光刻胶市场，半导体、LCD、PCB类光刻胶各自占有27%、24%和24%的份

9、额。其中半导体光刻胶占比最高，也是技术难度最高、成长性最好的细分市场。不过，目前我国半导体光刻胶和面板光刻胶制造能力仍较弱，中国光刻胶企也主要生产技术水平较低的PCB用光刻胶，占整体生产结构中的94%。我国本土的半导体光刻胶及面板光刻胶供应能力十分有限，主要依赖进口，因此其国产替代空间广阔。图9:全球光刻胶分类占比图10 :中国本土光刻胶企业生产结构资料来源：前瞻产业研究院,3、始于欧美盛于日本，中国大陆能否接棒？光刻胶产业最早由欧美主导，日本厂商后来居上。1839年，第一套“光刻系统”重倍酸盐明胶诞生。此后经过百年发展，光刻胶技术开始成熟，1950s,德国Kalle公司制成重氮禁醍酚醛树脂印

10、刷材料,曝光光源可采用g线、i线。1980s, IBM使用自研的KrF光刻胶突破了KrF光刻技术。随后，东京应化于1995年研发出KrF正性光刻胶并实现大规模商业化，因此迅速占据市场，这标志着光刻胶正式进入日本厂商的霸主时代。此后光刻技术仍在持续进步, ArF、EUV光刻胶先后问世。2000年，JSR的ArF光刻胶成为半导体工艺开发联盟认证的下一代半导体0.13pm工艺的抗蚀剂。2001,东京应化也推出了臼己的ArF光刻胶产品。2002年，东芝开发出分辨率22nm的低分子EUV光刻胶。JSR在2011年与SEMATECH联合开发出用于15nm工艺的化学放大型EUV光刻胶。图11 :光刻胶工艺流

11、程光刻胶雏形形成第一套光刻系统g/1 line）1被！胶1980s IBM突破KrF光刻技术前期由欧美厂商领导KTFR光刻胶KrF糊IJ胶ArF光刻胶EUV光gij胶东京应化ArF光SIJ胶TARF-P系列JSR开发出15nmEUV光刻胶JSR株式会社ArF光刻胶目前日本企业在光刻胶领域仍保持垄断地位。光刻胶的核心技术被日本和欧美企也所掌握，并且由于光刻胶的特殊性质，市场潜在进入者很难对成品进行逆向分析，因此光刻胶产业呈现日本企业寡头垄断格局。世界主要光刻胶企业有日本JSR、东京应化、信越化学，美国陶氏化学、韩国东进世美等。中国光刻胶产业规模仍较小，但已有众多厂商积极布局，主耍包括晶瑞电材、北

12、京科华、华懋科技、上海新阳等。图12：光刻胶市场主要参与者日本a1ShiriEtsuFUJiFILMwTf 木明、irenooanKf,陶氏化学东迸世美肯JSR株式会社东京应化(TOK)信越化学富士电子住友化学中国大陆 3pngruiEmpu=?ROnGDA（HMT）晶瑞电材北京科华北旭电子容大感光华懋科技南大光电上海新阳：1995东京应化KrF光刻胶放量4、四大核心壁垒即是判断标准光刻胶产业链共有四大壁垒，从上游至终端分别是原材料壁垒、配方壁垒、设备壁垒和认证壁垒。其中，原材料壁垒和配方壁垒对光刻胶厂商从原料合成以及差异化研发能力提出较高要求。设备壁垒主要是研发中配套使用的，以光刻机为和核心

13、的半导体设备，由于先进半导体设备往往价格不菲，因此这也构成光刻胶开发的壁垒之一。此外，光刻胶虽是半导体制造的核心材料，但其成本占整体制造流程中的比例并不高，因此下游厂商更换意愿低，再加之光刻胶本身长达数年的认证周期，这就构成了下游认证壁垒。图13:半导体光刻胶技术壁垒上游基础化工原材料r原材料攀金溶剂其余添加剂过去，受限于多项壁垒压制，国内光刻胶厂商只能在夹缝中生存，产品基本集中在较低端的PCB光刻胶。而当前:国产光刻胶正处于替代窗口期，行业壁垒有逐步被打开的趋势。首先，国内光刻胶厂商经过多年积累，已储备了更丰富的光刻胶生产技术，头部厂商诸如北京科华、晶瑞电材等已经在KrF、ArF等高端品类中

14、崭露头角，因此配方壁垒和原材料壁垒，在国内技术储备接近突破奇点的位置上，有望被一定程度上打破。同时，资本市场对光刻胶的投资升温也大幅拉动了光刻胶企业的融资能力。设备壁垒的木质是资金壁垒，在资金充足的情况下，国内厂商正积极购置先进光刻机等高端设备，以匹配先进制程产品研发。止匕外，国产化需求增强了卜游晶圆厂对国内光刻胶供应商的认证意愿，再加之信越化学断供等意外事件，国内光刻胶已经进入客户认证加速期。图14 :半导体光刻胶行业壁垒光刻胶技术配方壁垒设备壁垒资料来源：TrendBank二、从半导体到PCB,国产光刻胶持续突破从市场占比来看，半导体、PCB与LCD三类光刻胶市场份额接近。其中，半导体作为成长动力最强、发展空间最广.、技术含量最高的下游市场，应当是国产光刻胶突破最核心的方向。同时，PCB和LCD光刻胶国产化也仍有不小空间，因此，本章将就光刻胶三大下游应用品类进行分类论述，以梳理不同类别光刻胶的投资逻辑。1、半导体光刻胶：KrF、ArF为核心方向光刻和刻蚀决定了芯片的最小特征尺寸，是大规模集成电路制造的过程中最重要的工艺。光刻和刻蚀工艺占芯片制造时间的40%-50%,占制造成本的30%。在图形转移过程中，一般要对硅片进行十多次光刻。光刻胶需经过硅片清洗、预烘、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影、刻蚀等环节，将掩膜版上的图形转移到衬底上，形成与掩膜版对应的几何图形。图15