一、光刻胶行业概述
光刻胶又称光致抗蚀剂,是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、x射线等光源的照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀刻材料。由于光刻胶存在化学结构特殊、品质要求苛刻、生产工艺复杂等特性,被称为是精细化工行业技术壁垒最高的材料。其中半导体是光刻胶最重要的应用领域。
光刻胶具有不同的分类标准,按化学反应原理和显影原理,光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。正性光刻胶曝光后,曝光部分溶解于显影液,形成的图形与掩膜板相同;负性光刻胶曝光后固化,未曝光部分溶解于显影液,形成的图形与掩膜板相反。
按照曝光波长分类,光刻胶可分为紫外光刻胶(300-450nm)、深紫外光刻胶(160-280nm)、极紫外光刻胶(EUV,13.5nm)、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。不同曝光波长的光刻胶,其适用的光刻极限分辨率不同,通常来说,在使用工艺方法一致的情况下,波长越小,加工分辨率越佳。
半导体光刻胶的种类
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光刻胶自1950年被发明以来就因其基片粘附性佳、感光速度快、抗湿法刻蚀能力强等优点逐渐成为电子工业的主要用胶。之后,光刻胶被改进运用到印制电路板(PCB)制造工艺中,成为PCB生产的重要材料。二十世纪九十年代,光刻胶又被运用到液晶显示(LCD)器件的加工制作中,对LCD面板的大尺寸化、高精细化、彩色化起到了重要的推动作用。同时,光刻胶也被应用到要求更高的半导体领域。在微电子制造业精细度不断提升的进程中,光刻胶起着举足轻重的作用。
光刻胶所在产业链覆盖范围十分广泛,其中上游主要是基础化工行业、精细化学品行业、以及感光树脂、增感剂、溶剂等配套化学品加工商,下游则主要应用于印刷电路板、液晶显示器、IC芯片等行业。光刻胶作为微电子领域微细图形加工核心上游材料,占据电子材料至高点。
光刻胶产业链示意图
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相关报告:华经产业研究院发布的《2019-2025年中国光刻胶行业发展趋势预测及投资战略咨询报告》
二、光刻胶行业市场格局分布
光刻胶作为半导体工艺制程中最为核心的原材料,技术门槛极高,高端产品由日本JSR、TOK等长期垄断,从市场格局来看,日本合成橡胶、东京日化、罗门哈斯、信越化学、富士电子材料五家企业占据全球约87%的市场份额,其中日本合成橡胶占比最大为28%,东京日化占比21%,罗门哈斯占比15%。
半导体光刻胶行业市场格局
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光刻胶按光源敏感度可以分为i线光刻胶(365nm)、KrF光刻胶(248nm)、ArF光刻胶(193nm),价值含量处在整个半导体原材料金字塔的顶端。其中G线和I线光刻胶是目前市场上使用量最大的光刻胶,但二者对应的半导体制程节点均为早期,所占市场份额较低;KrF、ArF光刻胶对应的制程节点先进,共计占有约63%市场份额。
各种类光刻胶市场份额占比情况
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作为光刻胶中最高端的组成部分,我国半导体光刻胶本土企业市场占有份额极低。2017年,我国半导体光刻胶市场份额占全球32%,居全球第一位;但适用于6英寸硅片的g/I线光刻胶的自给率约为20%,适用于8英寸硅片的KrF光刻胶的自给率不足5%,而适用于12寸硅片的ArF光刻胶完全依靠进口。
2017年全球各地区半导体光刻胶市场份额占比
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三、光刻胶行业相关政策
总体上,为鼓励光刻胶产业发展、突破产业瓶颈,国家给予了大量政策支持,为光刻胶产业的发展提供了良好的环境氛围。结合工业大背景,我国“十三五”规划中提出要引导制造业朝着分工细化、协作紧密方向发展,推动生产方式向柔性、智能、精细转变;《国家集成电路产业发展推进纲要》,提出“研发光刻机、刻蚀机、离子注入机等关键设备,开发光刻胶、大尺英寸硅片等关键材料”;国家重点支持的高新技术领域(2015)中提到“高分辨率光刻胶及配套化学品作为精细化学品重要组成部分,是重点发展的新材料技术”;光刻技术(包括光刻胶)是《中国制造2025》重点领域。
光刻胶行业相关政策
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四、光刻胶行业壁垒
1、资金壁垒
光刻胶生产、检测、评价的设备价格昂贵,需要一定前期资本投入;光刻胶企业通常运营成本较高,下游厂商认证采购时间较长,为在设备、研发和技术服务上取得竞争优势,需要足够的中后期资金支持。企业持续发展也需要投入较大的资金,因此,光刻胶行业在资金上存在较高的壁垒。
2、技术壁垒
由于光刻胶用于微米级甚至纳米级图形加工,光刻胶产品需要严格控制质量。光刻胶及其专用化学品的化学结构特殊、品质要求高、微粒子及金属离子含量极低、生产工艺复杂,因此生产具有较高技术门槛。光刻技术的发展,其对光刻胶也有不同需求,而光刻胶的研发受制于人才和技术。因此,技术壁垒高也是光刻胶行业的重要特点。
3、上下游客户认证壁垒
由于电子行业加工精度要求高,其用化学品的品质要求也严苛。上游供应商供货给下游企业需要经过较长时间的认证,一旦认证通过,下游企业也不太愿意更换上游供应商。加之下游光刻工艺更新换代快,光刻胶厂家需要与原料供应商进行密切的联合研发,研发过程技术保密非常严格,光刻胶专用化学品行业下游客户转换成本高,使得光刻胶行业上下游相互依存度高。总体来说,对新的光刻胶企业,其面临着上下游认证壁垒。