光刻胶是光刻环节的重要耗材,占芯片制造成本的30%。它是集成电路制造中最耗时、最困难的工艺。它是光电信息产业中广泛使用的微型图形线路的加工和制造,是微型加工技术的关键材料。
光刻胶又称“光致耐蚀剂”,是一种薄膜材料,其溶解度在紫外线等光照或辐射下会发生变化。
一种典型的光刻胶原料包括溶剂、光引发剂(包括光增感剂、光产酸剂)、成膜树脂、单体和其他添加剂。溶剂含量通常占50-90%,光引发剂占1-6%,成膜树脂占10-40%,单体和添加剂占1%以下。
资料来源:华东理工学院,国联证券
光刻胶是利用光化学反应通过光刻工艺将所需的微型图形从掩模板转移到待加工基板上的图形转移介质。
在光刻过程中,光刻胶均匀地涂抹在硅片、玻璃和金属等不同的底座上。掩膜板上的图形通过曝光、显影和蚀刻过程转移到膜上,形成与掩膜板完全对应的几何图形。
根据显示效果,光刻胶可分为正光刻胶和负光刻胶。如果在显影过程中未曝光的部分溶解在显影液中,则形成的图形与掩膜版相反,称为负光刻胶;如果在显影过程中曝光部分溶解在显影液中,则形成的图形与掩膜版相同,称为正光刻胶。
光刻胶类型:
资料来源:三星
光刻胶客户端验证需要经过三个阶段。第一阶段是离线测试阶段,以现有产品为基准;第二阶段是小批量产品测试;第三阶段是大批量产品测试阶段,客户通常测试50批以上。在小型测试之前,通常需要经过信息反馈和配方改进等步骤。只有在大量产品测试成功后,才能获得订单。
根据下游应用,光刻胶可分为半导体光刻胶、面板光刻胶、PCB光刻胶等,分别占22%、28%、23%左右,市场分布相对平衡。
半导体光刻胶
不同的光刻胶产品适用于不同的光刻机。
从光刻机的发展过程来看,G线-i线大致与光源不同-KrF-ArF-在EUV升级方向上,G线到EUV光源的曝光波长不断减小,光刻技术难度依次叠加,IC工艺节点也逐渐减小。
根据波长,半导体光刻胶可分为G线光刻胶(436nm)、I线光刻胶(365nm)、KrF光刻胶(248nm)、ArF光刻胶(193nm)、EUV光刻胶(13.5)nm)等等,分辨率逐渐提高。
目前,比较先进的光刻技术是193nm浸没式光刻,通过双曝光技术可以达到32nm节点,通过四重曝光技术可以达到更精确的14nm节点。缺点是技术难度更大,增加了光刻的步骤和难度,从而提高了光刻的成本,降低了生产能力。
G/I线光刻胶市场空间趋于饱和,未来比例将逐年下降。
极紫外光13.5nm(EUV)光刻技术是下一代光刻技术的研究重点。EUV光刻胶主要用于7nm和更小的逻辑工艺节点。随着相关技术的研发和升级,预计EUV在2025年的比例将增加到10%。
光刻胶产业链及竞争格局
光刻胶产业链的上游主要是树脂、光引发剂、单体等。根据不同的应用范围,中游分为PCB光刻胶、LCD光刻胶和半导体光刻胶,其中半导体光刻胶对工艺要求更精细;下游主要是半导体,PCB、平板显示器等。
光刻胶产业链全景图:
目前,全球光刻胶生产企业主要集中在日本和美国。
日本和美国制造商在最前沿的ArF干式光刻胶、ArF浸没式光刻胶和EUV光刻胶产品领域拥有绝对的垄断地位。虽然中国在这些前沿半导体光刻胶产品方面有一定的技术储备和产品验证,但在大规模生产方面存在完全空白。
东京应化在2021年的市场份额为27%,居世界第一;氏化学占17%,居世界第二;JSR、住友化学、韩国东进、富士胶片分别占13%、12%、11%、8%,行业前六占88%的市场份额。
ArF光刻胶以日美企业为主,且市场集中度较高,以ArF光刻胶为主,JSR、信越化学、东京应化、住友化学、富士胶片、陶氏化学分别占24%、23%、20%、15%、8%、4%的市场份额,行业CR6的94%。
我国半导体光刻胶对外依赖程度超过80%,特别是国内高端半导体光刻胶非常稀缺。
根据晶瑞公告数据,适用于6英寸晶圆的G/I光刻胶自给率为20%,适用于8英寸晶圆的KRF光刻胶自给率低于5%,适用于12英寸晶圆的ARF光刻胶目前基本依赖进口。
中国的光刻胶供应商主要有桐城新材料、晶瑞电材料、雅克科技、南大光电、容大感光等,预计将伴随着Krff、经过ArF光刻胶的研发和验证,国产光刻胶将进入国内替代的高峰期。#5月财经新势力#
国内部分光刻胶参与企业进展现状:
资料来源:华经产业研究院,民生证券
目前,全球电子产业制造业向东移动,世界电子产业分工与合作的趋势带来了巨大的机遇。然而,中国具有强大的优势,如劳动力成本和终端市场需求,有望成为世界上最大的电子信息产品制造基地。此外,随着市场需求的增长和一系列政策的支持,中国的光刻胶生产能力逐渐释放。