光刻是半導體製造微圖形工藝的核心，光刻膠是關鍵材料
光刻膠是光刻工藝中最關鍵材料，國產替代需求緊迫。光刻工藝是指在光照作用下，藉助 光刻膠將掩膜版上的圖形轉移到基片上的技術，在半導體製造領域，隨著集成電路線寬縮 小、集成度大為提升，光刻工藝技術難度大幅提升，成為延續摩爾定律的關鍵技術之一。 同時，器件和走線的複雜度和密集度大幅度提升，高端製程關鍵層次需要兩次甚至多次曝 光來實現。其中，光刻膠的質量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關鍵因素。 目前，日本和美國光刻膠巨頭完全主導了高端光刻膠市場。2019 年 7 月的日韓貿易摩擦 中，日本通過限制對韓出口光刻膠，引發韓國半導體產業鏈震蕩。中美貿易摩擦大背景下， 光刻膠也成為深刻影響中國半導體產業鏈安全的關鍵材料。
光刻膠是光刻工藝的核心材料
光刻膠又稱光致抗蝕劑，它是指由感光樹脂、增感劑和溶劑三種主要成分構成的對光敏感 的混合液體。在紫外光、電子束、離子束、X 射線等輻射的作用下，其感光樹脂的溶解度 及親和性由於光固化反應而發生變化，經適當溶劑處理，溶去可溶部分可獲得所需圖像。 生產光刻膠的原料包括光引發劑（包括光增感劑、光致產酸劑）、光刻膠樹脂、單體及其 他助劑等。根據 2020 年前瞻產業研究院報告《2020-2025 年中國光刻膠行業市場前瞻與投 資規劃分析報告》數據顯示，樹脂佔光刻膠總成本的 50%，在光刻膠各成分的中佔比最大， 其次是佔 35%的單體和佔 15%的光引發劑及其他助體。
半導體光刻膠行業壁壘明顯，市場遭遇國外壟斷
半導體光刻膠屬高精尖材料，隨光刻工藝演進細分種類繁多
光刻膠所屬產業鏈覆蓋範圍廣泛，從上遊的基礎化工材料行業和精細化學品行業，到中遊 光刻膠製備，再到下遊電子加工商和電子產品應用終端。光刻膠是微電子領域微細圖形加 工核心上遊材料，佔據了電子材料至高點。
光刻膠專用化學品具有市場集中度高、技術壁壘高、客戶壁壘高的特點。相同用途的光刻 膠需要大量投資，行業退出壁壘較大，同時光刻膠專用化學品相似特徵較多，例如品種多， 用量少，品質要求高等特點。又由於市場相比下遊行業的市場份額小，因此行業的集中度 高；光刻膠用於微小圖形的加工，生產工藝複雜，技術壁壘較高。多重技術因素綜合考慮 使光刻膠的技術壁壘較高；光刻膠的客戶壁壘較高，市場上光刻膠產品的更新速度較快， 光刻膠廠家為了實現技術保密性，從而會與上遊的原料供應商保持密切合作關係，共同研 發新技術，增大了客戶的轉換成本。因此，光刻膠行業的上下遊合作處於互相依賴互相依 存的關係，使得客戶的進入壁壘較高。
為了匹配集成電路對密度和集成度水平，製備光刻膠的解析度水平由紫外寬譜逐步至 g 線 （436nm）、i 線（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、F2（157nm），以及最先進 的 EUV(
全球半導體技術持續演進，光刻膠發展空間擴大
隨著半導體製程技術發展，半導體光刻膠市場規模持續擴大，技術上發展出了適配 EUV 光刻的光刻膠。根據 SEMI 數據，2016 年全球半導體用光刻膠及配套材料市場分別達到 14.5 億美元和 19.1 億美元，分別較 2015 年同比增長 9.0%和 8.0%。2017 和 2018 年全 球半導體用光刻膠市場已分別達到 16.0 億美元和 17.3 億美元，2019 年，全球半導體光 刻膠市場達到 17.7 億美元。從半導體光刻膠細分市場分析，根據美國半導體產業協會的 統計，2018 年高端的幹法和溼法 ArF 光刻膠佔據 42%市場份額，KrF 和 g 線/i 線分別佔 據 22%和 24%市場份額。我們認為隨著 12 寸先進技術節點生產線的興建和多次曝光工藝 的大量應用，193nm ArF 及其它先進光刻膠的需求量將快速增加。
器件尺寸隨摩爾定律縮小，光刻膠不斷革新，多重曝光帶來用量提升
邏輯製程跟隨摩爾定律，器件線寬由原來的微米級水平進入納米級水平，帶動光刻膠不斷 革新來適配更短的曝光光源。2019 年臺積電在 N7+引入了四層 EUV 光罩，而在 N5 將 EUV 層數提升到 14-15 層，EUV 光刻膠隨之進入商用。
隨著晶片集成度提升，電路層數不斷增加，光刻層數不斷增加，光刻膠用量隨之提升。同 時，多重曝光也被引入製造關鍵層。2014 年，臺積電將雙重曝光（double patterning）引 入 20nm 製程，通過兩次曝光製造一層電路，之後多重曝光被引入更先進工藝，臺積電在 14nm 至第一代 N7 製程使用 DUV 進行多重曝光。
DRAM 工藝演進方向類似邏輯製程，同樣推動光刻膠革新。DRAM 由於晶片設計相對簡 單、標準化程度高、工藝製程轉變快，如同邏輯製程一樣緊跟摩爾定律，通過構件縮小增 加器件密度以提高存儲容量。目前，隨著處理圖形的尺度不斷縮小，線寬減少越來越困難， 需要通過 193nm 浸沒式光刻多重曝光滿足需求。2019 年美國 DRAM 巨頭美光科技的 DRAM 技術路線圖公布該公司所有 10nm 級節點都依賴於雙重、三重或四重 patterning 的 深紫外光刻技術(DUVL)。2020 年 3 月，全球 DRAM 龍頭三星電子宣布，該公司已成功交 付基於極紫外光刻 (EUV) 技術的 10 納米級 (D1x) DDR4（第四代雙倍數據速率）DRAM 模塊，將 EUV 光刻引入 DRAM 生產。
NAND Flash 堆疊層數大幅增加，為光刻膠用量帶來增長機會
為了增加器件密度以提高存儲容量，NAND Flash 工藝從 2D 架構轉向 3D 堆疊架構，由 於堆疊層數不斷增加以提高存儲容量，光刻工藝次數增加，光刻膠用量隨之增加。截至 2020 年，三星、鎧俠、美光、英特爾、威騰電子、SK 海力士、長江存儲已經推出或量產 3D NAND 產品。128 層是目前已經量產的最高層數，三星、SK 海力士已經實現量產，並 且三星計劃 2021 年量產 176 層 3D NAND Flash，而 SK 海力士也正在研發 176 層 3D NAND Flash。
日企壟斷半導體光刻膠市場，高端市場頭部聚集效應越發明顯
全球半導體光刻膠市場主要被日本企業高度壟斷，並且在越高端市場壟斷地位越明顯。目 前，全球半導體光刻膠主要龍頭是 TOK（東京應化）、信越化學、JSR（日本合成橡膠）、 住友化學、富士膠片等日本公司和美國的陶氏化學，這些龍頭企業總計佔據各半導體光刻 膠細分領域超過 85%市場份額，其中頭部日企在各個細分領域都佔據主導地位。根據前瞻 產業研究院整理統計，2019 年 g/i 線光刻膠市場上，來自日本的 TOK、JSR、住友化學和 富士膠片分別佔據 26%、15%、15%、8%的份額，總計達到 64%的全球 g 線和 i 線光刻 膠市場份額。而來自美國的陶氏化學、韓國的東進半導體和其他公司分別佔據 18%、13% 和 5%的市場份額。
全球 KrF 光刻膠市場份額向日本頭部企業集聚效應較 g/i 線光刻膠更加明顯。根據前瞻產 業研究院整理統計，2019 年日本龍頭企業 TOK、信越化學和 JSR 在全球 KrF 光刻膠細分 市場分別佔據 34%、22%和 18%份額，總計達到 74%。美國的陶氏化學和其他廠商分別 佔據 11%和 15%的市場份額。在其他企業中，韓國企業佔據 5%的市場份額。
在目前先進邏輯製程和先進存儲器的主力 ArF 光刻膠市場，日本企業壟斷地位進一步增 強。根據前瞻產業研究院整理統計，2019 年日本龍頭企業 JSR、信越化學、TOK 和住友 化學包攬前四，分別佔據全球 ArF 光刻膠細分市場 25%、23%、20%和 15%市場份額， 總計市場份額達到 83%。而第五名的美國陶氏化學在 ArF 光刻膠領域只佔據 4%的市場份 額。
最先進的 EUV 光刻膠領域則完全被日本企業所主導，日本的 JSR、TOK、信越化學成為 EUV 光刻膠市場上僅有的實現量產廠商。目前引入 EUV 工藝的僅有三星電子和臺積電兩 家公司，日本企業將工廠布局到韓國和中國臺灣，以便保證以地理優勢的保持市場份額。 2020 年 7 月，TOK 宣布在韓國仁川松島工廠開始生產 EUV 光刻膠，方便供應三星和 SK 海力；2020 年 10 月 15 日，日經新聞報導信越化工計劃在中國臺灣雲林縣和日本江津興 建廠房，藉此提升中國臺灣工廠產能 5 成和日本工廠產能 2 成，並利用中國臺灣工廠生產 EUV 光刻膠，來應對臺積電對 EUV 光刻膠持續增長的需求。根據該報導，富士膠片和住 友化學也計劃進軍 EUV 光刻膠市場。
由此可見，日本這些頭部企業在全球半導體光刻膠市場上，不僅在總體市場份額和技術層 面領先行業，並且各自在不同細分領域佔據廣泛市場，建立起完善的產品線。例如東京應 化，產品涵蓋從橡膠類光刻膠到 g 線到 i 線、KrF、ArF 到 EUV，以及離子束光刻膠；信 越化學產品線同樣全面涵蓋主流半導體光刻膠。
國產光刻膠產品結構不平衡，高端半導體光刻膠依賴進口
近幾年全球光電產業、消費電子產業向我國轉移的趨勢愈加明顯，下遊產品 PCB、LCD、 半導體等產業鏈迅速發展。中國的光刻膠產品需求格局與全球光刻膠市場類似，PCB、LCD、 半導體和其他光刻膠市場份額佔比平衡。然而，由於我國光刻膠行業發展和起步時間較晚 以及高端光刻膠行業壁壘高企，造成國產光刻膠應用結構較為單一，主要集中於 PCB 光 刻膠、TN/STN-LCD光刻膠中低端產品。高端產品則需要從國外大量進口，例如TFT-LCD、 半導體光刻膠等。根據中國產業信息網數據，從下遊市場應用結構來看，2018 年我國 PCB 光刻膠產值佔比為 94.4%，而 LCD 和半導體用光刻膠產值佔比分別僅為 2.7%和 1.6%。
半導體光刻膠作為光刻膠中最高端的組成部分，我國本土企業目前僅佔有較低的市場份額。根據中國產業信息網數據，2017 年我國是全球最大的半導體光刻膠市場，份額佔全球 32%， 我們認為隨著國內半導體製造份額提升，我國半導體光刻膠需求將持續提升。然而半導體 光刻膠自給率低，適用於 6 英寸矽片的 g 線和 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 光刻膠則完全依靠進 口。目前國內半導體光刻膠的市場主要被日本、美國企業所佔據，主要體現在高解析度的 KrF 和 ArF 光刻膠核心技術基本被壟斷，產品也出自壟斷公司。
以史為鑑，半導體產業轉移激發中國光刻膠產業機遇
半導體產業轉移和分工，日本光刻膠崛起
1970 年代，日本成為全球電子產業和半導體市場中心，日本企業抓住本土產業機遇切入 光刻膠市場。1990 年代，持續投入的日本企業成功取代歐美廠商成為半導體光刻膠主導， TOK、信越化學、JSR、住友化學富士膠片等企業在 g 線、i 線、KrF、ArF 和 EUV 光刻 膠市場都佔據主導。
在集成電路產業發展史上，歐美廠商領導了前期光刻膠產品的研發
1950 年代貝爾實驗室嘗試開發全球首塊集成電路的過程中，採用了重鉻酸鹽明膠體系， 半導體光刻膠由此誕生。柯達尋找具備強附著力的材料，並最終開發出環化橡膠-雙疊氮體 系：該體系由環化聚異戊二烯橡膠與雙疊氮 2,6-二(4-疊氮苯)-4-甲基環己酮混合而成。柯 達將此光刻膠命名為 Kodak Thin Film Resist（柯達薄膜抗蝕劑），也即 KTFR 光刻膠。 該體系在 1957-1972 年間一直為半導體工業的主力體系，為半導體工業的發展立下了汗 馬功勞。直至 1972 年，半導體工藝製程節點發展到 2μm，觸及 KTFR 光刻膠解析度的 極限。
1970 年代，美國 Azoplate 發明重氮萘醌-酚醛樹脂光刻膠，並命名為「AZ 光刻膠」。AZ 光刻膠在 1972 年已經基本佔據全部市場，並在此後 25 年間維持了 90%以上的市場份額。 伴隨著光刻技術的發展，重氮萘醌系光刻膠的性能也在不斷提升，其曝光光源可以採用 g 線、i 線。
半導體產業轉移與分工細化，日本光刻膠藉機崛起
1970 年代，隨著日本電子產業領頭的半導體產業全面崛起，日本廠商在光刻膠研發方面 開始起步。1968 年，東京應化研發出首個環化橡膠系光刻膠產品 MOR-81，1972 年其 開發出日本首個重氮醌類光刻膠 OFPR-2。1980 年代東京應化進入到 g 線/i 線光刻膠業 務-TSMR 產品。JSR 於 1979 年進入半導體材料業務，開始銷售首個光刻膠產品 CIR。
1980 年代到 1990 年代，日本半導體產業在日美貿易摩擦影響下開始沒落。然而，日本的 光刻膠產業抓住製程發展的機遇以及與韓國和中國臺灣區位優勢，成為市場霸主。IBM 在 1980 年代早期就突破了 KrF 光刻，並在 1980 年代早期至 1995 年的十餘年時間一直保 持 KrF 光刻膠技術壟斷地位。由於此期間，半導體工藝節點主要集中在 1.5μm-0.35μm， 這一範圍的工藝可以用 i 線光刻實現，因此 KrF 光刻膠的市場增速緩慢，並未大規模放 量。1995 年日本 TOK 成功突破了高解析度 KrF 正性光刻膠並實現了商業化銷售，打破 了 IBM 對於 KrF 光刻膠的壟斷，而當時的半導體工藝節點發展到了 0.25-0.35μm，逼 近了 i 線光刻的極限。
雖然伴隨半導體第二次產業轉移，晶片製造中心遷往韓國和中國臺灣，但是日本憑藉先發 的材料和設備優勢，以及與韓、臺地理近的優勢，日本的 KrF 光刻膠迅速放量佔據市場。 此外，1986 年的半導體行業大衰退導致美國光刻機廠商遭受重創，光刻機市場由美國廠 商主導逐步演變為佳能和尼康為龍頭的時代。半導體光刻膠市場由此進入日本廠商作為霸 主的時代。
如今，日本半導體產業持續衰退，光刻機龍頭已經旁落荷蘭光刻機公司 ASML。失去本土 半導體製造市場和光刻機設備市場協同的日本光刻膠產業憑藉高度的技術壁壘和市場壁 壘，在半導體產業全球化分工浪潮中依然佔據高端市場的壟斷地位。日本光刻膠在高端的 ArF 和 EUV 光刻膠市場，日本廠商進一步鞏固霸主地位。
以日本為鑑，中國已成全球最大半導體市場，為光刻膠自主發展提供空間
如同 1980 年代的日本，今日的中國已成為世界電子產業的核心。21 世紀起，隨著個人計 算機產業向手機產業邁進，終端產品更加複雜多樣，中國大陸的半導體產業經歷了低端組 裝和製造承接、長期的技術引進和消化吸收、高端人才培育等較長的時間周期，逐步完成 了原始積累，並以國家戰略及政策為驅動力，推動了全產業鏈的高速發展。根據中國半導 體行業協會統計，2020 年上半年中國製造的計算機、手機、彩電和汽車產量分別佔據全 球 90%、90%、70%和 32%。隨著 5G、智慧物聯網時代的到來，以及產業發展環境完善、 人才回流、政策支持、資本青睞等眾多因素，中國大陸的半導體產業得以在眾多領域實現 快速與全面布局，正逐步驅使全球半導體產業從韓國、中國臺灣向中國大陸轉移。
伴隨著成為世界電子產業核心，中國目前已經成為最大的半導體市場，並且繼續保持最快 的增速。根據美國半導體產業協會（SIA）統計的數據，2019 年全球半導體市場規模為 4120 億美元，因為中美貿易摩擦和終端市場疲軟，較 2018 年的 4687 億美元同比下降 12.11%。根據中國半導體行業協會（CSIA）統計，2019 年中國集成電路產業銷售額為 7562 億元人民幣，較 2018 年增長 16%。另據 CSIA 統計在 2020 年上半年，全球遭遇新 冠疫情反覆和中美貿易摩擦的背景下，中國集成電路產業銷售額達到 3639 億元，逆勢同 比增長 16.1%，成為全球產業最大增長引擎。隨著 5G、消費電子、汽車電子等下遊產業 的進一步興起，預計中國半導體產業規模將會進一步增長。
中國晶圓製造產能持續擴張，半導體光刻膠迎歷史機遇
中國已進入晶圓產能提升周期，半導體光刻膠需求有望持續擴大。根據 SEMI《2018 年中 國半導體矽晶圓展望報告》，預計到 2020 年中國晶圓製造廠產能將達到每月 400 萬片。 另據 SEMI 在 2020 年 10 月的報告預計，到 2024 年至少有 38 個新的 300mm 晶圓廠投 產，其中中國大陸預計將建立八個新的 300mm 晶圓廠，並在 2024 年底之前將其 300mm 晶圓廠的市場份額大幅提高至 20％，而在 2015 年這數字僅為 8％。根據 IC Insights 預計， 2020 年中國純晶圓代工市場規模同比實現 26%增長，達到 148.64 億美元，本土企業中芯 國際、華虹半導體和武漢新芯總計僅佔 25%市場份額，提升空間依舊很大。根據智研諮詢 預測，2022 年大陸半導體光刻膠市場空間將會接近 55 億元，是 2019 年的兩倍。
中國半導體製造項目遍及多個細分領域，多元化需求給予國產光刻膠充分的市場空間。近 些年在邏輯製程上，中國從成熟製程到先進位程產能全面鋪開，如國內代工龍頭中芯國際 既針對成熟製程在天津8寸線進行擴產、在深圳進行12寸成產能建設，又在上海建設14nm 以下工藝生產線的中芯南方；在存儲器方面，長江存儲持續推近NAND 量產、合肥長鑫推 進 DRAM 生產，涵蓋最大兩塊存儲器領域；以功率半導體、MEMS、射頻、CMOS 等為 代表特色工藝 8 寸和 12 寸項目更是在全國廣泛鋪開。另外，以 SiC、GaN 等化合物半導 體為代表的第三代半導體也成為行業熱點。國內越加多元化的產品製造領域，激發多元化 的半導體光刻膠的需求，為國內半導體光刻膠企業提供了多樣的技術和市場發展路徑。
外部環境複雜多變，政策和大基金共同助力，半導體光刻膠國產替代正當時
日韓貿易摩擦啟示中國在中美貿易摩擦下急需半導體光刻膠自主可控，為鼓勵光刻膠產業 發展、突破產業瓶頸，我國出臺了多項政策支持半導體行業發展，為光刻膠產業的發展提 供了良好的環境氛圍。為應對國外技術出口管制風險，多家中國半導體企業也增加了材料 國產化率要求，增加國產半導體光刻膠進入量產產線進行測試驗證的機會，加快了國產半 導體光刻膠研發進度。
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（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：華泰證券）
報告來源【未來智庫官網】。