光刻胶行业深度研究半导体材料皇冠上的明珠

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（报告出品方/作者：天风证券，潘暕、张健）1.光刻胶：泛半导体产业核心材料，高价值量高壁垒1.1.光刻胶：泛半导体产业核心材料，半导体材料皇冠上的明珠光刻胶又名“光致抗蚀剂”，光刻胶具有光化学敏感性，通过利用光化学反应，并经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。光刻胶被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作，是微细加工技术的关键材料，可应用于PCB、LCD与集成电路等下游领域。光刻胶主要是由光引发剂（包括光增感剂、光致产酸剂）、光刻胶树脂、单体（活性稀释剂）、溶剂和其他助剂组成的对光敏感的混合液体。树脂和光引发剂是光刻胶最核心的部分，树脂对整个光刻胶起到支撑作用，使光刻胶具有耐刻蚀性能；光引发剂是光刻胶材料中的光敏成分，能发生光化学反应。光刻胶广泛应用于IC、面板显示和PCB等下游泛半导体领域。光刻胶自年被发明以来，就成为半导体工业最核心的工艺材料；随后光刻胶被改进运用到印制电路板的制造工艺，成为PCB生产的重要材料；二十世纪九十年代，光刻胶又被运用到LCD器件的加工制作，对LCD面板的大尺寸化、高精细化、彩色化起到了重要的推动作用。光刻胶经过几十年不断的发展和进步，应用领域不断扩大，衍生出非常多的种类。在IC（集成电路）行业：光刻工艺是将掩膜版的电路结构复制到硅片上的过程，，而光刻胶是光刻工艺中的重要材料。光刻工艺的成本约为整个芯片制造工艺的35%，并且耗费时间约占整个芯片工艺的40%-60%。可以将光刻工艺和照相技术做一个类比，照相是将镜头里的画面“印”到底片上，光刻工艺是将电路图和电子元件“刻”在“底片”上。在LCD面板行业：应用于显示面板行业的光刻胶可以按用途再细分为TFT用光刻胶、触摸屏用光刻胶和滤光片用光刻胶。（1）TFT用光刻胶：用于在玻璃基板上制造场效应管（FET）。每一个TFT都用来驱动一个子像素下的液晶，因此需要很高的精度。（2）触摸屏用光刻胶：用于在玻璃基板上趁机ITO，从而制作图形化的触摸电极。（3）滤光片用光刻胶：用于制作彩色滤光片，又分为彩色光刻胶和黑色光刻胶。在PCB（印制电路板）行业：PCB制造目前90%以上使用光刻胶光刻制造，所用材料为抗蚀油墨。早期电路板用丝网印刷方式将抗蚀油墨转移到覆铜板上，形成电路图案，再用腐蚀液腐蚀出电路板。但是由于光刻技术具有精度高、速度快、相对成本较低的优势，已经基本取代了丝网印刷方式制造电路板。1.2.光刻工艺光刻胶——半导体摩尔定律发展核心驱动力上世纪60年代，英特尔公司的创始人戈登·摩尔通过对—年芯片上晶体管的集成数据的观察，提出了著名的“摩尔定律”——每隔18~24个月，芯片上集成的晶体管数目就会增加一倍，也就是说处理器的功能和处理速度会翻一番，而成本却会降低一半。电子元件在芯片上集成度的迅速提高是集成电路性能提高、价格降低的重要原因。迄今为止，规模集成电路均采用光刻技术进行加工，光刻的线宽极限和精度直接决定了集成路的集成度、可靠性和成本。根据摩尔定律，由于光源波长与加工线宽呈线性关系，这意味着光源采用更短的波长将得到更小的图案、在单位面积上实现更高的电子元件集成度，从而使得芯片性能可能呈指数增长，而成本却同步大幅下降。图形的缩微需要曝光波长的缩短来实现技术节点的演变，于是就有了光刻技术的演变迭代，支撑着整个数字时代的进步。随着光刻的曝光光源向深紫外光发展、加工线宽逼近10nm、甚至达到7nm以下，但同时光源的发生系统和聚焦系统也面临更大的挑战，制造相同照度的曝光光源所需的能耗和加工成本也呈指数增长。半导体产业要继续摩尔定律，就需要光刻胶等材料的革新和光刻技术的颠覆性转变。光刻胶可按照曝光波长分为紫外光刻胶（~nm）、深紫外光刻胶（~nm）、极紫外光刻胶（EUV，13.5nm）、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。通常来说，波长越短，加工分辨率越佳，X射线曝光可达到50nm左右的精度，深紫外光源的曝光精度在nm左右，而由于电子的波长较小，电子束光刻的加工精度可以达到10nm以内。不同曝光波长的光刻技术的进阶意味重大的技术演变，需要光刻机与光刻胶的协同优化来保证每个技术节点的按时推出。自上世纪50年代开始，光刻技术经历了紫外全谱（-nm）、G线（nm）、I线（nm）、深紫外（nm和nm）、极紫外（13.5nm）和电子束光刻等六个阶段，除了对应于各曝光波长的光刻机不断取得进阶外，光刻胶及其组成部分也随着光刻技术的发展而变化。以ArF光刻胶为例，本世纪初，90nm节点逻辑器件开始采用ArFnm光刻胶，一直沿用至65/55nm节点；从45nm节点开始采用浸没式ArFnm光刻胶，对应nm浸液式光刻技术的极限分辨率是10nm（晶体管密度相当于台积电的7nm）。而EUV作为突破摩尔定律瓶颈的关键因素之一，已经成为制造7nm、5nm和3nm逻辑集成电路的关键武器，相应地，EUV光刻胶也需在这些工艺节点上与光刻技术配套使用。1.3.光刻胶产业链：树脂单体等原料、光刻胶成品——高价值高壁垒1.3.1.全球光刻胶产业链：日本独占鳌头光刻胶产业链可以分为上游原材料，中游制造和下游应用三个环节。上游包括感光树脂、单体、光引发剂及添加助剂等原材料，中游包括PCB光刻胶、面板光刻胶和半导体光刻胶的制备，下游是各种光刻胶的应用。在上游原材料环节，行业代表企业有陶氏杜邦、富士胶片、巴斯夫和强力新材等公司，全球主要生产企业分布于日本、美国、中国、韩国、英国以及荷兰，其中所属地在日本的企业占比为49%。我国企业数量占比有29%，但各个企业在光刻胶专用化学品上的产量和规模较小，品种规格较为单一，分布极不均衡。在技术含量相对较低的PCB光刻胶上游原材料，各国企业分布较为均衡，而在面板显示和半导体光刻胶上游，被日韩美等厂商垄断，国内企业受限于关键技术积累少、产能规模小、资金投入有限等因素，市场份额很低。在中游光刻胶制造环节，全球光刻胶供应市场高度集中，核心技术掌握在日、美等国际大公司手中，日本的JSR、东京应化、信越化学及富士胶片四家企业占据了全球70%以上的市场份额，处于市场垄断地位。在全球半导体光刻胶市场上，日本企业处于绝对垄断地位。1.3.2.中国光刻胶产业链：上游布局不全，中游正在崛起国内光刻胶行业产业链自上而下可以分为上游原材料，中游光刻胶制造商以及下游终端应用厂商。上游：原材料市场长期被日韩厂商垄断，国内从事光刻胶原材料研发及生产的供应商较少，光刻胶制造商对于光刻胶原材料主要依赖于进口，在原材料环节的议价能力弱。光刻胶设备供应商方面，主要依赖美国、日本、荷兰等国，国内在上游设备市场竞争力较弱，不如国外设备厂商议价能力强。中游：国内光刻胶行业中游制造商主要负责光刻胶的研发、制造与销售，北京科华微电子和苏州瑞红是国内光刻胶制造龙头企业，与国外知名厂商依然存在较大差距，特别是在高端半导体用光刻胶领域。下游：国内光刻胶行业下游主要包括半导体、平板显示和PCB三大领域及其终端应用。随着5G应用落地、新能源汽车行业快速发展、消费电子等行业高景气，以及半导体产业与平板显示行业逐步东移，国内光刻胶行业下游需求有望持续强势。1.4.光刻胶及配套化学品占半导体材料产值12%光刻胶及其配套化学品作为重要的半导体材料，在芯片制造材料成本中的占比高达12%，是继晶圆、电子气体之后第三大IC制造材料。近年来，中国半导体材料市场与全球市场形成鲜明对比，全球半导体材料将逐步向中国大陆市场转移。近些年来，全球半导体材料市场受周期性影响较大，尤其中国台湾、韩国两地波动较大。北美和欧洲市场几乎处于零增长状态，日本的半导体材料长期处于负增长状态。全球范围看，只有中国大陆半导体材料市场处于长期增长状态，-年连续三年增速超过10%。年至年，我国半导体材料销售额从全球占比7.5%大幅提升至16.2%。年中国对新冠疫情的有效防控也帮助中国半导体企业迅速恢复生产，稳定需求和供给，与西方各国进一步拉大差距。半导体材料国产替代空间大，高端领域替代需求更旺。年中国大陆是各地区中唯一增长的市场，销售额为86.9亿美元，占全球半导体材料市场份额的17%，相比于国内电子产业全球占比还远远不够，在美日公司占据优势的情况下，虽然目前各大主要品类的半导体材料领域均有国内企业涉足，但整体对外依存度仍在60%以上，特别地，大硅片、靶材、CMP抛光垫、高端光刻胶等半导体材料对外依存度高达90%以上，未来国产替代提升空间大。半导体材料产业国产化率稳步提升，IC光刻胶有望充分受益。年我国半导体材料生产企业用于国内半导体晶圆加工领域的销售额达亿元，同比增长4.4%，整体国产化率提高到23.8%，充分显示了近年来企业综合实力的提升。未来随着半导体材料产业国产化率稳步提升，光刻胶及其配套化学品有望受益。1.5.技术客户壁垒高，行业持续高盈利能力光刻胶按照用途可以分为半导体用光刻胶、面板显示光刻胶和PCB光刻胶，技术难度逐级降低，IC用光刻胶的技术壁垒最高。在上游原材料环节，存在原材料壁垒；在中游光刻胶制备环节，存在配方壁垒、品质管控壁垒以及设备壁垒，光刻胶制备完成之后，还面临着下游客户认证壁垒。技术壁垒和客户认证壁垒是光刻胶行业主要的壁垒。（1）技术壁垒：光刻胶工艺复杂，定制化程度高，且难以对光刻胶成品进行逆向分析和仿制，目前光刻胶核心技术被日本、欧美企业垄断。全球光刻胶研制专利主要分布在日本和美国，合计占比高达82%；（2）客户认证壁垒：光刻胶在下游企业的审核认证周期长（1-3年），测试验证成本高。由于光刻胶行业较高的技术壁垒高，被誉为半导体材料领域皇冠上的明珠，这也使得光刻胶行业保持持续较高的盈利能力。根据上海新阳光刻胶项目效益测算数据，该项目稳定产生收益后，项目的毛利率和净利率分别有望达到55%以上和40%以上。1.6.EUV光刻胶电子束光刻胶：重要技术发展方向随着集成电路芯片设计尺寸的不断减小，光学光刻越来越接近其物理分辨的极限，尽管通过nm浸没式、双重曝光、双重图形等技术可以将nm曝光延续到10nm工艺节点，但工艺复杂度及成本越来越高，EUV光刻作为下一代光刻技术应运而生。EUV光刻技术不仅能够提升光刻的精细程度，还能降低芯片的成本。EUV光刻是集成电路先进制程发展的趋势，目前市场上最先进的芯片采用5纳米工艺，台积电等厂商正致力于将3nm制程商业化，而解决EUV光刻胶的难题则是推进芯片制造技术的最关键途径。据TECHCET预测，EUV光刻胶的市场规模在年将超过0万美元，到年年平均增长率预计达到50%以上。目前，EUV光刻胶的市场几乎被日本TOK、信越化学和JSR垄断。同时，电子束光刻也是最受

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