光刻膠行業(yè)投資價值分析及發(fā)展前景預(yù)測

光刻膠行業(yè)投資價值分析及發(fā)展前景預(yù)測中國下游集成電路行業(yè)快速發(fā)展中國作為全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)市場，助力集成電路市場規(guī)模快速發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國已成為全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)及消費(fèi)市場，衍生出了巨大的半導(dǎo)體器件需求，根據(jù)ICInsights統(tǒng)計(jì)，從2013年到2018年僅中國半導(dǎo)體集成電路市場規(guī)模從820億美元擴(kuò)大至1550億美元，年復(fù)合增長率13．58%。隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，中國將成為全球半導(dǎo)體最具活力和發(fā)展前景的市場區(qū)域。光刻膠：光刻工藝所需核心材料，助力制程持續(xù)升級光刻膠百年發(fā)展史，是光刻工藝所需關(guān)鍵材料。光刻膠被應(yīng)用于印刷工業(yè)已經(jīng)超過一個世紀(jì)。到20世紀(jì)20年代，開始被用于PCB領(lǐng)域，到20世紀(jì)50年代，開始被用于生產(chǎn)晶圓。20世紀(jì)50年代末，eastmankodak（伊士曼柯達(dá)公司）和Shipley（已被陶氏收購）分別設(shè)計(jì)出適合半導(dǎo)體工業(yè)所需的正膠和負(fù)膠。光刻膠用于光刻工藝，幫助將設(shè)計(jì)好的電路圖形由掩膜版轉(zhuǎn)移至硅片，從而實(shí)現(xiàn)特定的功能。光刻膠的質(zhì)量和性能直接影響制造產(chǎn)線良率。以集成電路為例，光刻工藝步驟和光刻膠的使用場景：1）氣體硅片表面預(yù)處理：在光刻前，硅片會經(jīng)歷一次濕法清洗和去離子水沖洗，目的是去除沾污物。在清洗完畢后，硅片表面需要經(jīng)過疏水化處理，用來增強(qiáng)硅片表面同光刻膠（通常是疏水性的）的黏附性。2）旋涂光刻膠，抗反射層：在氣體預(yù)處理后，光刻膠需要被涂敷在硅片表面。涂敷的方法是最廣泛使用的旋轉(zhuǎn)涂膠方法，光刻膠（大約幾毫升）先被管路輸送到硅片，然后硅片會被旋轉(zhuǎn)起來，并且逐漸加速，直到穩(wěn)定在一定的轉(zhuǎn)速上（轉(zhuǎn)速高低決定了膠的厚度，厚度反比于轉(zhuǎn)速的平方根）。3）曝光前烘焙：當(dāng)光刻膠被旋涂在硅片表面后，必須經(jīng)過烘焙。烘焙的目的在于將幾乎所有的溶劑驅(qū)趕走。這種烘焙由于在曝光前進(jìn)行叫做曝光前烘焙，簡稱前烘，又叫軟烘（softbake）。前烘改善光刻膠的黏附性，提高光刻膠的均勻性，以及在刻蝕過程中的線寬均勻性控制。4）對準(zhǔn)和曝光：在投影式曝光方式中，掩膜版被移動到硅片上預(yù)先定義的大致位臵，或者相對硅片已有圖形的恰當(dāng)位臵，然后由鏡頭將其圖形通過光刻轉(zhuǎn)移到硅片上。對接近式或者接觸式曝光，掩膜版上的圖形將由紫外光源直接曝光到硅片上。5）曝光后烘焙：曝光完成后，光刻膠需要經(jīng)過又一次烘焙。后烘的目的在于通過加熱的方式，使光化學(xué)反應(yīng)得以充分完成。曝光過程中產(chǎn)生的光敏感成分會在加熱的作用下發(fā)生擴(kuò)散，并且同光刻膠產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，將原先幾乎不溶解于顯影液體的光刻膠材料改變成溶解于顯影液的材料，在光刻膠薄膜中形成溶解于和不溶解于顯影液的圖形。由于這些圖形同掩膜版上的圖形一致，但是沒有被顯示出來，又叫潛像（latentimage）。6）顯影：由于光化學(xué)反應(yīng)后的光刻膠呈酸性，顯影液采用強(qiáng)堿溶液。一般使用體積比為2．38%的四甲基氫氧化銨水溶液。光刻膠薄膜經(jīng)過顯影過程后，曝過光的區(qū)域被顯影液洗去，掩膜版的圖形便在硅片上的光刻膠薄膜上以有無光刻膠的凹凸形狀顯示出來。7）堅(jiān)膜烘焙：在顯影后，由于硅片接觸到水分，光刻膠會吸收一些水分，這對后續(xù)的工藝，如濕發(fā)刻蝕不利。于是需要通過堅(jiān)膜烘焙（hardbake）來將過多的水分驅(qū)逐出光刻膠。由于現(xiàn)在刻蝕大多采用等離子體刻蝕，又稱為干刻，堅(jiān)膜烘焙在很多工藝當(dāng)中已被省去。8）測量：在曝光完成后，需要對光刻所形成的關(guān)鍵尺寸以及套刻精度進(jìn)行測量。關(guān)鍵尺寸的測量通常使用掃描電子顯微鏡，而套刻精度的測量由光學(xué)顯微鏡和電荷耦合陣列成像探測器承擔(dān)。制程升級是確定發(fā)展方向，光刻設(shè)備和光刻膠是核心因素。隨著高集成度、超高速、超高頻集成電路及元器件的開發(fā)，集成電路與元器件特征尺寸呈現(xiàn)出越來越精細(xì)的趨勢，加工尺寸達(dá)到百納米直至納米級，光刻設(shè)備和光刻膠產(chǎn)品也為滿足超微細(xì)電子線路圖形的加工應(yīng)用而推陳出新。光刻膠的分辨率直接決定了特征尺寸的大小，通常而言，曝光波長越短，分辨率越高，因此為適應(yīng)集成電路線寬不斷縮小的要求，光刻膠的曝光波長由紫外寬譜向ｇ線（436nm）→ｉ線（365nm）→KrF（248nm）→ArF（193nm）→F2（157nm）的方向轉(zhuǎn)移，并通過分辨率增強(qiáng)技術(shù)不斷提升光刻膠的分辨率水平。光刻膠及光刻膠配套試劑細(xì)分領(lǐng)域（一）半導(dǎo)體光刻膠行業(yè)概況隨著高集成度、超高速、超高頻集成電路及元器件的開發(fā)，集成電路與元器件特征尺寸呈現(xiàn)出越來越精細(xì)的趨勢，加工尺寸達(dá)到百納米直至納米級，光刻設(shè)備和光刻膠產(chǎn)品也為滿足超微細(xì)電子線路圖形的加工應(yīng)用而推陳出新。光刻膠的分辨率直接決定了特征尺寸的大小，通常而言，曝光波長越短，分辨率越高，因此為適應(yīng)集成電路線寬不斷縮小的要求，光刻膠的曝光波長由紫外寬譜向g線（436nm）→i線（365nm）→KrF（248nm）→ArF（193nm）→EUV（13．5nm）的方向轉(zhuǎn)移，并通過分辨率增強(qiáng)技術(shù)不斷提升光刻膠的分辨率水平，而紫外寬譜光刻膠更多應(yīng)用于分立器件。2014年6月，《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》指出，集成電路產(chǎn)業(yè)一直是我國的問題之一，其中核心耗材半導(dǎo)體光刻膠等產(chǎn)品領(lǐng)域存在明顯受制于人的問題。光刻膠是集成電路最核心的材料之一，光刻膠的作用如同集成電路的模具，在光刻工藝中為鋪設(shè)電路預(yù)留空間，其質(zhì)量和性能與電子器件良品率、器件性能以及器件可靠性直接相關(guān)。（二）顯示面板光刻膠行業(yè)概況光刻工藝同樣也是液晶面板制造的核心工藝，通過鍍膜、清洗、光刻膠涂覆、曝光、顯影、蝕刻等工序，將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到薄膜上，形成與掩膜板對應(yīng)的幾何圖形，從而制得TFT電極與彩色濾光片。顯示面板光刻膠主要分為TFT-LCD光刻膠、彩色光刻膠和黑色光刻膠及觸摸屏光刻膠。三類顯示面板光刻膠被應(yīng)用在顯示面板制造過程的不同工序中。TFT-LCD光刻膠用于加工液晶面板前段Array制程中的微細(xì)圖形電極；彩色光刻膠和黑色光刻膠用于制造顯示面板中的彩色濾光片；觸摸屏光刻膠用于制作觸摸電極。平板顯示器中TFT-LCD是市場的主流，彩色濾光片是TFT-LCD實(shí)現(xiàn)彩色顯示的關(guān)鍵器件。從2009年開始，顯示面板產(chǎn)業(yè)鏈逐漸向中國轉(zhuǎn)移。經(jīng)過十年的快速擴(kuò)張，中國顯示面板行業(yè)后來居上。盡管國內(nèi)市場對于顯示面板光刻膠的需求量不斷增長，但我國顯示面板光刻膠生產(chǎn)能力仍嚴(yán)重不足。目前顯示面板光刻膠的生產(chǎn)主要被日韓廠商壟斷，LCD光刻膠的全球供應(yīng)集中在日本、韓國、中國臺灣等地區(qū)，海外企業(yè)市占率超過90%。（三）PCB光刻膠行業(yè)概況PCB的加工制造過程涉及圖形轉(zhuǎn)移，即把設(shè)計(jì)完成的電路圖像轉(zhuǎn)移到襯底板上，因而在此過程中會使用到光刻膠。PCB光刻膠主要包括干膜光刻膠、濕膜光刻膠和光成像阻焊油墨。自20世紀(jì)90年代中期開始，PCB產(chǎn)業(yè)開始轉(zhuǎn)移，2002年開始，外資PCB光刻膠企業(yè)陸續(xù)在華建廠。至2017年，我國PCB產(chǎn)值占全球份額達(dá)50．8%，PCB光刻膠產(chǎn)值占全球份額也超70%，到2019年的市場份額達(dá)到93．35%，主要集中在中低端產(chǎn)品市場。（四）其他光刻膠行業(yè)概況其他光刻膠主要包括電子束光刻膠、感光聚酰亞胺（PSPI）、光敏聚苯并噁唑樹脂（PSPBO）等特殊工藝光刻膠。因其工藝特殊性，全球其他光刻膠呈現(xiàn)生產(chǎn)廠商數(shù)量較少、供應(yīng)量較少、產(chǎn)品單價較高等特點(diǎn)。（五）光刻膠配套試劑行業(yè)概況光刻膠配套試劑主要是由基礎(chǔ)化工原料（包括N-甲基吡咯烷酮、醋酸丁酯、四甲基氫氧化銨、石油醚、正庚烷等）調(diào)配制造的產(chǎn)品，包括顯影液、剝離液、增粘劑、邊膠劑等，與光刻膠配套使用。因此同光刻膠應(yīng)用范圍相同，主要應(yīng)用于顯示面板、集成電路和半導(dǎo)體分立器件等細(xì)微圖形加工作業(yè)。半導(dǎo)體光刻膠市場格局對于技術(shù)壁壘最高的半導(dǎo)體光刻膠市場，ArF光刻膠與其他浸沒式光刻膠合起來占據(jù)了整個市場的52%。日本企業(yè)在半導(dǎo)體光刻膠市場占據(jù)主導(dǎo)地位。根據(jù)東京應(yīng)化公布的數(shù)據(jù)，2019年日本企業(yè)合計(jì)市場份額為69%，東京應(yīng)化（TOK）占比為25%。海外龍頭斷供提供良機(jī)日本信越化學(xué)光刻膠斷供產(chǎn)生供給缺口，為國產(chǎn)企業(yè)導(dǎo)入提供機(jī)會。由于2021年日本福島地震事件，信越化學(xué)光刻膠工廠暫停生產(chǎn)，引發(fā)新合約漲價事件。受地震影響，信越化學(xué)KrF光刻膠產(chǎn)線受到很大程度的破壞，2021年2月至今尚未完全恢復(fù)生產(chǎn)，雖然東京應(yīng)化（TOK）填補(bǔ)了信越化學(xué)海外大部分缺失的KrF光刻膠產(chǎn)能，但目前仍存在不小的缺口。另外，除了臺積電、三星、英特爾、聯(lián)電等晶圓廠積極擴(kuò)產(chǎn)外，SMIC、華虹宏力、廣州粵芯等多家本土晶圓廠積極擴(kuò)產(chǎn)和產(chǎn)能釋放，這也就導(dǎo)致國內(nèi)光刻膠需求量激增，供應(yīng)不足。2020年底美國商務(wù)部將SMIC列入實(shí)體清單，對SMIC實(shí)施出口限制，導(dǎo)致美國陶氏化學(xué)無法向SMIC供應(yīng)任何半導(dǎo)體材料，其中包括光刻膠。在國外廠商無法供應(yīng)的情況下，晶圓廠對導(dǎo)入新半導(dǎo)體材料供應(yīng)商的要求提升，利好國產(chǎn)光刻膠產(chǎn)業(yè)。原材料掐脖子對企業(yè)正常生產(chǎn)有潛在威脅。2019年日韓貿(mào)易戰(zhàn)中，日本對韓國半導(dǎo)體材料斷供，由于韓國對日本光刻膠依賴程度達(dá)84．5%，此舉讓韓國企業(yè)遭受巨大損失。2019年三季度，三星電子營業(yè)利潤從二季度12．8萬億韓元，下降至7．7萬億韓元，環(huán)比下降39．8%；SK海力士營業(yè)利潤從6316億韓元，下降至4100億韓元，環(huán)比下降35．1%。我國光刻膠對外依賴程度更為明顯，半導(dǎo)體光刻膠目前國產(chǎn)化率僅5%，因此我國存在極大的供應(yīng)鏈政策風(fēng)險。我國光刻膠企業(yè)大部分供給G/I線光刻膠，僅彤程新材實(shí)現(xiàn)了KrF光刻膠商業(yè)化。我國的G/I線光刻膠已處于成熟量產(chǎn)階段，各企業(yè)仍處于擴(kuò)張KrF膠種類以及打入客戶驗(yàn)證周期，僅產(chǎn)生極少量KrF膠收入。由于口徑不同原因，晶瑞電材將輔材并入光刻膠板塊收入，其光刻膠純膠收入基本由G/I線貢獻(xiàn)。光刻膠是圖形復(fù)刻加工技術(shù)中的關(guān)鍵性材料。光刻膠是利用光化學(xué)反應(yīng)經(jīng)光刻工藝將所需要的微細(xì)圖形從掩模版轉(zhuǎn)移到待加工基片上的圖形轉(zhuǎn)移介質(zhì)，由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等主要化學(xué)品成分和其他助劑組成，在紫外光、深紫外光、電子束、離子束等光照或輻射下，其溶解度發(fā)生變化，經(jīng)適當(dāng)溶劑處理，溶去可溶性部分，最終得到所需圖像。在光刻工藝中，光刻膠被均勻涂布在硅片、玻璃和金屬等不同的襯底上，經(jīng)曝光、顯影和蝕刻等工序?qū)⒀谀ぐ嫔系膱D形轉(zhuǎn)移到薄膜上，形成與掩膜版完全對應(yīng)的幾何圖形。雖然不同光刻膠的成分百分比有差異，但半導(dǎo)體光刻膠中的樹脂的含量一般在20%以下?？傮w來說適用于波長越短的光刻膠，樹脂的含量越低，溶劑的含量越高，溶劑含量高的能到80%。例如G線和I線光刻膠的樹脂含量在10-20%，KrF光刻膠樹脂含量10%以下，ArF及EUV光刻膠樹脂含量在5%以下。光刻膠歷經(jīng)七十年發(fā)展歷史。光刻膠起源于美國，柯達(dá)KTFR光刻膠為光刻膠工業(yè)的開創(chuàng)者；1950s貝爾實(shí)驗(yàn)室嘗試開發(fā)首塊集成電路，半導(dǎo)體光刻膠由此誕生；光刻膠不斷推進(jìn)產(chǎn)業(yè)演進(jìn)，i線/g線光刻膠的產(chǎn)業(yè)化始于上世紀(jì)70年代，KrF光刻膠的產(chǎn)業(yè)化也早在上世紀(jì)80年代就由IBM完成。光刻膠是光刻工藝中最重要的耗材，其品質(zhì)決定了成品的精度和良率。微小的誤差即可能付出成本高昂的代價。因此，半導(dǎo)體制造商更關(guān)注光刻膠的品質(zhì)、性能、不同批次間的一致性而非價格。正光刻膠是指在光刻過程中，暴露在光線下的部分可溶于光刻膠顯影劑，而未曝光部分仍然溶于顯影劑。負(fù)光刻膠剛好和正光刻膠相反，是指在光刻工藝中，暴露在光線下的部分不溶于顯影劑，未曝光部分則可以被光刻膠顯影劑所溶解。由于負(fù)光刻膠在曝光和顯影過程中容易發(fā)生變形，導(dǎo)致其分辨率精度不如正光刻膠。因此正光刻膠在高端半導(dǎo)體光刻膠，如ArF光刻膠及EUV光刻膠中應(yīng)用更為普遍。一直以來半導(dǎo)體工業(yè)使用的光刻膠均為聚合物光刻膠，這些光刻膠也被稱為化學(xué)增幅型光刻膠（ChemicallyAmplifiedResists:CAR），其原理是吸收光并產(chǎn)生質(zhì)子（酸），從而改變聚合物在蝕刻溶液中的溶解度。然而，聚合物光刻膠在10nm級別時遇到了問題。到目前為止，幾十nm級的線條圖案規(guī)則都是基于使用發(fā)射波長為160nm左右的浸入式ArF光源的光刻技術(shù)，這在聚合物材料的光吸收和反應(yīng)范圍內(nèi)。然而，在EUV下，波長是13．5nm，傳統(tǒng)的有機(jī)聚合物對這些超短波難以產(chǎn)生良好的反應(yīng)。另外，當(dāng)線寬幅度達(dá)到10nm左右時，即使做出圖案，也會發(fā)生抗蝕墻壁面塌陷或者粘連不穩(wěn)定等問題。直觀地講，在納米水平上，要在緩慢溶解的系統(tǒng)中保持半導(dǎo)體內(nèi)的LWR、LER等互連相關(guān)值的穩(wěn)定性和低變異性極為困難。晶圓制造產(chǎn)能擴(kuò)張，光刻膠需求高增長半導(dǎo)體光刻膠作為關(guān)鍵材料，晶圓廠產(chǎn)能變化預(yù)示光刻膠需求變化。SMIC的8寸晶圓出貨量與我國整體半導(dǎo)體材料銷售額呈現(xiàn)高度正相關(guān)，因此晶圓產(chǎn)能的擴(kuò)張節(jié)奏，可以作為整個半導(dǎo)體材料的景氣度風(fēng)向標(biāo)。我國在世界晶圓產(chǎn)能占比逐步提高，半導(dǎo)體光刻膠需求隨之提升。未來隨著我國積極推動芯片自主化政策，晶圓廠產(chǎn)能大幅提升，2010、2019年分別超越歐洲、北美，2020年接近日本，月產(chǎn)能約318．4萬片（折合8寸晶圓），全球市占率約15．3%，排名全球第四。此外，2020~2025年間受惠當(dāng)?shù)貥I(yè)者不斷投資，以及三星、SK海力士等內(nèi)存大廠進(jìn)駐，中國大陸晶圓廠月產(chǎn)能將持續(xù)增加，預(yù)計(jì)將增加3．7個百分點(diǎn)，達(dá)到世界占比接近20%，有望升至全球第二。新增晶圓廠將極大提升KrF和ArF光刻膠需求量。根據(jù)Gartner預(yù)測，預(yù)計(jì)2022年20nm及以下占比12%，28nm至90nm占比41%，0．13μm及以上的微米級制程占比47%。目前，90nm以下主要使用12寸晶圓，90nm以上使用8寸或更小尺寸晶圓。由于KrF和ArF膠主要應(yīng)用于0．35μm以下，應(yīng)用晶圓為8寸或12寸，隨著未來我國整體晶圓新增產(chǎn)能集中在12寸線，相比于g/i線價值量更高的KrF和ArF光刻膠將成為未來我國光刻膠需求增長的絕對主流。未來我國半導(dǎo)體光刻膠市場KrF和ArF膠的占比將繼續(xù)提升。根據(jù)TrendBank數(shù)據(jù)，2020年我國ArF和KrF膠占比分別為44．0