半导体光刻胶行业深度研究:光刻胶国产替代正当时
(报告出品方/作者:国海证券,李永磊,董伯骏,汤永俊)
核心观点:
光刻是光电信息产业核心环节,光刻胶技术壁垒高。光刻是利用光学、化学、物理方法,将设计好的电路图转移到晶圆等表面,是光电信息产业链中核心环节。光刻胶是对光敏感的混合液体,主要 是由树脂、光引发剂、溶剂、单体等组成,是光刻工艺中最核心耗材,其性能决定着光刻质量。目前,光刻胶生产在工艺技术、测试设备和下游 认证均存较高壁垒。
一.光刻胶:半导体产业核心材料
1.1、光刻是光电信息产业链中核心环节
光刻技术是指利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法,将图形传递到介质层上,形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术,是光电信 息产业链中的核心环节之一。以芯片制造为例,在晶圆清洗、热氧化后,需通过光刻和刻蚀工艺,将设计好的电路图案转移到晶圆表面上,实现电路布图,之后再进行离子 注入、退火、扩散、气相沉积、化学机械研磨等流程,最终在晶圆上实现特定的集成电路结构。
1.2、按反应机理可分为正性和负性光刻胶
根据化学反应机理不同,光刻胶可分正性光刻胶和负性光刻胶。正性光刻胶受光照射后,感光部分发生分解反应,可溶于显影液,未感光部分显影后仍留在基底表面,形成的图形与掩膜版相同。负性光刻胶正好相反,曝光后的部分形成交联网格结构,在显影液中不可溶,未感光部分溶解,形成的图形与掩膜版相反。
1.3、光刻胶制造环节处于产业链中游
光刻胶领域里,光刻胶的制造环节处于中游,上游主要依托基础化工原料,生产树脂、光引发剂、溶剂、单体等电子化学品;中游包括PCB 光刻胶、面板光刻胶和半导体光刻胶的制备;下游为印刷电路板、显示面板和电子芯片,广泛应用于消费电子、航空航天、军工等领域。
1.4、光刻胶行业具有高工艺技术壁垒
光刻胶生产工艺复杂,技术壁垒高,其研发和量产需要企业的长期技术积累,对企业研发人员的素质、行业经验、技术储备等都具有极高要求, 新进入者需要极大的研发投入。其中,光刻胶的研发是不断进行配方调试的过程,配方研发是通过几百个、几千个树脂、光酸和添加剂的排列组合尝试出来,且难以通过现 有产品反向解构出其配方,这对技术及经验积累有非常高的要求。原材料比重的微调会直接影响到光刻胶的各个性能指标,比如溶剂的多少 会影响粘度;光引发剂的多少会影响光刻胶的灵敏度。同时,光刻胶的国产化替代实际是对标的过程,即产品所以的性能参数都必须和国外 供应商的产品完全匹配,某个关键参数的不匹配都可能会使开发必须从头推导重来。
二.光刻胶市场前景广阔
2.1、PCB光刻胶市场需求稳定增长
分领域看,光刻胶是PCB产业重要的上游材料,在PCB制造成本中,光刻胶和油墨的占比约为3-5%。近年PCB光刻胶市场需求增长稳定, 国内PCB光刻胶市场规模从2015年的70亿元,增长至2020年的85亿元,年均复合增速达4.0%。
2.2、面板光刻胶市场规模持续增长
面板显示中,彩色滤光片是液晶显示器实现彩色显示的关键器件,占面板成本的14-16%,而彩色光刻胶和黑色光刻胶是制备彩色滤光片的 核心材料,占彩色滤光片成本的27%左右。2020年,全球面板光刻胶市场规模达23.7亿美元,同比增长3.95%。国内面板光刻胶市场规模近年增长较快,从2015年的3.07亿美元增长 至2020年的10.2亿美元,年均复合增速高达27.14%。
2.3、国内外半导体光刻胶市场稳中有升
光刻胶作为关键半导体材料之一,近年市场规模稳定增长。全球半导体光刻胶市场规模从2016年的15.0亿美元增长至2021年的24.7亿美元, 年均复合增速达10.5%;国内半导体光刻胶市场规模从2015年的17.8亿元增长至2020年的27.4亿元,年均复合增速达9.0%。
2.4、信越断供,有望推动国产替代进程
2019年7月1日,日本政府突然宣布对韩国出口的“光刻胶”、“高纯度氟化氢”、“氟聚酰亚胺”三种半导体原材料实施限制,这三种材 料韩国对日本的依赖度分别为91.9%、44%和93.7%。日本的精准打击,引发了韩国半导体产业链震荡。2021年2月,日本福岛东部海域发生7.3级地震,导致信越化学在当地的产线遭受破坏,在之后3-6个月内未恢复供给,因此信越化学向中国 大陆多家晶圆厂限制供应KrF光刻胶,并向小规模晶圆厂通知停止供应,之后,KrF光刻胶供需也一致处于进展状态。2022年3月,日本福岛 外海再次发生规模7.3级地震,信越化学工厂再次受到影响。
三.国产替代进行时
3.1、全球光刻胶供给高度集中
光刻胶生产工艺复杂,技术壁垒高,属于技术密集型和资本密集型行业,目前核心技术主要掌握在日、美等国际大公司手中,因此全球供应 市场高度集中。日本JSR等五家龙头企业占据全球光刻胶市场87%的份额,呈寡头垄断格局,其中JSR占据全球光刻胶市场28%的份额,东 京应化占比21%,杜邦占比15%,信越化学占比13%,富士电子材料占比10%。
3.2、国内光刻胶生产主要以中低端产品为主
我国光刻胶行业发展起步较晚,生产能力主要集中在PCB光刻胶、TN/STN-LCD光刻胶等中低端产品,其中PCB光刻胶占比达94%,而 TFT-LCD、半导体光刻胶等高端产品仍需大量进口。先进制程半导体光刻胶方面,目前适用于6英寸硅片的g线、i线光刻胶国内自给率约为10%,适用于8英寸硅片的KrF光刻胶国内自给率不足 5%,适用于12寸硅片的ArF光刻胶国内基本依靠进口,而EUV光刻胶还仍处研发阶段。
3.3、光刻胶组分随光刻技术发展而变化
生产光刻胶的原料主要包括光刻胶树脂、光引发剂、溶剂、单体及其他助剂等,其中树脂和光引发剂是最关键的组分。随着光刻技术的发展, 对应于各曝光波长的光刻胶组分,也随着光刻技术的发展而变化。长期以来,光刻胶专用电子化学品主要被日本、欧美的专业公司所垄断。
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