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光刻胶:国产化正当时,龙头公司放量在即

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2020-03-02
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导读:LCD 光刻胶中国需求迎来快速增长

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LCD 光刻胶中国需求迎来快速增长


1 光刻胶

1.1 光刻胶概况

光刻胶又称光致抗蚀剂,是光刻工艺的核心化学品,通过光化学反应将掩模版上的微细图形转移到基片上,广泛应用于集成电路、面板、分立器件等微细加工领域,也用于LED、光伏、磁头及精密传感器制造,属于微电子制造中的关键材料。主要成分为树脂(约占50%)、单体(约35%)、光引发剂和助剂。

自1959年发明以来,光刻胶逐步应用于半导体、印制电路板(PCB)和平板显示等领域。在微电子制造从微米级向纳米级演进过程中,光刻技术经历了紫外全谱(300~450nm)、G线(436nm)、I线(365nm)、深紫外(DUV,248nm和193nm)到极紫外(EUV)六个阶段,对应不同波长的光刻胶随之发展,其树脂、光引发剂等配方持续优化以满足工艺需求。

目前主流光刻胶包括:

  • g/i线光刻胶:分别对应436nm和365nm光源,用于0.5μm及以上和0.5–0.35μm制程,以正胶为主,主要成分为酚醛树脂与重氮萘醌化合物,为当前用量最大的光刻胶类型。
  • KrF光刻胶:对应248nm光源,适用于0.25–0.15μm制程,采用聚对羟基苯乙烯及其衍生物与光致产酸剂,市场持续扩张。
  • ArF光刻胶:对应193nm光源,干法用于65–130nm,浸没式可支持45nm以下制程,使用脂环族丙烯酸酯共聚物与光致产酸剂,属正胶,未来成长空间广阔。

1.2 光刻胶主要用于图形化工艺

在半导体制造中,光刻胶是图形化工艺的关键材料。该工艺旨在将设计图案从掩模版转移至晶圆表面,主要包括光刻与刻蚀两大步骤,实现“掩模版→光刻胶→晶圆”的两次图形转移。典型流程包括:表面准备、涂胶、软烘焙、对准曝光、显影、硬烘焙、显影检查、刻蚀、去胶和最终检查。

具体过程为:清洗晶圆后旋涂光刻胶并烘干;通过光刻机将掩模版图案投影至光刻胶完成曝光;经显影与烘焙后形成图形;在光刻胶保护下进行等离子体干法刻蚀(常用含氟、氯气体),随后剥离光刻胶并检测,完成图形转移。

现代半导体制造通常需经历40道以上独立光刻步骤,贯穿整个生产流程,决定工艺先进性。光刻机为其中核心设备,如ASML NXE3400B售价超一亿欧元,接近F35战斗机水平。

1.3 光刻胶分类

按显影效果可分为:

  • 负性光刻胶:未曝光部分溶于显影液,图形与掩膜版相反。
  • 正性光刻胶:曝光部分溶于显影液,图形与掩膜版相同。

按应用领域划分,主要类型包括半导体光刻胶、LCD光刻胶、PCB光刻胶及其他专用光刻胶。

2 光刻胶市场空间

2.1 光刻胶需求不断增长

受半导体、LCD、PCB等下游产业拉动,全球光刻胶市场持续扩张。2018年市场规模达85亿美元,2014–2018年复合增速约5%,预计未来仍将维持相似增速。按应用划分:半导体光刻胶占24.1%,LCD光刻胶占26.6%,PCB光刻胶占24.5%,其他类占比24.8%。

随着全球电子产业链向中国大陆转移,国内光刻胶需求迅速增长。2011–2017年,国内需求量复合增速达14.69%,2017年达7.99万吨;市场规模复合增速11.59%,达58.7亿元。同期产量达7.56万吨,本土产量4.41万吨,复合增速分别为15.83%和11.87%。

当前国内光刻胶产能集中于PCB领域,高技术壁垒的LCD与半导体光刻胶仍高度依赖进口。

2.2 光刻胶竞争格局

光刻胶行业技术壁垒高,需与光刻设备协同研发,呈现寡头垄断格局。全球前五大企业(日本合成橡胶、东京应化、罗门哈斯、日本信越、富士电子材料)合计占据87%市场份额。

国内PCB光刻胶已相对成熟,代表企业有广信材料、容大感光等。但在LCD和半导体光刻胶领域,与国际领先水平仍有较大差距。

3 光刻胶分类

3.1 半导体光刻胶

2012–2018年全球半导体市场复合增速8.23%,中国大陆同期集成电路销售额从2158亿元增至6531亿元,复合增速达20.27%,成为全球半导体产业转移的主要承接地。

2018年全球半导体材料市场规模达519.4亿美元,同比增长10.68%。其中晶圆制造材料322亿美元(+15.83%),封装材料197.4亿美元(+3.30%)。在制造材料中,大硅片占比最高(33%),光刻胶占6%,光刻胶配套占7%。

2018年全球半导体光刻胶市场规模为20.29亿美元,同比增长15.83%。中国市场占比最高,达32%;美洲占21%;亚太地区占20%;欧洲与日本各约9%。

按产品类型,ArF/浸没式光刻胶市场份额最高(41%),g/i线占24%,KrF占22%。ArF光刻胶主要用于先进IC制程,在EUV普及前仍将是主流。随着多重曝光技术应用增加,其需求将持续上升。i线光刻胶受益于功率半导体、传感器等市场增长,而KrF则因更高精度需求逐步替代i线,市场需求稳步提升。

全球主要供应商仍为日美企业,包括东京应化、JSR、信越化学、罗门哈斯、富士电子材料等。国内企业主要有晶瑞股份(苏州瑞红)、北京科华、南大光电等。

  • 苏州瑞红:1993年投产,承担国家“02专项”i线光刻胶项目,已实现i线量产,KrF处于研发阶段。
  • 北京科华:i线已量产,KrF光刻胶批量供应中芯国际,ArF干法进入客户认证阶段。
  • 南大光电:2017年启动“193nm光刻胶项目”,获“02专项”支持,规划建设25吨KrF光刻胶产能,预计三年内达产。

3.2 LCD 光刻胶

全球平板显示市场稳步增长,IHS数据显示,2019年TFT-LCD与OLED总产能约3.34亿平方米,预计2023年达3.75亿平方米,其中TFT-LCD约3.09亿平方米,需求稳定提升。

全球LCD产业历经“美国研发—日本发展—韩国超越—台湾崛起—大陆发力”的转移过程。中国大陆自2009年起加速布局,京东方等企业推动产能快速扩张。2018年大陆LCD产能占全球39%,预计2023年将达55%。

面板产能向中国大陆集中,带动LCD光刻胶需求快速增长。CINNO Research预测,2022年大陆TFT Array正性光刻胶需求达1.8万吨,彩色光刻胶1.9万吨,黑色光刻胶4100吨,总产值约15.6亿美元。

LCD光刻胶主要包括彩色/黑色光刻胶(用于彩色滤光片)、TFT Array正性光刻胶和触控屏用光刻胶。我国起步较晚,整体处于初级发展阶段,高端产品仍严重依赖进口。

彩色与黑色光刻胶:用于彩色滤光片制造,占其成本约27%。黑色矩阵(BM)由黑色光刻胶构成,防止漏光;颜色层由三原色光刻胶经多次涂布、曝光、显影形成。核心技术集中在高分子颜料合成,被JSR、住友化学、LG化学(彩色)、东京应化、新日铁化学(黑色)等日韩企业垄断,合计占全球90%以上份额。

TFT Array 正性光刻胶:用于TFT-LCD的Array制程,主导图形转移,具备高解析度、热稳定性好、易剥离等优势。随着FFS、IPS、LTPS等高端技术普及,对光刻胶性能要求不断提升。主要供应商为东京应化、罗门哈斯、AZ Electronic Materials、DONGJIN SEMICHEM和永光化学。

国内企业正加快布局:

  • 博砚电子:自2014年与北化合作研发黑色光刻胶,已建成1000吨/年产能,打破国外垄断。
  • 北旭电子:京东方全资子公司,计划投资5亿元在葛店建设TFT-LCD光刻胶、半导体光刻胶、PI液等产线。

4 相关上市公司

4.1 雅克科技

公司于2020年收购LG化学彩色光刻胶事业部资产,并参股江苏科特美新材料(运营韩国Cotem公司),切入TFT-PR光刻胶及配套材料领域。此次布局使其掌握彩色光刻胶与TFT-PR光刻胶核心技术,并成为LG Display长期供应商,跻身全球主要面板光刻胶供应商行列。

作为国内半导体新材料龙头企业,雅克科技产品覆盖前驱体材料、电子特气、绝缘材料、球形硅微粉及液体化学品输送设备等领域。收购光刻胶业务后,进一步完善电子材料平台布局,强化协同发展能力。

4.2 晶瑞股份

子公司苏州瑞红深耕光刻胶多年,率先实现i线光刻胶量产,分辨率可达0.35μm,是国内i线光刻胶领军企业。未来重点推进248nm(KrF)光刻胶研发与产业化。

公司在半导体湿化学品领域亦具领先地位,双氧水纯度达10ppt级(G5标准),已供货华虹宏力等厂商;硝酸、氢氟酸等产品达G4等级。通过收购阳恒化工并引入三菱化学技术,新建9万吨/年电子级硫酸项目,拓展成长空间。

此外,公司水性SBR负极粘结剂客户涵盖比亚迪、宁德时代等,受益新能源汽车发展。拟收购载元派尔森100%股权,布局NMP/GBL等锂电池关键溶剂,强化产业链协同。

4.3 飞凯材料

子公司和成显示是国内高端TFT及中端TN/STN液晶材料重要供应商,客户包括京东方、华星光电、中电熊猫等,受益于面板产业向大陆转移。

公司积极推进TFT光刻胶项目,截至2019年上半年累计投入5407万元,工程进度达93.22%,正加快市场开拓,培育新的利润增长点。

在半导体领域,先后收购长兴昆电(环氧塑封料)和大瑞科技(焊锡球),切入封装材料环节,客户覆盖日月光、安靠等国际大厂。公司围绕“显示材料+半导体”双主线,已形成液晶混晶、封装材料、电镀液等多品类布局,平台型特征初现,未来整合潜力大。

此为报告精编节选。

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