【半導體產(chǎn)業(yè)鏈專題研究報告：光刻膠行業(yè)深度研究】

　    一、詳解光刻膠：芯片之基，國之砝碼

　　光刻膠的構成：感光樹脂、增感劑、溶劑、助劑的融合

　　光刻膠又稱光致抗蝕劑，是指通過紫外光、電子束、離子束、X射線等照射或輻射，其溶解度發(fā)生變化的耐蝕劑刻薄膜材料。光刻膠目前被廣泛用于光電信息產(chǎn)業(yè)的微細圖形線路加工制作，約占IC制造材料總成本的4% ，是重要的半導體材料。

　　光刻膠由感光樹脂(聚合劑)、增感劑(光引發(fā)劑)、溶劑與助劑構成。光引發(fā)劑是光刻膠的關鍵成分，對光 刻膠的感光度、分辨率起著決定性作用。感光樹脂用于將光刻膠中不同材料聚合在一起，構成光刻膠的骨架， 決定光刻膠的硬度、柔韌性、附著力等基本屬性。溶劑是光刻膠中最大成分，目的是使光刻膠處于液態(tài)，但溶 劑本身對光刻膠的化學性質(zhì)幾乎沒影響。助劑通常是專有化合物，主要用來改變光刻膠特定化學性質(zhì)。

　　光刻膠的分類對比：下游應用、化學反應、化學結構

　　光刻膠經(jīng)過幾十年不斷的發(fā)展和進步，應用領域不斷擴大，衍生出非常多的種類，根據(jù)應用領域， 光刻膠可分為半導體光刻膠、平板顯示光刻膠和PCB光刻膠，其技術壁壘依次降低。相應地，PCB 光刻膠是目前國產(chǎn)替代進度最快的，LCD光刻膠替代進度相對較快，半導體光刻膠目前國產(chǎn)技術較 國外先進技術差距最大。

　　光刻膠的不同化學結構：正性光刻膠與負性光刻膠對比。根據(jù)化學反應機理，光刻膠可分為負性光刻膠和正性光刻膠 兩類。二者在PCB、面板、半導體中都有廣泛應用，但是 ArF光刻膠和EUV光刻膠基本都是正膠。 正性光刻膠是指在光刻工藝中，涂層經(jīng)曝光、顯影后，曝光 部分在顯影液中溶解而未曝光部分保留下來形成圖像的光刻 膠。 負性光刻膠與正性光刻膠相反，其中被溶解的是未曝光部分 ，而曝光部分形成圖像。 由于負性光刻膠顯影時易變形和膨脹，分辨率通常只能達到 2微米，因此正性光刻膠的應用更為普及。

　　光刻膠的不同化學結構：光聚合、光分解、光交聯(lián)光刻膠對比。光聚合型光刻膠通 常是烯丙基單體， 當暴露于光線下時 它會產(chǎn)生自由基， 然后引發(fā)單體的光 聚合反應以生成聚 合物。光聚合型光 刻膠通常被用于負 性光刻膠，例如甲 基丙烯酸甲酯。 光分解型光刻膠是 一種在光下產(chǎn)生親 水產(chǎn)物的光刻膠， 通常被用于正性光 刻膠。例如，疊氮 化物醌、重氮萘醌 (DQ)。光交聯(lián)型光刻膠在 暴露于光下時，可 以將各鏈進行互聯(lián) ，產(chǎn)生一個不溶性 的網(wǎng)絡。光交聯(lián)光 刻膠通常被用于負 性光刻膠。

　　以史為鏡：分析半導體光刻膠的EUV未來

　　“考古”光刻膠：光刻膠的發(fā)展歷史。光刻膠自1959年被發(fā)明以來就成為半導體工業(yè)最核心的工藝材料之一。隨后光刻膠被改進運用到 印制電路板的制造工藝，成為PCB生產(chǎn)的重要材料。二十世紀90年代，光刻膠又被運用到平板顯示 的加工制作，對平板顯示面板的大尺寸化、高精細化、彩色化起到了重要的推動作用。在微電子制造業(yè)精細加工從微米級、亞微米級、深亞微米級進入到納米級水平的過程中，光刻膠起 著舉足輕重的作用，目前全球光刻膠供應市場高度集中，核心技術掌握在日本和美國手中。

　　半導體光刻膠發(fā)展史：技術不斷迭代。半導體光刻膠隨著市場對半導體產(chǎn)品小型化、功能多樣化的要求，而不斷通過縮短曝光波長提高極 限分辨率，從而達到集成電路更高密度的集積。隨著IC集成度的提高，世界集成電路的制程工藝水 平已由微米級進入納米級。 為適應集成電路線寬不斷縮小的要求，光刻膠的波長由紫外寬譜向g線(436nm)i線 (365nm)KrF(248nm)ArF(193nm)F2(157nm)EUV(13.5nm)的方向轉移，并通過分 辨率增強技術不斷提升光刻膠的分辨率水平。 根據(jù)摩爾定律，光源波長與加工線寬呈線性關系，當采用低于248nm的深紫外光，將在單位面積 上實現(xiàn)更高的電子元件集成度，進而大幅提升芯片性能。

　　光刻膠供需分析：3大下游應用驅動力

　　光刻膠的半導體需求。2019年全球半導體市場銷售額4123億美元，同比下降12%，主要由于存儲市場的周期性導致。根 據(jù)2020年6月由WSTS(全球半導體交易統(tǒng)計)發(fā)布的資料，2020年全球半導體銷售額將達到 4260億美元，表現(xiàn)不及預期。這主要歸咎于新冠疫情對全球經(jīng)濟和供應鏈的負面作用。WSTS預測 ，2021年的半導體銷量將反彈至4520億美元。據(jù)SEMI的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2016-2019年，全球半導體光刻膠的市場規(guī)模從15億美元增長至2019 年的18億美元，年復合增速達6.3%，據(jù)此預測，2020年，全球半導體光刻膠市場規(guī)模約為19億 美元。

　　光刻膠的面板需求。全球面板產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)能轉移經(jīng)歷了3個時期。2000年前是由日本和韓國主導的全球TFT-LCD產(chǎn)業(yè)發(fā)展 ，但同時期全球出貨量第一是三星;2000-2010年，日本向中國臺灣技術轉移，以京東方為代表的 企業(yè)通過并購開始快速發(fā)展液晶面板;2010年后，日本多家廠商退出LCD產(chǎn)業(yè)，韓國則將重心轉移 至OLED，中國的LCD面板產(chǎn)能占據(jù)全球第一。 近年來隨著多條G8.5/G8.6以及G10.5代線的先后量產(chǎn)，中國LCD產(chǎn)能保持高位增長，2019年 LCD總產(chǎn)能達到1.1萬億平方米，穩(wěn)居全球第一。伴隨著前幾年LCD面板產(chǎn)能的快速建設，LCD光刻膠用量大幅提升，以RGB光刻膠和BM光刻膠為 例，其用量總計從2013年的17.3萬噸，提升到2019年的28萬噸。從市場規(guī)模上來看，當前全球 LCD光刻膠市場規(guī)模約百億元，未來幾年預計維持穩(wěn)定。

　　光刻膠的PCB需求。PCB的制造品質(zhì)不僅直接影響電子產(chǎn)品的可靠性，而且影響芯片與芯片之間信號傳輸?shù)耐暾裕? 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平可在一定程度上反映一個國家或地區(qū)消費電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度與技術水平。 PCB應用市場廣泛，主要包括通信，計算機，消費電子，汽車電子，工控醫(yī)療，航空航天等。受益 于3C及汽車電子等蓬勃發(fā)展，它們已經(jīng)成為PCB應用的主要領域。 在全球PCB產(chǎn)業(yè)向亞洲轉移的背景下，中國以巨大的內(nèi)需市場和較為低廉的生產(chǎn)成本承接了大量 PCB產(chǎn)能投資。中國已成為全球最大PCB生產(chǎn)國，占全球PCB行業(yè)總產(chǎn)值的比例已由2008年的 31.18%上升至2017年的50.53%。除了擁有全球最大的PCB產(chǎn)能，中國也是PCB產(chǎn)品品類最為齊 全的地區(qū)之一。

　　二、光刻膠的全球格局與行業(yè)龍頭：日系寡頭壟斷

　　光刻膠市場規(guī)模和格局：寡頭壟斷下的穩(wěn)健增長

　　光刻膠屬于高技術壁壘材料，需要與光刻機配合使用，生產(chǎn)復雜，純度要求高，需要長期技 術積累。光刻膠產(chǎn)業(yè)是典型的技術和資本雙密集型產(chǎn)業(yè)，其中，半導體光刻膠的生產(chǎn)難度最 大。光刻膠市場主要由日本和美國壟斷，其中日本占比72%，而大陸企業(yè)市占率不足13%。2019年，全球光刻膠整體市場約82億美元。根據(jù)Reportlinker機構的預測數(shù)據(jù)，2019- 2026年全球光刻膠消費量的復合年增長率為6.3%，至2026年，全球光刻膠市場規(guī)模將突破 120億美元。據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，2019年全球半導體光刻膠的市場規(guī)模為18億美元，2016-2019年復合增速 達6.3%。據(jù)此預測，2020年全球半導體光刻膠市場規(guī)模約19億美元。

　　詳解光刻膠寡頭：JSR、TOK、信越化學、富士材料

　　全球半導體光刻膠領域主要被JSR、TOK、羅門哈斯、信越化學、富士材料等頭部廠商壟斷，尤其是高端 EUV和ArF光刻膠幾乎完全被美國和日本控制。國產(chǎn)光刻膠企業(yè)無論是技術水平還是市場份額均遠落后世 界先進廠商。

　　以日本為鑒：看光刻膠的“天時”、“地利”、“人和”

　　縱觀光刻膠的歷史，美國柯達的KTFR光刻膠是光刻技術的開天辟地之作。直到1980s，IBM依然在KrF光 刻膠技術方面遙遙領先，日本企業(yè)在90年代才實現(xiàn)KrF光刻膠的量產(chǎn)，落后IBM至少十年。但是，如今的 光刻膠企業(yè)主要是日系廠商。這說明，光刻膠技術必須要與光刻機和制程工藝相匹配才能開啟成功之路。 我們認為，日本光刻膠企業(yè)的成功離不開半導體產(chǎn)業(yè)的天時、地利、人和。 在1997年之前，半導體龍頭英特爾的制程主要還集中在微米級。對于這一級別的制程，i線光刻膠足夠勝 任，采用更先進、成本更高的KrF光刻膠完全沒有必要。因此，IBM的KrF光刻膠相較于日本KrF光刻膠生 不逢時。

　　三、國產(chǎn)光刻膠自主之路：詳解國產(chǎn)光刻膠

　　中國光刻膠行業(yè)規(guī)模和市場格局

　　近年來，隨著半導體行業(yè)的蓬勃發(fā)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(tài)勢。根據(jù)工信部 及研究機構Cision的報告顯示，十三五期間，國內(nèi)光刻膠市場實現(xiàn)年均14.5%增長，五年平均復合增長率為12.12% ，2020年全國光刻膠整體的市場規(guī)模達到176億元，其中半導體光刻膠市場規(guī)模達到24.8億元。

　　ArF光刻膠成為集成電路制造領域需求量最大的光刻膠產(chǎn)品，隨著未來集成電路產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，ArF光刻膠面臨 廣闊的市場機遇。根據(jù)美國半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會SIA的統(tǒng)計，2018年高端ArF干式和浸沒式光刻膠占據(jù)了42%的市場份 額，KrF和g 線/i線光刻膠分別占據(jù)22%和24%的市場份額。根據(jù)富士經(jīng)濟預測，未來ArF、KrF光刻膠將有穩(wěn)健的增 長趨勢，2023年全球ArF光刻膠產(chǎn)能有望達到1870噸，市場規(guī)模近49億元。

　　從國內(nèi)市場看，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(chǎn)的關鍵材料，市場需求也將持續(xù)增加 。根據(jù)主要晶圓廠商官網(wǎng)披露的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，未來五年在中國大陸新建至少29座晶圓廠。SEMI預計，到2020年，中 國大陸晶圓廠裝機產(chǎn)能達到每月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(qū)，而 2015年該產(chǎn)能僅為230萬片。具體到ArF光刻膠應用的12英寸晶圓來看，根據(jù)IDC及芯思想研究院(Chipinsights )統(tǒng)計：截至2019年，我國12英寸晶圓制造廠裝機產(chǎn)能約90萬片/月，預計至2024年，我國12英寸晶圓廠在滿產(chǎn) 情況產(chǎn)能將達到273萬片/月，相比2019年增長超過200%。

　　國內(nèi)光刻膠相關產(chǎn)業(yè)政策

　　2014年，國務院出臺《國家集成 電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》，著力推動我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在關鍵材料領域形成突破，開發(fā)光刻膠、大 尺寸硅片等關鍵材料，加強集成電路制造企業(yè)和裝備、材料企業(yè)的協(xié)作，加快產(chǎn) 業(yè)化進程，增強產(chǎn)業(yè)配套能力。

　　2016年9月，工信部頒布石化和化學 工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016- 2020年)，指出要發(fā)展集成電路用電子化學品，重點發(fā)展KrF(248nm)和ArF(193nm) 光刻膠，推進中國電子化學品行業(yè)發(fā)展。

　　2017年4月，科技部《“十三五”先 進制造技術領域科技創(chuàng) 新專項規(guī)劃》，重點任務“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”之“關鍵材料”的發(fā)展規(guī)劃 內(nèi)容：面向45-28-14納米集成電路工藝，重點研發(fā)300毫米硅片、深紫外光刻膠、 拋光材料、超高純電子氣體、濺射靶材等關鍵材料產(chǎn)品，通過大生產(chǎn)線應用考核 認證并實現(xiàn)規(guī)?；N售;研發(fā)相關超高純原材料產(chǎn)品，構建材料應用工藝開發(fā)平臺，支撐關鍵材料產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新生態(tài)體系建設與發(fā)展。

　　2017年12月，發(fā)改委頒布新材料關鍵 技術產(chǎn)業(yè)化實施方案，指出要發(fā)展高端專用化學品，包括KrF(248nm)光刻膠和ArF光刻膠 (193nm)，為大型和超大型集成電路提供設備，且單套裝置規(guī)模達到10噸/年。

　　2020年9月，國家發(fā)展改革委、科技 部、工業(yè)和信息化部、 財政部聯(lián)合印發(fā)《關于 擴大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投 資培育壯大新增長點增 長極的指導意見》，加快新材料產(chǎn)業(yè)強弱項。圍繞保障大飛機、微電子制造、深海采礦等重點領域產(chǎn) 業(yè)鏈供應鏈穩(wěn)定，加快在光刻膠、高純靶材、高溫合金、高性能纖維材料、高強 高導耐熱材料、耐腐蝕材料、大尺寸硅片、電子封裝材料等領域實現(xiàn)突破。

　　2020年11月 ，國家“十四五規(guī)劃” ，發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快壯大新一代信息技術、生物技術、新能源、新材料、 高端裝備、新能源汽車、綠色環(huán)保以及航空航天、海洋裝備等產(chǎn)業(yè)。

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