(报告出品方/作者:方正证券,陈杭)

一、投资分析

在这篇报告中,我们主要追溯光刻胶上游原材料,包括单体、树脂、光引发剂、溶剂等,解析目前半导体 光刻胶主流原材料,研究其行业壁垒,并分析目前市场竞争格局。

我们归纳出光刻胶及其原材料行业具备以下特征:(1)行业壁垒高,配方技术及质量控制技术 要求高;(2)配方研究需时间沉淀,实验室与量产之间存在差距,耗时较长,需提前布局,不 存在弯道超车;(3)光刻胶品类多,所涉及原材料丰富;(4)伴随下游晶圆厂扩产,整体市场 规模稳健上升,市场供不应求;(5)下游认证壁垒高,客户粘性大;(6)政策驱动性行业,往往依靠专项政策推动技术成果转化。

二、光刻胶详解:探寻配方,究其壁垒

2.1 探寻光刻技术:源于印刷术

光刻技术是利用光化学反应原理和化学、无力刻蚀方法将掩模版上的图案传递到晶圆的工艺技术。 光刻的原理起源于印刷技术中的照相制版,与印刷术不同,光刻工艺并非使用油 墨为介质,而是借助光敏物质在受到光照(曝光)后发生的化学变化,完成这一信息的转移。

光刻技术按曝光光源主要分为光学光刻和粒子束光刻(常见的粒子束光刻主要有X射线、电 子束和离子束光刻等)。其中光学光刻是目前最主要的光刻技术,在未来几年仍占主流地位。

在摩尔定律的引领下,光学光刻技术经历了接触/接近、等倍投影、缩小步进投影、步进扫描投影等曝光方式的变革。随着集成电路器件尺寸不断缩小,芯片运算速度以及集成度不断提高,对光刻技术曝光分辨率提出 了更高要求。

2.2 光刻胶简介:技术密集型产业

光刻胶又称光致抗蚀剂,是指通过紫外光、电子束、离子束、X射线等照射或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料。光刻胶目前被广泛用于光电信息产业的微细图形线路加工 制作,约占IC制造材料总市场的6%,是重要的半导体材料。光刻胶是电子化学品中技术壁垒最高的材料, 具有纯度要求高、生产工艺复杂、技术积累期 长等特征。

2.3 光刻胶原材料

光刻胶由成膜树脂(聚合剂)、光引发剂、溶剂及添加剂构成。成膜树脂用于将光刻胶中不同材料聚合在一起,构成光刻胶的骨架, 决定光刻胶的硬度、柔韧性、附着力等基本属性。光引发剂包括光增感剂和光致产酸剂,是光刻胶的关键成分,对光刻 胶的感光度、分辨率起着决定性作用。

溶剂是光刻胶中最大成分,目的是使光刻胶处于液态,但溶剂本身对 光刻胶的化学性质几乎没影响。 添加剂包括单体和其他助剂等,单体对光引发剂的光化学反应有调节 作用,助剂主要用来改变光刻胶特定化学性质。

数据显示,树脂占光刻胶总成本的 50%,在光刻胶原料中占比最大,其次是 占 35%的单体和占15%的光引发剂及其他助剂。对于高端光刻胶,树脂所占成本比例更高。根据南大光电公告,ArF树脂以丙二醇甲醚醋酸酯为主,质 量占比仅 5%-10%,但成本占光刻胶原材料总成本的97% 以上。

2.4 光刻胶检测、生产所需设备

由于不同半导体光刻胶从适用波长、 配方、原材料品质等方面各不相同, 其生产设备及检测设备也不相同。

反应釜为光刻胶主要生产设备,g/i线 光刻胶生产设备为不锈钢反应釜,而 KrF和ArF光刻胶均为衬氟反应釜。

光刻胶所涉及的检测设备种类繁多, 包括光刻机、缺陷分析设备等都需要 从国外进口。根据南大光电公告披露 ,ArF光刻胶项目所涉及的检测设备 包括光刻机、CDSEM、涂胶显影机 、亮场缺陷扫描仪、缺陷分析设备、 气体颗粒仪等。

2.5 光刻胶分类:正性光刻胶和负性光刻胶

根据化学反应机理,光刻胶可分为负性光刻胶和正性光刻胶 两类。二者在PCB、面板、半导体中都有广泛应用,但由于 负性光刻胶显影时易变形和膨胀,分辨率通常只能达到2微 米,因此正性光刻胶的应用更为普及,占光刻胶总量80%以上。ArF光刻胶和EUV光刻胶基本都是正胶。正性光刻胶是指在光刻工艺中,涂层经曝光、显影后,曝光 部分在显影液中溶解而未曝光部分保留下来形成图像的光刻 胶。负性光刻胶与正性光刻胶相反,其中被溶解的是未曝光部分,而曝光部分形成图像。

2.6 光刻胶技术壁垒概述

光刻胶是电子化学品中技术壁垒最高的材料,具有纯度要求高、生产工艺复杂、生产及检测 等设备投资大、技术积累期长等特征。从相关技术来看,光刻胶的核心技术包括配方技术、 质量控制技术和原材料技术,配方技术是光刻胶实现功能的核心,而质量控制技术能够保证 光刻胶性能的稳定性,而光刻胶原材料的品质对光刻胶的质量起着关键作用。

根据中商产业研究院数据,2020年中国光刻胶主要集中在技术壁垒较低的PCB光刻胶和LCD 光刻胶,分别占比61%和35%,而在技术壁垒较高的半导体光刻胶中占比仅为29%。

2.7 光刻胶客户壁垒:壁垒极高,认证周期长

光刻胶方面,根据行业惯例,在光刻胶供货前,一般会经过光刻胶产品的验证及工厂(产线)资质的验 证,其中光刻胶验证根据验证阶段分为 PRS(光刻胶性能测试)、STR(小试)、MSTR(批量验证)及 Release(通过验证);工厂(产线)资质验证方面,主要在质量体系、供货稳定性、工厂(产线)产能等 几方面进行验证。在工厂(产线)资质验证通过以及产品验证通过后,可实现对客户的正式供货。验证周 期通常为6-24个月。

光刻胶单体的验证主要流程为:生产商向潜在客户研发样品送样,客户测试各项质量指标并合成树脂后进 行验证;产品验证通过后,进行验厂质量体系认证;最后进行中试级别产品订单验证。光刻胶单体验证周 期通常为6-24个月。

随着晶圆厂验证国产半导体材料加速,未来2-3年将是KrF和ArF光刻胶及相关公司发展的关键窗口期。我 们认为国内企业应锁定晶圆厂新产线替代机遇,规避旧有产线壁垒。对于新产线,前期主要以抢占产线为 主,成为一供、二供、三供,建立产品护城河。后期通过稳定供货,锁定先发优势。

三、产业链日美垄断,核心原料受制于人

3.1 全球光刻胶竞争格局:日美韩企业垄断市场

全球光刻胶竞争格局:光刻胶市场主要由日美韩公 司垄断,大陆企业市占率不足10%,其中在全球半导体光刻胶市场中,日本企业牢牢占 据龙头地位,至少占据60%以上。 我国的面板光刻胶市场主要由外资企业占领, 占比达65%,由日韩企业占据主要市场。 中国在全球PCB光刻胶市场占据主导地位, 2019年的市场份额达93.35%。在国内市场中, 国内企业的市场份额也过半,使得PCB光刻胶成 为了国产替代率最高的光刻胶产品。

3.2 半导体光刻胶市场:稳健上升,市场稳定

2019年全球半导体市场销售额4123亿美元,同比下降12%,主要由于存储市场的周期性导致。 根据2020年6月由WSTS(全球半导体交易统计)发布的资料,2020年全球半导体销售额将达到 4260亿美元,表现不及预期。这主要归咎于新冠疫情对全球经济和供应链的负面作用。WSTS预 测,2021年的半导体销量将反弹至4520亿美元。

据SEMI的统计数据显示,2016-2019年,全球半导体光刻胶的市场规模从15亿美元增长至2019 年的18亿美元。根据Research and Markets,2020年全球半导体光刻胶市场规模达20.4亿美元 ,近4年年复合增速达8%。

3.3 光刻胶:产业链分析

光刻胶产业链覆盖范围广,其中上游原料是光刻胶产业的重要环节,原料的品质决定了光刻 胶产品品质,主要原料包括树脂、光引发剂、溶剂和单体等;中游为各类型的光刻胶,主要 分为PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶;下游为应用领域,光刻胶主要用来制造印刷 电路板、平板显示屏、半导体等。光刻胶产业链壁垒高,包括原材料壁垒、配方壁垒、设备壁垒和下游认证壁垒。

3.4 东京应化:EUV光刻胶领军者

东京应化成立于1936 年,成立之初的主营业务是高纯试剂的研 发与生产。20世纪60 年代,开始进入半导体制造领域,是第一 批涉足光刻胶领域的日本公司。在1968年和1972年分别开发出 负性光刻胶和正性光刻胶后,发展至今,在光刻胶的研发领域已 经有超过 50 年的积淀。

2006年,公司就率先投资研发ArF浸没光刻胶所需技术,2019 年公司同样是引领10nm以下制程EUV光刻胶的企业之一。2019 年,公司在全球半导体光刻胶市场中获得多项“第一”,凸显公 司的行业领导地位。未来公司将紧抓5G、AI、功率器件等时代红利,大力发展EUV 、ArF等高端光刻胶和先进封装用光刻胶。

3.5 以日本为鉴:半导体产业三次转移

在集成电路产业发展史上,欧美厂商领导了前期光刻胶产品的研发 。1970年代,半导体产业中心开始第一次迁徙,该次转移成就了许 多日本知名企业。日本借机崛起,快速进入光刻胶市场。

1980-1990 年代,日本半导体产业在日美贸易摩擦下开始没落, 半导体产业中心迁往韩国和中国台湾。然而,日本的光刻胶产业抓 住制程发展的机遇、先发制人的材料和设备优势以及与韩国和中国 台湾区位优势,成为市场霸主。IBM在1980年代早期就突破了KrF 光刻。然而此时英特尔1982年制程节点还在1.5μm, 可以用成本 更低的 i 线光刻实现,因此KrF光刻胶生不逢时,未大规模放量。 1995年日本TOK突破了KrF光刻胶并实现了商业化销售,打破IBM 对于KrF光刻胶的垄断,而且当时的半导体工艺节点发展到了0.25- 0.35μm,逼近了i线光刻的极限。同时光刻机市场也演变为佳能和 尼康为龙头的时代。

在第三次转移之后,日本光刻胶产业凭借高度的技术壁垒和市场壁 垒,在半导体产业全球化分工浪潮中依然占据高端市场的垄断地位 。日本光刻胶在高端的 ArF 和 EUV 光刻胶市场,日本厂商进一步 巩固霸主地位。

四、国产化迫切驱动国内企业奋起直追

4.1 国内光刻胶未来市场空间巨大,下游产能扩张带动需求增长

近年来,随着半导体行业的蓬勃发展,半导体材料需求旺盛,光刻胶市场需求保持了良好的增长态势。根 据晶瑞电材公告,我国2019年光刻胶市场规模约88亿元,预计该市场未来3年仍将以年均15%的速度增 长,至2022年中国光刻胶市场规模将超过117亿元。

中国大陆晶圆厂产能即将爆发,光刻胶有望持续高增长。根据主要晶圆厂数据,未来五年中国大陆将新建 至少29座晶圆厂。在12寸片方面,根据IDC及芯思想研究院(Chipinsights)统计:截至2019年,我国12 英寸晶圆制造厂装机产能约90万片/月,预计至2024年,我国12英寸晶圆厂在满产情况产能将达到273万 片/月,年复合增速25%。在8寸片方面,预计2024年产能187万片/月,年复合增速14%。

光刻胶市场持续分化,ArF和KrF推动光刻胶市场高增长。2020年中国大陆市场ArF光刻胶占比40%;KrF 光刻胶占比39%;G/I线光刻胶占比20%。随着制程不断缩小,KrF和ArF光刻胶市场需求量快速增加,成为 了推动光刻胶市场快速增长的主要因素。

4.2 中国光刻胶上游材料:树脂

光刻胶原料中,虽树脂质量占比不高,但其控制光刻胶主要成本。根据南大光电公告,ArF树脂以丙二醇甲醚醋酸酯为主, 质量占比仅 5%-10%,但成本占光刻胶原材料总成本的 97% 以上。 目前,中国光刻胶树脂除博康化学外,多数厂商主要生 产中低端树脂,高端树脂主要由日本、韩国和美国等外国企业占主导地位。从主要供应商情况来看,博康化学覆盖中高端半 导体光刻胶树脂。强力新材在PCB光刻胶树脂上具有一定的优势。圣泉集团是中国大陆本土面板显示光刻胶树脂和半导体光 刻胶树脂的领先厂商。

根据富士经济数据,KrF胶树脂售价稳定在5000元/kg,ArF胶树脂售价近30000元/kg,预计未来价格趋势稍向下走。半 导体光刻胶树脂售价高昂原因在于全球ArF/KrF光刻胶需求逐年上升,以及国内核心制备技术的匮乏。预计2023年,全球 ArF和KrF树脂规模达到40亿元。

半导体光刻胶树脂的产业化面临诸多难题,第一点就是合成技术,光刻胶树脂的合成技术可分为自由基聚合,阴离子聚合和 活性自由基聚合等,目前最常用的是自由基聚合,这种技术容易控制树脂的分子量,且容易产业化,但缺点是PDI (分散度) 难以控制很小,导致其无法达到一些光刻性能。其他难题则包括放大的稳定性和金属离子的去除、原料及树脂供应稳定、客 户的认证和采购过程较长、定制化产品需达到规模效应。

4.3 国家大力支持成品光刻胶及其原料

为进一步做好重点新材料首批次应用保险补偿试点工作,工信部于2021年发布了《重点新材 料首批次应用示范指导目录(2021版)》,其中关于光刻胶及其原料的入选涵盖了半导体光 刻胶及其原料和LCD用正性光刻胶。

4.4 华懋科技:上游材料全系列布局龙头

华懋科技成立于2002年, 专注汽车安全领域,产品线覆盖安全气囊布、安 全气囊袋以及安全带等被动安全系统部件。2020年公司投资徐州博康,切 入高端光刻胶核心赛道。

作为国内实现光刻胶单体、树脂、溶剂、成品胶的一体化生产的龙头企业, 全产业链自主可控优势显著。光刻胶单体是博康主要业务之一,光刻胶产品 除自用外,主要出口日本、韩国相关企业。公司作为成熟的光刻胶单体供应 商,在树脂领域优势显著,包括自产单体质量稳定、品类齐全、大客户认 可,能够保障树脂的原料供应安全、稳定;产业链完整,博康既有单体的基 础,也有自研的光刻胶系列产品;树脂合成的工艺水平稳定,放大生产的水 平高,质量和批次稳定性好。目前,徐州博康已经成功开发出了50 款半导 体光刻胶树脂,包括ArF光刻胶树脂10 种,KrF光刻胶树脂20 种,i线光 刻胶树脂10 种,另有封装光刻胶树脂5-6种,电子束光刻胶树脂10种左 右,其中,已经定型量产的有20多种。公司光刻胶覆盖广泛,包括i线、ArF 和KrF光刻胶。

博康营收上涨趋势明显,2020年业绩实现翻倍。其中光刻胶单体实现 5943.17万元营收,占总营收27.76%;光刻胶业务实现397.63万元,占比 1.86%。

报告节选:

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(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站

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