【半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)題研究報(bào)告：光刻膠行業(yè)深度研究】

　    一、詳解光刻膠：芯片之基，國(guó)之砝碼

　　光刻膠的構(gòu)成：感光樹(shù)脂、增感劑、溶劑、助劑的融合

　　光刻膠又稱(chēng)光致抗蝕劑，是指通過(guò)紫外光、電子束、離子束、X射線(xiàn)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(xì)圖形線(xiàn)路加工制作，約占IC制造材料總成本的4% ，是重要的半導(dǎo)體材料。

　　光刻膠由感光樹(shù)脂(聚合劑)、增感劑(光引發(fā)劑)、溶劑與助劑構(gòu)成。光引發(fā)劑是光刻膠的關(guān)鍵成分，對(duì)光 刻膠的感光度、分辨率起著決定性作用。感光樹(shù)脂用于將光刻膠中不同材料聚合在一起，構(gòu)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(duì)光刻膠的化學(xué)性質(zhì)幾乎沒(méi)影響。助劑通常是專(zhuān)有化合物，主要用來(lái)改變光刻膠特定化學(xué)性質(zhì)。

　　光刻膠的分類(lèi)對(duì)比：下游應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)結(jié)構(gòu)

　　光刻膠經(jīng)過(guò)幾十年不斷的發(fā)展和進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，衍生出非常多的種類(lèi)，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域， 光刻膠可分為半導(dǎo)體光刻膠、平板顯示光刻膠和PCB光刻膠，其技術(shù)壁壘依次降低。相應(yīng)地，PCB 光刻膠是目前國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)度最快的，LCD光刻膠替代進(jìn)度相對(duì)較快，半導(dǎo)體光刻膠目前國(guó)產(chǎn)技術(shù)較 國(guó)外先進(jìn)技術(shù)差距最大。

　　光刻膠的不同化學(xué)結(jié)構(gòu)：正性光刻膠與負(fù)性光刻膠對(duì)比。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，光刻膠可分為負(fù)性光刻膠和正性光刻膠 兩類(lèi)。二者在PCB、面板、半導(dǎo)體中都有廣泛應(yīng)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(lái)形成圖像的光刻 膠。 負(fù)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(fù)性光刻膠顯影時(shí)易變形和膨脹，分辨率通常只能達(dá)到 2微米，因此正性光刻膠的應(yīng)用更為普及。

　　光刻膠的不同化學(xué)結(jié)構(gòu)：光聚合、光分解、光交聯(lián)光刻膠對(duì)比。光聚合型光刻膠通 常是烯丙基單體， 當(dāng)暴露于光線(xiàn)下時(shí) 它會(huì)產(chǎn)生自由基， 然后引發(fā)單體的光 聚合反應(yīng)以生成聚 合物。光聚合型光 刻膠通常被用于負(fù) 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(shí)，可 以將各鏈進(jìn)行互聯(lián) ，產(chǎn)生一個(gè)不溶性 的網(wǎng)絡(luò)。光交聯(lián)光 刻膠通常被用于負(fù) 性光刻膠。

　　以史為鏡：分析半導(dǎo)體光刻膠的EUV未來(lái)

　　“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(lái)就成為半導(dǎo)體工業(yè)最核心的工藝材料之一。隨后光刻膠被改進(jìn)運(yùn)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(jì)90年代，光刻膠又被運(yùn)用到平板顯示 的加工制作，對(duì)平板顯示面板的大尺寸化、高精細(xì)化、彩色化起到了重要的推動(dòng)作用。在微電子制造業(yè)精細(xì)加工從微米級(jí)、亞微米級(jí)、深亞微米級(jí)進(jìn)入到納米級(jí)水平的過(guò)程中，光刻膠起 著舉足輕重的作用，目前全球光刻膠供應(yīng)市場(chǎng)高度集中，核心技術(shù)掌握在日本和美國(guó)手中。

　　半導(dǎo)體光刻膠發(fā)展史：技術(shù)不斷迭代。半導(dǎo)體光刻膠隨著市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品小型化、功能多樣化的要求，而不斷通過(guò)縮短曝光波長(zhǎng)提高極 限分辨率，從而達(dá)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(jí)進(jìn)入納米級(jí)。 為適應(yīng)集成電路線(xiàn)寬不斷縮小的要求，光刻膠的波長(zhǎng)由紫外寬譜向g線(xiàn)(436nm)i線(xiàn) (365nm)KrF(248nm)ArF(193nm)F2(157nm)EUV(13.5nm)的方向轉(zhuǎn)移，并通過(guò)分 辨率增強(qiáng)技術(shù)不斷提升光刻膠的分辨率水平。 根據(jù)摩爾定律，光源波長(zhǎng)與加工線(xiàn)寬呈線(xiàn)性關(guān)系，當(dāng)采用低于248nm的深紫外光，將在單位面積 上實(shí)現(xiàn)更高的電子元件集成度，進(jìn)而大幅提升芯片性能。

　　光刻膠供需分析：3大下游應(yīng)用驅(qū)動(dòng)力

　　光刻膠的半導(dǎo)體需求。2019年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)銷(xiāo)售額4123億美元，同比下降12%，主要由于存儲(chǔ)市場(chǎng)的周期性導(dǎo)致。根 據(jù)2020年6月由WSTS(全球半導(dǎo)體交易統(tǒng)計(jì))發(fā)布的資料，2020年全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售額將達(dá)到 4260億美元，表現(xiàn)不及預(yù)期。這主要?dú)w咎于新冠疫情對(duì)全球經(jīng)濟(jì)和供應(yīng)鏈的負(fù)面作用。WSTS預(yù)測(cè) ，2021年的半導(dǎo)體銷(xiāo)量將反彈至4520億美元。據(jù)SEMI的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2016-2019年，全球半導(dǎo)體光刻膠的市場(chǎng)規(guī)模從15億美元增長(zhǎng)至2019 年的18億美元，年復(fù)合增速達(dá)6.3%，據(jù)此預(yù)測(cè)，2020年，全球半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)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(zhuǎn)移經(jīng)歷了3個(gè)時(shí)期。2000年前是由日本和韓國(guó)主導(dǎo)的全球TFT-LCD產(chǎn)業(yè)發(fā)展 ，但同時(shí)期全球出貨量第一是三星;2000-2010年，日本向中國(guó)臺(tái)灣技術(shù)轉(zhuǎn)移，以京東方為代表的 企業(yè)通過(guò)并購(gòu)開(kāi)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(guó)則將重心轉(zhuǎn)移 至OLED，中國(guó)的LCD面板產(chǎn)能占據(jù)全球第一。 近年來(lái)隨著多條G8.5/G8.6以及G10.5代線(xiàn)的先后量產(chǎn)，中國(guó)LCD產(chǎn)能保持高位增長(zhǎng)，2019年 LCD總產(chǎn)能達(dá)到1.1萬(wàn)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(shè)，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(jì)從2013年的17.3萬(wàn)噸，提升到2019年的28萬(wàn)噸。從市場(chǎng)規(guī)模上來(lái)看，當(dāng)前全球 LCD光刻膠市場(chǎng)規(guī)模約百億元，未來(lái)幾年預(yù)計(jì)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(hào)傳輸?shù)耐暾?，? 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平可在一定程度上反映一個(gè)國(guó)家或地區(qū)消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度與技術(shù)水平。 PCB應(yīng)用市場(chǎng)廣泛，主要包括通信，計(jì)算機(jī)，消費(fèi)電子，汽車(chē)電子，工控醫(yī)療，航空航天等。受益 于3C及汽車(chē)電子等蓬勃發(fā)展，它們已經(jīng)成為PCB應(yīng)用的主要領(lǐng)域。 在全球PCB產(chǎn)業(yè)向亞洲轉(zhuǎn)移的背景下，中國(guó)以巨大的內(nèi)需市場(chǎng)和較為低廉的生產(chǎn)成本承接了大量 PCB產(chǎn)能投資。中國(guó)已成為全球最大PCB生產(chǎn)國(guó)，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(guó)也是PCB產(chǎn)品品類(lèi)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(chǎng)規(guī)模和格局：寡頭壟斷下的穩(wěn)健增長(zhǎng)

　　光刻膠屬于高技術(shù)壁壘材料，需要與光刻機(jī)配合使用，生產(chǎn)復(fù)雜，純度要求高，需要長(zhǎng)期技 術(shù)積累。光刻膠產(chǎn)業(yè)是典型的技術(shù)和資本雙密集型產(chǎn)業(yè)，其中，半導(dǎo)體光刻膠的生產(chǎn)難度最 大。光刻膠市場(chǎng)主要由日本和美國(guó)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(chǎng)約82億美元。根據(jù)Reportlinker機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，2019- 2026年全球光刻膠消費(fèi)量的復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.3%，至2026年，全球光刻膠市場(chǎng)規(guī)模將突破 120億美元。據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，2019年全球半導(dǎo)體光刻膠的市場(chǎng)規(guī)模為18億美元，2016-2019年復(fù)合增速 達(dá)6.3%。據(jù)此預(yù)測(cè)，2020年全球半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)規(guī)模約19億美元。

　　詳解光刻膠寡頭：JSR、TOK、信越化學(xué)、富士材料

　　全球半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域主要被JSR、TOK、羅門(mén)哈斯、信越化學(xué)、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(guó)和日本控制。國(guó)產(chǎn)光刻膠企業(yè)無(wú)論是技術(shù)水平還是市場(chǎng)份額均遠(yuǎn)落后世 界先進(jìn)廠商。

　　以日本為鑒：看光刻膠的“天時(shí)”、“地利”、“人和”

　　縱觀光刻膠的歷史，美國(guó)柯達(dá)的KTFR光刻膠是光刻技術(shù)的開(kāi)天辟地之作。直到1980s，IBM依然在KrF光 刻膠技術(shù)方面遙遙領(lǐng)先，日本企業(yè)在90年代才實(shí)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(shuō)明，光刻膠技術(shù)必須要與光刻機(jī)和制程工藝相匹配才能開(kāi)啟成功之路。 我們認(rèn)為，日本光刻膠企業(yè)的成功離不開(kāi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的天時(shí)、地利、人和。 在1997年之前，半導(dǎo)體龍頭英特爾的制程主要還集中在微米級(jí)。對(duì)于這一級(jí)別的制程，i線(xiàn)光刻膠足夠勝 任，采用更先進(jìn)、成本更高的KrF光刻膠完全沒(méi)有必要。因此，IBM的KrF光刻膠相較于日本KrF光刻膠生 不逢時(shí)。

　　三、國(guó)產(chǎn)光刻膠自主之路：詳解國(guó)產(chǎn)光刻膠

　　中國(guó)光刻膠行業(yè)規(guī)模和市場(chǎng)格局

　　近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的蓬勃發(fā)展，半導(dǎo)體材料需求旺盛，光刻膠市場(chǎng)需求保持了良好的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)工信部 及研究機(jī)構(gòu)Cision的報(bào)告顯示，十三五期間，國(guó)內(nèi)光刻膠市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)年均14.5%增長(zhǎng)，五年平均復(fù)合增長(zhǎng)率為12.12% ，2020年全國(guó)光刻膠整體的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到176億元，其中半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到24.8億元。

　　ArF光刻膠成為集成電路制造領(lǐng)域需求量最大的光刻膠產(chǎn)品，隨著未來(lái)集成電路產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，ArF光刻膠面臨 廣闊的市場(chǎng)機(jī)遇。根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)SIA的統(tǒng)計(jì)，2018年高端ArF干式和浸沒(méi)式光刻膠占據(jù)了42%的市場(chǎng)份 額，KrF和g 線(xiàn)/i線(xiàn)光刻膠分別占據(jù)22%和24%的市場(chǎng)份額。根據(jù)富士經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)，未來(lái)ArF、KrF光刻膠將有穩(wěn)健的增 長(zhǎng)趨勢(shì)，2023年全球ArF光刻膠產(chǎn)能有望達(dá)到1870噸，市場(chǎng)規(guī)模近49億元。

　　從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)看，中國(guó)大陸晶圓廠建設(shè)將迎來(lái)高速增長(zhǎng)期，光刻膠作為晶圓生產(chǎn)的關(guān)鍵材料，市場(chǎng)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(jì)，未來(lái)五年在中國(guó)大陸新建至少29座晶圓廠。SEMI預(yù)計(jì)，到2020年，中 國(guó)大陸晶圓廠裝機(jī)產(chǎn)能達(dá)到每月400萬(wàn)片8寸等效晶圓，年復(fù)合增長(zhǎng)率為12%，增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，而 2015年該產(chǎn)能僅為230萬(wàn)片。具體到ArF光刻膠應(yīng)用的12英寸晶圓來(lái)看，根據(jù)IDC及芯思想研究院(Chipinsights )統(tǒng)計(jì)：截至2019年，我國(guó)12英寸晶圓制造廠裝機(jī)產(chǎn)能約90萬(wàn)片/月，預(yù)計(jì)至2024年，我國(guó)12英寸晶圓廠在滿(mǎn)產(chǎn) 情況產(chǎn)能將達(dá)到273萬(wàn)片/月，相比2019年增長(zhǎng)超過(guò)200%。

　　國(guó)內(nèi)光刻膠相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策

　　2014年，國(guó)務(wù)院出臺(tái)《國(guó)家集成 電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，著力推動(dòng)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在關(guān)鍵材料領(lǐng)域形成突破，開(kāi)發(fā)光刻膠、大 尺寸硅片等關(guān)鍵材料，加強(qiáng)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(jìn)程，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)配套能力。

　　2016年9月，工信部頒布石化和化學(xué) 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(xué)品，重點(diǎn)發(fā)展KrF(248nm)和ArF(193nm) 光刻膠，推進(jìn)中國(guó)電子化學(xué)品行業(yè)發(fā)展。

　　2017年4月，科技部《“十三五”先 進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng) 新專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》，重點(diǎn)任務(wù)“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”之“關(guān)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(diǎn)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(guān)鍵材料產(chǎn)品，通過(guò)大生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)用考核 認(rèn)證并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；N(xiāo)售;研發(fā)相關(guān)超高純?cè)牧袭a(chǎn)品，構(gòu)建材料應(yīng)用工藝開(kāi)發(fā)平臺(tái)，支撐關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)體系建設(shè)與發(fā)展。

　　2017年12月，發(fā)改委頒布新材料關(guān)鍵 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化實(shí)施方案，指出要發(fā)展高端專(zhuān)用化學(xué)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(shè)備，且單套裝置規(guī)模達(dá)到10噸/年。

　　2020年9月，國(guó)家發(fā)展改革委、科技 部、工業(yè)和信息化部、 財(cái)政部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于 擴(kuò)大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)投 資培育壯大新增長(zhǎng)點(diǎn)增 長(zhǎng)極的指導(dǎo)意見(jiàn)》，加快新材料產(chǎn)業(yè)強(qiáng)弱項(xiàng)。圍繞保障大飛機(jī)、微電子制造、深海采礦等重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn) 業(yè)鏈供應(yīng)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(qiáng) 高導(dǎo)耐熱材料、耐腐蝕材料、大尺寸硅片、電子封裝材料等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

　　2020年11月 ，國(guó)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(shù)、生物技術(shù)、新能源、新材料、 高端裝備、新能源汽車(chē)、綠色環(huán)保以及航空航天、海洋裝備等產(chǎn)業(yè)。

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