光刻胶行业深度:行业壁垒、前景分析、产业链及相关公司深度梳理

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光刻胶发展至今已有百年历史,现已广泛用于集成电路、显示、PCB等领域,是光刻工艺的核心材料。高壁垒和高价值量是光刻胶的典型特征。光刻胶属于技术和资本密集型行业,全球供应市场高度集中。而目前,我国光刻胶自给率较低,生产也主要集中在中低端产品,国产替代的空间广阔。随着国内厂商在高端光刻胶领域的逐步突破,未来国产替代进程有望加速。

下面我们通过对光刻胶概述、发展壁垒、相关政策、产业链及相关公司等方面进行深度梳理,试图把握光刻胶未来发展。

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光刻胶行业概述

1.光刻是光电信息产业链中核心环节

光刻技术是指利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法,将图形传递到介质层上,形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术,是光电信息产业链中的核心环节之一。以芯片制造为例,在晶圆清洗、热氧化后,需通过光刻和刻蚀工艺,将设计好的电路图案转移到晶圆表面上,实现电路布图,之后再进行离子注入、退火、扩散、气相沉积、化学机械研磨等流程,最终在晶圆上实现特定的集成电路结构。

2.光刻胶是光电工艺核心材料

光刻胶,又称光致抗蚀剂,是一种对光敏感的混合液体,是光刻工艺中最核心的耗材,其性能决定着光刻质量。作为图像转移“中介”,光刻胶是通过曝光显影蚀刻工艺发挥转移作用,首先将光刻胶涂覆于有功能层的基底上,然后紫外光通过掩膜版进行曝光,在曝光区促使光刻胶发生溶解度变化反应,选择性改变其在显影液中的溶解度,未溶解部分最后在蚀刻过程中起保护作用,从而将掩模版上的图形转移到基底上。

3.光刻胶分类

(1)按反应机理可分为正性和负性光刻胶

根据化学反应机理不同,光刻胶可分正性光刻胶和负性光刻胶。

正性光刻胶受光照射后,感光部分发生分解反应,可溶于显影液,未感光部分显影后仍留在基底表面,形成的图形与掩膜版相同。

负性光刻胶正好相反,曝光后的部分形成交联网格结构,在显影液中不可溶,未感光部分溶解,形成的图形与掩膜版相反。

(2)按应用领域可分为PCB、LCD、半导体光刻胶

根据应用领域不同,光刻胶可分为PCB光刻胶、LCD光刻胶和半导体光刻胶,技术门槛逐渐递增。

4.行业现状

(1)全球光刻胶供给高度集中,海外龙头已实现高端制程量产

光刻胶属于技术和资本密集型行业,目前核心技术主要掌握在日、美等国际大公司手中,全球供应市场高度集中,日本JSR等五家龙头企业占据全球光刻胶市场87%的份额。同时,海外龙头已实现高端制程量产,其中日本主要厂商已实现领域内最先进的EUV光刻胶的量产,以陶氏、德国默克、锦湖石化为代表的其他光刻胶厂商也已实现ArF光刻胶的量产。

(2)国内光刻胶以中低端产品为主,高端领域逐步突破

我国光刻胶行业起步较晚,生产能力主要集中在PCB光刻胶、TN/STN-LCD 光刻胶等中低端产品,其中PCB光刻胶占比达94%。先进制程半导体光刻胶方面,g/i线胶自给率约10%,KrF胶自给率不足5%,ArF胶基本依靠进口,而EUV胶还仍处研发阶段。

(3)国内企业产能持续扩张

目前,光刻胶专用电子化学品主要被日本、欧美企业占据较大市场份额。但经过多年技术积累,国内已形成一定光刻胶用电子化学品产能,国内相关公司市场份额逐步提升,国产替代正持续进行。

02

光刻胶行业壁垒高

1.工艺技术壁垒高

光刻胶生产工艺复杂,技术壁垒高,其研发和量产需要企业的长期技术积累,对企业研发人员的素质、行业经验、技术储备等都具有极高要求,新进入者需要极大的研发投入。

光刻胶的研发是不断进行配方调试的过程,配方研发是通过几百个、几千个树脂、光酸和添加剂的排列组合尝试出来,且难以通过现有产品反向解构出其配方,这对技术及经验积累有非常高的要求。

同时,产品纯度、金属离子杂质控制等也是光刻胶生产工艺中需面临的技术难关,光刻胶纯度不足会导致芯片良率下降。

而从实验室到稳定量产也是光刻胶行业中的关键壁垒。

此外,高端光刻胶生产的大量专利掌握在海外龙头企业中,这在光刻胶技术上已构建了专利壁垒,阻碍后来者进入。以EUV光刻胶为例,全球专利申请量前十名中日本占据7席,富士胶片以422件排在第一;美国罗门哈斯和陶氏化学占据两席;韩国三星电子占据一席。

2.设备壁垒高

除项目研发需要持续资金投入外,送样前,光刻胶生产商需要购置光刻机用于内部配方测试,根据验证结果调整配方。光刻机设备昂贵,数量有限且供应可能受国外限制,尤其是EUV光刻机目前全球只有ASML能批量供应。而光刻机造价高昂,且价格持续上升。

除成本高昂外,受《瓦森纳协定》限制,中国大陆企业较难购买最先进的光刻机。

3.客户壁垒高

光刻胶具有高客户壁垒,由于芯片制造所需光刻过程复杂多样,不同光刻过程、同一光刻过程的不同厂家对光刻胶的需求也有差异,因此光刻胶生产商需要调整光刻胶配方以满足差异化需求。而光刻胶达到下游客户要求的技术指标后,还需要进行较长时间验证测试(1-3年)。因此,一旦达成合作,光刻胶厂商和下游集成电路制造商会形成长期合作关系。

此外,光刻胶更新换代较快,光刻胶厂家出于技术保密考虑,一般会和上游原料供应商进行密切合作,共同开发新技术,增大了客户的转换成本。因此,光刻胶行业的上下游合作处于互相依赖互相依存的关系,市场新进入者很难与现有企业竞争,签约新客户的难度高。

4.原材料壁垒高

国内产业链尚不完善,上游原材料是影响光刻胶品质的重要因素,目前我国光刻胶原材料市场基本被国外厂商垄断,尤其是树脂和感光剂高度依赖于进口,国产化率很低,由此增加了国内光刻胶生产成本以及供应链风险。

03

光刻胶国产化前景

1.政策扶持,进口替代加速

近年来,我国政府大力扶持半导体与原料产业发展,陆续出台了多项政策支持光刻胶行业发展,推动产业大力研发,国产光刻胶也有望加速验证,获得更多国内市场份额,突破“卡脖子”技术,早日实现产业链核心技术国产化替代。

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