光刻膠產(chǎn)業(yè)深度報告！看懂光刻技術(shù)核心材料國產(chǎn)替代 | 研報精選

半導體制造核心材料，國產(chǎn)替代突圍在即。

光刻技術(shù)，特指在集成電路制造中，利用光學(xué)-化學(xué)反應原理和化學(xué)、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到單晶表面或介質(zhì)層上，形成有效圖形窗口或功能圖形的一種工藝技術(shù)。

包括我們熟知的極紫外光刻技術(shù)（EUV）在內，光刻技術(shù)已經(jīng)在大規模集成電路的制造過(guò)程中被廣泛使用，工藝的先進(jìn)程度決定著(zhù)芯片的最小特征尺寸。

而光刻膠作為光刻工藝中最核心的耗材，其性能更是決定著(zhù)光刻質(zhì)量。這是一個(gè)技術(shù)門(mén)檻頗高的行業(yè)，主要由日本、美國的企業(yè)把持，而國產(chǎn)化率則相對較低。

隨著(zhù)近年來(lái)中國半導體產(chǎn)業(yè)掀起了一股國產(chǎn)化替代的浪潮，國內企業(yè)也開(kāi)始加速高端光刻膠產(chǎn)品研發(fā)。

在近期國投證券發(fā)布的報告《高端國產(chǎn)替代系列--光刻膠：半導體制造核心材料，國產(chǎn)替代突圍在即》一文里，分析師從多個(gè)角度介紹了光刻膠國產(chǎn)化最新進(jìn)展。

以下內容為報告重點(diǎn)內容節選：

一、光刻膠是光刻工藝的關(guān)鍵材料

光刻膠是利用光化學(xué)反應，經(jīng)光刻工藝將所需要的微細圖形從掩模版轉移到待加工基片上的圖形轉移介質(zhì)，是光刻工藝得以實(shí)現選擇性刻蝕的關(guān)鍵材料，被廣泛應用于光電信息產(chǎn)業(yè)的微細圖形線(xiàn)路的加工制作。

在大規模集成電路的制造過(guò)程中，光刻和刻蝕技術(shù)是精細線(xiàn)路圖形加工中最重要的工藝，占芯片制造時(shí)間的40%-50%。以集成電路為例，光刻工藝的過(guò)程可概括為涂膠、曝光、顯影等環(huán)節。

光刻膠按照下游應用領(lǐng)域不同，可分為半導體光刻膠、PCB光刻膠和顯示光刻膠。其中PCB光刻膠的技術(shù)難度相對較低，半導體光刻膠的技術(shù)壁壘最高。

光刻膠配套試劑是光刻工藝中與光刻膠配套使用的濕化學(xué)品，主要包括增黏劑、稀釋劑、去邊劑、顯影液、剝離液等。大部分配套試劑的組分是有機溶劑和微量添加劑，溶劑和添加劑都是具有低金屬離子及顆粒含量的高純試劑。

目前，全球光刻膠市場(chǎng)有望突破百億美金，國內市場(chǎng)增速高于全球。隨著(zhù)5G、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、大數據等領(lǐng)域的快速發(fā)展以及時(shí)代信息化的推進(jìn)，半導體、顯示面板和PCB等光刻膠下游應用的需求逐步提升。

據Data bridge和HDIN Research數據顯示，2021年全球光刻膠市場(chǎng)規模為91.8億美元，預計2022-2027復合增長(cháng)率（CAGR）為5.4%，至27年市場(chǎng)規模達122.5億美元。

在市場(chǎng)需求增長(cháng)及國產(chǎn)自主化政策推動(dòng)下，疊加產(chǎn)業(yè)轉移等因素，我國光刻膠市場(chǎng)規模加速擴增，2021年國內光刻膠市場(chǎng)規模為93.3億元，同比增長(cháng)11.07%。預計2023年我國光刻膠市場(chǎng)規模將達到109.2億元，同比增長(cháng)10.78%，高于全球平均水平。

整體來(lái)說(shuō)，半導體光刻膠市場(chǎng)增速高于整體市場(chǎng)，國內市場(chǎng)規模增速遠高于全球。其中全球市場(chǎng)前三大應用占比合計超75%，國內市場(chǎng)中PCB光刻膠仍占主流。而半導體光刻膠市場(chǎng)中以ArF份額最高，EUV增速最快。

二、光刻膠產(chǎn)業(yè)鏈高壁壘，多環(huán)節亟待突破

1、供給端：上游原材料壁壘高、自給率低，國產(chǎn)化需求迫切

光刻膠主要由樹(shù)脂（Resin）、感光劑（Sensitizer）、溶劑（Solvent）及添加劑組成。從成分來(lái)看，光刻膠含量成分占比分別為溶劑0-90%、樹(shù)脂10%-40%、感光劑1%-8%、添加劑1%。

從成本來(lái)看，樹(shù)脂占光刻膠總成本的比重最大，以KrF光刻膠為例，樹(shù)脂成本占比高達約75%，感光劑約為23%，溶劑約為2%。根據南大光電公告，在A(yíng)rF光刻膠中，樹(shù)脂以丙二醇甲醚醋酸酯為主，質(zhì)量占比僅5%-10%，但成本占光刻膠原材料總成本的97%以上。

具體來(lái)看，樹(shù)脂是光刻膠原材料的最核心成分，成本價(jià)值量占比最高。而高端光刻膠對樹(shù)脂性能要求更高，各類(lèi)光刻膠樹(shù)脂難以通用。

總體來(lái)說(shuō)，半導體光刻膠單體合成技術(shù)難度大，穩定性、純度要求高，價(jià)格貴。

高端光刻膠原料進(jìn)口難度高，國產(chǎn)替代需求緊迫。全球范圍內光刻膠原料大廠(chǎng)主要來(lái)自日本，一類(lèi)是自產(chǎn)樹(shù)脂的光刻膠廠(chǎng)商，如信越化學(xué)、杜邦；另一類(lèi)是專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)原料的生產(chǎn)商，如光刻膠樹(shù)脂廠(chǎng)商：東洋合成、住友電木、三菱化學(xué)等。

光刻膠光引發(fā)劑廠(chǎng)商包括：巴斯夫、黑金化成、臺灣優(yōu)禘、國內的強力新材等。

因此對于國內光刻膠廠(chǎng)商，實(shí)現高端光刻膠突破，需先解決原料穩定供應難題。

2、制造端：高端光刻膠產(chǎn)品配方技術(shù)復雜，研發(fā)投入大，制備要求高

光刻膠由分辨率、對比度、敏感度、粘滯性黏度、粘附性、抗蝕性和表面張力等參數指標評估。

壁壘一：配方復雜，無(wú)法通過(guò)現有產(chǎn)品反推配方，不同光刻膠配方差異大。

光刻膠是一種經(jīng)過(guò)嚴格設計的復雜、精密的配方產(chǎn)品，由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等不同性質(zhì)的原料，通過(guò)不同的排列組合，經(jīng)過(guò)復雜、精密的加工工藝而制成，是一項經(jīng)驗型學(xué)科，無(wú)法通過(guò)現有產(chǎn)品反向推斷原材料配方。

以EUV光刻膠為例，EUV光刻膠有多種技術(shù)方向，如有機無(wú)機雜化體系、將酸敏感基團引入聚合物主鏈等。國內目前能同時(shí)達到具有高靈敏度、高分辨率、低LWR（線(xiàn)寬粗糙度）且成本較低、易于工業(yè)化生產(chǎn)的EUV光刻膠體系還在研究階段，未量化生產(chǎn)。

壁壘二：前期研發(fā)投入高昂，高端光刻機設備進(jìn)口受限。

光刻膠研發(fā)費用高，設備支出投入巨大。光刻膠廠(chǎng)商需要購買(mǎi)光刻機用于內部配方測試，根據驗證結果調整配方。

根據2021年晶瑞電材公告，單一臺ArF光刻機需支出1.5億元，設備總支出為3.4億元。根據國際光刻機巨頭ASML公告，2022年ASML公司單臺EUV光刻機平均售價(jià)在1.76 億歐元，ArFi浸沒(méi)式光刻機平均售價(jià)在0.65億歐元。

另一方面，高端光刻機依賴(lài)進(jìn)口，影響產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度。自2019年12月瓦森納協(xié)議修訂以來(lái)，美國、日本等成員國對我國半導體出口一般按照N-2原則審批，即比最先進(jìn)的技術(shù)晚兩代。

根據半導體產(chǎn)業(yè)縱橫的數據，光刻機國外廠(chǎng)商的交期是3～5年，不確定性增加。國內進(jìn)口高端光刻機受限，阻礙了和光刻機相配套光刻膠的研發(fā)突破。

壁壘三：產(chǎn)品穩定性難控制和潔凈度要求高。

高端光刻膠的制備過(guò)程需要嚴格控制產(chǎn)品穩定和金屬雜質(zhì)含量。光刻膠生產(chǎn)工藝采用分步法以保證各生產(chǎn)批次間的穩定性。

3、需求端：半導體光刻膠品類(lèi)需求多，導入認證周期長(cháng)

芯片制程越高，所使用的光刻膠品類(lèi)越多。

集成電路為多層結構，相同層的工藝方案沒(méi)有規定一致，因此不同的制造廠(chǎng)會(huì )采用不同的光刻方案。以鰭式場(chǎng)效應晶體管（FinFET）的半導體邏輯器件為例，從下到上每一層的圖形實(shí)現都需要依賴(lài)不同的光刻技術(shù)，從而需要不同的光刻膠。

三、晶圓廠(chǎng)擴產(chǎn)+制程升級，驅動(dòng)國內市場(chǎng)需求擴增

半導體光刻膠廣泛應用于汽車(chē)電子、MEMS、存儲IC、邏輯IC等制造過(guò)程，芯片制程節點(diǎn)提升帶動(dòng)高端光刻膠需求。

隨著(zhù)半導體景氣周期提振，稼動(dòng)率提升將拉動(dòng)光刻膠等半導體材料需求。1、下游手機、可穿戴設備市場(chǎng)出貨增長(cháng)。2、客戶(hù)端庫存消化基本完成，代工晶圓廠(chǎng)逐步走出周期底。

除此以外，兩大因素驅動(dòng)國內市場(chǎng)需求擴增：

驅動(dòng)因素一：晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能擴張，半導體光刻膠用量增加。

隨著(zhù)產(chǎn)能建設規劃有序推進(jìn)，國內晶圓廠(chǎng)新增項目數領(lǐng)先。根據SEMI 2024年1月公布的《全球晶圓廠(chǎng)預測》報告，從2022年至2024年期間，全球將投入建設82個(gè)晶圓廠(chǎng)，預期中國將擴大其在全球半導體產(chǎn)能占比。中國大陸制造商預計2024年將展開(kāi)18座新晶圓廠(chǎng)，產(chǎn)能年增長(cháng)率將從2023年的12%提升至2024年的13%，中國臺灣、韓國、日本預計自2024年起分別將有5座、1座和4座新晶圓廠(chǎng)投產(chǎn)。

此外，全球晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能穩步擴充，國內晶圓產(chǎn)能比重進(jìn)一步提升。根據SEMI預測，全球半導體制造商2026年將推升12寸晶圓廠(chǎng)產(chǎn)能至每月960萬(wàn)片（wpm）的歷史新高。12寸晶圓產(chǎn)能經(jīng)2021-2022年連續擴充后，2023年因存儲、邏輯芯片需求疲軟，擴張速度將有所趨緩。

驅動(dòng)因素二：制程節點(diǎn)升級&先進(jìn)制程多次曝光，光刻膠需求量?jì)r(jià)齊升。

隨著(zhù)單個(gè)芯片光刻膠用量增加，疊加先進(jìn)制程芯片出貨占比提升。

而制程升級帶動(dòng)光刻次數增加，單位面積光刻膠價(jià)值量提升。

另外，下游客戶(hù)端導入及驗證周期長(cháng)，國產(chǎn)頭部廠(chǎng)商具有自主替代先發(fā)優(yōu)勢。

四、半導體光刻膠市場(chǎng)海外壟斷，國產(chǎn)化空間大難度高

全球光刻膠市場(chǎng)集中度高，日美韓等海外廠(chǎng)商壟斷。2021 年全球光刻膠市場(chǎng)份額前五名依次為東京應化、JSR、信越化學(xué)、陶氏化學(xué)、富士膠片，合計占比 79.5%。

其中半導體光刻膠技術(shù)壁壘較高，日系龍頭廠(chǎng)商技術(shù)領(lǐng)先，已實(shí)現高端光刻膠量產(chǎn)。東京應化、JSR、信越化學(xué)、住友化學(xué)、富士膠片、韓國東進(jìn)、美國杜邦已覆蓋所有不同曝光波長(cháng)的半導體光刻膠類(lèi)型。

目前我國半導體光刻膠的國產(chǎn)化率極低，且產(chǎn)品越高端國產(chǎn)化率越低。

但好消息是，多重因素助力國產(chǎn)化，國內光刻膠廠(chǎng)商加速突破。

優(yōu)勢一：國家政策支持，高端產(chǎn)品國產(chǎn)化突破勢在必行。政府補助及大基金支持，助力行業(yè)產(chǎn)業(yè)化升級。

優(yōu)勢二：產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作緊密，國產(chǎn)廠(chǎng)商尋求突破。首先，同步布局上游原材料端自研自產(chǎn)。其次下游晶圓廠(chǎng)需求互補，配合緊密。

優(yōu)勢三：夯實(shí)中低端g/i線(xiàn)光刻膠實(shí)力，持續發(fā)力高端。半導體光刻膠國產(chǎn)化率極低，在國產(chǎn)替代迫切需求下，光刻膠國內廠(chǎng)商大力投入高端光刻膠產(chǎn)業(yè)化，g/i線(xiàn)產(chǎn)品布局全面，積極布局并推進(jìn)高端KrF、ArF光刻膠的研發(fā)送樣。

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