光刻胶：半导体材料皇冠上的明珠，国产化进程加速与市场波动分析
有一种材料，占半导体市场不到1%，但却决定了能否生产芯片。该材料的供应商集中在日本和美国，尤其是龙头企业最集中在日本。这种材料就是光刻胶。光刻胶也被誉为“半导体材料皇冠上的明珠”。虽然其市场规模较小，但却有能力撬动数千亿美元的半导体市场。年初，各家公司开始公布上一年度的业绩报告。国内光刻胶企业表现不俗，有的企业甚至报出业绩增幅超过120%。一时间，出现“高端光刻胶国产化进程有望加速”的声音。不过，《国际电子商报》也注意到，2021年11月中旬至2022年2月下旬，资本市场光刻胶板块持续震荡下跌。三个多月了。同时，截至2022年2月，国产高端光刻胶尚未实现量产。
一方面是一些媒体的大力点赞，另一方面则是业内人士的冷静思考。目前国内光刻胶的发展现状如何？这种材料的国产化面临哪些挑战？本期《国际电子商务报》就以上话题进行探讨和分析。
存在市场壁垒和技术壁垒
我们在《国际电子商报》10月号《半导体材料供应商盘点及市场竞争格局分析》文章中讲解了光刻胶的定义和分类——光刻胶又称光刻胶，是一种通过UV产生的化学材料光。受电子束、离子束、X射线等照射或照射后溶解度会发生变化的耐蚀刻薄膜材料。按形成的图像分类，光刻胶分为正性和负性两类。涂层经过曝光、显影后，曝光的部分溶解，留下未曝光的部分，这就是正性光刻胶。反之亦然，它是负性光刻胶。紫外光刻胶；根据曝光光源和辐射源的不同，可分为紫外正/负光刻胶、深紫外光刻胶、X射线胶、电子束胶、离子束胶等；根据下游应用不同，光刻胶可分为半导体光刻胶（24%）、LCD光刻胶（27%）、PCB光刻胶（25%）和其他光刻胶（24%）。
光刻胶是半导体的核心材料，但其在半导体市场的份额并不大。过去，当各国尊重全球分工时，这种市场规模较小的材料受到的关注较少。当前，受主要国家政治经济格局影响，全球分工面临巨大挑战。与此同时，各国对本土半导体也更加重视。但半导体材料领域的光刻胶供应链建设面临一些市场障碍和技术壁垒，这对一些企业来说缺乏足够的动力。
美国电子材料市场研究公司数据预计，2021年全球半导体光刻胶市场规模约为19亿美元，同比增长11%； WSTS（世界半导体贸易统计）预计，2021年全球半导体市场规模将达到5510亿美元，较2020年增长25.1%。综合上述数据可以看出，光刻胶市场仅占全球半导体市场的0.34%。整个半导体市场。显然，与庞大的半导体市场相比，光刻胶的市场空间很小。
光刻胶在半导体制造过程中极其重要。它的合规性决定了晶圆的良率。 《国际电子商报》注意到，2019年Q1，台积电第14厂曾发生光刻胶规格不符事件，导致大量晶圆报废。这直接导致10万片16nm和12nm工艺产品报废，最终导致台积电Q1营收下降5.5%。亿元，毛利率下降2.6个百分点。这就是为什么光刻胶市场虽然很小，但却可以撬动整个半导体行业。
表1 第五代光刻机及对应的光刻胶类型
从技术角度来看，光刻胶的核心技术参数包括分辨率、对比度和灵敏度。随着芯片尺寸越来越小，行业对光刻机和光刻胶的要求也越来越高。为了适应集成电路发展的需要，光刻胶缩短了曝光波长，提高了最终分辨率，以满足集成电路不断发展的需要。需要精密的光刻技术。
不同的光刻胶产品适用于不同的光刻机。从光刻机的发展历史来看，基于光源的差异大致是g-line-i-line-KrF-ArF-EUV的升级方向，g-line向EUV光源的曝光波长持续减少，光刻技术难度增加，IC工艺节点逐渐变小。
一般来说，KrF、ArF、EUV光刻胶主要用于高端光刻机。由于光刻胶生产工艺复杂、纯度要求高、以及长期的技术积累，新进入者实际上很难进入市场。不友好，所以活跃在这个行业的新公司相对较少。
全球半导体光刻胶企业竞争格局
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根据应用不同，光刻胶大致可分为PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶和其他光刻胶。咨询机构富士经济2020年8月发布的报告称，日本和美国的光刻胶企业约占全球市场份额的70%，其中东京印化占25.6%，杜邦占17.6%，JSR占占15.8%，住友化学占15.8%。占比10.4%。
另外，2020年7月公布的数据显示，过去一年（2019年），全球光刻胶应用占比最大的是LCD领域，约为27.8%，PCB和半导体领域应用占比分别为23% 。和21.9%。其中，中国本土光刻胶企业约占全球市场份额的10%。供应结构以PCB光刻胶为主，占据90%以上的市场份额。 LCD光刻胶和半导体光刻胶合计占比约5%。 %。
光刻胶是一种技术密集型材料。产品更新迭代的速度不快，参与者无法在短期内落实新的产能，因此该行业数据更新的频率并不太高。即使是2019年的统计数据，现在来看仍然有一定的参考价值。
·半导体光刻胶需求不断增长
2020年第四季度，行业开始出现晶圆产能短缺的情况。进入2021年，半导体器件甚至终端也出现缺货的情况。在此期间，多家晶圆厂相继展开非常规晶圆产能扩张行动。相应地，半导体光刻胶的需求也在不断增加。预计，待晶圆厂新增产能逐渐达产后，这一需求将在市场上得到体现。
图1 全球各地区半导体产能占比 数据来源：波士顿咨询集团、IC
去年年初，波士顿咨询集团根据工厂所在地计算出了2020年全球各地区半导体产能份额数据。其中，台湾半导体产能占比22%，韩国占比21%，美国占比12%，中国和日本各占比22%。 15%。
我们看2020年12月IC全球各地区晶圆产能数据（按照工厂所在地划分）：中国大陆占15.3%、日本占15.8%、美国占12.6%、中国台湾占21.4%，韩国占20.4%，欧洲占5.7%，其他地区占8.9%。
从工艺节点来看，全球新增晶圆产能主要集中在20nm以下，其中包括14nm以下的先进工艺节点。由于美国对部分中国企业实施“制裁”和“禁售”，中国大陆在先进技术节点的发展受到了一定的限制。不过，CINNO首席分析师周华认为，中国大陆市场对成熟工艺仍有巨大需求，未来晶圆产能的增加将让成熟工艺占比更高。
对比波士顿咨询集团、IC和中国的数据，可以反映出我国半导体光刻胶无法满足半导体制造的需求，这注定了我国半导体光刻胶主要依赖进口的现状。
·国产半导体光刻胶量产工艺
去年7月底，中芯国际光刻胶负责人与证券机构分析师围绕ArF光刻胶的纠纷引发关注。前者一针见血地表示，国内ArF光刻胶领域尚属空白，目前有人（指经纪人）在“炒作”。这一观点引起了某证券机构分析师的反对。
我国半导体光刻胶对外依存度达到80%以上，尤其是国内高端半导体光刻胶十分紧缺。根据晶锐公告数据，适用于6英寸晶圆的g/i线光刻胶自给率达20%，适用于8英寸晶圆的KrF光刻胶自给率不足5%，而适用于8英寸晶圆的KrF光刻胶自给率不足5%， -适用于12英寸晶圆的KrF光刻胶充足率不足5%。圆形ArF光刻胶目前基本采用进口。 2021年初，央视财经报道称，国内企业进口光刻胶遇到困难，光刻胶价格上涨20%。报告引起业界同仁热议，呼吁大家关注半导体光刻胶国产化。
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接下来的一年，国内多家光刻胶企业宣布KrF/ArF光刻胶项目取得关键突破，多个本土光刻胶项目也获得了新的投资。
国内光刻胶企业虽然取得了技术突破，但在实际量产过程中仍需克服一些问题。光刻胶企业实现技术突破后，仍有6-24个月的客户验证周期。通过客户验证后，需要一年左右的时间才能实现量产。根据各公司的计划，KrF厚膜光刻胶将于今年开始量产，而技术要求更高的ArF光刻胶最早将于2023年实现量产。这意味着，至少在一两年内，高最终光刻胶不会给公司带来可观的收入。
还需要注意的是，半导体产业链上的企业一般不会更换供应商。对于已经习惯使用日本和美国光刻胶的晶圆厂来说，为什么要更换其他供应商的产品呢？尤其是某个供应商的新产品？国内光刻胶企业具备量产能力后，如何说服晶圆厂客户使用其产品也是一个值得思考的话题。
·全球高端光刻胶竞争格局
目前最高端的光刻胶是EUV光刻胶。截至2021年底，能够生产EUV光刻胶的公司屈指可数。数据显示，预计2021年全球EUV光刻胶市场规模为5100万美元。与《2021年全球半导体光刻胶市场规模：19亿美元》的数据相比，EUV仅占半导体光刻胶的2.68%。
图2 全球/中国半导体光刻胶市场结构 数据来源：SIA
从全球半导体光刻胶产值来看，最大类别是ArF光刻胶，约占全球市场份额的42%；其次是KrF光刻胶，占比22%； g线和i线光刻胶的总比例为24%。根据市场研究机构SIA的2020年报告，中国半导体光刻胶市场结构为ArF光刻胶占比40%； KrF光刻胶占比39%； g/i线光刻胶占20%。
理论上，通过二次、多次曝光技术以及增加光刻胶的使用次数，ArF光刻胶可以用于28nm-7nm工艺技术的芯片生产。近年来，随着5G技术的商用，迎来了新一轮的智能手机换机浪潮，对先进工艺芯片的需求日益增加，ArF光刻胶的市场需求也快速增长。此外，大量物联网终端应用的落地，增加了对功率器件的需求，KrF光刻胶也有望迎来新一波增长。
此前，全球只有日本光刻胶公司能够供应EUV光刻胶。 2019年7月，日本宣布限制向韩国出口“氟聚酰亚胺”、“光刻胶”、“高纯度氟化氢”三种材料。其中，日本限制向韩国出口光刻胶，还引发了韩国半导体产业链的供应危机。在如此沉重的压力下，韩国半导体产业积极推动高端光刻胶的量产。最终，2021年12月，东进半导体(微博)宣布与三星电子合作的EUV光刻胶已通过三星电子可靠性测试。至此，韩国EUV光刻胶已成功国产化。
表2 全球光刻胶供应商量产流程（部分）
韩国LG化学、锦湖化学、COTEM等公司也生产光刻胶。例如，锦湖化学向SK海力士半导体供应ArF干胶和ArF胶。由于三星和SK海力士的先进芯片生产消耗大量ArF和EUV光刻胶，我们预计韩国短期内仍将依赖进口光刻胶。
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