咨詢熱線

400-007-6266

010-86223221

光刻膠行業國產替代有望加速,下游需求持續增長

光刻膠是利用光化學反應經曝光、顯影、刻蝕等工藝將所需要的微細圖形從掩模版轉移到待加工基片上的圖形轉移介質。其中曝光是通過紫外光、電子束、準分子激光束、X 射線、離子束等曝光源的照射或輻射,從而使光刻膠的溶解度發生變化。以集成電路光刻工藝為例,主要為利用曝光(light)和顯影在光刻膠層(photoresist)上刻畫幾何圖形結構,然后通過刻蝕工藝將光掩模(reticle)上的圖形通過棱鏡(lens)后轉移到所在襯底(即硅晶圓,wafer)上;基本原理是利用光刻膠感光后因光化學反應而形成耐蝕性的特點,將掩模板上的圖形刻制到被加工表面上。

光刻膠作用原理示意圖

<strong>光刻膠作用原理示意圖</strong>

資料來源:公開資料

根據觀研報告網發布的《中國光刻膠行業發展現狀分析與投資前景研究報告(2023-2030年)》顯示,按照化學反應原理、原材料結構及應用領域的不同,光刻膠可主要分為以下幾種類別:

光刻膠類別

光刻膠類別

分類名稱

分類說明

按化學反應原理分類

正性光刻膠

受光照射后感光部分發生分解反應,可溶于顯影液,未感光部分顯影后仍然留在基底表面。

負性光刻膠

曝光后形成交聯網格結構,在顯影液中不可溶,未感光部分溶解。

按主要應用領域分類

PCB光刻膠

主要分為干膜光刻膠、濕膜光刻膠、光成像阻焊油墨等。

LCD光刻膠

可分為彩色光刻膠、黑色光刻膠、隔離柱光刻膠、TFT配線用光刻膠等。

半導體光刻膠

分為g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠、聚酰亞胺光刻膠、掩模版光刻膠等。

資料來源:公開資料

一、光刻膠行業進入壁壘較高,國產替代有較大空間

光刻膠所在產業鏈覆蓋范圍十分廣泛,從上游基礎化工材料行業、精細化學品行業到中游光刻膠制備,到下游PCB、面板、半導體產業,再到電子等應用終端。光刻膠作為微電子領域微細圖形加工核心上游材料,占據電子材料至高點。

光刻膠產業鏈

資料來源:觀研天下數據中心整理

1、上游核心原材料較為依賴進口

我國半導體光刻膠的上游核心原材料仍被國外廠商壟斷。半導體光刻膠樹脂通常為電子級樹脂,目前我國半導體光刻膠樹脂特別是高端產品,基本依賴進口。如KrF光刻膠所用的聚對羥基苯乙烯類樹脂,國內廠商較少供應生產該類樹脂的單體,同時樹脂本身的合成工藝也具有較大難度;ArF樹脂定制化程度較高,國際市場上僅能買到部分標準款樹脂,無法買到高端的ArF樹脂。另外,由于高端光酸的合成和純化難度較大,國內的光酸廠商在質量穩定性等方面仍與國外存在差距,目前國內主要的光刻膠公司大多還是使用進口的光酸。

2、中游制造存工藝、設備壁壘,下游客戶導入意愿較低&驗證周期長

除上游原材料壁壘外,半導體光刻膠國產化還具有配方、設備、客戶驗證等多重壁壘。

光刻膠壁壘分析

壁壘 主要內容
配方壁壘 配方是光刻膠的核心技術。各廠商的配方難以通過分析市場上的成品來獲得。為實現與已有供應商產品的性能和參數的完全匹配,光刻膠廠商首先需要對成百上千個樹脂、光酸和添加劑進行排列組合,其次還要不斷對各成分的比例進行調整,以實現和現有產品關鍵參數的完全匹配,這需要足夠的研發資源、經驗積累。
配套光刻機 光刻膠需要通過相應的光刻機進行測試和調整,目前國際光刻機龍頭廠商所在地區對我國實施技術封鎖,國產光刻機產品較少,且技術水準與海外龍頭有較大差距,可供光刻膠廠商測試的資源較少。此外光刻機的購置和測試成本高昂,資金投入要求極高。
量產穩定性 光刻膠的穩定性對下游晶圓廠極為重要。從實驗室產品到量產,每批次光刻膠產品間金屬離子含量、分子量分布等都必須實現穩定一致。這其中的難點,一是原材料的穩定供應,尤其是對于KrF、ArF等高端品種,其所需的單體、樹脂種類較多,并且在國際市場中僅能購買到基礎款,因此能否穩定獲取質量合格的光刻膠樹脂具有較大難度。二是在放大量產過程中金屬離子的控制,由于存在環境控制效果不一樣、樹脂后處理產品量不同、配膠時混合速度不一樣且均勻度也不一樣等問題,需要更高水平的提純技術和經驗。
下游客戶認證壁壘 由于光刻膠的品質會直接影響芯片性能、良率等,試錯成本高,客戶驗證需要經過PRS(基礎工藝考核)、STR(小批量試產)、MSTR(中批量試產)、RELEASE(量產)四個階段,驗證周期在兩年以上;此外光刻膠廠商的原材料供應商也必須得到下游晶圓廠的認可,因此下游晶圓廠與光刻膠供應廠商的粘性較強,光刻膠產品替代驗證的時間成本極高。

資料來源:公開資料

3、日美寡頭壟斷市場下國產替代需求緊迫

半導體產業轉移與光刻機產業崛起,造就日本長期以來的光刻膠霸主地位。1960s前,半導體產業最先在歐美等國家成熟發展,同時也促成了半導體制造關鍵材料—光刻膠在這些國家的繁榮;1995年前美國一直保持著半導體光刻膠市場的龍頭地位,特別是IBM在1980s早期就已經突破了KrF光刻膠。但由于當時市場的主流制程并非KrF,IBM的KrF光刻膠產品未能大規模量產。同時1960s起全球的半導體產業發生了由美國向日本的第一次轉移,現今的日本光刻膠龍頭廠商開始逐步入局。光刻膠的進步需要光刻機的配套,1986年美國半導體市場滑坡,其光刻機研發也就此停滯;而日本光刻機廠商在半導體產業發展的支撐下持續追趕,1995年東京應化成功突破了KrF光刻膠。盡管IBM早已研發成功KrF光刻膠,但此時的光刻機主導地位已轉移至日本,東京應化實現了KrF光刻膠的商業化銷售,并標志著日本超越美國成為了光刻膠的龍頭。在之后的第二次、第三次半導體產業鏈轉移中,日本仍保留了光刻膠產業,并一直保持龍頭地位至今。

多家國際光刻膠廠商已實現EUV光刻膠量產。在光刻膠品種的量產進度上,日本東京應化(TOK)、JSR、信越化學等廠商已經實現EUV光刻膠的量產。此外,2019年日本限制對韓國的EUV光刻膠出口后,韓國光刻膠廠商東進世美肯開始研發EUV光刻膠,并在2021年通過了三星電子的可靠性認證;2022年12月三星電子在其一條量產線上使用了東進半導體的EUV光刻膠產品,標志著韓國也實現了EUV光刻膠的國產化量產突破。

部分國際半導體光刻膠廠商量產進度

公司名稱 國家/地區 g線/i線 KrF ArF EUV
東京應化(TOK) 日本 量產 量產 量產 量產
合成橡膠(JSR) 日本 量產 量產 量產 量產
住友化學 日本 量產 量產 量產 量產
信越化學 日本 量產 量產 量產 量產
富士膠片 日本 量產 量產 量產 量產
陶氏杜邦 美國 量產 量產 量產 -
東進世美肯 韓國 量產 量產 量產 量產
錦湖石化 韓國 量產 量產 量產 -
默克 韓國 量產 量產 量產 -
永光化工 中國臺灣 量產 量產 - -

資料來源:公開資料

日美廠商壟斷半導體光刻膠市場。根據富士經濟數據,2020年全球KrF光刻膠市場中,東京應化、信越化學、美國陶氏化學、JSR分別占據了31.4%、21.9%、10.9%、21%的市場份額,CR4達85%;ArF光刻膠市場則基本由日本廠商占據,前四大廠商JSR、信越化學、住友化學、東京應化分別占比25%、21.8%、16.8%、15.8%,CR4達80%。EUV光刻膠市場主要由東京應化占據一半份額,其余市場由信越化學、JSR等占據。

資料來源:富士經濟,東京應化公告

資料來源:富士經濟,東京應化公告

資料來源:富士經濟,東京應化公告

資料來源:富士經濟,東京應化公告

國內半導體光刻膠國產化率極低,供應不穩定性催化半導體光刻膠自主可控需求。目前國內實現產業化的光刻膠生產企業主要集中于PCB及面板領域,半導體領域特別是高端品種仍需進口。根據相關數據,目前從事半導體用光刻膠研發和產業化的企業則多以i線、g線光刻膠生產為主,2021年國內G線、I線光刻膠國產化率已達10%,KrF以上的高端光刻膠品種基本處于研發狀態,國產化率僅為1%。2021年初,日本光刻膠龍頭信越化學工廠遭遇地震產能受限,對國內部分晶圓廠限供/斷供KrF光刻膠,即便其他國外廠商補充了部分產能,但仍存在較大缺口。此外近年來全球地緣政治摩擦加劇,國內半導體產業對于關鍵材料自主可控的需求更加緊迫,國產光刻膠有望加速導入。

國內光刻膠行業國產化及進口替代情況

應用領域

主要品種

國產化率

國內公司

PCB光刻膠

干膜光刻膠

幾乎全進口

-

濕膜及阻焊油墨

50%

容大感光、東方材料、飛凱科技、北京力拓達等

LCD光刻膠

彩色光刻膠

5%

永太科技、雅克科技、晶瑞電材等

黑色光刻膠

5%

上海新陽、江蘇博硯等

TFT-LCD正性光刻膠

大部分進口

蘇州瑞紅、北京科華、容大感光等

半導體光刻膠

g

10%

蘇州瑞紅、北京科華、容大感光等

i

10%

KrF

1%

上海新陽、南大光電、蘇州瑞紅、北京科華等

ArF

1%

EUV

研發階段

北京科華(02專項)

資料來源:公開資料

二、下游產業需求持續增長,市場規模日益擴大

PCB專用電子化學品系PCB生產制作中的必備原材料,PCB的生產制造過程中的前處理、蝕刻、棕化、化學沉銅、圖形電鍍、化學鎳金、化學沉銀、化學沉錫等眾多關鍵工序均需要使用大量相關PCB專用電子化學品。

據統計,2022年全球PCB產值達到817億美元。PCB行業主要受到云計算、物聯網、5G通信、工業4.0等行業的拉動,當前全球PCB市場保持溫和增長。

資料來源:觀研天下數據中心整理

PCB 廣泛應用于通信設備、計算機等領域,2022年上述兩領域消費占比分別為%、%。隨著5G 通信、云計算、大數據、人工智能、電動汽車等新技術、新應用出現,PCB 的需求也在增加。

資料來源:觀研天下數據中心整理

半導體行業的發展對科技和經濟發展存在重要意義。半導體在集成電路、消費電子、通信系統、光伏發電、照明應用、大功率電源轉換等領域有著極為廣泛的應用,如計算機、移動電話、數字錄音機中的核心單元都和半導體有著極為密切的關聯。根據SEMI統計,2022年全球半導體材料市場規模創新高,銷售額增長8.9%,達到727億美元,其中中國大陸繼續保持強勁的增長,在2022年排名第二。2022年,全球前十大晶圓代工企業占據了97.8%的市場份額,其中臺積電持續占據50%以上市場份額。分地區來看,中國臺灣企業營收占比65%,中國大陸企業占比達11%。集微咨詢預測2023年至2024年期間,中國大陸企業營收占比成上升趨勢,2024年預計達到12%。隨著整個半導體產業的持續增長,以及中國大陸不斷新建的代工產能,中國大陸半導體市場規模增速將會持續超越全球增速,有望成為全球最大的半導體材料市場地區。