中国半导体材料市场稳步增长逐步向中国大陆市场转移分析

中国半导体材料市场稳步增长，逐步向中国大陆市场转移分析中国半导体材料市场稳步增长，逐步向中国大陆市场转移随着数字经济时代的到来，恰逢我国产业的转型升级、国际半导体产业向大陆转移，中国大陆半导体设备采购量持续攀升。近些年来，全球半导体材料市场受周期性影响较大，尤其中国台湾、韩国两地波动较大。北美和欧洲市场几乎处于零增长状态，日本的半导体材料长期处于负增长状态。全球范围看，只有中国大陆半导体材料市场处于长期增长状态，2016-2018年连续三年增速超过10%。2007-2021年，中国大陆半导体材料销售额从全球占比7．7%大幅提升至18．8%。2020-2021年我国对新冠疫情的有效防控也帮助中国大陆半导体企业迅速恢复生产，稳定需求和供给，与西方各国进一步拉大差距。中国大陆半导体材料市场与全球市场形成鲜明对比，全球半导体材料将逐步向中国大陆市场转移。全球百亿美金市场，显示+PCB+IC三大应用推动发展全球市场持续扩容，2023年有望突破百亿美金。光刻胶作为制造关键原材料，随着未来汽车、人工智能、国防等领域的快速发展，全球光刻胶市场规模将有望持续增长。根据Reportlinker数据，全球光刻胶市场预计2019-2026年复合年增长率有望达到6．3%，至2023年突破100亿美金，到2026年超过120亿美元。大陆市场增速高于全球，2022年有望超过百亿人民币。叠加产业转移因素，中国光刻胶市场的增长速度超过了全球平均水平。根据相关研究机构数据，2021年中国光刻胶市场达93．3亿元，16-21年CAGR为11．9%，21年同比增长11．7%，高于同期全球光刻胶增速5．75%。随着未来PCB、LCD和半导体产业持续向中国转移，中国光刻胶市场有望不断扩大，占全球光刻胶市场比例也将持续提升，预计到2026年占比有望从2019年的15%左右提升到19．3%。显示、PCB、IC是三大应用领域，合计占比超70%。根据应用领域的不同，光刻胶可分为印刷电路板（PCB）用光刻胶、液晶显示（LCD）用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。根据Reportlinker数据，2019年PCB、半导体和平板显示光刻胶占比分别为27．8%、21．9%、23．0%，为前三大应用领域。按显影过程中曝光区域的去除或保留分，分成正性光刻胶（正胶）和负性光刻胶（负胶），正负胶各有优势，但正胶分辨率更高，是主流光刻胶。1）正性光刻胶：正性光刻胶在紫外线等曝光源的照射下，将图形转移至光胶涂层上，受光照射后感光部分将发生分解反应，可溶于显影液，未感光部分不溶于显影液，仍然保留在衬底上，将与掩膜上相同的图形复制到衬底上。正性光刻胶响应波长为330～430纳米，胶膜厚为1～3微米，正性光刻胶的分辨率更高，无溶胀现象。因此，正性光刻胶的应用比负性光刻胶更为普及。2）负性光刻胶：负性光刻胶在紫外线等曝光源的照射下，将图形转移至光胶涂层上，在显影溶液的作用下，负性光刻胶曝光部分产生交联反应而不溶于显影液；未曝光部分溶于显影液，将与掩膜上相反的图形复制到衬底上。负性光刻胶响应波长为330～430纳米，胶膜厚0．3～1微米，负性光刻胶的分辨率比正性光刻胶低。负胶占总体光刻胶比重较小，多用于特殊工艺。由于负胶耐热性强，多应用于高压功率器件、高耗能器件等，此外也常用于一些特殊工艺，因为负胶难以去除的特性，在芯片最后的封装阶段可以使用负胶，能起到绝缘、保护芯片的作用。总的来说，正胶有以下主要优点：①高分辨率，高对比度；②使用暗场掩模减少了曝光图形的缺陷率，因为掩模大部分区域都是不透光的。③使用水溶性显影液；④去胶容易。因此，正胶普及率大于负胶。光刻胶是发展半导体行业不可或缺的产品组成结构复杂，产品壁垒高企。光刻胶（photoresist）又称光致抗蚀剂，是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料，主要由光刻胶树脂、增感剂（光引发剂+光增感剂+光致产酸剂）、单体、溶剂和其他助剂组成。由于应用场景颇多，不同用途的光刻胶在曝光光源、制造工艺、成膜特性等性能要求不同，对材料的溶解性、耐蚀刻性和感光性能等要求不同，不同原料的占比会有很大幅度变化，其中光刻胶树脂是光刻胶主要成分，成本占比达到50%。光刻胶为集成电路中极为重要的材料，作为图形媒介物质，用于芯片制造的光刻环节，是必不可缺的关键材料。正性和负性光刻胶由于曝光反应存在差异：正性光刻胶在曝光后，曝光部分会溶于显影液，未曝光部分显影后会留存，正性光刻胶分辨率对比度高，更适用于小型图形，也因此高端光刻胶以正性为主。负性光刻胶则相反，曝光后曝光部分形成交联结构，硬化并留存在基底形成图形，未曝光部分将溶解。负性光刻胶拥有更好的粘滞性和抗蚀性，因其具有更好感光性所以添加的感光剂更少，成本更低，也更适用于低成本低价质量的芯片。半导体光刻胶市场中正性胶占比为绝大多数，负性胶占比极低。光刻胶按应用领域分为PCB、面板和半导体光刻胶。PCB光刻胶主要分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶和阻焊油墨；面板光刻胶主要分为TFT-LCD正性光刻胶、彩色&黑色负性光刻胶;半导体集成电路制造行业主要使用G/I线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶和EUV光刻胶等。根据Cision，2019年全球光刻胶市场规模约91亿美元，至2022年市场规模将超过105亿美元，年化增长率约5%，其中，面板光刻胶，PCB光刻胶和半导体光刻胶的应用占比分别为27．8%、23．0%和21．9%。半导体光刻胶将成为光刻胶市场主要增长因素。在下游PCB和面板二者复合增速缓慢的情况下，半导体光刻胶将在半导体市场的快速增长下，叠加其单位价值量相较于PCB光刻胶和面板光刻胶更高的特性，有望成为全球光刻胶市场增长的主要因素。随着IC制程的不断提高，为了满足集成电路对电路密度和集成水平更高要求，光刻胶通过不断缩短曝光波长，不断提升图形的分辨率。经过几十年的研发，按照曝光波长，目前光刻胶的波长由紫外宽谱逐步至G线（436nm）、I线（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）（KrF和ArF合计称为DUV光刻胶）、以及最先进的EUV（<13．5nm）水平。半导体光刻胶存差异，应用于不同芯片制程。随着曝光波长缩短，光刻胶达到的极限分辨率不断提高，得到的精密度更佳。目前市场上能得到分辨率最高的是EUV光刻胶，用于14nm以下先进制程，由于整体较高的壁垒，仅G/I线有少量国产份额，KrF和ArF国产化率极低，EUV方面仅荷兰的ASML能制造EUV光刻机，国内尚无企业拥有先进制程芯片产能，因此国内并没有EUV光刻胶市场，目前国内市场大多集中在G线/I线KrF/ArF等用于28nm以上成熟制程的半导体光刻胶。半导体光刻胶并不完全仅用于其对应电路尺寸。以KrF胶为例，虽然其对应的最精细工艺范围为0．13-0．35μm，但是KrF胶仍然可以用于0．13μm以下节点，包括28nm，原因在于28nm制程的芯片并不是每处都达到了精细度极限，由于ArF胶价格是KrF胶的几倍，下游客户出于节省成本目的，在芯片精细度较低的区域仍将使用用于低制程的光刻胶，也因此KrF胶成为全种类半导体光刻胶中，消耗量极高的胶种类，肩负起承上启下的作用。海外龙头断供提供良机日本信越化学光刻胶断供产生供给缺口，为国产企业导入提供机会。由于2021年日本福岛地震事件，信越化学光刻胶工厂暂停生产，引发新合约涨价事件。受地震影响，信越化学KrF光刻胶产线受到很大程度的破坏，2021年2月至今尚未完全恢复生产，虽然东京应化（TOK）填补了信越化学海外大部分缺失的KrF光刻胶产能，但目前仍存在不小的缺口。另外，除了台积电、三星、英特尔、联电等晶圆厂积极扩产外，SMIC、华虹宏力、广州粤芯等多家本土晶圆厂积极扩产和产能释放，这也就导致国内光刻胶需求量激增，供应不足。2020年底美国商务部将SMIC列入实体清单，对SMIC实施出口限制，导致美国陶氏化学无法向SMIC供应任何半导体材料，其中包括光刻胶。在国外厂商无法供应的情况下，晶圆厂对导入新半导体材料供应商的要求提升，利好国产光刻胶产业。原材料掐脖子对企业正常生产有潜在威胁。2019年日韩贸易战中，日本对韩国半导体材料断供，由于韩国对日本光刻胶依赖程度达84．5%，此举让韩国企业遭受巨大损失。2019年三季度，三星电子营业利润从二季度12．8万亿韩元，下降至7．7万亿韩元，环比下降39．8%；SK海力士营业利润从6316亿韩元，下降至4100亿韩元，环比下降35．1%。我国光刻胶对外依赖程度更为明显，半导体光刻胶目前国产化率仅5%，因此我国存在极大的供应链政策风险。我国光刻胶企业大部分供给G/I线光刻胶，仅彤程新材实现了KrF光刻胶商业化。我国的G/I线光刻胶已处于成熟量产阶段，各企业仍处于扩张KrF胶种类以及打入客户验证周期，仅产生极少量KrF胶收入。由于口径不同原因，晶瑞电材将辅材并入光刻胶板块收入，其光刻胶纯胶收入基本由G/I线贡献。光刻胶是图形复刻加工技术中的关键性材料。光刻胶是利用光化学反应经光刻工艺将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上的图形转移介质，由成膜剂、光敏剂、溶剂和添加剂等主要化学品成分和其他助剂组成，在紫外光、深紫外光、电子束、离子束等光照或辐射下，其溶解度发生变化，经适当溶剂处理，溶去可溶性部分，最终得到所需图像。在光刻工艺中，光刻胶被均匀涂布在硅片、玻璃和金属等不同的衬底上，经曝光、显影和蚀刻等工序将掩膜版上的图形转移到薄膜上，形成与掩膜版完全对应的几何图形。虽然不同光刻胶的成分百分比有差异，但半导体光刻胶中的树脂的含量一般在20%以下。总体来说适用于波长越短的光刻胶，树脂的含量越低，溶剂的含量越高，溶剂含量高的能到80%。例如G线和I线光刻胶的树脂含量在10-20%，KrF光刻胶树脂含量10%以下，ArF及EUV光刻胶树脂含量在5%以下。光刻胶历经七十年发展历史。光刻胶起源于美国，柯达KTFR光刻胶为光刻胶工业的开创者；1950s贝尔实验室尝试开发首块集成电路，半导体光刻胶由此诞生；光刻胶不断推进产业演进，i线/g线光刻胶的产业化始于上世纪70年代，KrF光刻胶的产业化也早在上世纪80年代就由IBM完成。光刻胶是光刻工艺中最重要的耗材，其品质决定了成品的精度和良率。微小的误差即可能付出成本高昂的代价。因此，半导体制造商更关注光刻胶的品质、性能、不同批次间的一致性而非价格。正光刻胶是指在光刻过程中，暴露在光线下的部分可溶于光刻胶显影剂，而未曝光部分仍然溶于显影剂。负光刻胶刚好和正光刻胶相反，是指在光刻工艺中，暴露在光线下的部分不溶于显影剂，未曝光部分则可以被光刻胶显影剂所溶解。由于负光刻胶在曝光和显影过程中容易发生变形，导致其分辨率精度不如正光刻胶。因此正光刻胶在高端半导体光刻胶，如ArF光刻胶及EUV光刻胶中应用更为普遍。一直以来半导体工业使用的光刻胶均为聚合物光刻胶，这些光刻胶也被称为化学增幅型光刻胶（ChemicallyAmplifiedResists:CAR），其原理是吸收光并产生质子（酸），从而改变聚合物在蚀刻溶液中的溶解度。然而，聚合物光刻胶在10nm级别时遇到了问题。到目前为止，几十nm级的线条图案规则都是基于使用发射波长为160nm左右的浸入式ArF光源的光刻技术，这在聚合物材料的光吸收和反应范围内。然而，在EUV下，波长是13．5nm，传统的有机聚合物对这些超短波难以产生良好的反应。另外，当线宽幅度达到10nm左右时，即使做出图案，也会发生抗蚀墙壁面塌陷或者粘连不稳定等问题。直观地讲，在纳米水平上，要在缓慢溶解的系统中保持半导体内的LWR、LER等互连相关值的稳定性和低变异性极为困难。面板光刻胶市场格局高端面板光刻胶市场依然被国外公司占据。根据富士经济的数据，2018年，TFT面板光刻胶市场，默克市场份额近半，韩企东进世美肯及日企东京应化各占约四分之一；LCD/TP衬垫料光刻胶市场，韩企三洋光学占34．3%，日企JSR及三菱化学分别占22．8%及21．0%；彩色光刻胶及黑色光刻胶市场也呈现日韩企业主导的格局。国内光刻胶进口替代趋势明显国内光刻胶进口替代趋势明显。随着电子信息产业向中国转移，美国对中国科技技术的打压和配套产业链的完善，进口替代是趋势所向，其中大部分中低端产品已经实现进口替代，部分国内企业已在光刻胶等高端产品进口替代取得突破。下游需求推动国内光刻胶市场规模持续加大。国内光刻胶市场规模自2015年以来增速加快，2019年国内光刻胶市场规模达159亿元，增速15．22%。随着下游需求发展，带动光刻胶行业快速发展，光刻胶市场规模逐步扩大。从产品结构来看，中国本土光刻胶以PCB用光刻胶为主，平板显示、半导体用光刻胶供应量占比极低。中国是PCB光刻胶主要生产国。1990年以前，全球PCB市场由欧美主导，自20世纪90年代中期开始，PCB产业开始转移，2002年外资PCB光刻胶企业陆续在华建厂，至2017年，我国PCB产值占全球50．8%，PCB光刻胶产值占全球超70%。PCB光刻胶市场规模趋缓，高端市场仍依赖进口。PCB光刻胶技术壁垒较半导体光刻胶和面板光刻胶较低，率先实现，而干膜光刻胶产品高度依赖进口。2019年国内PCB光刻胶市场规模为82亿元，增速3．8%。从企业类型来看，2020年我国PCB光刻胶国产企业占比达61%。光刻胶占半导体晶圆制造材料价值的5%，光刻胶辅助材料占7%，合计占12%。光刻胶及辅助材料是仅次于硅片、电子特种气体和光掩模的第四大半导体材料。全球半导体光刻胶市场规模在2021年的时候约为19亿美元，预计到2025年超过24亿美元，年化增长率为6%以上。其中，我国作为未来全球半导体产能增长的主力军，预计到2025年，我国半导体光刻胶市场规模最少也是40亿。另外，半导体光刻胶是配方型产品，技术壁垒极高，供应市场集中度高，头部企业基本为日本企业，国内半导体光刻胶企业份额仅占约5%，严重依赖进口。由于当年日本福岛地震事件，信越化学光刻胶工厂至今尚未完全恢复生产，产能一直无法满足市场需求。庞大的市场需求缺口提升了我国半导体光刻胶的进度，叠加第三次半导体产业向中国迁移以及国家大基金二期的逐步落地，半导体产业国产化趋势明显。近年来，在政策大力助推下，半导体的也不断显现成效。以半导体设备为例，根据SEMI数据，2021年全球半导体设备销售额为1026亿元，近年来，受到中国晶圆厂扩产的推动，中国半导体设备销售额的全球占比一直在稳健提升。当前，我国正处于战略转型期，对新材料的战略需求更加突出，为新材料产业的发展提供了难得的历史机遇。《湖北省新材料产业高质量发展十四五规划》指出，要强化光芯屏端网战略产业协同发展，围绕电子信息材料产业国家战略需求，加快重要原辅料及材料的研发与生产。在电子化学品方面，规划提出要重点突破高分辨率光刻胶、高纯均质靶材、外延工艺气体和前驱体、清洗液和蚀刻液等电子化学品。重点发展集成电路、平板显示器、新能源电池、印制电路板等领域相配套的电子化学品。重点突破精细磷系、氟系化工产品，电子级氢氟酸、电子级氟化铵、无水氟化氢、氟化钾、磷酸铁以及磷酸铁锂等。大力发展铝蚀刻液、剥膜液、显影液等芯片用超高纯电子级化学品，电子级双氧水、精细硫化锌、高纯氯化钡、