光刻胶及光刻胶配套试剂细分领域分析

光刻胶及光刻胶配套试剂细分领域分析光刻胶及光刻胶配套试剂细分领域（一）半导体光刻胶行业概况随着高集成度、超高速、超高频集成电路及元器件的开发，集成电路与元器件特征尺寸呈现出越来越精细的趋势，加工尺寸达到百纳米直至纳米级，光刻设备和光刻胶产品也为满足超微细电子线路图形的加工应用而推陈出新。光刻胶的分辨率直接决定了特征尺寸的大小，通常而言，曝光波长越短，分辨率越高，因此为适应集成电路线宽不断缩小的要求，光刻胶的曝光波长由紫外宽谱向g线（436nm）→i线（365nm）→KrF（248nm）→ArF（193nm）→EUV（13．5nm）的方向转移，并通过分辨率增强技术不断提升光刻胶的分辨率水平，而紫外宽谱光刻胶更多应用于分立器件。2014年6月，《国家集成电路产业发展推进纲要》指出，集成电路产业一直是我国的问题之一，其中核心耗材半导体光刻胶等产品领域存在明显受制于人的问题。光刻胶是集成电路最核心的材料之一，光刻胶的作用如同集成电路的模具，在光刻工艺中为铺设电路预留空间，其质量和性能与电子器件良品率、器件性能以及器件可靠性直接相关。（二）显示面板光刻胶行业概况光刻工艺同样也是液晶面板制造的核心工艺，通过镀膜、清洗、光刻胶涂覆、曝光、显影、蚀刻等工序，将掩膜版上的图形转移到薄膜上，形成与掩膜板对应的几何图形，从而制得TFT电极与彩色滤光片。显示面板光刻胶主要分为TFT-LCD光刻胶、彩色光刻胶和黑色光刻胶及触摸屏光刻胶。三类显示面板光刻胶被应用在显示面板制造过程的不同工序中。TFT-LCD光刻胶用于加工液晶面板前段Array制程中的微细图形电极；彩色光刻胶和黑色光刻胶用于制造显示面板中的彩色滤光片；触摸屏光刻胶用于制作触摸电极。平板显示器中TFT-LCD是市场的主流，彩色滤光片是TFT-LCD实现彩色显示的关键器件。从2009年开始，显示面板产业链逐渐向中国转移。经过十年的快速扩张，中国显示面板行业后来居上。尽管国内市场对于显示面板光刻胶的需求量不断增长，但我国显示面板光刻胶生产能力仍严重不足。目前显示面板光刻胶的生产主要被日韩厂商垄断，LCD光刻胶的全球供应集中在日本、韩国、中国台湾等地区，海外企业市占率超过90%。（三）PCB光刻胶行业概况PCB的加工制造过程涉及图形转移，即把设计完成的电路图像转移到衬底板上，因而在此过程中会使用到光刻胶。PCB光刻胶主要包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨。自20世纪90年代中期开始，PCB产业开始转移，2002年开始，外资PCB光刻胶企业陆续在华建厂。至2017年，我国PCB产值占全球份额达50．8%，PCB光刻胶产值占全球份额也超70%，到2019年的市场份额达到93．35%，主要集中在中低端产品市场。（四）其他光刻胶行业概况其他光刻胶主要包括电子束光刻胶、感光聚酰亚胺（PSPI）、光敏聚苯并噁唑树脂（PSPBO）等特殊工艺光刻胶。因其工艺特殊性，全球其他光刻胶呈现生产厂商数量较少、供应量较少、产品单价较高等特点。（五）光刻胶配套试剂行业概况光刻胶配套试剂主要是由基础化工原料（包括N-甲基吡咯烷酮、醋酸丁酯、四甲基氢氧化铵、石油醚、正庚烷等）调配制造的产品，包括显影液、剥离液、增粘剂、边胶剂等，与光刻胶配套使用。因此同光刻胶应用范围相同，主要应用于显示面板、集成电路和半导体分立器件等细微图形加工作业。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。光刻机：验证光刻胶的必需设备开发出的光刻胶是否满足需求，需要光刻机来配合验证。光刻机，又名掩模对准曝光机，是芯片光刻工艺的核心设备，发展至今集成了各种尖端科技，是现代精密科技的集大成者。从g线的436纳米到EUV的13．5纳米，随着光源波长的不断缩短，对科技的要求也越来越高。目前高端光刻机市场90%的市场份额均属于荷兰公司ASML，最先进的EUV光刻机目前也只有ASML有能力生产。一台最先进的EUV光刻机的售价高达26亿元人民币。光刻工艺的流程按照先后顺序可分为：前处理、涂胶、软烘烤、对准曝光、PEB、显影、硬烘烤、检验等八步。每一步对于工艺都有极高的要求。极其细微的差错都有可能导致成品良品率的急剧下降。光刻胶是集成电路制造的核心材料。在集成电路制造工艺中，光刻的成本往往占到整个制造工艺35%，耗费的时间则高达60%，光刻胶的质量将直接影响集成电路制造成本、良率及性能。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。终端市场蓬勃发展，光刻胶需求快速增长终端需求强劲，带动半导体光刻胶需求增长。根据ICInsights，在2021年经济从2020年爆发的新冠疫情危机中反弹后，全球半导体营收增长25%，预计2022年半导体总销售额将持续增长并达到创纪录的6806亿美元，其中光电、传感器、执行器和分立器件（统称OSD设备）将达到创纪录的1155亿美元。半导体产品销售的强势增长，为半导体材料市场提供厚实基础，作为耗材，其每年的需求量整体稳步上升。光刻胶：光刻工艺所需核心材料，助力制程持续升级光刻胶百年发展史，是光刻工艺所需关键材料。光刻胶被应用于印刷工业已经超过一个世纪。到20世纪20年代，开始被用于PCB领域，到20世纪50年代，开始被用于生产晶圆。20世纪50年代末，eastmankodak（伊士曼柯达公司）和Shipley（已被陶氏收购）分别设计出适合半导体工业所需的正胶和负胶。光刻胶用于光刻工艺，帮助将设计好的电路图形由掩膜版转移至硅片，从而实现特定的功能。光刻胶的质量和性能直接影响制造产线良率。以集成电路为例，光刻工艺步骤和光刻胶的使用场景：1）气体硅片表面预处理：在光刻前，硅片会经历一次湿法清洗和去离子水冲洗，目的是去除沾污物。在清洗完毕后，硅片表面需要经过疏水化处理，用来增强硅片表面同光刻胶（通常是疏水性的）的黏附性。2）旋涂光刻胶，抗反射层：在气体预处理后，光刻胶需要被涂敷在硅片表面。涂敷的方法是最广泛使用的旋转涂胶方法，光刻胶（大约几毫升）先被管路输送到硅片，然后硅片会被旋转起来，并且逐渐加速，直到稳定在一定的转速上（转速高低决定了胶的厚度，厚度反比于转速的平方根）。3）曝光前烘焙：当光刻胶被旋涂在硅片表面后，必须经过烘焙。烘焙的目的在于将几乎所有的溶剂驱赶走。这种烘焙由于在曝光前进行叫做曝光前烘焙，简称前烘，又叫软烘（softbake）。前烘改善光刻胶的黏附性，提高光刻胶的均匀性，以及在刻蚀过程中的线宽均匀性控制。4）对准和曝光：在投影式曝光方式中，掩膜版被移动到硅片上预先定义的大致位臵，或者相对硅片已有图形的恰当位臵，然后由镜头将其图形通过光刻转移到硅片上。对接近式或者接触式曝光，掩膜版上的图形将由紫外光源直接曝光到硅片上。5）曝光后烘焙：曝光完成后，光刻胶需要经过又一次烘焙。后烘的目的在于通过加热的方式，使光化学反应得以充分完成。曝光过程中产生的光敏感成分会在加热的作用下发生扩散，并且同光刻胶产生化学反应，将原先几乎不溶解于显影液体的光刻胶材料改变成溶解于显影液的材料，在光刻胶薄膜中形成溶解于和不溶解于显影液的图形。由于这些图形同掩膜版上的图形一致，但是没有被显示出来，又叫潜像（latentimage）。6）显影：由于光化学反应后的光刻胶呈酸性，显影液采用强碱溶液。一般使用体积比为2．38%的四甲基氢氧化铵水溶液。光刻胶薄膜经过显影过程后，曝过光的区域被显影液洗去，掩膜版的图形便在硅片上的光刻胶薄膜上以有无光刻胶的凹凸形状显示出来。7）坚膜烘焙：在显影后，由于硅片接触到水分，光刻胶会吸收一些水分，这对后续的工艺，如湿发刻蚀不利。于是需要通过坚膜烘焙（hardbake）来将过多的水分驱逐出光刻胶。由于现在刻蚀大多采用等离子体刻蚀，又称为干刻，坚膜烘焙在很多工艺当中已被省去。8）测量：在曝光完成后，需要对光刻所形成的关键尺寸以及套刻精度进行测量。关键尺寸的测量通常使用扫描电子显微镜，而套刻精度的测量由光学显微镜和电荷耦合阵列成像探测器承担。制程升级是确定发展方向，光刻设备和光刻胶是核心因素。随着高集成度、超高速、超高频集成电路及元器件的开发，集成电路与元器件特征尺寸呈现出越来越精细的趋势，加工尺寸达到百纳米直至纳米级，光刻设备和光刻胶产品也为满足超微细电子线路图形的加工应用而推陈出新。光刻胶的分辨率直接决定了特征尺寸的大小，通常而言，曝光波长越短，分辨率越高，因此为适应集成电路线宽不断缩小的要求，光刻胶的曝光波长由紫外宽谱向ｇ线（436nm）→ｉ线（365nm）→KrF（248nm）→ArF（193nm）→F2（157nm）的方向转移，并通过分辨率增强技术不断提升光刻胶的分辨率水平。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