半導(dǎo)體光刻膠行業(yè)深度研究：詳解上游單體、樹脂、光酸、光引發(fā)劑

1、半導(dǎo)體光刻膠行業(yè)深度研究：詳解上游單體、樹脂、光酸、光引發(fā)劑一、投資分析在這篇報(bào)告中，我們主要追溯光刻膠上游原材料，包括單體、樹脂、光引發(fā)劑、溶劑等，解析目前半導(dǎo)體 光刻膠主流原材料，研究其行業(yè)壁壘，并分析目前市場競爭格局。我們歸納出光刻膠及其原材料行業(yè)具備以下特征：（1）行業(yè)壁壘高，配方技術(shù)及質(zhì)量控制技術(shù) 要求高；（2）配方研究需時(shí)間沉淀，實(shí)驗(yàn)室與量產(chǎn)之間存在差距，耗時(shí)較長，需提前布局，不 存在彎道超車；（3）光刻膠品類多，所涉及原材料豐富；（4）伴隨下游晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)，整體市場 規(guī)模穩(wěn)健上升，市場供不應(yīng)求；（5）下游認(rèn)證壁壘高，客戶粘性大；（6）政策驅(qū)動性行業(yè)，往往依靠專項(xiàng)政策推動技術(shù)成果轉(zhuǎn)化

2、。二、光刻膠詳解：探尋配方，究其壁壘2.1 探尋光刻技術(shù)：源于印刷術(shù)光刻技術(shù)是利用光化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)、無力刻蝕方法將掩模版上的圖案傳遞到晶圓的工藝技術(shù)。 光刻的原理起源于印刷技術(shù)中的照相制版，與印刷術(shù)不同，光刻工藝并非使用油 墨為介質(zhì)，而是借助光敏物質(zhì)在受到光照(曝光)后發(fā)生的化學(xué)變化，完成這一信息的轉(zhuǎn)移。光刻技術(shù)按曝光光源主要分為光學(xué)光刻和粒子束光刻(常見的粒子束光刻主要有X射線、電 子束和離子束光刻等)。其中光學(xué)光刻是目前最主要的光刻技術(shù)，在未來幾年仍占主流地位。在摩爾定律的引領(lǐng)下，光學(xué)光刻技術(shù)經(jīng)歷了接觸/接近、等倍投影、縮小步進(jìn)投影、步進(jìn)掃描投影等曝光方式的變革。隨著集成電路器件尺寸不

3、斷縮小，芯片運(yùn)算速度以及集成度不斷提高，對光刻技術(shù)曝光分辨率提出 了更高要求。2.2 光刻膠簡介：技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)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(xì)圖形線路加工 制作，約占IC制造材料總市場的6%，是重要的半導(dǎo)體材料。光刻膠是電子化學(xué)品中技術(shù)壁壘最高的材料， 具有純度要求高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、技術(shù)積累期 長等特征。2.3 光刻膠原材料光刻膠由成膜樹脂（聚合劑）、光引發(fā)劑、溶劑及添加劑構(gòu)成。成膜樹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

4、屬性。光引發(fā)劑包括光增感劑和光致產(chǎn)酸劑，是光刻膠的關(guān)鍵成分，對光刻 膠的感光度、分辨率起著決定性作用。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(xué)性質(zhì)幾乎沒影響。 添加劑包括單體和其他助劑等，單體對光引發(fā)劑的光化學(xué)反應(yīng)有調(diào)節(jié) 作用，助劑主要用來改變光刻膠特定化學(xué)性質(zhì)。數(shù)據(jù)顯示，樹脂占光刻膠總成本的 50%，在光刻膠原料中占比最大，其次是 占 35%的單體和占15%的光引發(fā)劑及其他助劑。對于高端光刻膠，樹脂所占成本比例更高。根據(jù)南大光電公告，ArF樹脂以丙二醇甲醚醋酸酯為主，質(zhì) 量占比僅 5%-10%，但成本占光刻膠原材料總成本的97% 以上。2.4 光刻膠檢測、生

5、產(chǎn)所需設(shè)備由于不同半導(dǎo)體光刻膠從適用波長、 配方、原材料品質(zhì)等方面各不相同， 其生產(chǎn)設(shè)備及檢測設(shè)備也不相同。反應(yīng)釜為光刻膠主要生產(chǎn)設(shè)備，g/i線 光刻膠生產(chǎn)設(shè)備為不銹鋼反應(yīng)釜，而 KrF和ArF光刻膠均為襯氟反應(yīng)釜。光刻膠所涉及的檢測設(shè)備種類繁多， 包括光刻機(jī)、缺陷分析設(shè)備等都需要 從國外進(jìn)口。根據(jù)南大光電公告披露 ，ArF光刻膠項(xiàng)目所涉及的檢測設(shè)備 包括光刻機(jī)、CDSEM、涂膠顯影機(jī) 、亮場缺陷掃描儀、缺陷分析設(shè)備、 氣體顆粒儀等。2.5 光刻膠分類：正性光刻膠和負(fù)性光刻膠根據(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。二者在PCB、面板、半導(dǎo)體中都有廣泛應(yīng)用，但由于 負(fù)性光刻膠

6、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，占光刻膠總量80%以上。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(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。2.6 光刻膠技術(shù)壁壘概述光刻膠是電子化學(xué)品中技術(shù)壁壘最高的材料，具有純度要求高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)及檢測 等設(shè)備投資大、技術(shù)積累期長等特征。從相關(guān)技術(shù)來看，光刻膠的核心技術(shù)包括配方技術(shù)、 質(zhì)量控制技術(shù)和原材料技術(shù)，配方技術(shù)是光刻膠實(shí)現(xiàn)功能的核心，而質(zhì)量控制技術(shù)能夠保證

7、光刻膠性能的穩(wěn)定性，而光刻膠原材料的品質(zhì)對光刻膠的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2020年中國光刻膠主要集中在技術(shù)壁壘較低的PCB光刻膠和LCD 光刻膠，分別占比61%和35%，而在技術(shù)壁壘較高的半導(dǎo)體光刻膠中占比僅為29%。2.7 光刻膠客戶壁壘：壁壘極高，認(rèn)證周期長光刻膠方面，根據(jù)行業(yè)慣例，在光刻膠供貨前，一般會經(jīng)過光刻膠產(chǎn)品的驗(yàn)證及工廠（產(chǎn)線）資質(zhì)的驗(yàn) 證，其中光刻膠驗(yàn)證根據(jù)驗(yàn)證階段分為 PRS（光刻膠性能測試）、STR(小試)、MSTR(批量驗(yàn)證）及 Release（通過驗(yàn)證）；工廠（產(chǎn)線）資質(zhì)驗(yàn)證方面，主要在質(zhì)量體系、供貨穩(wěn)定性、工廠（產(chǎn)線）產(chǎn)能等 幾方面進(jìn)行驗(yàn)證。在工廠

8、（產(chǎn)線）資質(zhì)驗(yàn)證通過以及產(chǎn)品驗(yàn)證通過后，可實(shí)現(xiàn)對客戶的正式供貨。驗(yàn)證周 期通常為6-24個(gè)月。光刻膠單體的驗(yàn)證主要流程為：生產(chǎn)商向潛在客戶研發(fā)樣品送樣，客戶測試各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)并合成樹脂后進(jìn) 行驗(yàn)證；產(chǎn)品驗(yàn)證通過后，進(jìn)行驗(yàn)廠質(zhì)量體系認(rèn)證；最后進(jìn)行中試級別產(chǎn)品訂單驗(yàn)證。光刻膠單體驗(yàn)證周 期通常為6-24個(gè)月。隨著晶圓廠驗(yàn)證國產(chǎn)半導(dǎo)體材料加速，未來2-3年將是KrF和ArF光刻膠及相關(guān)公司發(fā)展的關(guān)鍵窗口期。我 們認(rèn)為國內(nèi)企業(yè)應(yīng)鎖定晶圓廠新產(chǎn)線替代機(jī)遇，規(guī)避舊有產(chǎn)線壁壘。對于新產(chǎn)線，前期主要以搶占產(chǎn)線為 主，成為一供、二供、三供，建立產(chǎn)品護(hù)城河。后期通過穩(wěn)定供貨，鎖定先發(fā)優(yōu)勢。三、產(chǎn)業(yè)鏈日美壟斷，核心原

9、料受制于人3.1 全球光刻膠競爭格局：日美韓企業(yè)壟斷市場全球光刻膠競爭格局：光刻膠市場主要由日美韓公 司壟斷，大陸企業(yè)市占率不足10%，其中在全球半導(dǎo)體光刻膠市場中，日本企業(yè)牢牢占 據(jù)龍頭地位，至少占據(jù)60%以上。 我國的面板光刻膠市場主要由外資企業(yè)占領(lǐng)， 占比達(dá)65%，由日韓企業(yè)占據(jù)主要市場。 中國在全球PCB光刻膠市場占據(jù)主導(dǎo)地位， 2019年的市場份額達(dá)93.35%。在國內(nèi)市場中， 國內(nèi)企業(yè)的市場份額也過半，使得PCB光刻膠成 為了國產(chǎn)替代率最高的光刻膠產(chǎn)品。3.2 半導(dǎo)體光刻膠市場：穩(wěn)健上升，市場穩(wěn)定2019年全球半導(dǎo)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

10、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咎于新冠疫情對全球經(jīng)濟(jì)和供應(yīng)鏈的負(fù)面作用。WSTS預(yù) 測，2021年的半導(dǎo)體銷量將反彈至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)體光刻膠的市場規(guī)模從15億美元增長至2019 年的18億美元。根據(jù)Research and Markets，2020年全球半導(dǎo)體光刻膠市場規(guī)模達(dá)20.4億美元 ，近4年年復(fù)合增速達(dá)8%。3.3 光刻膠：產(chǎn)業(yè)鏈分析光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋范圍廣，其中上游原料是光刻膠產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)，原料的品質(zhì)決定了光刻 膠產(chǎn)

11、品品質(zhì)，主要原料包括樹脂、光引發(fā)劑、溶劑和單體等；中游為各類型的光刻膠，主要 分為PCB光刻膠、LCD光刻膠、半導(dǎo)體光刻膠；下游為應(yīng)用領(lǐng)域，光刻膠主要用來制造印刷 電路板、平板顯示屏、半導(dǎo)體等。光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈壁壘高，包括原材料壁壘、配方壁壘、設(shè)備壁壘和下游認(rèn)證壁壘。3.4 東京應(yīng)化：EUV光刻膠領(lǐng)軍者東京應(yīng)化成立于1936 年，成立之初的主營業(yè)務(wù)是高純試劑的研 發(fā)與生產(chǎn)。20世紀(jì)60 年代，開始進(jìn)入半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，是第一 批涉足光刻膠領(lǐng)域的日本公司。在1968年和1972年分別開發(fā)出 負(fù)性光刻膠和正性光刻膠后，發(fā)展至今，在光刻膠的研發(fā)領(lǐng)域已 經(jīng)有超過 50 年的積淀。2006年，公司就率先投資研

12、發(fā)ArF浸沒光刻膠所需技術(shù)，2019 年公司同樣是引領(lǐng)10nm以下制程EUV光刻膠的企業(yè)之一。2019 年，公司在全球半導(dǎo)體光刻膠市場中獲得多項(xiàng)“第一”，凸顯公 司的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。未來公司將緊抓5G、AI、功率器件等時(shí)代紅利，大力發(fā)展EUV 、ArF等高端光刻膠和先進(jìn)封裝用光刻膠。3.5 以日本為鑒：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)三次轉(zhuǎn)移在集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上，歐美廠商領(lǐng)導(dǎo)了前期光刻膠產(chǎn)品的研發(fā) 。1970年代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中心開始第一次遷徙，該次轉(zhuǎn)移成就了許 多日本知名企業(yè)。日本借機(jī)崛起，快速進(jìn)入光刻膠市場。1980-1990 年代，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在日美貿(mào)易摩擦下開始沒落， 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中心遷往韓國和中國臺灣。然而

13、，日本的光刻膠產(chǎn)業(yè)抓 住制程發(fā)展的機(jī)遇、先發(fā)制人的材料和設(shè)備優(yōu)勢以及與韓國和中國 臺灣區(qū)位優(yōu)勢，成為市場霸主。IBM在1980年代早期就突破了KrF 光刻。然而此時(shí)英特爾1982年制程節(jié)點(diǎn)還在1.5m， 可以用成本 更低的 i 線光刻實(shí)現(xiàn)，因此KrF光刻膠生不逢時(shí)，未大規(guī)模放量。 1995年日本TOK突破了KrF光刻膠并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化銷售，打破IBM 對于KrF光刻膠的壟斷，而且當(dāng)時(shí)的半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)發(fā)展到了0.25- 0.35m，逼近了i線光刻的極限。同時(shí)光刻機(jī)市場也演變?yōu)榧涯芎?尼康為龍頭的時(shí)代。在第三次轉(zhuǎn)移之后，日本光刻膠產(chǎn)業(yè)憑借高度的技術(shù)壁壘和市場壁 壘，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全球化分工浪潮中依然占

14、據(jù)高端市場的壟斷地位 。日本光刻膠在高端的 ArF 和 EUV 光刻膠市場，日本廠商進(jìn)一步 鞏固霸主地位。四、國產(chǎn)化迫切驅(qū)動國內(nèi)企業(yè)奮起直追4.1 國內(nèi)光刻膠未來市場空間巨大，下游產(chǎn)能擴(kuò)張帶動需求增長近年來，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，光刻膠市場需求保持了良好的增長態(tài)勢。根 據(jù)晶瑞電材公告，我國2019年光刻膠市場規(guī)模約88億元，預(yù)計(jì)該市場未來3年仍將以年均15%的速度增 長，至2022年中國光刻膠市場規(guī)模將超過117億元。中國大陸晶圓廠產(chǎn)能即將爆發(fā)，光刻膠有望持續(xù)高增長。根據(jù)主要晶圓廠數(shù)據(jù)，未來五年中國大陸將新建 至少29座晶圓廠。在12寸片方面，根據(jù)IDC及芯思想研究院（

15、Chipinsights）統(tǒng)計(jì)：截至2019年，我國12 英寸晶圓制造廠裝機(jī)產(chǎn)能約90萬片/月，預(yù)計(jì)至2024年，我國12英寸晶圓廠在滿產(chǎn)情況產(chǎn)能將達(dá)到273萬 片/月，年復(fù)合增速25%。在8寸片方面，預(yù)計(jì)2024年產(chǎn)能187萬片/月，年復(fù)合增速14%。光刻膠市場持續(xù)分化，ArF和KrF推動光刻膠市場高增長。2020年中國大陸市場ArF光刻膠占比40%；KrF 光刻膠占比39%；G/I線光刻膠占比20%。隨著制程不斷縮小，KrF和ArF光刻膠市場需求量快速增加，成為 了推動光刻膠市場快速增長的主要因素。4.2 中國光刻膠上游材料：樹脂光刻膠原料中，雖樹脂質(zhì)量占比不高，但其控制光刻膠主要成本。根

16、據(jù)南大光電公告，ArF樹脂以丙二醇甲醚醋酸酯為主， 質(zhì)量占比僅 5%-10%，但成本占光刻膠原材料總成本的 97% 以上。 目前，中國光刻膠樹脂除博康化學(xué)外，多數(shù)廠商主要生 產(chǎn)中低端樹脂，高端樹脂主要由日本、韓國和美國等外國企業(yè)占主導(dǎo)地位。從主要供應(yīng)商情況來看，博康化學(xué)覆蓋中高端半 導(dǎo)體光刻膠樹脂。強(qiáng)力新材在PCB光刻膠樹脂上具有一定的優(yōu)勢。圣泉集團(tuán)是中國大陸本土面板顯示光刻膠樹脂和半導(dǎo)體光 刻膠樹脂的領(lǐng)先廠商。根據(jù)富士經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，KrF膠樹脂售價(jià)穩(wěn)定在5000元/kg，ArF膠樹脂售價(jià)近30000元/kg，預(yù)計(jì)未來價(jià)格趨勢稍向下走。半 導(dǎo)體光刻膠樹脂售價(jià)高昂原因在于全球ArF/KrF光刻膠需求

17、逐年上升，以及國內(nèi)核心制備技術(shù)的匱乏。預(yù)計(jì)2023年，全球 ArF和KrF樹脂規(guī)模達(dá)到40億元。半導(dǎo)體光刻膠樹脂的產(chǎn)業(yè)化面臨諸多難題，第一點(diǎn)就是合成技術(shù)，光刻膠樹脂的合成技術(shù)可分為自由基聚合，陰離子聚合和 活性自由基聚合等，目前最常用的是自由基聚合，這種技術(shù)容易控制樹脂的分子量，且容易產(chǎn)業(yè)化，但缺點(diǎn)是PDI (分散度） 難以控制很小，導(dǎo)致其無法達(dá)到一些光刻性能。其他難題則包括放大的穩(wěn)定性和金屬離子的去除、原料及樹脂供應(yīng)穩(wěn)定、客 戶的認(rèn)證和采購過程較長、定制化產(chǎn)品需達(dá)到規(guī)模效應(yīng)。4.3 國家大力支持成品光刻膠及其原料為進(jìn)一步做好重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用保險(xiǎn)補(bǔ)償試點(diǎn)工作，工信部于2021年發(fā)布了重點(diǎn)新

18、材 料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2021版），其中關(guān)于光刻膠及其原料的入選涵蓋了半導(dǎo)體光 刻膠及其原料和LCD用正性光刻膠。4.4 華懋科技：上游材料全系列布局龍頭華懋科技成立于2002年， 專注汽車安全領(lǐng)域，產(chǎn)品線覆蓋安全氣囊布、安 全氣囊袋以及安全帶等被動安全系統(tǒng)部件。2020年公司投資徐州博康，切 入高端光刻膠核心賽道。作為國內(nèi)實(shí)現(xiàn)光刻膠單體、樹脂、溶劑、成品膠的一體化生產(chǎn)的龍頭企業(yè)， 全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控優(yōu)勢顯著。光刻膠單體是博康主要業(yè)務(wù)之一，光刻膠產(chǎn)品 除自用外，主要出口日本、韓國相關(guān)企業(yè)。公司作為成熟的光刻膠單體供應(yīng) 商，在樹脂領(lǐng)域優(yōu)勢顯著，包括自產(chǎn)單體質(zhì)量穩(wěn)定、品類齊全、大客戶認(rèn) 可，能夠保障樹脂的原料供應(yīng)安全、穩(wěn)定；產(chǎn)業(yè)鏈完整