看360 看360看360

光刻胶国产化难题在哪里?

以下是为大家精心整理的"光刻胶国产化难题在哪里?"相关知识及问题的最佳答案:

光刻胶国产化难题在哪里?

愈演愈烈的国际贸易冲突,将一些原本普罗大众既不熟悉,又很少见到的,位于产业中上游的先进技术与工艺推到了风口浪尖。比如光刻、光刻机,以及本文的主角光刻胶。但这些如今普遍以“卡脖子”形容的先进领域,往往只是名字天下知,细节无人问——它们究竟是什么?上下游是怎样的?市场有多大?为什么会被卡脖子?为什么过去没人花大钱,下大力气开发?作为果壳硬科技半导体“国产替代”系列的第二篇文章,本文将聚焦这两年因芯片而备受关注的光刻胶,为读者解析这一产业的基本情况,以及目前国产化替代所面临的主要困难。

1.光刻胶究竟是怎样一个行业?

光刻胶,又称“光致抗蚀剂”,是光刻成像的承载介质,可利用光化学反应将光刻系统中经过衍射、滤波后的光信息转化为化学能量,从而把微细图形从掩模版转移到待加工基片上。其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性材料。一言以蔽之,光刻胶是光刻工艺最重要的耗材,其性能决定了加工成品的精密程度和良品率,而光刻工艺又是精密电子元器件制造的关键流程,这使得光刻胶在整个电子元器件加工产业,都有着至关重要的地位。

需要强调,尽管近年来光刻胶与芯片一起反复为媒体所提及,但它从来不是只用于半导体生产,甚至在三个主流应用领域(半导体、PCB、LCD)里,半导体光刻胶的市场规模也最小。受篇幅所限,本文将聚焦于受关注度最高,也是典型的“卡脖子”领域——半导体光刻胶,其它用途将仅作粗略介绍,不详细展开。从整体产业链看,光刻胶上游为各类专用化学制品,属于精细化工行业;下游则为各类电子元器件制造行业。

从生产原材料看,光刻胶的上游为各类专用化学品,属于精细化工产业,包括光引发剂(光增感剂、光致产酸剂)、溶剂、成膜树脂及添加剂(助剂、单体等)。

从用量上来说,溶剂(主要为丙二醇甲醚醋酸酯,简称PMA)是用量最大的材料,含量最高可达90%,但在成本上并不突出,且不起关键作用;作为光化学反应的核心部分,光引发剂的用量仅有约1%~6%;树脂则在不同光刻胶产品中的用量区别很大[2]。

从成本看,在半导体光刻胶领域,越先进的工艺,树脂成本占比越高:以 KrF(氟化氪)光刻胶为例,树脂成本占比高达约75%,感光剂约为23%,溶剂约为2%[3]。

2.光刻胶的分类方式

光刻胶的分类方式多样化,总体来说遵循三大分类方式:

按化学反应原理和显影原理不同,可分为正性光刻胶与负性光刻胶;按原材料化学结构不同,可分为光聚合型、光分解型、光交联型和化学方大型;按下游应用领域不同,可分为PCB光刻胶,面板(LCD)光刻胶、半导体光刻胶以及其它光刻胶。

正性光刻胶与负性光刻胶

这一分类主要依据的是光照后显影时与显影液产生的化学反应,最终形成的图形与掩模版图形的对应关系。

正性光刻胶的曝光部分溶于显影剂,在蚀刻过程中光照到的区域会被等离子化气体蚀刻去除,最终留下的图样是曝光工序中光线所没有照到的区域,与掩膜版上的图形相同。负性光刻胶与正性光刻胶相反,其曝光部分不溶解于显影剂,未被光照的区域会被去除,显影时形成的图形与掩膜版相反。

正胶与负胶两者的生产工艺流程基本一致,但性能上存在差异。从发展看,负胶最早应用于光刻工艺中,且有更耐腐蚀的优点。然而由于显影时易变形和膨胀,导致负胶在最为关键的分辨率方面性能不佳,不能用于先进制程的生产[4]。

光聚合型、光分解型、光交联型和化学放大型

该分类方法依据的是原材料中,感光树脂的化学结构。其中的光聚合型和光分解性主要应用于正性光刻胶,而光交联型则是典型的负性光刻胶。化学放大型则是目前最为先进的类型,广泛的应用于先进制程 [4]。

PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶

这一分类依照的是光刻胶的应用领域,同时也是知名度最高的一种标准。

三种主要光刻胶中,PCB(印刷电路板,Printed circuit board)光刻胶最为低端,同时也是国产化率最高的领域,占PCB制造成本的3%~5%。可分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶与光成像阻焊油墨[2]。凭借我国在劳动力和资源等方面的优势,21世纪以来,PCB产业开始向国内转移,国内厂商掌握了生产PCB上游关键材料的核心技术,在产能与成本上均有很强竞争力。数据显示,2019年全球PCB产值约637亿美元,我国PCB市场规模达到329.4亿美元,占全球市场的份额超过50%,是最大的PCB生产国[2]。

数据来源:信达证券[2],果壳硬科技制图

光刻工艺也是液晶面板制造的核心工艺,因此LCD光刻胶,也就是面板(Liquid Crystal Display)光刻胶同样是产业核心耗材。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%,其生产成本直接影响到液晶显示器产品的售价和竞争力;彩色光刻胶和黑色光刻胶是制备彩色滤光片的核心材料,在彩色滤光片材料成本中,彩色光刻胶和黑色光刻胶在整体成本中占比约27%[5]。然而与半导体光刻胶类似,我国在面板光刻胶领域的国产化率同样不高,产能主要集中在相对低端的触摸屏光刻胶领域。附加值更高的彩色及黑色光刻胶,目前的市场被日韩厂商垄断。以需求最多的彩色光刻胶为例,东京应化、LG化学、东洋油墨、住友化学、三菱化学、奇美等日本、韩国和中国台湾企业占据了90%以上的市场份额,我国自主供应能力同样不强 [2]。

数据来源:信达证券[2],果壳硬科技制图

在半导体领域,光刻工艺是最为核心、最为重要的加工环节,其成本约为整个芯片制造工艺的30%,耗时约占整个芯片工艺的40%~50%。而作为这一工艺的核心介质,半导体光刻胶的质量和性能是影响芯片性能、成品率及可靠性的关键因素,对整体光刻工艺有着至关重要的影响。半导体光刻胶随着市场对半导体产品小型化、功能多样化的要求,而不断通过缩短曝光波长提高极限分辨率,从而适配不断发展的光刻工艺。根据曝光波长不同,半导体光刻胶可进一步分为普通宽普光刻胶、g线(436nm)、i线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、以及最先进的 EUV(<13.5nm)光刻胶。其中,ArF光刻机涉及干法和浸没式两种工艺(区别在于镜头和光刻胶之间的介质是空气还是液体),ArF光刻胶也对应分为干法和浸没式两类。EUV光刻胶则是制造难度最高的产品,也是7nm及以下制程芯片加工过程中的核心原材料。

可能有的读者也会见到DUV,即深紫外线(Deep Ultraviolet Lithography)这一名称,它指的是160~280nm的曝光波长,涵盖EUV前的一整代技术,目前在光刻工艺上指的就是KrF和ArF。除了上述标准外,还有一种被称作F2,曝光波长为157nm的技术规格,但却惨遭淘汰,未能实现工业生产。主要是因这一规格在发展过程中被ArF正面击溃,背后涉及的是半导体行业最为重大的一次路线分歧,其结果塑造了我们如今看到的半导体加工业秩序。当时以尼康、佳能为首的光刻机制造商试图主推157nm光源的F2规格,可提高20%左右的分辨率,但该路线有两个致命缺陷[4]:

镜组使用的光学材料在157nm时均为高吸收态,吸收激光辐射后升温膨胀,产生形变造成球面像差。因此必须使用CaF2制造镜组。然而 CaF2镜组使用寿命短,且核心技术在尼康手中,产能较低,无法满足大规模应用的要求。由于ArF的使用的光刻胶在157nm均有强吸收,光刻胶需要重新进行开发,投入产出比不高。

与此同时,台积电工程师林本坚提出了基于ArF光源的浸没式方案,即将镜头和光刻胶之间的介质由空气改成液体。借由这一方案,台积电得以将ArF193nm的曝光波长经过折射后,等效波长可实现134nm,通过改良现有技术在分辨率上反超了F2路线。同时由于这一方案是改造升级现有设备,在性价比方面有着碾压性的优势。更糟糕的是,F2无法透水,这导致其不能兼容浸没式技术[6]。

第一时间响应台积电提议的正是阿斯麦(ASML),后者在2003年推出了第一台浸没式光刻机样机,成功抢占先机。而当尼康在2006年推出浸没式光刻机时,大势已去。最终,阿斯麦在2006年超越尼康成为光刻机龙头,确定了其在深紫外线时代的统治地位。除了上述三大类光刻胶外,还有CCD摄像头彩色滤光片的彩色光刻胶、MEMS光刻胶、触摸屏透明光刻胶、生物芯片光刻胶、薄膜磁头光刻胶等更加多样化的类型。

3.光刻胶市场基本概况

需要注意的是,尽管光刻胶在电子元器件加工行业是核心材料,但整体市场规模并不大。公开数据显示,2019年全球光刻胶市场规模预计约91亿美元,自2010年至2019年年复合增长率约为5.4%,推算2021年数据为百亿左右;同期中国本土光刻胶市场规模约在88亿人民币左右[5]。从细分市场看,在全球光刻胶市场,LCD、PCB、半导体光刻胶各自占有27%、25%和24%的份额,市场分布比较平均。其中,半导体光刻胶虽然占比最低,却是成长性最好以及技术难度最高的细分市场。

数据来源:公开资料,果壳硬科技整理

整体业态方面,全球光刻胶市场高度集中,日美把控着绝大部分市场份额。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,整体垄断地位稳固[5]。

数据来源:天风证券,果壳硬科技制图

具体到半导体领域,半导体光刻胶的特征与整体光刻胶行业的区别不大:市场规模小,集中度极高,日美企业垄断供应。数据显示,2020年全球的半导体光刻胶市场规模约为17.5亿美元,虽然地位至关重要,在半导体整条产业链中的占比也非常之低[7]。同期全球半导体市场规模4260亿美元,计算下来,半导体光刻胶市场在行业整体中的占比仅有0.4%[8]。细分市场方面,ArFi光刻胶(即浸没式ArF光刻胶)和KrF光刻胶的市场份额最大,均在30%以上,其次是g/i光刻胶,市场份额约为17%,EUV及其它类型半导体光刻胶合计仅有1%左右。但从未来发展看,作为代表着先进集成电路发展趋势的EUV光刻的关键耗材,EUV光刻胶对将芯片制程推进至5nm以下起关键作用,成长性无疑是最好的[7]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

在全球半导体光刻胶市场中,日本企业稳居垄断地位。2020年,日本企业在全球半导体光刻胶市场中占据的份额至少在60%以上,其中东京应化以25.6%的市场份额占据龙头地位;美国杜邦位列第二,市场份额为17.6%[9]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

从细分市场看,2020年,日本东京应化在g/i线、KrF和EUV光刻胶市场的份额位列全球第一;JSR则以24.9%的市场份额把持着ArF光刻胶市场。半导体光刻胶从全局到细分,市场集中度均非常之高:整体市场CR4(Concentration Ratio,行业集中度)近70%;ArF、KrF市场中,CR4均在74%以上;EUV市场则更为夸张,东京应化、信越化学和JSR三家日本公司的CR3高达99.9%,已经实现彻底垄断[9]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

聚焦本土市场,当前国内半导体光刻胶市场规模同样有限,但整体增速比较快。据美国半导体协会的数据显示,中国半导体光刻胶市场从2015年的1.3亿美元增长至2019年的2.5亿美元,并在2020年快速跃升至3.5亿美元,同比增长约为40%[10]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

我国半导体光刻胶的市场结构,2020年,ArF光刻胶占比40%;KrF光刻胶占比39%;g/i线光刻胶占比20%;EUV光刻胶则没有统计层面可见的数据 [10]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

不过还是那句话,市场小不代表不重要。作为精密电子元器件制造最关键,甚至没有之一的耗材,发展光刻胶的必要性无论怎样强调都不过分。可是强调归强调,真到落地的时候,行业仍然面临着巨大困难。

4.至关重要的“糟糕”行业

虽然我们反复强调光刻胶在半导体制产业中的重要地位,但当前的国产替代进度,真的不怎么样。从本土光刻胶的整体产业结构看,相对低端的PCB光刻胶仍然占国内94%左右的供应,而高端的面板光刻胶与半导体光刻胶非常之少[11]。

数据来源:东北证券,果壳硬科技制图

具体到半导体,目前适用于6英寸硅片的g线、i线光刻胶的自给率约为10%,适用于8英寸硅片的KrF光刻胶自给率不足5%,而适用于12寸硅片的ArF光刻胶基本依赖进口,更先进的EUV则连研发都处于相当早期的阶段[12]。产能上,国内企业的产品,仅g/i线光刻胶实现批量应用,KrF仅少数研发进度领先企业实现小批量应用,即使最乐观估计,国产光刻胶行业与国际先进水也有两代的差距。

当前国产光刻胶企业,进度比较不错的有被彤程新材(sh603650)收购的北京科华(KrF量产,EUV在研),干法ArF胶已有小批量订单的南大光电(sz300346),以及拥有可用于干法、浸没式ArF光刻机,可同时研发两种光刻胶,有望在2022年实现少量销售的上海新阳(sz300236)。这三家企业整体的研发进度相对靠前,研发设备比较齐全,且有正在建设中的产能。之所以会如此,是因为无论从技术门槛,还是商业层面,整个光刻胶领域面临艰巨挑战,简单概括就是四个字:事多钱少。

复杂且全方位的技术困境

摆在光刻胶面前第一道绕不过去的坎,就是产品的配套测试需要光刻机。可这恰恰也是中国目前遭到限制的领域之一,而且比光刻胶还要严格。无论是国内企业还是阿斯麦(AMSL,荷兰公司,美资控股)方面都做了不小的努力,试图寻求一种方法绕过美国的封锁,但至今收效甚微。在光刻胶的研发阶段,企业需要利用光刻机来验证产品以及配套化学试剂性能,是自主曝光检测必不可少的设备;在量产过程中,产线也需要通过光刻机作为检测设备,实现稳定的品控。四个字概括:没有不行。

这形成了一个非常尴尬的局面:行业当前甚至缺乏验证产品究竟好不好用的能力。在这种尖端领域内搞“盲人摸象式”的研发也不现实,指望一家企业没有EUV光刻机就研发出可量产的EUV光刻胶,恐怕难度也不会比猴子敲出莎士比亚全集低很多。所以,光刻胶想要突破,必须有来自光刻机方面的研发突破作为支撑。另一方面,国内也不只是无法生产光刻胶,整体产业链都比较薄弱,供应链整合能力不强。树脂、单体等上游核心原材料的国产化率也并不高,现有工艺与国际先进水平有不小的差距,作为光刻胶核心原材料的专用化学品本身同样依赖进口。

与整体光刻胶行业本身类似,光刻胶的上游原材料端集中度同样很高,相关技术长期被少数几家企业掌控。国内企业只在PCB光刻胶上游有一定竞争力,但在面板和半导体光刻胶上游,供应商仍然普遍受困于技术积累不足、产能低、投入水平不高、打不开市场等问题。以电子级酚醛树脂为例,由于量产的需求,在生产树脂中需要保证不同批次的高分子树脂的分子量分布和性能基本一致,导致成膜树脂的合成难度惊人,主导地位由日韩化工企业把持。而最常用的光刻胶溶剂,丙二醇甲醚醋酸酯(PMA/PGMEA)生产主要集中在美国、西欧等国家和地区,主要厂家是美国陶氏化学、伊士曼化学,荷兰利安德巴塞尔,德国巴斯夫等企业,技术研发史普遍超过30年,领先优势极为显著。

但这并非上游企业“不思进取”。由于国内光刻胶行业本身的发展比较缓慢,下游需求不强,上游供应商缺乏必要的研发动力,也没有理由在一个高度集中,竞对拥有数十年优势积累的行业强行开展市场竞争,这至少在商业上是极不经济的。目前想要解决上游原材料供应难,也需依赖光刻胶行业本身的快速发展带来的市场增量,为上游提供足够的利益驱动企业加大研发投入。客户高度特化的需求,同样是个问题。在技术发展以及加速升级的驱动下,当前光刻胶下游的终端应用产品,表现出了趋向定制化和多样化的特征:下游不同客户的需求差异明显,即使同一客户的不同应用需求也不一致。这就导致光刻胶的整体生产缺乏统一的工艺,每一类光刻胶使用的原料在化学结构、性能上均有所区别,要求使用不同品质等级的专用化学品。这就迫使制造商需要有能力设计出符合不同需求设计不同配方,并有相应的生产工艺完成生产。这属于行业的核心技术之一,对企业的技术能力要求比较高,目前本土企业还比较欠缺。

专利方面则是光刻胶行业的天堑。由于起步较早,日美企业在光刻胶领域的专利积累优势巨大。在产业化技术能力上,国际光刻胶企业针对核心产品建立了较全面的专利体系和地区覆盖。根据智慧芽专利数据平台给出数据显示,目前,全球光刻胶第一大技术来源国为日本,专利申请量占全球光刻胶专利总申请量的46%;美国则以25%的申请量位列第二。中国则以7%的申请量排在韩国之后。从趋势上看,中国的光刻胶相关专利申请量正在快速增长,在2020年实现了对日本的反超。2020年,中国光刻胶专利申请量为1.29万项,日本光刻胶专利申请量下降至8982项[13]。

然而受起步滞后影响,国内的光刻胶专利集中在成熟的工艺领域,核心专利仍然薄弱。以EUV光刻胶为例,国内仅有中科院化学所与北理工学术机构身份上榜。未来如何突破海外企业全面的专利壁垒,也会是个麻烦。

数据来源:智慧芽极不清晰的商业前景

若说仅有技术面的困难还则罢了,偏偏光刻胶的商业化难度也很高。首先是前期投入惊人。以晶瑞电材(sz300655)的“集成电路制造用高端光刻胶(ArF光刻胶)研发项目”为例,该项目拟投入仅4.9亿元,其中ArF光刻机的投资金额高达1.5亿元,占设备及安装费一项的44%,总投资的31%——仅仅一台光刻机的价格,就接近晶瑞电材2020年度归母净利润(0.8亿元)的两倍[12]。

而且这还仅是ArF光刻机,最先进的EUV光刻机更为夸张,当前报价已经超1.2亿美元。不过考虑到美方现阶段绝无松口的可能性,属于有钱也买不到、不让买的稀罕物。前期的高额投入只不过是敲门砖,光刻胶还要面对漫长的客户验证周期。

由于光刻胶的功能性和质量对下游电子元器件的产品质量有着极为直接的影响,叠加行业的高度精密特征,任何质量问题都有可能给下游企业造成极其严重的损失。例如在2019年,台积电就曾因光阻原料污染导致上万片12英寸晶圆报废,直接损失达5.5亿美元 [14]——这哪怕对于台积电都不是个轻描淡写的数字,而以国内企业现阶段的体量来说,金额足以让负有赔偿责任的企业倒闭数次。所以下游客户,对光刻胶此类专用化学品的采购非常谨慎,潜在供应商必须经受充分调研,其产品也需要经过充足验证,这就带来了漫长的认证流程。

数据显示,哪怕是面板光刻胶这样相对低端的产品,验证周期往往也要有1~2年,而关键的半导体光刻胶更是需要2~3年,这也带来了下游企业更换供应商的动机很弱,上下游深度绑定的现象[15]。同时由于光刻胶自身高度多样化的产品特征,不同客户的测试要求与验证流程也不一致,带来了更为复杂的不确定性。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

如此一来,整个行业的商业化前景就很不乐观,投资门槛太高、前期投资回收周期过长,对于追求回报率的社会资本而言不够友好。更何况,作为高精尖行业,永远都要面临一个最基本的风险,就是研发失败。如光刻胶般的尖端产品的研发工作不是种地,而且哪怕种地也要面临极端天气绝收的可能,大笔资金投入有去无回,项目未能取得预期成果都是再正常不过的事,这一点在以往的技术类文章中,果壳硬科技也曾多次提及。这就对企业自身的经营状况有一定要求,至少要有稳定的现金流业务来对冲研发失败的风险。相比较之下,国内目前的企业普遍体量偏小,成熟度不高,整体抗风险能力比较一般,这无疑也是不容忽视的行业整体性困境。

5.Money, money never changes

在文章的最后一节,让我们聊一聊为何这么重要的领域,却鲜有入局者。因为光刻胶确实不是个好生意。纵观全文,我们可以发现,光刻胶行业集市场整体规模小、行业高度垄断、上游产品为高度特化的专用产品,应用面狭窄、技术门槛极高、研发成本极高、失败风险高、投资回收周期长等特征于一身,甚至还有不容忽视的政治风险——在当前的国际环境下,假如一家企业真的取得了较大突破,遭到美方制裁的概率不低(可参照AI四小龙的遭遇)。从投资的角度看,这个行业违背了几乎每一条客观规律,可以说是要多劝退有多劝退。而这样的特征,在我国面临的具有“卡脖子”特征的细分技术上非常普遍。举个不太恰当的例子,就像是圆珠笔芯的钢珠一样,市场太小,太成熟,其他企业没理由花钱入局强行和垄断公司展开竞争,能不能成不谈,哪怕成了在商业层面也不划算。

典型的“可以,但没必要”。这样的行业,自然也很难吸引社会资本进行投资。毕竟投资需要回报,需要收益,需要退出机制,而这些“高精尖”领域普遍缺乏这些关键特征,换言之就是想赚钱太难。行业与其豪掷数亿乃至数十亿追求糟糕的预期,还不如直接花钱买成品。这种“造不如买”的模式,在芯片这种高度依赖国际分工的高精尖行业原本是十分通行且普遍的,整条产业链分布在全球范围内是正常生态(例如ASML的EUV光刻机的90%零部件来自进口[6])。这种源自全球化进程的制造业模式,就是大名鼎鼎的“国际分工(International Division of labor)”。虽说国际分工在不同历史时期的含义不尽相同,不过望文生义的理解它不会有太多偏差。本文也不是一篇严谨的学术论文,不会在此讨论这一概念具体定义与全球实践。

只可惜,这种模式也只能建立在“逆全球化”不那么显著的国际形势下。如今意识形态冲突愈演愈烈,在任何行业任何产品都可能招致来自大洋彼岸制裁的今天——贵不贵,有没有可能浪费投资还重要吗?现在已经是最基本的有没有的问题了。可这样一个集众多“反投资”特质于一身的行业又该如何发展?自然离不开来自政策的强力扶持。只有国家层面给予行业以及社会资本足够的支持,才能激发投资热情,首先解决最基本的“钱”的问题。

其次,国内的光刻胶行业的上下游协同亟待强化。在光刻胶行业更为成熟的日本,为应对高度特化的下游需求、材料规格多样化、技术路线多的产业特征,一众企业形成了高度分工协作的产业集群。以上游材料光刻胶树脂为例,综研化学专注PCB光刻胶单体,大阪瓦斯化学等专注面板光刻胶树脂,而丸善石化、住友电木等企业负责光刻胶树脂制造。光引发剂也遵循类似的发展模式。然而与日本不同,国内的光刻胶行业比较分散,产业链布局也不完整,上游的研发、样品导入以及产品验证往往得不到来自下游的支持,企业各自为战。如何全方位的统合产业力量,实现共同发展,建立一个强有力的产业联盟,也需要外界的干预。而这,也离不开国家力量的引领、整合与支持。

最后,虽然强调了诸多困难,说了很多难题,但我国的科研实力正在快速发展,半导体市场在快速扩张,光刻胶行业还有机会,国产替代也还有机会。我国的技术领域,受起步较晚制约,确实在很多领域比较滞后——但我国有盾构机这样打破封锁,甚至“反包围”重建整个市场格局的先例,也有大型挖泥船这样对外禁运的尖端产品,而这还只是知名度很高的两个例子。以一句名言做结尾:前途是光明的,道路是曲折的。希望国内企业加油吧。(本文观点仅供参考,不构成投资建议。)

陈闷雷丨作者

李拓丨编辑

果壳硬科技丨策划

References:[1] 文灏股份:光刻胶(Photo resist)知识大全. 2017.08.10 https://www.whchip.com/news/newsgkj02.html[2] 信达证券:光刻胶,核心半导体材料,步入国产替代机遇期. 2021.09.03[3] 国盛证券:科华杜邦战略合作,加速光刻胶国产替代. 2021.11.08[4] 申港证券:光刻胶行业深度:破壁引光 小流成海. 2021.09.02[5] 天风证券:半导体材料皇冠上的明珠,迎来国产化机遇. 2021.05.31[6] 科创板日报:DUV和EUV光刻机的区别在哪?. 中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心. 2021.12.21 http://www.ime.cas.cn/icac/learning/learning_2/202112/t20211221_6324996.html[7] 郑晨:2021年全球半导体光刻胶行业市场规模与竞争格局分析 市场稳步增长、产能集中度较高. 前瞻产业研究所. 2021.09.18 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/210918-8dcf7cfc.html[8] 林晓晨:必争的1%. 阿尔法工场研究院. 2021.06.03 https://mp.weixin.qq.com/s/djqwvJ_HLq7Eh4PNle-7Vw[9] 郑晨:【行业深度】洞察2021:全球光刻胶行业竞争格局及市场份额(附市场集中度、企业竞争力评价等). 前瞻产业研究所. 2021.10.26 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/211026-213a722f.html[10] 郑晨:深度分析!2021年中国半导体光刻胶市场发展现状分析 晶圆厂扩建驱动增长、光刻胶国产化任重而道远. 前瞻产业研究所. 2021.09.23 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/210923-701c4cc9.html[11] 东北证券:三种增量、两种替代,电子成长长青 . 2021.12.09[12] 景瑞电子材料股份有限公司:创业板向不特定对象发行可转换公司债券募集说明书. 2021.08.12 http://www.cninfo.com.cn/new/disclosure/detail?orgId=9900031917&announcementId=1210726586&announcementTime=2021-08-12[13] 郑晨:2021年全球光刻胶行业技术竞争格局(附区域申请分布、申请人排名、专利申请集中度等). 前瞻产业研究所. 2021.10.22 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/211022-836ac5f1.html[14] 芯智讯:晶圆污染事故损失高达5.5亿美元?台积电下调一季度营收指引. 2019.02.16 https://mp.weixin.qq.com/s/fiW4E1_WZbgMSo_nu-I-gw[15] 郑晨:深度分析!一文带你看半导体光刻胶国产化之路“难”在何处?. 前瞻产业研究所. 2021.11.02 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/211101-da859f46.html果壳硬科技社群仍在启动招募中,无论您是科学家、创业者或者风险投资家,只要愿意一同加入这场科技盛宴,欢迎您添加下面这个企业微信,长期有效。

以及,我们依然在招聘研究员/编辑,以及1~2名实习生,欢迎加入我们!招聘信息可以在我们的微信公众号菜单栏寻找【入伙】。


光刻胶国产化难题在哪里?

愈演愈烈的国际贸易冲突,将一些原本普罗大众既不熟悉,又很少见到的,位于产业中上游的先进技术与工艺推到了风口浪尖。比如光刻、光刻机,以及本文的主角光刻胶。但这些如今普遍以“卡脖子”形容的先进领域,往往只是名字天下知,细节无人问——它们究竟是什么?上下游是怎样的?市场有多大?为什么会被卡脖子?为什么过去没人花大钱,下大力气开发?作为果壳硬科技半导体“国产替代”系列的第二篇文章,本文将聚焦这两年因芯片而备受关注的光刻胶,为读者解析这一产业的基本情况,以及目前国产化替代所面临的主要困难。

1.光刻胶究竟是怎样一个行业?

光刻胶,又称“光致抗蚀剂”,是光刻成像的承载介质,可利用光化学反应将光刻系统中经过衍射、滤波后的光信息转化为化学能量,从而把微细图形从掩模版转移到待加工基片上。其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性材料。一言以蔽之,光刻胶是光刻工艺最重要的耗材,其性能决定了加工成品的精密程度和良品率,而光刻工艺又是精密电子元器件制造的关键流程,这使得光刻胶在整个电子元器件加工产业,都有着至关重要的地位。

需要强调,尽管近年来光刻胶与芯片一起反复为媒体所提及,但它从来不是只用于半导体生产,甚至在三个主流应用领域(半导体、PCB、LCD)里,半导体光刻胶的市场规模也最小。受篇幅所限,本文将聚焦于受关注度最高,也是典型的“卡脖子”领域——半导体光刻胶,其它用途将仅作粗略介绍,不详细展开。从整体产业链看,光刻胶上游为各类专用化学制品,属于精细化工行业;下游则为各类电子元器件制造行业。

从生产原材料看,光刻胶的上游为各类专用化学品,属于精细化工产业,包括光引发剂(光增感剂、光致产酸剂)、溶剂、成膜树脂及添加剂(助剂、单体等)。

从用量上来说,溶剂(主要为丙二醇甲醚醋酸酯,简称PMA)是用量最大的材料,含量最高可达90%,但在成本上并不突出,且不起关键作用;作为光化学反应的核心部分,光引发剂的用量仅有约1%~6%;树脂则在不同光刻胶产品中的用量区别很大[2]。

从成本看,在半导体光刻胶领域,越先进的工艺,树脂成本占比越高:以 KrF(氟化氪)光刻胶为例,树脂成本占比高达约75%,感光剂约为23%,溶剂约为2%[3]。

2.光刻胶的分类方式

光刻胶的分类方式多样化,总体来说遵循三大分类方式:

按化学反应原理和显影原理不同,可分为正性光刻胶与负性光刻胶;按原材料化学结构不同,可分为光聚合型、光分解型、光交联型和化学方大型;按下游应用领域不同,可分为PCB光刻胶,面板(LCD)光刻胶、半导体光刻胶以及其它光刻胶。

正性光刻胶与负性光刻胶

这一分类主要依据的是光照后显影时与显影液产生的化学反应,最终形成的图形与掩模版图形的对应关系。

正性光刻胶的曝光部分溶于显影剂,在蚀刻过程中光照到的区域会被等离子化气体蚀刻去除,最终留下的图样是曝光工序中光线所没有照到的区域,与掩膜版上的图形相同。负性光刻胶与正性光刻胶相反,其曝光部分不溶解于显影剂,未被光照的区域会被去除,显影时形成的图形与掩膜版相反。

正胶与负胶两者的生产工艺流程基本一致,但性能上存在差异。从发展看,负胶最早应用于光刻工艺中,且有更耐腐蚀的优点。然而由于显影时易变形和膨胀,导致负胶在最为关键的分辨率方面性能不佳,不能用于先进制程的生产[4]。

光聚合型、光分解型、光交联型和化学放大型

该分类方法依据的是原材料中,感光树脂的化学结构。其中的光聚合型和光分解性主要应用于正性光刻胶,而光交联型则是典型的负性光刻胶。化学放大型则是目前最为先进的类型,广泛的应用于先进制程 [4]。

PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶

这一分类依照的是光刻胶的应用领域,同时也是知名度最高的一种标准。

三种主要光刻胶中,PCB(印刷电路板,Printed circuit board)光刻胶最为低端,同时也是国产化率最高的领域,占PCB制造成本的3%~5%。可分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶与光成像阻焊油墨[2]。凭借我国在劳动力和资源等方面的优势,21世纪以来,PCB产业开始向国内转移,国内厂商掌握了生产PCB上游关键材料的核心技术,在产能与成本上均有很强竞争力。数据显示,2019年全球PCB产值约637亿美元,我国PCB市场规模达到329.4亿美元,占全球市场的份额超过50%,是最大的PCB生产国[2]。

数据来源:信达证券[2],果壳硬科技制图

光刻工艺也是液晶面板制造的核心工艺,因此LCD光刻胶,也就是面板(Liquid Crystal Display)光刻胶同样是产业核心耗材。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%,其生产成本直接影响到液晶显示器产品的售价和竞争力;彩色光刻胶和黑色光刻胶是制备彩色滤光片的核心材料,在彩色滤光片材料成本中,彩色光刻胶和黑色光刻胶在整体成本中占比约27%[5]。然而与半导体光刻胶类似,我国在面板光刻胶领域的国产化率同样不高,产能主要集中在相对低端的触摸屏光刻胶领域。附加值更高的彩色及黑色光刻胶,目前的市场被日韩厂商垄断。以需求最多的彩色光刻胶为例,东京应化、LG化学、东洋油墨、住友化学、三菱化学、奇美等日本、韩国和中国台湾企业占据了90%以上的市场份额,我国自主供应能力同样不强 [2]。

数据来源:信达证券[2],果壳硬科技制图

在半导体领域,光刻工艺是最为核心、最为重要的加工环节,其成本约为整个芯片制造工艺的30%,耗时约占整个芯片工艺的40%~50%。而作为这一工艺的核心介质,半导体光刻胶的质量和性能是影响芯片性能、成品率及可靠性的关键因素,对整体光刻工艺有着至关重要的影响。半导体光刻胶随着市场对半导体产品小型化、功能多样化的要求,而不断通过缩短曝光波长提高极限分辨率,从而适配不断发展的光刻工艺。根据曝光波长不同,半导体光刻胶可进一步分为普通宽普光刻胶、g线(436nm)、i线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、以及最先进的 EUV(<13.5nm)光刻胶。其中,ArF光刻机涉及干法和浸没式两种工艺(区别在于镜头和光刻胶之间的介质是空气还是液体),ArF光刻胶也对应分为干法和浸没式两类。EUV光刻胶则是制造难度最高的产品,也是7nm及以下制程芯片加工过程中的核心原材料。

可能有的读者也会见到DUV,即深紫外线(Deep Ultraviolet Lithography)这一名称,它指的是160~280nm的曝光波长,涵盖EUV前的一整代技术,目前在光刻工艺上指的就是KrF和ArF。除了上述标准外,还有一种被称作F2,曝光波长为157nm的技术规格,但却惨遭淘汰,未能实现工业生产。主要是因这一规格在发展过程中被ArF正面击溃,背后涉及的是半导体行业最为重大的一次路线分歧,其结果塑造了我们如今看到的半导体加工业秩序。当时以尼康、佳能为首的光刻机制造商试图主推157nm光源的F2规格,可提高20%左右的分辨率,但该路线有两个致命缺陷[4]:

镜组使用的光学材料在157nm时均为高吸收态,吸收激光辐射后升温膨胀,产生形变造成球面像差。因此必须使用CaF2制造镜组。然而 CaF2镜组使用寿命短,且核心技术在尼康手中,产能较低,无法满足大规模应用的要求。由于ArF的使用的光刻胶在157nm均有强吸收,光刻胶需要重新进行开发,投入产出比不高。

与此同时,台积电工程师林本坚提出了基于ArF光源的浸没式方案,即将镜头和光刻胶之间的介质由空气改成液体。借由这一方案,台积电得以将ArF193nm的曝光波长经过折射后,等效波长可实现134nm,通过改良现有技术在分辨率上反超了F2路线。同时由于这一方案是改造升级现有设备,在性价比方面有着碾压性的优势。更糟糕的是,F2无法透水,这导致其不能兼容浸没式技术[6]。

第一时间响应台积电提议的正是阿斯麦(ASML),后者在2003年推出了第一台浸没式光刻机样机,成功抢占先机。而当尼康在2006年推出浸没式光刻机时,大势已去。最终,阿斯麦在2006年超越尼康成为光刻机龙头,确定了其在深紫外线时代的统治地位。除了上述三大类光刻胶外,还有CCD摄像头彩色滤光片的彩色光刻胶、MEMS光刻胶、触摸屏透明光刻胶、生物芯片光刻胶、薄膜磁头光刻胶等更加多样化的类型。

3.光刻胶市场基本概况

需要注意的是,尽管光刻胶在电子元器件加工行业是核心材料,但整体市场规模并不大。公开数据显示,2019年全球光刻胶市场规模预计约91亿美元,自2010年至2019年年复合增长率约为5.4%,推算2021年数据为百亿左右;同期中国本土光刻胶市场规模约在88亿人民币左右[5]。从细分市场看,在全球光刻胶市场,LCD、PCB、半导体光刻胶各自占有27%、25%和24%的份额,市场分布比较平均。其中,半导体光刻胶虽然占比最低,却是成长性最好以及技术难度最高的细分市场。

数据来源:公开资料,果壳硬科技整理

整体业态方面,全球光刻胶市场高度集中,日美把控着绝大部分市场份额。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,整体垄断地位稳固[5]。

数据来源:天风证券,果壳硬科技制图

具体到半导体领域,半导体光刻胶的特征与整体光刻胶行业的区别不大:市场规模小,集中度极高,日美企业垄断供应。数据显示,2020年全球的半导体光刻胶市场规模约为17.5亿美元,虽然地位至关重要,在半导体整条产业链中的占比也非常之低[7]。同期全球半导体市场规模4260亿美元,计算下来,半导体光刻胶市场在行业整体中的占比仅有0.4%[8]。细分市场方面,ArFi光刻胶(即浸没式ArF光刻胶)和KrF光刻胶的市场份额最大,均在30%以上,其次是g/i光刻胶,市场份额约为17%,EUV及其它类型半导体光刻胶合计仅有1%左右。但从未来发展看,作为代表着先进集成电路发展趋势的EUV光刻的关键耗材,EUV光刻胶对将芯片制程推进至5nm以下起关键作用,成长性无疑是最好的[7]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

在全球半导体光刻胶市场中,日本企业稳居垄断地位。2020年,日本企业在全球半导体光刻胶市场中占据的份额至少在60%以上,其中东京应化以25.6%的市场份额占据龙头地位;美国杜邦位列第二,市场份额为17.6%[9]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

从细分市场看,2020年,日本东京应化在g/i线、KrF和EUV光刻胶市场的份额位列全球第一;JSR则以24.9%的市场份额把持着ArF光刻胶市场。半导体光刻胶从全局到细分,市场集中度均非常之高:整体市场CR4(Concentration Ratio,行业集中度)近70%;ArF、KrF市场中,CR4均在74%以上;EUV市场则更为夸张,东京应化、信越化学和JSR三家日本公司的CR3高达99.9%,已经实现彻底垄断[9]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

聚焦本土市场,当前国内半导体光刻胶市场规模同样有限,但整体增速比较快。据美国半导体协会的数据显示,中国半导体光刻胶市场从2015年的1.3亿美元增长至2019年的2.5亿美元,并在2020年快速跃升至3.5亿美元,同比增长约为40%[10]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

我国半导体光刻胶的市场结构,2020年,ArF光刻胶占比40%;KrF光刻胶占比39%;g/i线光刻胶占比20%;EUV光刻胶则没有统计层面可见的数据 [10]。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

不过还是那句话,市场小不代表不重要。作为精密电子元器件制造最关键,甚至没有之一的耗材,发展光刻胶的必要性无论怎样强调都不过分。可是强调归强调,真到落地的时候,行业仍然面临着巨大困难。

4.至关重要的“糟糕”行业

虽然我们反复强调光刻胶在半导体制产业中的重要地位,但当前的国产替代进度,真的不怎么样。从本土光刻胶的整体产业结构看,相对低端的PCB光刻胶仍然占国内94%左右的供应,而高端的面板光刻胶与半导体光刻胶非常之少[11]。

数据来源:东北证券,果壳硬科技制图

具体到半导体,目前适用于6英寸硅片的g线、i线光刻胶的自给率约为10%,适用于8英寸硅片的KrF光刻胶自给率不足5%,而适用于12寸硅片的ArF光刻胶基本依赖进口,更先进的EUV则连研发都处于相当早期的阶段[12]。产能上,国内企业的产品,仅g/i线光刻胶实现批量应用,KrF仅少数研发进度领先企业实现小批量应用,即使最乐观估计,国产光刻胶行业与国际先进水也有两代的差距。

当前国产光刻胶企业,进度比较不错的有被彤程新材(sh603650)收购的北京科华(KrF量产,EUV在研),干法ArF胶已有小批量订单的南大光电(sz300346),以及拥有可用于干法、浸没式ArF光刻机,可同时研发两种光刻胶,有望在2022年实现少量销售的上海新阳(sz300236)。这三家企业整体的研发进度相对靠前,研发设备比较齐全,且有正在建设中的产能。之所以会如此,是因为无论从技术门槛,还是商业层面,整个光刻胶领域面临艰巨挑战,简单概括就是四个字:事多钱少。

复杂且全方位的技术困境

摆在光刻胶面前第一道绕不过去的坎,就是产品的配套测试需要光刻机。可这恰恰也是中国目前遭到限制的领域之一,而且比光刻胶还要严格。无论是国内企业还是阿斯麦(AMSL,荷兰公司,美资控股)方面都做了不小的努力,试图寻求一种方法绕过美国的封锁,但至今收效甚微。在光刻胶的研发阶段,企业需要利用光刻机来验证产品以及配套化学试剂性能,是自主曝光检测必不可少的设备;在量产过程中,产线也需要通过光刻机作为检测设备,实现稳定的品控。四个字概括:没有不行。

这形成了一个非常尴尬的局面:行业当前甚至缺乏验证产品究竟好不好用的能力。在这种尖端领域内搞“盲人摸象式”的研发也不现实,指望一家企业没有EUV光刻机就研发出可量产的EUV光刻胶,恐怕难度也不会比猴子敲出莎士比亚全集低很多。所以,光刻胶想要突破,必须有来自光刻机方面的研发突破作为支撑。另一方面,国内也不只是无法生产光刻胶,整体产业链都比较薄弱,供应链整合能力不强。树脂、单体等上游核心原材料的国产化率也并不高,现有工艺与国际先进水平有不小的差距,作为光刻胶核心原材料的专用化学品本身同样依赖进口。

与整体光刻胶行业本身类似,光刻胶的上游原材料端集中度同样很高,相关技术长期被少数几家企业掌控。国内企业只在PCB光刻胶上游有一定竞争力,但在面板和半导体光刻胶上游,供应商仍然普遍受困于技术积累不足、产能低、投入水平不高、打不开市场等问题。以电子级酚醛树脂为例,由于量产的需求,在生产树脂中需要保证不同批次的高分子树脂的分子量分布和性能基本一致,导致成膜树脂的合成难度惊人,主导地位由日韩化工企业把持。而最常用的光刻胶溶剂,丙二醇甲醚醋酸酯(PMA/PGMEA)生产主要集中在美国、西欧等国家和地区,主要厂家是美国陶氏化学、伊士曼化学,荷兰利安德巴塞尔,德国巴斯夫等企业,技术研发史普遍超过30年,领先优势极为显著。

但这并非上游企业“不思进取”。由于国内光刻胶行业本身的发展比较缓慢,下游需求不强,上游供应商缺乏必要的研发动力,也没有理由在一个高度集中,竞对拥有数十年优势积累的行业强行开展市场竞争,这至少在商业上是极不经济的。目前想要解决上游原材料供应难,也需依赖光刻胶行业本身的快速发展带来的市场增量,为上游提供足够的利益驱动企业加大研发投入。客户高度特化的需求,同样是个问题。在技术发展以及加速升级的驱动下,当前光刻胶下游的终端应用产品,表现出了趋向定制化和多样化的特征:下游不同客户的需求差异明显,即使同一客户的不同应用需求也不一致。这就导致光刻胶的整体生产缺乏统一的工艺,每一类光刻胶使用的原料在化学结构、性能上均有所区别,要求使用不同品质等级的专用化学品。这就迫使制造商需要有能力设计出符合不同需求设计不同配方,并有相应的生产工艺完成生产。这属于行业的核心技术之一,对企业的技术能力要求比较高,目前本土企业还比较欠缺。

专利方面则是光刻胶行业的天堑。由于起步较早,日美企业在光刻胶领域的专利积累优势巨大。在产业化技术能力上,国际光刻胶企业针对核心产品建立了较全面的专利体系和地区覆盖。根据智慧芽专利数据平台给出数据显示,目前,全球光刻胶第一大技术来源国为日本,专利申请量占全球光刻胶专利总申请量的46%;美国则以25%的申请量位列第二。中国则以7%的申请量排在韩国之后。从趋势上看,中国的光刻胶相关专利申请量正在快速增长,在2020年实现了对日本的反超。2020年,中国光刻胶专利申请量为1.29万项,日本光刻胶专利申请量下降至8982项[13]。

然而受起步滞后影响,国内的光刻胶专利集中在成熟的工艺领域,核心专利仍然薄弱。以EUV光刻胶为例,国内仅有中科院化学所与北理工学术机构身份上榜。未来如何突破海外企业全面的专利壁垒,也会是个麻烦。

数据来源:智慧芽极不清晰的商业前景

若说仅有技术面的困难还则罢了,偏偏光刻胶的商业化难度也很高。首先是前期投入惊人。以晶瑞电材(sz300655)的“集成电路制造用高端光刻胶(ArF光刻胶)研发项目”为例,该项目拟投入仅4.9亿元,其中ArF光刻机的投资金额高达1.5亿元,占设备及安装费一项的44%,总投资的31%——仅仅一台光刻机的价格,就接近晶瑞电材2020年度归母净利润(0.8亿元)的两倍[12]。

而且这还仅是ArF光刻机,最先进的EUV光刻机更为夸张,当前报价已经超1.2亿美元。不过考虑到美方现阶段绝无松口的可能性,属于有钱也买不到、不让买的稀罕物。前期的高额投入只不过是敲门砖,光刻胶还要面对漫长的客户验证周期。

由于光刻胶的功能性和质量对下游电子元器件的产品质量有着极为直接的影响,叠加行业的高度精密特征,任何质量问题都有可能给下游企业造成极其严重的损失。例如在2019年,台积电就曾因光阻原料污染导致上万片12英寸晶圆报废,直接损失达5.5亿美元 [14]——这哪怕对于台积电都不是个轻描淡写的数字,而以国内企业现阶段的体量来说,金额足以让负有赔偿责任的企业倒闭数次。所以下游客户,对光刻胶此类专用化学品的采购非常谨慎,潜在供应商必须经受充分调研,其产品也需要经过充足验证,这就带来了漫长的认证流程。

数据显示,哪怕是面板光刻胶这样相对低端的产品,验证周期往往也要有1~2年,而关键的半导体光刻胶更是需要2~3年,这也带来了下游企业更换供应商的动机很弱,上下游深度绑定的现象[15]。同时由于光刻胶自身高度多样化的产品特征,不同客户的测试要求与验证流程也不一致,带来了更为复杂的不确定性。

数据来源:前瞻产业研究院,果壳硬科技制图

如此一来,整个行业的商业化前景就很不乐观,投资门槛太高、前期投资回收周期过长,对于追求回报率的社会资本而言不够友好。更何况,作为高精尖行业,永远都要面临一个最基本的风险,就是研发失败。如光刻胶般的尖端产品的研发工作不是种地,而且哪怕种地也要面临极端天气绝收的可能,大笔资金投入有去无回,项目未能取得预期成果都是再正常不过的事,这一点在以往的技术类文章中,果壳硬科技也曾多次提及。这就对企业自身的经营状况有一定要求,至少要有稳定的现金流业务来对冲研发失败的风险。相比较之下,国内目前的企业普遍体量偏小,成熟度不高,整体抗风险能力比较一般,这无疑也是不容忽视的行业整体性困境。

5.Money, money never changes

在文章的最后一节,让我们聊一聊为何这么重要的领域,却鲜有入局者。因为光刻胶确实不是个好生意。纵观全文,我们可以发现,光刻胶行业集市场整体规模小、行业高度垄断、上游产品为高度特化的专用产品,应用面狭窄、技术门槛极高、研发成本极高、失败风险高、投资回收周期长等特征于一身,甚至还有不容忽视的政治风险——在当前的国际环境下,假如一家企业真的取得了较大突破,遭到美方制裁的概率不低(可参照AI四小龙的遭遇)。从投资的角度看,这个行业违背了几乎每一条客观规律,可以说是要多劝退有多劝退。而这样的特征,在我国面临的具有“卡脖子”特征的细分技术上非常普遍。举个不太恰当的例子,就像是圆珠笔芯的钢珠一样,市场太小,太成熟,其他企业没理由花钱入局强行和垄断公司展开竞争,能不能成不谈,哪怕成了在商业层面也不划算。

典型的“可以,但没必要”。这样的行业,自然也很难吸引社会资本进行投资。毕竟投资需要回报,需要收益,需要退出机制,而这些“高精尖”领域普遍缺乏这些关键特征,换言之就是想赚钱太难。行业与其豪掷数亿乃至数十亿追求糟糕的预期,还不如直接花钱买成品。这种“造不如买”的模式,在芯片这种高度依赖国际分工的高精尖行业原本是十分通行且普遍的,整条产业链分布在全球范围内是正常生态(例如ASML的EUV光刻机的90%零部件来自进口[6])。这种源自全球化进程的制造业模式,就是大名鼎鼎的“国际分工(International Division of labor)”。虽说国际分工在不同历史时期的含义不尽相同,不过望文生义的理解它不会有太多偏差。本文也不是一篇严谨的学术论文,不会在此讨论这一概念具体定义与全球实践。

只可惜,这种模式也只能建立在“逆全球化”不那么显著的国际形势下。如今意识形态冲突愈演愈烈,在任何行业任何产品都可能招致来自大洋彼岸制裁的今天——贵不贵,有没有可能浪费投资还重要吗?现在已经是最基本的有没有的问题了。可这样一个集众多“反投资”特质于一身的行业又该如何发展?自然离不开来自政策的强力扶持。只有国家层面给予行业以及社会资本足够的支持,才能激发投资热情,首先解决最基本的“钱”的问题。

其次,国内的光刻胶行业的上下游协同亟待强化。在光刻胶行业更为成熟的日本,为应对高度特化的下游需求、材料规格多样化、技术路线多的产业特征,一众企业形成了高度分工协作的产业集群。以上游材料光刻胶树脂为例,综研化学专注PCB光刻胶单体,大阪瓦斯化学等专注面板光刻胶树脂,而丸善石化、住友电木等企业负责光刻胶树脂制造。光引发剂也遵循类似的发展模式。然而与日本不同,国内的光刻胶行业比较分散,产业链布局也不完整,上游的研发、样品导入以及产品验证往往得不到来自下游的支持,企业各自为战。如何全方位的统合产业力量,实现共同发展,建立一个强有力的产业联盟,也需要外界的干预。而这,也离不开国家力量的引领、整合与支持。

最后,虽然强调了诸多困难,说了很多难题,但我国的科研实力正在快速发展,半导体市场在快速扩张,光刻胶行业还有机会,国产替代也还有机会。我国的技术领域,受起步较晚制约,确实在很多领域比较滞后——但我国有盾构机这样打破封锁,甚至“反包围”重建整个市场格局的先例,也有大型挖泥船这样对外禁运的尖端产品,而这还只是知名度很高的两个例子。以一句名言做结尾:前途是光明的,道路是曲折的。希望国内企业加油吧。(本文观点仅供参考,不构成投资建议。)

陈闷雷丨作者

李拓丨编辑

果壳硬科技丨策划

References:[1] 文灏股份:光刻胶(Photo resist)知识大全. 2017.08.10 https://www.whchip.com/news/newsgkj02.html[2] 信达证券:光刻胶,核心半导体材料,步入国产替代机遇期. 2021.09.03[3] 国盛证券:科华杜邦战略合作,加速光刻胶国产替代. 2021.11.08[4] 申港证券:光刻胶行业深度:破壁引光 小流成海. 2021.09.02[5] 天风证券:半导体材料皇冠上的明珠,迎来国产化机遇. 2021.05.31[6] 科创板日报:DUV和EUV光刻机的区别在哪?. 中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心. 2021.12.21 http://www.ime.cas.cn/icac/learning/learning_2/202112/t20211221_6324996.html[7] 郑晨:2021年全球半导体光刻胶行业市场规模与竞争格局分析 市场稳步增长、产能集中度较高. 前瞻产业研究所. 2021.09.18 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/210918-8dcf7cfc.html[8] 林晓晨:必争的1%. 阿尔法工场研究院. 2021.06.03 https://mp.weixin.qq.com/s/djqwvJ_HLq7Eh4PNle-7Vw[9] 郑晨:【行业深度】洞察2021:全球光刻胶行业竞争格局及市场份额(附市场集中度、企业竞争力评价等). 前瞻产业研究所. 2021.10.26 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/211026-213a722f.html[10] 郑晨:深度分析!2021年中国半导体光刻胶市场发展现状分析 晶圆厂扩建驱动增长、光刻胶国产化任重而道远. 前瞻产业研究所. 2021.09.23 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/210923-701c4cc9.html[11] 东北证券:三种增量、两种替代,电子成长长青 . 2021.12.09[12] 景瑞电子材料股份有限公司:创业板向不特定对象发行可转换公司债券募集说明书. 2021.08.12 http://www.cninfo.com.cn/new/disclosure/detail?orgId=9900031917&announcementId=1210726586&announcementTime=2021-08-12[13] 郑晨:2021年全球光刻胶行业技术竞争格局(附区域申请分布、申请人排名、专利申请集中度等). 前瞻产业研究所. 2021.10.22 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/211022-836ac5f1.html[14] 芯智讯:晶圆污染事故损失高达5.5亿美元?台积电下调一季度营收指引. 2019.02.16 https://mp.weixin.qq.com/s/fiW4E1_WZbgMSo_nu-I-gw[15] 郑晨:深度分析!一文带你看半导体光刻胶国产化之路“难”在何处?. 前瞻产业研究所. 2021.11.02 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/211101-da859f46.html果壳硬科技社群仍在启动招募中,无论您是科学家、创业者或者风险投资家,只要愿意一同加入这场科技盛宴,欢迎您添加下面这个企业微信,长期有效。

以及,我们依然在招聘研究员/编辑,以及1~2名实习生,欢迎加入我们!招聘信息可以在我们的微信公众号菜单栏寻找【入伙】。


光刻胶国产化难题在哪里?

近日,南大光电发布了几份公告,就公司发布债券的相关问询向深圳证券交易所回复。在这些回复中,除了深入解读证券交易所关注的半导体先进制程用前驱体产品产业化项目、高纯磷烷、砷烷扩产及砷烷技改项目、电子级三氟化氮项目的相关问题外,还谈及了公司之前募资所专注的光刻胶项目。

从这个回答,我们可以看到国产光刻胶的“难”。

首先在关键设备采购方面,南大光电表示,实现 14-90nm 制程芯片用光刻胶产业化是前次募投光刻胶的主要任务和目标。而缺陷检测设备系 28nm 以下制程芯片用光刻胶制备所必需的设备。事实上,公司已和美国供应商确立合作意愿,但目前交货周期需要延长,具体交付时间尚存不确定性,且该设备在当时环境下确实需要依赖进口。

“缺陷检测设备的缺失给 28nm 以下制程芯片用光刻胶产品产业化带来困难,进而影响了整体募投项目实施进度。”南大光电方面强调。

他们同时指出,公司曾尝试采取委托外包方式解决这一问题。但 28nm 以下制程芯片用光刻胶若采用委外检测,则会导致参数性能的较大不确定性,自主控制和调试难度较高,且由于目前国内 28nm 以下制程用光刻胶缺陷检测设备主要集中在下游客户处,因此检测成本也将难以有效控制,故不做首选方案。

南大同时也在积极考虑切换其他供应渠道。通过不同渠道对比,公司了解到目前已有国产设备正在测试且即将实现商用。出于使用指导、设备维护、维修便捷等因素,公司正在评估和考虑选择国产设备供应。

南大光电在公告中表示,光刻胶项目所需的光刻车间已建成,本次募投项目所需的主要先进光刻设备,如 ASML 浸没式光刻机、CD-SEM(特征尺寸测量用扫描电子显微镜)、涂胶显影一体机等已经完成安装并投入使用。已经生产出多款样品发往下游客户验证,已具备了 ArF 光刻胶及配套材料产业化的基本条件。

在问到“有关客户验证需求变化、公司实际经营情况”的相关问题时。南大回应道,因客观市场和公司经营情况发生的变化,目前实际情况与 2021 年募资时回复材料内容披露的情况存在部分差异。

一方面,由于进口原材料供应受到国际贸易影响,下游集成电路客户验证需求和验证标准都发生了变化;同时,光刻胶规格不符、质量不稳定会导致芯片产品良率的大幅下降,因此各晶圆厂对光刻胶替换所持的谨慎态度,综合导致部分产品验证进度放缓,虽然部分制程产品产线基本建设完毕,但产品验证完成后产量才能逐步爬坡。且由于公司主要晶圆厂客户验证标准变化,在批次产品稳定性上需要投入更多精力。

南大光电进一步解析说,公司前次募投拟产业化的 193nm ArF 光刻胶产品目前仍然需要经过较长时间的客户验证,才能达到可批量生产的相对成熟状态。且由于下游需求的差异性和复杂性,发行人目前送验的产品种类也无法完全覆盖下游不同客户的不同工艺、不同环节的用胶需求。因此,即使发行人目前主打的 ArF 光刻胶细分产品种类产业化推进顺利,仍然面临来自进口企业及其他国产供应商的市场竞争压力。

目前,国内比较成熟的晶圆厂在验证国产光刻胶时大多采用“替代型验证”,即要求国产产品在光刻,刻蚀,OPC 修正等性能方面同 Fab 厂现在使用的光刻胶能够完全匹配,高端制程误差要求在+/- 2nm 范围内,以满足其现有产线、工艺的要求,减少其调试成本。同时,因使用芯片制程、用途不同,即便同为 193nm ArF 光刻胶,不同客户的不同产线、工艺等也会对参数要求大不相同,对应光刻胶产品的配方就会有所区别。

例如 LANs base 线条层由于线条宽窄、布线规模、线条间距等不同,对光刻胶的需求均不一样;Hole 孔柱用光刻胶因孔型大小不同也对参数有特别规定;Metal 金属布线层在 Fab 端从图片到出品,需要经过多遍以上全生产过程,每遍所要求的参数也有不同。此外,存储芯片、逻辑芯片等不同芯片类型对光刻胶的验证要求也存在差异。

因此,公司 ArF 光刻胶产品除需要除针对不同客户需求开展产品验证外,又由于上述不同工艺、不同环节所产生的不同使用需求,即使针对同一客户也需要多款产品同时送验,并逐一进行单独验证,甚至需要多种产品组的综合验证通过后才会被采用。因此,尽管在 193nm ArF 光刻胶领域公司目前具有一定的先发优势,但若未来公司未能准确把握下游市场需求变化、及时调整研发和产业化重点,或因未能及时生产、调试出符合不同厂商、不同工艺、不同环节所需的产品,则公司仍存在丧失市场先机,进而在高端光刻胶领域相对其他国产供应商领先优势减小的风险。

尽管近年来国内光刻胶市场保持了良好的增长趋势,但以 ArF 光刻胶为代表的高端光刻胶领域国内市场份额仍然较小,长期为国外巨头所垄断。根据华经产业研究院统计,2021 年全球光刻胶市场份额中,日本厂商东京应化、合成橡胶(JSR)、住友化学及富士胶片的市场占有率合计达到 60%,美国陶氏化学市占率 17%,韩国东进 11%。在 ArF 光刻胶领域,合成橡胶(JSR)以 24%的市场份额位居全球第一,国内 ArF 光刻胶几乎全部依赖进口,日本及美国公司占据了绝对主导地位。

这种高端光刻胶长期为国外企业垄断的状况,使我国芯片制造一直处于“卡脖子”困境,亟待实现国产替代。由于高端光刻胶的保质期很短(通常只有 6 个月左右甚至更短),一旦遇到进口“限供”甚至“断供”,势必面临国内芯片企业短期内全面停产的严重不利局面。因此这也对国产替代产品提出了更高要求,例如在产品的应用兼容度、性能稳定性、杂质纯度等诸多方面,目前既要赶超进口产品,还要满足下游晶圆厂的产线技术要求;原本是对单项产品性能、参数开展独立验证,目前也增加至多种产品组的综合验证通过后方可采用。因此,下游客户原材料供应需求的变化使得其对送验产品的需求也发生了变化,进而直接影响了发行人研发、验证工作的进行。

南大同时指出,由于光刻胶(特别是 193nmArF 及 EUV 等高制程芯片用光刻胶)系研发和产业化难度极高的精细化学品,在分辨率(关键尺寸大小)、对比度(曝光区到非曝光区过渡的陡度)、敏感度(最小曝光量)、粘滞性(胶体厚度)、粘附性(黏着于衬底的强度)、抗蚀性(保持粘附性的能力)、表面张力、存储和传送方面都具有多元化且极高的要求,同时对树脂型聚合物、光引发剂、溶剂、活性稀释剂及其他助剂等原材料的要求也非常苛刻,光刻胶规格不符、质量不稳定会导致芯片产品良率的大幅下降,因此各晶圆厂对光刻胶大规模替换普遍持谨慎态度。

另一方面,新冠疫情也对公司实际经营造成较大影响,具体体现在验证效率降低、委外检测实施困难以及设备维修难度增大等方面。对于市场、客户需求的变化,公司在前次募资验证时无法充分预计,因此未能考虑在内,致使目前实际实施进度不及预期,对此,公司自身也做出了适当调整。为增加光刻胶项目产品销量、提升产品市场地位,随着研发和产业化重点的调整转移,原有部分在验证产品的验证进度也会受到影响。


光刻胶国产化难题在哪里?

近日,南大光电发布了几份公告,就公司发布债券的相关问询向深圳证券交易所回复。在这些回复中,除了深入解读证券交易所关注的半导体先进制程用前驱体产品产业化项目、高纯磷烷、砷烷扩产及砷烷技改项目、电子级三氟化氮项目的相关问题外,还谈及了公司之前募资所专注的光刻胶项目。

从这个回答,我们可以看到国产光刻胶的“难”。

首先在关键设备采购方面,南大光电表示,实现 14-90nm 制程芯片用光刻胶产业化是前次募投光刻胶的主要任务和目标。而缺陷检测设备系 28nm 以下制程芯片用光刻胶制备所必需的设备。事实上,公司已和美国供应商确立合作意愿,但目前交货周期需要延长,具体交付时间尚存不确定性,且该设备在当时环境下确实需要依赖进口。

“缺陷检测设备的缺失给 28nm 以下制程芯片用光刻胶产品产业化带来困难,进而影响了整体募投项目实施进度。”南大光电方面强调。

他们同时指出,公司曾尝试采取委托外包方式解决这一问题。但 28nm 以下制程芯片用光刻胶若采用委外检测,则会导致参数性能的较大不确定性,自主控制和调试难度较高,且由于目前国内 28nm 以下制程用光刻胶缺陷检测设备主要集中在下游客户处,因此检测成本也将难以有效控制,故不做首选方案。

南大同时也在积极考虑切换其他供应渠道。通过不同渠道对比,公司了解到目前已有国产设备正在测试且即将实现商用。出于使用指导、设备维护、维修便捷等因素,公司正在评估和考虑选择国产设备供应。

南大光电在公告中表示,光刻胶项目所需的光刻车间已建成,本次募投项目所需的主要先进光刻设备,如 ASML 浸没式光刻机、CD-SEM(特征尺寸测量用扫描电子显微镜)、涂胶显影一体机等已经完成安装并投入使用。已经生产出多款样品发往下游客户验证,已具备了 ArF 光刻胶及配套材料产业化的基本条件。

在问到“有关客户验证需求变化、公司实际经营情况”的相关问题时。南大回应道,因客观市场和公司经营情况发生的变化,目前实际情况与 2021 年募资时回复材料内容披露的情况存在部分差异。

一方面,由于进口原材料供应受到国际贸易影响,下游集成电路客户验证需求和验证标准都发生了变化;同时,光刻胶规格不符、质量不稳定会导致芯片产品良率的大幅下降,因此各晶圆厂对光刻胶替换所持的谨慎态度,综合导致部分产品验证进度放缓,虽然部分制程产品产线基本建设完毕,但产品验证完成后产量才能逐步爬坡。且由于公司主要晶圆厂客户验证标准变化,在批次产品稳定性上需要投入更多精力。

南大光电进一步解析说,公司前次募投拟产业化的 193nm ArF 光刻胶产品目前仍然需要经过较长时间的客户验证,才能达到可批量生产的相对成熟状态。且由于下游需求的差异性和复杂性,发行人目前送验的产品种类也无法完全覆盖下游不同客户的不同工艺、不同环节的用胶需求。因此,即使发行人目前主打的 ArF 光刻胶细分产品种类产业化推进顺利,仍然面临来自进口企业及其他国产供应商的市场竞争压力。

目前,国内比较成熟的晶圆厂在验证国产光刻胶时大多采用“替代型验证”,即要求国产产品在光刻,刻蚀,OPC 修正等性能方面同 Fab 厂现在使用的光刻胶能够完全匹配,高端制程误差要求在+/- 2nm 范围内,以满足其现有产线、工艺的要求,减少其调试成本。同时,因使用芯片制程、用途不同,即便同为 193nm ArF 光刻胶,不同客户的不同产线、工艺等也会对参数要求大不相同,对应光刻胶产品的配方就会有所区别。

例如 LANs base 线条层由于线条宽窄、布线规模、线条间距等不同,对光刻胶的需求均不一样;Hole 孔柱用光刻胶因孔型大小不同也对参数有特别规定;Metal 金属布线层在 Fab 端从图片到出品,需要经过多遍以上全生产过程,每遍所要求的参数也有不同。此外,存储芯片、逻辑芯片等不同芯片类型对光刻胶的验证要求也存在差异。

因此,公司 ArF 光刻胶产品除需要除针对不同客户需求开展产品验证外,又由于上述不同工艺、不同环节所产生的不同使用需求,即使针对同一客户也需要多款产品同时送验,并逐一进行单独验证,甚至需要多种产品组的综合验证通过后才会被采用。因此,尽管在 193nm ArF 光刻胶领域公司目前具有一定的先发优势,但若未来公司未能准确把握下游市场需求变化、及时调整研发和产业化重点,或因未能及时生产、调试出符合不同厂商、不同工艺、不同环节所需的产品,则公司仍存在丧失市场先机,进而在高端光刻胶领域相对其他国产供应商领先优势减小的风险。

尽管近年来国内光刻胶市场保持了良好的增长趋势,但以 ArF 光刻胶为代表的高端光刻胶领域国内市场份额仍然较小,长期为国外巨头所垄断。根据华经产业研究院统计,2021 年全球光刻胶市场份额中,日本厂商东京应化、合成橡胶(JSR)、住友化学及富士胶片的市场占有率合计达到 60%,美国陶氏化学市占率 17%,韩国东进 11%。在 ArF 光刻胶领域,合成橡胶(JSR)以 24%的市场份额位居全球第一,国内 ArF 光刻胶几乎全部依赖进口,日本及美国公司占据了绝对主导地位。

这种高端光刻胶长期为国外企业垄断的状况,使我国芯片制造一直处于“卡脖子”困境,亟待实现国产替代。由于高端光刻胶的保质期很短(通常只有 6 个月左右甚至更短),一旦遇到进口“限供”甚至“断供”,势必面临国内芯片企业短期内全面停产的严重不利局面。因此这也对国产替代产品提出了更高要求,例如在产品的应用兼容度、性能稳定性、杂质纯度等诸多方面,目前既要赶超进口产品,还要满足下游晶圆厂的产线技术要求;原本是对单项产品性能、参数开展独立验证,目前也增加至多种产品组的综合验证通过后方可采用。因此,下游客户原材料供应需求的变化使得其对送验产品的需求也发生了变化,进而直接影响了发行人研发、验证工作的进行。

南大同时指出,由于光刻胶(特别是 193nmArF 及 EUV 等高制程芯片用光刻胶)系研发和产业化难度极高的精细化学品,在分辨率(关键尺寸大小)、对比度(曝光区到非曝光区过渡的陡度)、敏感度(最小曝光量)、粘滞性(胶体厚度)、粘附性(黏着于衬底的强度)、抗蚀性(保持粘附性的能力)、表面张力、存储和传送方面都具有多元化且极高的要求,同时对树脂型聚合物、光引发剂、溶剂、活性稀释剂及其他助剂等原材料的要求也非常苛刻,光刻胶规格不符、质量不稳定会导致芯片产品良率的大幅下降,因此各晶圆厂对光刻胶大规模替换普遍持谨慎态度。

另一方面,新冠疫情也对公司实际经营造成较大影响,具体体现在验证效率降低、委外检测实施困难以及设备维修难度增大等方面。对于市场、客户需求的变化,公司在前次募资验证时无法充分预计,因此未能考虑在内,致使目前实际实施进度不及预期,对此,公司自身也做出了适当调整。为增加光刻胶项目产品销量、提升产品市场地位,随着研发和产业化重点的调整转移,原有部分在验证产品的验证进度也会受到影响。


光刻胶国产化难题在哪里?

光刻胶又称光致抗蚀剂,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,是一种图形转移介质,可利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上。目前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,是电子制造领域的关键材料之一。

光刻工艺是半导体制造过程中的重要步骤。光刻工艺利用化学反应原理把事先制备在掩模上的图形转印到晶圆,完成工艺的设备光刻机和光刻胶都是占半导体芯片工厂资产的大头。光刻工艺是用来在不同器件和电路表面上建立图形的工艺,在晶圆硅片表面曝光完成设计路的电路图,能做到分辨率清晰和定位无偏差电路,就如同建筑物一楼的砖块砌起来和二楼的砖块要对准,叠加的层数越高,技术难度大。

按曝光波长,光刻胶可分为紫外(300~450 nm)光刻胶、深紫外(160~280 nm)光刻胶、极紫外(EUV,13.5 nm)光刻胶、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X 射线光刻胶等。按照应用领域的不同,光刻胶又可以分为印刷电路板(PCB)用光刻胶、液晶显示(LCD)用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。PCB 光刻胶技术壁垒相对其他两类较低,而半导体光刻胶代表着光刻胶技术最先进水平。

光刻胶产业链:行业壁垒高,市场集中。光刻胶是印刷线路板、显示面板、集成电路等电子元器件的上游,公司生产的光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂)和光刻胶树脂等专用化学品是体现光刻胶性能的最重要原料,是光刻胶产业链的源头。

光刻胶专用化学品具有市场集中度高、技术门槛高、客户壁垒高的特点:1)市场集中度高;一般相同用途的光刻胶,由于投资大、市场比下游应用行业小,行业集中度非常高,只能有几家企业生存。光刻胶专用化学品具有相似特征,即品种多、用量小、品质要求高,投资相对普通化学品大,行业集中度高;2)技术门槛高;光刻胶是一种经过严格设计的复杂、精密的配方产品,由树脂、光引发剂、单体、添加剂等不同性质的原料,通过不同的排列组合,经过复杂、精密的加工工艺而制成。制造商必须具备性能评价技术、严格的生产管理体系和洁净生产技术以及ppb级微量分析技术。3)客户壁垒高;光刻胶更新换代较快,光刻胶厂家出于技术保密的考虑,一般会和光刻胶原料供应商进行密切合作,共同开发新技术,并且客户转换成本大,这些特点使得光刻胶行业上下游相互依赖、关系非常紧密,进入壁垒高。

目前集成电路的集成水平已由原来的微米级水平进入纳米级水平,为了匹配集成电路的发展水平,制备超净高纯试剂的纯度也由SEMI G1逐渐提升至到SEMIG4级水平,制备光刻胶的分辨率水平由紫外宽谱向g线、i线、KrF、ArF、F2以及更高端方向发展,同时功能性材料配方的精准度和效能的稳定性也逐渐向更高技术等级水平发展。

248nm及以上高端光刻胶为全球市场的主流。SEMI的数据显示,2018年全球半导体用光刻胶市场达到24亿美元,较2017年同比增长20%。光刻胶配套试剂方面,2018年全球光刻胶配套试剂市场达到28亿美元,较2017年增长27%。

全球共有5家主要的光刻胶生产企业。其中,日本技术和生产规模占绝对优势。

国内光刻胶生产商主要生产PCB光刻胶,面板光刻胶和半导体光刻胶由于光刻胶的技术壁垒较高,国内高端光刻胶市场基本被国外企业垄断,特别是高分辨率的KrF和ArF光刻胶,基本被日本和美国企业占据。PCB光刻胶的技术要求较低,PCB光刻胶在光刻胶产品系列中属于较低端,目前国产化率已达到50%;LCD光刻胶国产化率在10%左右,进口替代空间巨大;IC光刻胶与国外相比仍有较大差距,国产替代之路任重道远。

国内半导体光刻胶技术和国外先进技术差距较大,仅在市场用量最大的G 线和I 线有产品进入下游供应链。KrF线和ArF线光刻胶核心技术基本被国外企业垄断,国内KrF已经通过认证,但还处于攻坚阶段;ArF光刻胶乐观预计在2020年能有效突破并完成认证。

行行查,行业研究数据库:

行行查,行业研究数据库


光刻胶国产化难题在哪里?

光刻胶又称光致抗蚀剂,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,是一种图形转移介质,可利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上。目前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,是电子制造领域的关键材料之一。

光刻工艺是半导体制造过程中的重要步骤。光刻工艺利用化学反应原理把事先制备在掩模上的图形转印到晶圆,完成工艺的设备光刻机和光刻胶都是占半导体芯片工厂资产的大头。光刻工艺是用来在不同器件和电路表面上建立图形的工艺,在晶圆硅片表面曝光完成设计路的电路图,能做到分辨率清晰和定位无偏差电路,就如同建筑物一楼的砖块砌起来和二楼的砖块要对准,叠加的层数越高,技术难度大。

按曝光波长,光刻胶可分为紫外(300~450 nm)光刻胶、深紫外(160~280 nm)光刻胶、极紫外(EUV,13.5 nm)光刻胶、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X 射线光刻胶等。按照应用领域的不同,光刻胶又可以分为印刷电路板(PCB)用光刻胶、液晶显示(LCD)用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。PCB 光刻胶技术壁垒相对其他两类较低,而半导体光刻胶代表着光刻胶技术最先进水平。

光刻胶产业链:行业壁垒高,市场集中。光刻胶是印刷线路板、显示面板、集成电路等电子元器件的上游,公司生产的光引发剂(包括光增感剂、光致产酸剂)和光刻胶树脂等专用化学品是体现光刻胶性能的最重要原料,是光刻胶产业链的源头。

光刻胶专用化学品具有市场集中度高、技术门槛高、客户壁垒高的特点:1)市场集中度高;一般相同用途的光刻胶,由于投资大、市场比下游应用行业小,行业集中度非常高,只能有几家企业生存。光刻胶专用化学品具有相似特征,即品种多、用量小、品质要求高,投资相对普通化学品大,行业集中度高;2)技术门槛高;光刻胶是一种经过严格设计的复杂、精密的配方产品,由树脂、光引发剂、单体、添加剂等不同性质的原料,通过不同的排列组合,经过复杂、精密的加工工艺而制成。制造商必须具备性能评价技术、严格的生产管理体系和洁净生产技术以及ppb级微量分析技术。3)客户壁垒高;光刻胶更新换代较快,光刻胶厂家出于技术保密的考虑,一般会和光刻胶原料供应商进行密切合作,共同开发新技术,并且客户转换成本大,这些特点使得光刻胶行业上下游相互依赖、关系非常紧密,进入壁垒高。

目前集成电路的集成水平已由原来的微米级水平进入纳米级水平,为了匹配集成电路的发展水平,制备超净高纯试剂的纯度也由SEMI G1逐渐提升至到SEMIG4级水平,制备光刻胶的分辨率水平由紫外宽谱向g线、i线、KrF、ArF、F2以及更高端方向发展,同时功能性材料配方的精准度和效能的稳定性也逐渐向更高技术等级水平发展。

248nm及以上高端光刻胶为全球市场的主流。SEMI的数据显示,2018年全球半导体用光刻胶市场达到24亿美元,较2017年同比增长20%。光刻胶配套试剂方面,2018年全球光刻胶配套试剂市场达到28亿美元,较2017年增长27%。

全球共有5家主要的光刻胶生产企业。其中,日本技术和生产规模占绝对优势。

国内光刻胶生产商主要生产PCB光刻胶,面板光刻胶和半导体光刻胶由于光刻胶的技术壁垒较高,国内高端光刻胶市场基本被国外企业垄断,特别是高分辨率的KrF和ArF光刻胶,基本被日本和美国企业占据。PCB光刻胶的技术要求较低,PCB光刻胶在光刻胶产品系列中属于较低端,目前国产化率已达到50%;LCD光刻胶国产化率在10%左右,进口替代空间巨大;IC光刻胶与国外相比仍有较大差距,国产替代之路任重道远。

国内半导体光刻胶技术和国外先进技术差距较大,仅在市场用量最大的G 线和I 线有产品进入下游供应链。KrF线和ArF线光刻胶核心技术基本被国外企业垄断,国内KrF已经通过认证,但还处于攻坚阶段;ArF光刻胶乐观预计在2020年能有效突破并完成认证。

行行查,行业研究数据库:

行行查,行业研究数据库


光刻胶国产化难题在哪里?

技术上,主要是两个问题。

1、聚合产物的分子量分布要足够窄。

2、金属杂质的残留量要足够低,低到ppb级别。

这两个技术要求,目前国内厂商基本上做不到。


光刻胶国产化难题在哪里?

技术上,主要是两个问题。

1、聚合产物的分子量分布要足够窄。

2、金属杂质的残留量要足够低,低到ppb级别。

这两个技术要求,目前国内厂商基本上做不到。


光刻胶国产化难题在哪里?

没啥难得的,都差不多了,需要时间和不停使用反馈。

如果非说有问题,目前胶的问题其实还是测试设备的问题


光刻胶国产化难题在哪里?

没啥难得的,都差不多了,需要时间和不停使用反馈。

如果非说有问题,目前胶的问题其实还是测试设备的问题