光刻是半导体制程的核心,制程时间占比为40%-60%。而光刻胶作为光刻工艺中图形转移的载体,几乎决定了晶圆厂所能达到的制程高度,是半导体制程中的不可或缺的关键材料,也是国产替代的重要环节。
光刻胶广泛用于光电信息产业的微细图形线路加工制作,光刻胶材料约占IC制造材料总成本的4%,市场空间巨大。
据智研咨询统计,2019年全球光刻胶市场规模预计近90亿美元,自2010年至今CAGR约5.4%。预计该市场未来3年仍将以年均5%的速度增长,至2022年全球光刻胶市场规模将超过100亿美元。
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光刻胶又称为光致抗蚀剂,是图形转移介质,其利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上,主要由感光剂(光引发剂)、聚合剂(感光树脂)、溶剂与助剂构成。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,在集成电路和半导体分立器件的微细加工中有广泛应用。
在每次的光刻和刻蚀工艺中,光刻胶都要通过预烘、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影和蚀刻等环节,将光罩(掩膜版)上的图形转移到硅片上。每一代新的光刻工艺都需要新一代的光刻胶技术相匹配,一块半导体芯片在制造过程中一般需要进行10-50道光刻过程。
不同的光刻过程对于光刻胶也有不一样的具体需求,光刻胶的质量和性能是影响集成电路性能、成品率及可靠性的关键因素。
光刻胶行业具有极高的行业壁垒,因此在全球范围其行业都呈现寡头垄断的局面。
从全球市场份额来看,主要由日本、美国、韩国企业所把控。目前前五大厂商占据了全球光刻胶市场87%的份额,行业集中度极高。其中,日本JSR、东京应化、日本信越与富士电子材料市占率加和达到72%。
目前,光刻胶曝光波长有宽谱紫外向g线-i线-KrF-ArF-EUV的方向移动,KrF和ArF光刻胶被日本、美国企业垄断。日本在这一领域的控制力极大增强了日本整体的半导体实力。
我国半导体领域的g线、i线光刻胶基本可以满足自给。其中g线光刻胶曝光波长463nm,分辨率可达0.5μm;i线光刻胶曝光波长365nm,分辨率可达0.35μm。两者主要用于6英寸晶圆的集成电路制造。
而更为高端的KrF、ArF光刻胶,我国则几乎全部依赖进口,国产化率存在极大的提升空间。
目前,芯片制造商使用的量产的最高端光刻胶为曝光波长193nm的ArF光刻胶。仅有海外企业能够达到ArF及以上的技术水平。
在ArF光刻胶方面,JSR、信越化学、东京应化、住友化学、富士胶片、陶氏化学分别占据24%、23%、20%、15%、8%、4%的市场份额。
在KrF光刻胶方面,东京应化、信越化学、JSR、陶氏化学、韩国东进、富士胶片分别占据35%、22%、18%、11%、6%、5%的市场份额。
在EUV光刻胶方面,具备专利布局的前十大企业中,日本公司占有七席,并且富士胶片、信越化学、住友化学排名前三位,其专利申请数量大幅领先其他公司,体现日本在EUV光刻胶领域具备十分明显的技术优势。
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光刻胶按应用领域分类,大致分为LCD光刻胶、PCB光刻胶(感光油墨)与半导体光刻胶等。按照下游应用来看,目前半导体光刻胶占比24.1%,LCD光刻胶占比26.6%,PCB光刻胶占比24.5%,其他类光刻胶占比24.8%。
从技术及产品线角度看,国内企业在半导体光刻胶领域与世界先进水平仍有2-3代的差距,国产替代之路任重道远。
实现国产化的光刻胶主要集中在低端PCB光刻胶和LCD光刻胶。
从技术水平来看,PCB光刻胶是目前国产替代进度最快的,目前国产化率已达到50%。
在PCB领域,国产光刻胶具备了一定的技术和量产能力,已经实现对主流厂商大批量供货。容大感光、广信材料、东方材料、飞凯材料、永太科技等在内的大陆企业占据国内 46%左右湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨市场份额。
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技术门槛更高的 LCD 光刻胶国产化率在10%左右,进口替代空间巨大。主要企业有飞凯材料、永太科技、苏州瑞红(晶瑞股份 100%控股)和北京科华微电子(南大光电持股 31.39%)。飞凯材料已经在高端的湿膜光刻胶领域通过下游厂商验证,CF光刻胶已经通过华星光电验证。
晶瑞股份(苏州瑞红)承担了国家重大科技项目02专项“i线光刻胶产品开发及产业化”项目并通过验收,在国内实现了i线(365nm)光刻胶量产,并在中芯国际、扬杰科技、士兰微等知名半导体厂通过了单项测试和分片测试,取得了客户的产品认证。
南大光电2019年半年报中披露公司正在自主创新和产业化的193nm光刻胶项目,已获得国家02专项“193nm光刻胶及配套材料关键技术研究项目”和“ArF光刻胶开发和产业化项目”的正式立项,先后共获得中央财政补贴15,101.65万元,地方配套5,000万元。
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半导体材料和半导体设备作为半导体产业链的最上游,对于产业的支撑意义明显,具有同等重要的战略意义。2020年至2022年是中国大陆晶圆厂投产高峰期,以长江存储,长鑫存储等新兴晶圆厂和以中芯国际,华虹为代表的老牌晶圆厂正处于产能扩张期,未来3年将迎来密集投产。根据国内晶圆厂的建设速度和规划,预计2022年国内半导体光刻胶市场是2019年的两倍,半导体光刻胶市场将迎来高速发展期。
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