本文來源：智東西

光刻膠的性能決定了集成電路的集成度，進(jìn)而決定了芯片的運(yùn)行速度、功耗等關(guān)鍵參數(shù)，是集成電路制造工藝中最關(guān)鍵的材料。根據(jù) SEMI 對于半導(dǎo)體光刻膠市場的統(tǒng)計，2015 年全球市場規(guī)模約為 13 億美元，至 2020年已經(jīng)達(dá)到了 21 億美元，同比增長超過 20%；在此之中中國半導(dǎo)體光刻膠市場從 2015 年的 1.3 億美元增長至 2020 年的 3.5 億美元，同比增長約為40%。中國晶圓代工廠近年來飛速發(fā)展直接造就了全球，特別是中國光刻膠市場的高速發(fā)展。

本期的智能內(nèi)參，我們推薦國盛證券的報告《光刻膠 – 光刻環(huán)節(jié)核心，厚積薄發(fā)，國產(chǎn)替代》，揭秘光刻膠的市場現(xiàn)狀和國產(chǎn)替代進(jìn)程。

光刻膠：芯片核心材料

光刻膠由樹脂，感光劑，溶劑，光引發(fā)劑等組成的混合液態(tài)感光材料。原理是利用光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)光刻工藝將所需要的微細(xì)圖形轉(zhuǎn)移到加工襯底上，來達(dá)到在晶圓上刻蝕出需的圖形的目的。

從光刻膠的發(fā)展歷程看，從 20 世紀(jì) 50 年代至今，光刻技術(shù)經(jīng)歷了紫外全譜（300-340nm），G 線（436nm），I 線（365nm），深紫外（Deep Ultraviolet，DUV，248nm 和 193nm），以及目前最引人注目的極紫外（EUV，13.5nm）光刻，電子束光刻等六個階段，隨著光刻技術(shù)發(fā)展，各曝光波長的光刻膠組分（成膜樹脂、感光劑和添加劑等）也隨之變化。

▲光刻技術(shù)及光刻材料的發(fā)展

根據(jù)反應(yīng)機(jī)理和顯影原理，可以將光刻膠分為正性光刻膠和負(fù)性光刻膠。正性光刻膠形成的圖形與掩膜版（光罩）相同，負(fù)性光刻膠顯影時形成的圖形與掩膜版相反。根據(jù)感光樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)，光刻膠可分為光聚合型，光分解型和光交聯(lián)型。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，光刻膠可以分為 PCB 光刻膠、面板光刻膠和半導(dǎo)體光刻膠。

▲光刻膠分類

▲正性及負(fù)性光刻膠的反應(yīng)原理

從光刻膠全球市場來看，根據(jù) Cision 的統(tǒng)計，2019 年約有 91 億美元的市場規(guī)模，且至2022 年預(yù)計將達(dá)到 105 億美元，實現(xiàn)復(fù)合增長 5%。而其中半導(dǎo)體、LCD、PCB 這三類主要的應(yīng)用場景分別占據(jù)了市場空間的 24.10%、26.6%、及 24.5%，分別對應(yīng) 2019年的市場規(guī)模 22 億美元、24 億美元、及 22 億美元。

▲2019-2022 全球光刻膠產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模（億美元）

▲全球光刻膠應(yīng)用份額占比

Cision 同時也統(tǒng)計了中國光刻膠市場的規(guī)模，在 2019 年約為 88 億元人民幣，至 2022年預(yù)計將達(dá)到 117 億元人民幣，實現(xiàn)復(fù)合增長 15%。如若我們根據(jù)全球光刻膠的應(yīng)用場景分布來看，在中國大陸所需要的半導(dǎo)體、LCD、及 PCB 的市場需求分別將達(dá)到 21、23、22 億元人民幣。

▲2019-2022 中國光刻膠產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模（億元）

同時參考 SEMI 對于全球光刻膠市場的統(tǒng)計來看：2015 年約有 13 億美元的市場規(guī)模，至 2020 年全球光刻膠（不包含 EUV 光刻膠）的市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到約 21 億美元，從 2019 年至 2020 年增速超過 20%。

▲全球半導(dǎo)體光刻膠市場規(guī)模（不含 EUV 光刻膠，億美元）

再看到中國半導(dǎo)體光刻膠市場，在 2015 年光刻膠市場約為 1.3 億美元，而至 2020 年中國半導(dǎo)體光刻膠市場整體已經(jīng)增長至約 3.5 億美元，且 2019 年至 2020 年中國市場的增速約為 40%， 遠(yuǎn)超全球光刻膠市場的增速。

▲中國半導(dǎo)體光刻膠市場規(guī)模（不含 EUV 光刻膠，億美元）

制程提升 晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)，光刻膠量價齊升

從半導(dǎo)體材料來看，至 2020 年全球市場規(guī)模在 539.0 億美元，較 2019 年同比增長 2.2%。從長期維度來看半導(dǎo)體材料的市場一直隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)銷售而同步波動。雖然半導(dǎo)體芯片存在較大的價格波動，但是作為上游原材料的價格相對較為穩(wěn)定，因此我們也可以看到半導(dǎo)體材料整體并無巨幅波動，且保持穩(wěn)定增長的趨勢。

此外看到當(dāng)前半導(dǎo)體市場由于 5G 時代到來，進(jìn)而推動下游電子設(shè)備硅含量的大增，帶來的半導(dǎo)體需求的快速增長，直接推動了各個晶圓廠商的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃。而芯片的制造更是離不開最上游的材料環(huán)節(jié)，因此我們有望看到全球以及中國半導(dǎo)體材料市場規(guī)模的飛速增長。

▲全球半導(dǎo)體材料市場銷售額

在全球半導(dǎo)體材料的需求格局之中，中國大陸從 2011 年的 10%的需求占比，至 2019年已經(jīng)達(dá)到占據(jù)全球需求總量的 16.7%，僅次于中國臺灣（21.7%）及韓國（16.9%），位列全球第二。隨著整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的持續(xù)增長，以及中國大陸不斷新建的代工產(chǎn)能，我們有望看到中國大陸半導(dǎo)體材料市場規(guī)模增速將會持續(xù)超越全球，榮登第一。

▲全球各區(qū)域半導(dǎo)體材料需求占比

▲2021 年 SEMI 預(yù)期半導(dǎo)體材料市場按地域分布

在 2019 年期間，整個半導(dǎo)體材料 521 億美元的市場規(guī)模之中，半導(dǎo)體晶圓制造材料占據(jù)了約 63%，達(dá)到了 328 億元。晶圓制造材料的持續(xù)增長也是源自于當(dāng)前制造工藝不斷升級帶來的對于材料的更大的消耗所致。

▲封裝及晶圓制造材料市場規(guī)模及增速（單位：億美元）

半導(dǎo)體晶圓制造過程繁瑣且復(fù)雜，對于的材料大類的設(shè)計也超過了 9 種。其中光刻膠占比約為 5.3%，光刻膠輔助材料 6.9%，合計占整體晶圓制造環(huán)節(jié)材料成本的 12.2%。

▲半導(dǎo)體原材料分布情況

根據(jù)智研產(chǎn)業(yè)研究院，和 Cision 的統(tǒng)計，中國及全球 IC 用光刻膠的市場規(guī)模分別約為25 億人民幣、25 億美金，整體體量并不大。但是隨著中國及全球的晶圓產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張，以及集成電路制程的不斷提升，因此中國 IC 光刻膠市場有望向著 100 億人民幣規(guī)模發(fā)展，而全球 IC 光刻膠的市場規(guī)模有望向著超過 50 億美金的市場規(guī)模發(fā)展。

此外不僅市場規(guī)模在不斷的提升，看到全球 12 寸晶圓的產(chǎn)能的增長情況，根據(jù) SEMI 在2020 年 10 月的《300mm Fab Outlook to 2024》報告所述，在 2019 年全球 12 寸晶圓的產(chǎn)能超過 540 萬片/月，至 2024 年之時，全球 12 寸晶圓產(chǎn)能將會超過 720 萬片/月。

全球半導(dǎo)體制造商在 2020 年至 2024 年將持續(xù)提高 8 寸晶圓廠產(chǎn)能，預(yù)計增加95 萬片/月，復(fù)合增速將達(dá)到 17%，至 2024 年將會達(dá)到 660 萬片/月的最高歷史記錄。而這其中，中國占據(jù)大多數(shù)產(chǎn)能，在 2021 年已經(jīng)達(dá)到了 18%，在未來的產(chǎn)能不斷擴(kuò)張的情況下，有望占比持續(xù)提高。

▲全球各地區(qū) 200mm 晶圓廠數(shù)量（座）

▲全球各地區(qū) 200mm 晶圓廠產(chǎn)能（千片/月）

▲全球 200mm 晶圓廠綜合產(chǎn)能增長情況

從全球角度我們看到了晶圓產(chǎn)能無論是 8 寸或者 12 寸均處于高速增長的趨勢之中，再聚焦至中國大陸的晶圓產(chǎn)能增長情況來看，更是呈現(xiàn)了較全球產(chǎn)能增長更高的增速，這也將給國產(chǎn)半導(dǎo)體材料帶來更大替代契機(jī)以及可滲透空間。

中國晶圓代工廠商在未來的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃將會十分巨大，8 寸的產(chǎn)能將在未來實現(xiàn)從當(dāng)前 74 萬片/月增長至 135 萬片/月，12 寸產(chǎn)能將從當(dāng)前 38.9 萬片/月增長至 145.4 萬片/月，分別將實現(xiàn) 82%及 274%的增長，將會直接帶動半導(dǎo)體的材料需求之外，從產(chǎn)能的擴(kuò)張的結(jié)構(gòu)來看，12 寸晶圓的增速將會遠(yuǎn)超過 8 寸晶圓，并且未來中國的產(chǎn)能制程結(jié)構(gòu)將會逐步升級，帶動更大的半導(dǎo)體材料用量的彈性增長。

從 Logic 芯片的角度來看，看到臺積電從 20Q1 開始至 21Q1 的各制程占收入之比，可以看到在 28nm 及其以上的制程收入占比從 45%降低至 37%，其中 5nm 制程從 0%提升至 14%（20Q4 達(dá)到 20%）。

由此可見整體芯片制程不斷的向更先進(jìn)制程的方向發(fā)展，而其中將會帶動各類集成電路晶圓制造材料的使用量不斷地提升。

▲臺積電從 20Q1 至 21Q1 各制程節(jié)點占收入比重

根據(jù) IC 光刻膠所能使用到的制程節(jié)點來看，可以看到隨著制程的逐步增長，所用的IC 級光刻膠品種將會逐步發(fā)生變化，并且隨之帶來的 IC 光刻膠的價值量也將會發(fā)生巨大的變化（單位價值量：ArF>KrF>I>G）。

▲IC 光刻膠分類

▲全球四大類光刻膠占比情況（不含其它類光刻膠）

▲中國四大類光刻膠占比情況（不含其它類光刻膠）

對于國產(chǎn)替代環(huán)境的過去與現(xiàn)在的對比，可以看到中國內(nèi)資廠商將迎來一個國產(chǎn)替代的機(jī)會窗口。除此之外，在未來隨著產(chǎn)品在新晶圓產(chǎn)線上的穩(wěn)定使用，有望將加速在老產(chǎn)線上的替代，實現(xiàn)對于國產(chǎn)晶圓產(chǎn)線的全面替代。

▲國產(chǎn)半導(dǎo)體材料廠商應(yīng)對國產(chǎn)替代環(huán)境變化對比

國產(chǎn)替代空間巨大

光刻膠主要分為三大類，分別為：1）集成電路半導(dǎo)體；2）面板；3）PCB。從全球的格局上來看此三類光刻膠分別占據(jù)了全球光刻膠市場均約 25%，但是反觀中國光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈，中國半導(dǎo)體光刻膠的占比僅有 2%，LCD 僅為 3%，而最為簡單 PCB 光刻膠占比高達(dá) 94%。

▲中國光刻膠廠商生產(chǎn)結(jié)構(gòu)情況

從上圖可得中國光刻膠自產(chǎn)光刻膠整體平均仍然處于較為低端的位置，而其中半導(dǎo)體及面板光刻膠雖然有一定的占比，但是也同樣處于低于行業(yè)技術(shù)水平的位置，而縱觀全球無論是 PCB、面板、及半導(dǎo)體的光刻膠供應(yīng)格局，均還是以海外及中國臺灣供應(yīng)商為主其中日本占據(jù)了絕對龍頭。

在光刻膠領(lǐng)域相對較為容易的 PCB 光刻膠，中國均有廠商在各個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破，但是根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的整理，全球的主要 PCB 供應(yīng)商還是以日本為主導(dǎo)；

▲全球 PCB 光刻膠主要生產(chǎn)企業(yè)

整體來看，全球光刻膠行業(yè)主要被 JSR、東京應(yīng)化、羅門哈斯、信越化學(xué)、及富士合理占據(jù)，前五大家占據(jù)了全球光刻膠領(lǐng)域的 86%；如若聚焦到全球半導(dǎo)體用光刻膠領(lǐng)域，前六大家（主要以日本為主）實現(xiàn)了對于市場的 87%的占據(jù)。

▲全球光刻膠市占率情況

對于光刻膠中的 KrF、ArF、i 線、g 線，其市占率情況如下，仍然是全球幾大龍頭形成了寡頭壟斷之勢，而中國供應(yīng)商尚未登榜。

▲2019 年 krf 光刻膠市場占比

▲2019 年 arf 光刻膠市場占比

▲2019 年 g/i 線光刻膠市場占比

而半導(dǎo)體國產(chǎn)光刻膠的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于其他產(chǎn)業(yè)，原因在于：

1. 光刻膠的驗證周期長。光刻膠批量測試的過程需要占用晶圓廠機(jī)臺的產(chǎn)線時間，在產(chǎn)能緊張的時期測試時間將會被延長。測試的過程需要與光刻機(jī)、掩膜版及半導(dǎo)體制程中的許多工藝步驟配合，付出成本極高。通常面板光刻膠驗證周期為 1-2 年，半導(dǎo)體光刻膠為 2-3 年。但驗證過之后便會形成長期供應(yīng)關(guān)系，甚至在未來會推動企業(yè)之間的聯(lián)合研發(fā)。

2. 原材料成膜樹脂具有專利壁壘。樹脂的合成難度高，通常光刻膠廠商在合成一種樹脂后會申請相應(yīng)的專利，目前樹脂結(jié)構(gòu)上的專利主要被日本公司占據(jù)。

3. 光刻膠產(chǎn)品品類多，配方需要滿足差異化需求。根據(jù)產(chǎn)品需求來調(diào)配適合的樹脂來滿足差異化需求對于光刻膠企業(yè)是一大難點，也是光刻膠制造商最核心的技術(shù)。

4. 材料替代的挑戰(zhàn)。所有性能必須與晶圓產(chǎn)線上的 Baseline 一致，不能比其差，但在某些領(lǐng)域也不能比 Baseline 好。

▲IC 集成度與光刻技術(shù)發(fā)展歷程

在外資供應(yīng)商統(tǒng)治了全球光刻膠行業(yè)的基礎(chǔ)下，中國內(nèi)資廠商耗費(fèi)十多年的時間，在當(dāng)前已經(jīng)實現(xiàn)了各大類（除 EUV）光刻膠的突破，實現(xiàn)了厚積薄發(fā)的現(xiàn)狀，而其中的代表公司分別有：彤程新材、上海新陽、徐州博康、晶瑞股份等等。

▲中國內(nèi)資光刻膠公司當(dāng)前產(chǎn)品突破及未來規(guī)劃情況梳理

隨著中國半導(dǎo)體光刻膠逐步突破技術(shù)壁壘，實現(xiàn)部分產(chǎn)品種類上對于海外領(lǐng)先者們的替代；此外，隨著中國晶圓廠不斷擴(kuò)產(chǎn)新線，我們有望看到中國光刻膠企業(yè)產(chǎn)品加速導(dǎo)入新產(chǎn)線，從過去的 Baseline 規(guī)則的追逐者向著 Baseline 制定者的身份轉(zhuǎn)變，在巨大的國產(chǎn)替代空間內(nèi)實現(xiàn)成長的巨大動力。

光刻膠作為半導(dǎo)體、平板顯示器和PCB制造環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵材料，經(jīng)過多年的發(fā)展，中國光刻膠技術(shù)已有突破性進(jìn)展。在國家出臺相關(guān)利好政策的背景下，中國光刻膠制造商在光刻膠研發(fā)技術(shù)上積極性革新，當(dāng)前中國光刻膠的研發(fā)技術(shù)水平逐漸提高，在制造工藝技術(shù)和配方工藝領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗，中國光刻膠行業(yè)正加速發(fā)展。未來，隨著中國光刻膠企業(yè)對光刻膠的研發(fā)投入持續(xù)上升，光刻膠企業(yè)的技術(shù)水平將不斷提高，中國有望打破國外企業(yè)在光刻膠市場的壟斷格局，國產(chǎn)光刻膠有望迎來發(fā)展新機(jī)遇。