...製造關鍵一環,百億美元市場的光刻膠產業【附下載】| 智東西內參

2021-01-17 智東西

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光刻膠是電子領域微細圖形加工關鍵材料之一,是由感光樹脂、增感劑和溶劑等主要成分組成的對光敏感的混合液體。在紫外光、深紫外光、電子束、離子束等光照或輻射下,其溶解度發生變化,經適當溶劑處理,溶去可溶性部分,最終得到所需圖像。 光刻膠作為技術門檻極高的電子化學品一直被國際企業壟斷。 隨著大力研發和投入, 國內企業已逐步從低端 PCB 光刻膠發展至中端半導體光刻膠的量產。

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一、什麼是光刻膠

光刻膠是電子領域微細圖形加工關鍵材料之一,是由感光樹脂、增感劑和溶劑等主要成分組成的對光敏感的混合液體。在紫外光、深紫外光、電子束、離子束等光照或輻射下,其溶解度發生變化,經適當溶劑處理,溶去可溶性部分,最終得到所需圖像。光刻膠是微電子領域微細圖形加工核心上遊材料, 電子化學品材料至高點。

1、集成電路(IC)光刻工藝

集成電路光刻工藝是指利用曝光和顯影在光刻膠層上刻畫幾何圖形結構,然後通過刻蝕工藝將光掩模上的圖形轉移到所在襯底(矽晶圓)上。基本原理是利用光刻膠感光後因光化學反應而形成耐蝕性的特點,將掩模板上的圖形刻制到被加工表面上。

▲IC 光刻工藝原理

▲IC 光刻流程圖

光刻工藝之前先要進行矽片清洗,目的是去除汙染物,去除顆粒,減少針孔和其他缺陷,提高光刻膠粘附性。基本步驟為化學清洗、漂洗、烘乾。

▲IC 光刻工藝矽片清洗示意圖

接下來是預烘和底膠塗覆工藝,光刻膠中含有溶劑,矽片脫水烘焙能去除圓片表面的潮氣、增強光刻膠與表面的黏附性,這是與底膠塗覆合併進行的,底膠塗覆增強光刻膠(PR)和圓片表面的黏附性。廣泛使用 (HMDS)六甲基二矽胺、在 PR 旋轉塗覆前 HMDS 蒸氣塗覆、 PR 塗覆前用冷卻板冷卻圓片。

▲IC 光刻工藝預烘和底膠塗覆示意圖

第三步就是進行光刻膠塗覆, 在塗光刻膠之前,先在 900-1100 度溼氧化,溼氧化後從容器中取出光刻膠滴布到樣品表面, 將樣品置於塗膠機上高速旋轉,膠在離心力的作用下向邊緣流動。塗膠的質量直接影響到所加工器件的缺陷密度。 為了保證線寬的重複性和接下去的顯影時間,同一個樣品的膠厚均勻性和不同樣品間的膠厚一致性不應超過±5nm。

▲IC 光刻工藝光刻膠塗覆示意圖

第四步進行進行光刻曝光前的烘乾, 通過在較高溫度下進行烘培,使溶劑從光刻膠中揮發出來(前烘後溶劑含量降至 5%左右),從而降低灰塵的沾汙。同時,這一步驟還可以減輕因高速旋轉形成的薄膜應力, 提高光刻膠襯底上的附著性。

▲IC 光刻工藝烘乾示意圖

烘乾後進行對準和曝光工藝, 光刻對準技術是曝光前一個重要步驟作為光刻的三大核心技術之一,一般要求對準精度為最細線寬尺寸的 1/7——1/10。 曝光即使用特定波長的光對覆蓋襯底的光刻膠進行選擇性地照射,從而使正光刻膠感光區域、負光刻膠非感光區的化學成分發生變化, 利用感光與未感光光刻膠對鹼性溶劑的不同溶解度,就可以進行掩膜圖形的轉移。曝光方法分為 a、接觸式曝光(Contact Printing)掩膜板直接與光刻膠層接觸。 b、接近式曝光(Proximity Printing)掩膜板與光刻膠層的略微分開,大約為 10~50μm。 c、投影式曝光(Projection Printing)。在掩膜板與光刻膠之間使用透鏡聚集光實現曝光。 d、步進式曝光(Stepper)。

▲IC 光刻工藝對準示意圖

▲IC 光刻工藝曝光示意圖

曝光完成之後為顯影和堅膜,顯影即將在曝光過程中形成的隱性圖形顯示為光刻膠在與不在的顯性圖形,光刻膠層中的圖形就可以作為下一步加工的膜版。 堅膜即通過高溫除去光刻膠中剩餘的溶劑,增強光刻膠對矽片表面的附著力,同時提高光刻膠在隨後刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性能力。

▲IC 光刻工藝顯影示意圖

最後工序為刻蝕及離子注入和光刻膠的去除,刻蝕是半導體器件製造中利用化學途徑選擇性地移除沉積層特定部分的工藝。一般分為電子束刻蝕和光刻:光刻對材料的平整度要求很高,需要很高的清潔度;電子束刻蝕對平整度的要求不高,但是速度很慢且設備昂貴。離子注入是將特定離子在電場裡加速,然後注入到晶圓材料中用於形成載流子。所有步驟結束後將光刻膠去除,一般分為溼法去膠、幹法去膠、有機溶劑去膠和無機溶劑去膠。

2、面板 LCD 光刻工藝

面板 LCD 光刻工藝是核心。面板光刻工藝跟晶圓光刻步驟類似,不過線寬要求和設備及材料等這些相對 IC 產業要求更低。液晶顯示器主要由 ITO 導電玻璃、 液晶、 偏光片、 封接材料、 導電膠、取向層、 襯墊料等組成,光刻工藝主要針對 ITO 導電玻璃,在導電玻璃上塗覆感光膠,並進行曝光,然後利用光刻膠的保護作用,對 ITO 導電層進行選擇性化學腐蝕,從而在 ITO導電玻璃上得到與掩膜版完全對應的圖形,工藝流程大致為光刻膠塗覆、前烘、顯影、堅膜、刻蝕、剝離去膜。

▲TFT-LCD 光刻工藝示意圖

3、PCB導電圖形製作

圖形轉移過程對 PCB 製作來說,有非常重要的意義,工序上前兩者類似,但精確度和設備等方面要求顯著低於前者兩個產業,主要包括內層貼膜、曝光顯影、內層蝕刻等多道工序,內層貼膜就是在銅板表面貼上一層特殊的感光膜,感光膜遇光會固化,在銅板上形成保護膜,曝光顯影是將貼好膜的板進行曝光,透光的部分被固化,沒透光的部分還是幹膜。然後經過顯影,褪掉沒固化的幹膜,將貼有固化保護膜的板進行蝕刻。再經過退膜處理,最終內層的線路圖形就被轉移到板子上。

▲PCB 光刻工藝示意圖

光刻膠是光刻工藝的核心, 光刻膠的選擇和光刻膠工藝的研發是一項非常漫長而複雜的過程。光刻膠需要與光刻機、掩膜版及半導體製程中的許多工藝步驟相配合,因此一旦一種光刻工藝建立起來,便極少再去改變,因而光刻膠的研發突破難度較大。 對於半導體製造商來說,更換既定使用的光刻膠需要通過漫長的測試周期。同時,開發光刻膠的成本也是巨大的,對於廠商而言量產測試時需要產線配合,測試需要付出的成本也是巨大的。

針對不同應用需求,光刻膠的品種非常多,這些差異主要通過調整光刻膠的配方來實現。因此, 通過調整光刻膠的配方,滿足差異化的應用需求,是光刻膠製造商最核心的技術。

4、技術壁壘很高,配方和穩定性是核心

光刻膠一般由 4 部分組成:溶劑(solvent),樹脂型聚合物(resin/polymer),光引發劑(photoactive compound, PAC) ,添加劑(Additive)。

▲光刻膠組分

隨著科技的發展,現代電子電路越發向細小化集成化方向發展,隨著對線寬的不同要求,光刻膠的配方有所不同,但應用相同,都是用於微細圖形的加工, 按照不同的下遊行業主要分為 PCB 光刻膠、 面板光刻膠、 半導體光刻膠。

▲光刻膠主要類型及應用

光刻膠作為精密製造的核心材料, 隨著微電子製程對線寬的要求極為嚴格, 光刻膠主要技術參數為解析度、 對比度、敏感度等。 解析度是指光刻膠可再現圖形的最小尺寸, 一般用關鍵尺寸來(CD, Critical Dimension)衡量解析度。 對比度是指光刻膠從曝光區到非曝光區過渡的陡度。 敏感度:光刻膠上產生一個良好的圖形所需一定波長光的最小能量值。

▲光刻膠主要技術參數

5、下遊應用(1)IC 光刻膠:光刻膠頂峰

隨著 IC 集成度水平的提高,光刻技術不斷向前發展。為了滿足集成電路對密度和集成度水平的更高要求,半導體光刻膠通過不斷縮短曝光波長的方式,不斷提高極限解析度。目前,世界晶片工藝水平已跨入微納米級別,光刻膠的波長由紫外寬譜逐步至 g 線(436nm)、 i 線(365nm)、 KrF(248nm)、 ArF(193nm)、 F2(157nm),以及最先進的 EUV(<13.5nm)線水平。其中, g 線和 i 線光刻膠的市場份額最大。隨著未來功率半導體、傳感器、 LED 市場的持續擴大, i 線光刻膠市場將持續增長,而精細化需求的增加將推動 KrF 光刻膠的增長並逐漸替代 i 線光刻膠。 ArF 光刻膠對應的 IC 製程節點最為先進,且隨著雙/多重曝光技術的使用, ArF 光刻膠的市場將快速成長。目前, KrF 和 ArF 光刻膠的核心技術基本被日本和美國企業所壟斷。

▲半導體光刻膠分類

半導體光刻膠配方比較穩定,其專用化學品的市場規模與半導體光刻膠的市場規模基本保持同比例變動。 2017 年半導體光刻膠需求量較 2016 年增長 7~8%,達到 12億美元的市場規模。隨著下遊應用功率半導體、傳感器、存儲器等需求擴大,未來光刻膠市場將持續擴大。

▲全球半導體光刻膠市場規模

在半導體應用領域,汽車電子、物聯網等的發展會在一定程度上增加對 g 線、 i 線光刻膠的需求。預計 g 線正膠今後將佔據 50%以上的市場額,i 線正膠將佔據 40%左右的市場份額, DUV 等其他光刻膠約佔 10%的市場份額。光刻膠的質量和性能是影響集成電路性能、成品率以及可靠性的關鍵性因素。 光刻工藝的成本約佔整個晶片製造工藝的 35%,耗時佔整個晶片工藝的 40%~60%,是半導體製造中的核心工藝。 光刻膠材料約佔 IC 製造材料總成本的 4%, 是半導體集成電路製造的核心材料。

(2)面板光刻膠

面板光刻膠在 LCD 的加工中主要用於製作顯示器像素、電極、障壁、螢光粉點陣等。為了製作大屏幕、高解析度平板顯示器,需要重複絲印十幾次才可以達到幾十微米至一百微米以上的厚度,精度誤差大,必須通過光刻技術來實現。

在 LCD 製造中,圖形加工大多使用紫外正性光刻膠。紫外正膠主要由感光膠、鹼溶性樹脂和溶劑組成,是一種透明紅色粘性液體,可使用醇、醚、酯類等有機溶劑稀釋。該光刻膠遇水產生沉澱,受熱和光發生分解,是一種可燃性液體。基板粘附性好,具有較好的曝光寬容度和顯影寬容度,顯影后留膜率高,具有良好的塗覆均勻性。光刻膠在面板製造中的作用機理如下圖所示。

▲面板光刻膠曝光機理

面板光刻膠技術壁壘較高, 日韓企業佔據極大市場份額, 如 JSR、住友化學、三菱化學等公司, 市佔率超過 90%。

▲LCD 主要供應商

(3)PCB 光刻膠

PCB (Printed circuit board)是印製線路板的簡稱,俗稱電路板,是電子產品的基本組成部分之一, PCB 市場是當代電子元件業最活躍的產業,被譽為「電子產品之母」。 PCB 板的加工製造過程涉及圖形轉移,即把生產菲林上設計的圖像轉移到襯底板上, 此時會使用到光刻膠。基本過程如下:首先在襯底表面形成一層光刻膠薄膜,然後紫外光通過掩膜板照射到光刻膠薄膜上,曝光區域發生一系列的化學反應,再通過顯影的作用將曝光區域(正性)或未曝光區域(負性)溶解並去除,最後經過固化、蝕刻、退膜等一系列過程將圖形轉移至襯底。

PCB 光刻膠的主要類型有幹膜光刻膠、溼膜光刻膠以及光成像阻焊油墨等。 幹膜光刻膠是指在精密的塗布機上和高清潔度的條件下,將預先配製好的液態光刻膠均勻塗布在載體聚酯薄膜(PET 膜)上, 經過烘乾、冷卻, 覆上聚乙烯薄膜(PE 膜),最終收卷而成的薄膜型光刻膠。相對於幹膜光刻膠, 溼膜光刻膠可以獲得更為精細的電極結構。 綜合來說, 幹膜操作簡單,設備投入小,門檻低; 溼膜成本低,設備投入大,特性好,適合實力強的公司和高難度 PCB 加工。 而光成像阻焊油墨的作用是形成線路的永久保護層, 防止焊錫搭線造成短路,保證印製電路板在製作、運輸、貯存、使用上的安全性和電性能不變性。

PCB 光刻膠主要用於中低端產品,技術壁壘相對較低。 PCB 市場競爭激烈,屬於勞動密集型產業,毛利率並不高。 2006 年起,我國成為 PCB 的最大生產國,也是 PCB光刻膠的最大使用國。

6、全球及國內市場概況

全球光刻膠市場擴增,對光刻膠的總需求不斷提升。在下遊產業的帶動下,預計國際光刻膠市場規模在 2022 年可能突破 100 億美元。

▲全球光刻膠市場規模(億美元)

據集邦諮詢光電研究中心的數據顯示,雖然近三年裡國際 LCD 廠商面板的出貨量較低,但 LCD 整體出貨面積變大,這種現象可以通過大屏顯示的市場擴增得到驗證。LCD 面板的平均面積已經由 2007 年的 0.34 平方米/片增長至 2016 年的 0.52 平方米/片,年複合增長 4.7%, 40 英寸以上 LCD 面板出貨量佔比從之前的 42.93%漲至77.31%。 預計至 2019 年, 65 英寸及以上尺寸的面板出貨量將以 17%的年複合增長率大幅增長。 未來幾年廠商將繼續推動面板的大尺寸化,尤其是 60 英寸以上面板出貨量與出貨面積將增加, LCD 行業仍有較大的增長空間。中國產業信息網預測,未來幾年全球 LCD 光刻膠的需求量增長速度為 4%~6%。

由於光刻膠產品的技術要求較高,中國光刻膠市場基本由外資企業佔據,國內企業市場份額不足 40%,高解析度的 KrF 和 ArF 光刻膠,其核心技術基本被日本和美國企業所壟斷,產品也基本出自日本和美國公司,包括陶氏化學、 JSR 株式會社、信越化學、東京應化工業、 Fujifilm,以及韓國東進等企業。

隨著需求的增加和技術的進步,中國光刻膠產量也在逐年增加。 據統計資料顯示,2017 年中國光刻膠行業產量達到 7.56 萬噸,較 2016 年增加 0.29 萬噸,其中,中國本土光刻膠產量為 4.41 萬噸,與 7.99 萬噸的需求量差異較大,說明我國供給能力還需提升。 得益於我國平面顯示和半導體產業的發展,預計我國光刻膠市場需求 。

▲中國光刻膠產量(萬噸)

▲中國本土光刻膠產量(萬噸)

▲中國光刻膠需求量(萬噸)

▲中國光刻膠市場規模(億元)

在光刻膠生產種類上,我國光刻膠廠商主要生產 PCB 光刻膠, 面板光刻膠和半導體光刻膠的生產規模較小,相關光刻膠主要依賴進口。 隨著我國面板生產技術取得巨大突破,國內 LCD 面板產能擴增迅速,液晶面板市場需求持續領跑全球。隨著國內廠商在 LCD 市場的比重逐漸加大,國內面板光刻膠的需求也會持續增長。

二、高端製造國產化浪潮勢不可擋1、 PCB 國產化率 已達50%

PCB(印刷電路板)產業是電子元件細分產業中比重最大的產業,技術和市場條件均已成熟, PCB 產業重心不斷向亞洲地區轉移,而亞洲地區產能又進一步向大陸轉移,形成了新的產業格局。

在 2000 年以前,全球 PCB 產值 70%分布在歐洲、美洲(主要是北美)、日本等三個地區。而隨著產能轉移的不斷進行,現在亞洲地區 PCB 產值接近全球的 90%,中國大陸成為了全球 PCB 產能最高的地區。同時,亞洲地區內產能在近幾年內呈現出由日韓及臺灣地區向中國大陸地區轉移的趨勢,使得大陸地區 PCB 產能以高於全球水平 5%~7%的速度增長。 2017 年中國 PCB 產值達到 289.72 億美元,佔全球總產值的50%以上。

受益於下遊電子消費品市場回暖, 2017 年全球 PCB 行業總產值達到 552.77 億美元,同比增漲 1.97%,重新進入上升通道。根據 Prismark 預測, 2022 年全球 PCB產值有望達到 760 億美元, 2017-2022 年行業 CAGR 將維持在 3.2%左右,主要增長點在中國大陸。

▲2013-2016 年 PCB 產業產能佔比

全球 PCB 產業東移,尤其重心不斷向中國大陸轉移的原因在於成本優勢。近年來隨著經濟不斷發展,中國 PCB 生產製造的上下遊產業鏈配套逐步完善, 同時勞動力成本雖然有逐年增加的趨勢,但相比歐美日韓,依然相當低廉。產業鏈完善加上低廉的勞動力, 在中國設廠具有明顯的成本優勢。

隨著產業東移,我國也已成為全球最大的 PCB 光刻膠生產基地, 2015 年我國 PCB光刻膠產值達 12.6 億美元,佔全球市場份額高達 70%。 隨著 PCB 光刻膠的技術升級,解析度更高、成本更低的溼膜光刻膠將會替代掉部分幹膜光刻膠市場份額,根據輻射固化委員會的數據, 2013 年我國溼膜光刻膠的應用比例為 35%,需求量為3.2 萬噸,預計我國溼膜光刻膠需求增速將達到 6%,可估算 2018 年我國溼膜光刻膠需求量將達到 4.3 萬噸,按照平均銷售單價 3.2 萬元/噸(不含稅),市場規模將達到 14 億元。

整體來說, PCB 產業對光刻膠的技術要求較低, PCB 光刻膠在光刻膠產品系列中屬於較低端,目前國產化率已達到 50%,並有望進一步擴大, PCB 產業的穩定增長,促進了國產光刻膠市場的進一步擴大。

2、面板國產化率 30%,新建產能來自國內

過去十年,液晶面板產能向韓國、中國臺灣和大陸三地集中。尤其在產品價格不斷下降,全球 TFT-LCD 顯示面板需求增速放緩的背景下,國內液晶面板產業受益於產能轉移發展速度高於全球水平。

▲TFT-LCD 產業轉移路徑

▲TFT-LCD 面板產能佔比

國內液晶面板產能先後將超過中國臺灣、韓國,躍居全球第一。韓國、臺灣地區新建 LCD 產線速度減慢,國內廠商開始異軍突起。隨著三星、 LG 顯示等國外廠商將產能重心轉移至 OLED,國外 LCD 產線將陸續減少,我國大陸的 LCD 市佔率將進一步提升。國內 LCD 面板市佔率的不斷提升, LCD 大陸產能的增加將進一步加劇競爭格局, 面板價格的下跌將促進上遊偏向採購國產光刻膠產品。

光刻膠行業的技術升級是將光刻膠的曝光波長不斷減小,通過技術增強不斷提升解析度水平。平板顯示行業則是不斷提高顯示屏的世代線代數,代數越高,則可經濟切割顯示屏的最大尺寸越大,生產效益越高。目前國內廠商正在加速建設高世代線,所有項目投產後,預計 2019 年將進入持續放量階段,將帶動上遊光刻膠需求增長。目前,全球面板新建產能均來自我國,包括新規劃的 4 條 10.5 代高世代線, 12 條8.5 代線,都將在中大尺寸市場中逐步發力。 大陸面板產能在 2016-2019 年間,預計將以年複合 26.3%的速度增長,同期臺灣的年複合增長率僅為 4%,而韓國則以年複合-8%的速度退出 LCD 市場。 2018 年中國大陸面板產能將逼近韓國,預計到2019 年全球佔比為 41.1%,將全面超越全球佔比為 32.0%的韓國,成為全球最大產區。

▲國內高世代線新建情況

面板光刻膠國產化率大概在 10%左右,進口替代空間巨大。國內 LCD 光刻膠領域的生產企業,如晶瑞股份(蘇州瑞紅),具有 TN/STN-LCD 光刻膠產品,同時也擁有高端的 TFT-LCD 光刻膠產品,是面板光刻膠的國產化之路的領軍企業。

3、半導體晶圓製造產能全球佔比不足 20%,產能轉移逐步加強

憑藉著巨大的市場容量和消費群體,中國已成為全球最大的半導體消費國。 2000-2016 年,中國半導體市場增速領跑全球, 年均複合增速達到 21.4%,其中全球半導體年均增速是 3.6%,美國將近 5%,歐洲和日本都較低。

中國已經成為第三次半導體產業轉移的核心地,已具備成為半導體強國的實力,現在正是布局這輪產業黃金髮展時期的時機。就市場份額而言,根據世界半導體貿易統計組織(WSTS)統計,2016 年中國半導體消費額 1075 億美元,佔全球總量的 32%,已經超過美國、歐洲和日本,成為全球最大的市場。

▲2008-2016 集成電路產業銷售額及同比

光刻膠是光刻工藝得以實現選擇性刻蝕的關鍵材料。隨著市場對半導體產品小型化、功能多樣化的要求,半導體用光刻膠需要不斷通過縮短曝光波長提高極限解析度,從而達到集成電路更高密度的集積。半導體光刻膠是光刻膠產品系列中技術難度最高的,也是國產與國際先進水平差距最大的一類。

▲不同尺寸晶圓製造中主要的光刻膠類型

目前大陸晶圓製造領域的情況為 12 寸晶圓廠集中擴建, 8 寸廠訂單滿載, 6 寸廠面臨轉型。根據國際半導體協會(SEMI)所發布的近兩年全球晶圓廠預測報告顯示,2017 年到 2020 年的四年間,大陸預計將有 26 座新晶圓廠投產,整個投資計劃佔全球新建晶圓廠的 42%,成為全球新建投資最大的地區。整體來看目前大陸已投產12 寸線月產能達 46 萬片(含外資、存儲器),全球佔比約 9%;已投產 8 寸線月產能達 66 萬片(含外資),全球佔比達 12.8%。 2016-2020 年新增 12 寸線規劃產能在 100-110 萬片/月。

▲大陸地區新建主要晶圓廠表

國內半導體行業迎來了高速發展,晶圓製造廠由 6 寸向 8 寸再向 12 寸不斷發展,對於高端光刻膠的需求不斷增大。但半導體光刻膠因技術受限, 始終依賴進口,國產化率低。根據中國產業信息網的分析,適用於 6 英寸矽片的 g/i 線光刻膠的自給率約為 20%,適用於 8 英寸矽片的 KrF 光刻膠的自給率不足 5%,而適用於 12 寸矽片的 ArF 光刻膠完全依靠進口。隨著大基金資金注入,以及國家科技重大專項(02專項)的建設,國內相關企業加緊研發 i 線(365nm)光刻膠、 KrF(248nm)光刻膠以及 ArF(193nm)光刻膠,高端光刻膠國產化刻不容緩。

4、產業政策和基金護航(1)半導體產業政策陸續出臺,產業獲多維度支持

中美貿易戰愈演愈烈, 尤其高端技術領域對中國的封鎖,中興華為事件顯示出了我國在晶片領域的軟肋, 警醒著我國在先進產業方面還存在諸多不足,尤其對美國等發達國家技術的過分依賴,使得在貿易談判時容易受制於人。中美貿易戰或將成為持久戰,我國先進產業尤其是半導體產業的國產化需求必將顯著增加。

自 2000 年以來,我國出臺了多項政策支持半導體行業發展。 2011 年,我國在2000 年《鼓勵軟體產業和集成電路產業發展若干政策》的基礎上,出臺進一步鼓勵政策,從財稅、投融資、研發、進出口、人才、智慧財產權、進出口、市場等多角度給予政策支持。

2006 年國務院在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020 年)》中提出《極大規模集成電路製造技術及成套工藝》項目,因次序排在國家重大專項所列 16 個重大專項第二位,在行業內被稱為「02 專項」。 02 專項在「十二五」期間重點實施的內容和目標分別是:重點進行 45-22 納米關鍵製造裝備攻關,開發 32-22 納米互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝、 90-65 納米特色工藝,開展 22-14 納米前瞻性研究,形成 65-45 納米裝備、材料、工藝配套能力及集成電路製造產業鏈,進一步縮小與世界先進水平差距,裝備和材料佔國內市場的份額分別達到 10%和 20%,開拓國際市場。 02 專項提出至今已經十二年,項目支持了國內許多半導體企業,光刻膠行業龍頭晶瑞股份(蘇州瑞紅)和南大光電(北京科華)也分別承接了 02 專項項目。

▲集成電路產業主要政策匯總表

2014 年,我國出臺《國家集成電路產業發展推進綱要》,系統的闡述了對集成電路產業的支持政策及目標。政策發布後,行業發展明顯提到了一個新的高度。各地政府也積極響應,制訂了地方性的《發展推進綱要》。

(2)大基金紛紛入股半導體產業

2014 年 6 月,國務院頒布了《國家集成電路產業發展推進綱要》,提出設立國家集成電路產業基金(簡稱「大基金」),將半導體產業新技術研發提升至國家戰略高度。

大基金首期募資 1387.2 億元,截至 2017 年 9 月,大基金累計決策投資 55 個項目,涉及 40 家集成電路企業,共承諾出資 1003 億元,承諾投資額佔首期募集資金的72%,實際出資 653 億元,達到首期募集資金的 47%。目前承諾投資中, 集成電路製造業的資金為 65%、設計業 17%、封測業 10%、裝備材料業 8%。 近兩年受政策扶持影響,集成電路製造業進入高速增長階段。

▲大基金一期各產業鏈的承諾投資額佔比

▲大基金投資金額狀況(截至 2017 年底)

大基金投資的標的企業圍繞整個半導體行業的上中下遊,其中不乏國內光刻膠企業的上遊供應商和下遊客戶,目前大基金一期對半導體材料領域的投資佔比較低,不到 4%,但隨著整個半導體產業鏈的逐漸成熟,預計未來大基金二期會加大對上遊半導體材料的投入,尤其是支持光刻膠企業克服技術痛點,解決這個技術壁壘最高的電子化學品材料。

(3)國產低端光刻膠已有規模量產,中端已獲突破

從全球範圍來看, 2015 年數據顯示 LCD 光刻膠市佔率 26.6%為最高, PCB 光刻膠24.5%的市場份額位居第二,半導體光刻膠市佔率 24.1%位於第三,目前三類光刻膠市場份額接近。

▲全球光刻膠市場份額佔比

▲大陸光刻膠市場份額佔比

對於中國本土光刻膠產品, 主要還集中在低端 PCB 光刻膠, PCB 光刻膠市場份額高達 94.4%。排名第二的 LCD 光刻膠市場份額僅為 2.7%。半導體光刻膠市場份額僅為 1.6%。 雖然數據是較為早期的 2015 年數據, 但當前國內光刻膠的市場格局沒變,大陸市場 PCB 光刻膠依舊佔據大部分市場份額, LCD 光刻膠和半導體光刻膠所佔份額還處於很低的水平。

▲光刻膠國產化情況

光刻膠的主要應用領域: PCB、面板和半導體三大產業,前兩個領域對光刻膠的技術要求相對低,但即使是這樣,我國也沒用達到完全自給自足,依然需要依賴進口。半導體產業對光刻膠的技術要求較高,為適應集成電路線寬不斷縮小的要求, 光刻膠的波長由紫外寬譜向 g 線(436nm)→i 線(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的方向轉移,並通過解析度增強技術不斷提升光刻膠的解析度水平。未來國產企業在進一步佔據中低端市場的同時,還要不斷向高端產品如 KrF 光刻膠, ArF 光刻膠進行研發突破。

國內 PCB 產業蓬勃發展帶動了 PCB 光刻膠(線路油墨) 的消費, 也使得國內企業迎來發展良機, 目前在 PCB 領域,國產光刻膠具備了一定的技術和量產能力,已經實現對主流廠商大批量供貨。容大感光、廣信材料、東方材料、 飛凱材料、永太科技等在內的大陸企業佔據國內 46%左右溼膜光刻膠和光成像阻焊油墨市場份額。技術門檻更高的 LCD 光刻膠, 國內也有所突破,晶瑞股份等企業在面板行業光刻膠已經有一定的供應,飛凱材料也處於客戶驗證階段。 經過十幾年的研發努力,國產企業在低端光刻膠領域已經開始發力, 有望逐步實現進口替代。

▲國內 PCB/LCD 光刻膠上市公司產能

從國內整體來看,目前市場主流的四種中高端光刻膠: g 線、 i 線、 KrF、 ArF,我國已經實現了其中 g/i 線的量產,並將逐步提升供貨量; KrF 已經通過認證,但還處於攻堅階段; ArF 光刻膠樂觀預計在 2020 年能有效突破並完成認證。

國內在光刻膠的研發上起步較晚, 2000 年左右才開始重視對光刻膠技術的研發,經過 18 年的發展,面對技術壁壘和技術壟斷,國內光刻膠技術有所突破,陸續攻克了中低端光刻膠的部分技術,但與國際先進水平仍有較大差距,技術上才剛剛達到在國際上 20 世紀 90 年代水平。

2017 年,全球半導體光刻膠銷售額達到 12.05 億美元的市場規模。從全球半導體光刻膠分類市場份額佔比來看, g/i 線光刻膠市場份額佔比為 24.0%, KrF 光刻膠市場份額佔比為 22.0%,ArF/液浸 ArF 光刻膠市場份額佔比為 41.0%。從數據可以看到,高端光刻膠佔據最大的市場份額, 並且高端光刻膠產品附加值更高,只有實現高端光刻膠才能佔據產業鏈頂端,充分享受行業利潤。

智東西認為,我國各大產業的起步都要晚於歐美日韓等發達國家,雖然形成了後發優勢,使得我國的網際網路等新興產業發展程度處在前列,但最基礎的硬體製造產業反倒落後於發達國家。我國半導體產業發展最大的問題就在於產業鏈不平衡,整個產業鏈最薄弱的環節就在於上遊的半導體材料和設備環節。所以,我們應當利用起下遊產業的旺盛需求,以需求促進供給,逐步完成國產替代進口。以光刻膠為例,儘管高端光刻膠尚難突破,但中下遊企業已經可以使用部分國產的中低端光刻膠,政府也可以從政策上鼓勵使用國產光刻膠。

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