电子行业深度-国产光刻胶：破晓而生，踏浪前行

全球缺芯背景下晶圆厂产能扩张正逐步迎来落地，IC光刻胶市场需求稳步向上。 基于缺芯背景下的产能供给压力和对产业的长期增长预期，从2020年下半年开始，全球各大晶圆厂进入了疯狂扩产模式。参考晶圆厂建设投产周期，2022年下半年晶圆厂扩产产能将逐步开始建成投产，IC光刻胶作为晶圆制造过程中的关键耗材，市场成长空间十分明确。我国大陆晶圆厂新产能建设在本轮扩产中处于全球领先地位，光刻胶需求增长更快，预计2020-2025年全球IC市场规模将从17亿美元增长至24亿美元，复合增长率约6%；国内IC光刻胶市场规模约25亿元增长至40亿元，复合增长率达15%。 寻求产业链自主可控，IC光刻胶迎来国产替代机遇窗口期。全球IC光刻胶市场高度集中，日美企业领跑，CR5高达87%。作为上游关键性基础原材料，IC光刻胶自主可控是国家战略安全考量下的必然选择。当前中国大陆正在承接全球第三次大规模的半导体产业转移，为产业链上游发展提供了极佳的契机和确定性的需求市场。同时在国家意志注入和产业资本的支持下，IC光刻胶国产化迎来了最好时候。 如何看待本土IC光刻胶企业的机会？ 1）DUV光刻胶自主化是本土IC光刻胶厂商当前主要重任：DUV光刻胶覆盖主流芯片制造需求，市场占比80%以上。同时半导体产业具有协同发展的特点，未来几年我国大陆IC晶圆代工仍将在成熟制程领域深耕，相对应DUV光刻胶成为本土厂商主要攻关方向。 2）本土企业目前已实现KrF光刻胶量产，ArF光刻胶小批交货，破局在即：产品工艺突破与下游客户验证导入是本土IC光刻胶企业破局的重要边际跟踪点所在。目前KrF领域以北京科华为代表，具备百吨级产能，已经规模量产交货给国内主流晶圆大厂；ArF领域，以南大光电为代表，已经通过客户验证并有少量发货。 投资建议：在全球芯片缺货和边缘政治风险等外部环境因素催化下，IC光刻胶增量与替代需求明确。我们看好本土光刻胶厂商的破局机会，建议关注未来在DUV光刻胶领域有望放量的本土潜力军彤程新材、华懋科技、南大光电、晶瑞电材等。 风险提示：晶圆厂投产不达预期，本土厂商研发不达预期，产品验证进度不达预期。 行业相关股票 1.光刻胶：图形转移介质，在泛半导体产业广泛应用 光刻胶本质是一种感光材料，也称光致抗蚀剂，主要用于微电子技术中微细图形加工。在紫外光、电子束、离子束、X射线等照射或辐射下，光刻胶溶解度会发生变化，再经适当溶剂溶去可溶性部分，便可实现图形从掩模版到待加工基片上的转移。进一步，未溶解部分光刻胶作为保护层，在刻蚀步骤中保护其下方材料不被刻蚀，从而完成电路制作。 图1：光刻胶工作原理 产品分类上，按照下游应用领域，光刻胶可分为IC光刻胶、PCB光刻胶、LCD光刻胶。IC光刻胶根据曝光波长又可分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(13.5nm)等，通常情况下曝光波长越短，分辨率越佳，适用IC制程工艺越先进。按照化学反应原理，光刻胶可分为正性光刻胶和负性光刻胶。正性光刻胶曝光部分在显影液中溶解，负性光刻胶未曝光部分在显影液中溶解。由于负性光刻胶显影时易变形和膨胀，自1970s以后正性光刻胶逐渐成为主流。 图2：光刻胶产品分类 全球电子产业制造东移，光刻胶作为关键耗材需求景气。在世界电子产业分工协作的大背景下，我国大陆凭借劳动力成本和终端市场需求等优势逐渐成为全球最大的电子信息产品制造基地，半导体、PCB、面板产能增长迅速，由此带来上游材料光刻胶市场需求同步快速增加。根据Research And Markets和Cision预测数据，2020-2026年，全球光刻胶市场规模将从87亿美元增长至120亿美元以上，复合增长率约6%，中国大陆光刻胶市场规模将从84亿元增长至140亿元以上。复合增长率约10%，增速更快。 图3：全球＆中国大陆光刻胶市场规模 图4：全球光刻胶市场结构 产业链特征：1）下游需求引导产业发展。光刻胶整个产业进步是围绕下游制造需求展开的，一方面下游厂商制造工艺进步倒逼光刻胶与原材料配套进行技术迭代，另一方面下游厂商国产替代与扩产规划同步带来光刻胶厂商替换与增量市场机会。 2）中国大陆光刻胶产业链雏形渐显：以IC光刻胶为代表，从上游原材料（树脂、单体、感光剂、溶剂）到中游光刻胶成品制造，再到下游晶圆代工，以及配套设备供应，中国大陆全产业链均处于起步阶段。乘中资晶圆厂崛起东风，中国大陆光刻胶全产业链正在逐步完善，目前产业完全自主化虽然较远，但已经涌现了一批优秀的本土企业。 图5：光刻胶产业版图 2.半导体景气周期已传递至材料端，IC光刻胶需求稳步向上 卡位IC制造关键光刻工艺，光刻胶承载着半导体制造材料市场中不可或缺的6%。 在芯片制造过程中，光刻环节耗时最长（约40-50%），成本占比最大（约1/3），而光刻胶是光刻工艺中重要的耗材，承载着微纳电路图形从掩模版到晶圆上的转移作用，产业重要性十分突出。光刻胶市场规模在所有半导体材料中占比约6%，价值较高，国产化进程缓慢，不仅市场需求长期景气，而且技术突破对于产业发展意义重大。 图6：半导体制造工艺流程及各个环节材料应用与市场占比情况 2.1.当前全球“芯片荒”所带来的产业链供需紧张正向材料端逐步蔓延 产业升级下的算力需求提升带来芯片用量持续提升，汽车成为拉动增长的重要新生力量。随着半导体在各个产业应用领域的不断深入，以及人工智能、物联网等新兴技术场景的出现，芯片市场需求持续快速增加。以汽车和手机市场为例：相比之前，智能汽车带来汽车产业变革，其自动驾驶、车身控制、娱乐系统等功能带来大量芯片新需求；智能手机年出货量已经超10亿部，单手机芯片用量超百颗，在5G支持和新功能需求刺激下，用量增长可观。总体来看，产业升级发展对于算力、电能转换、信号处理等需求有长期持续性拉动作用，而工艺进步速度和空间越来越有限，必然带来数量的指数级增加。根据麦肯锡预测数据，到2030年，半导体市场规模将保持7%的年复合增长率，计算和数据存储、无线通信、汽车电子是前三大主要增速贡献市场，其中汽车电子领域单车用量增幅大，且单车价值高，对应芯片市场规模增速最快。 图7：汽车芯片出货量（亿颗） 图8：智能手机出货量（亿部） 图9：到2030年，半导体市场可望达到万亿美元规模（billion） 供给跟进滞后需求，市场缺芯潮如火如荼。智能汽车行业的快速发展以及疫情催化下各产业数字化转型的加速，导致芯片需求近两年加速增长。而供给端方面，过往晶圆厂通常会提前锁单灵活安排产能，但本轮需求增加超出市场预期，且中美贸易摩擦下造成政策不确定性增加，手机市场芯片囤货普遍，占据了大量汽车芯片晶圆代工产能。晶圆厂新产线投产需要较长周期让此次芯片供需缺口近两年一直存在。本轮全球芯片短缺始于汽车芯片，到其他产业，向上再传递至晶圆代工，再到设备、材料等，现阶段已经蔓延至全产业链。从芯片交期和晶圆代工价格验证来看，2022年2月，芯片平均交货周期已达26.2周，相比2019年正常水平增长近4倍，同时，台积电、联电、中芯等代工厂普遍上调价格，产能仍然紧缺，供不应求。 图10：芯片交期延长（周） 图11：芯片代工价格普涨（美元,等效12寸） 图12：全球晶圆厂产能利用率情况 晶圆厂为解决缺芯难题新建的产能将于2022年开始迎来落地，半导体材料成长空间明确。基于缺芯背景下的产能供给压力和对产业的长期增长预期，从2020年下半年开始，全球各大晶圆厂进入了疯狂扩产模式。IC Insights数据显示，2021年全球半导体资本开支大幅增长36%总额达1539亿美元，其中晶圆代工资本开支同比增40%以上，占比三分之一。参考晶圆厂建设投产周期，2022年下半年晶圆厂扩产产能将逐步开始建成投产，半导体材料行业作为芯片制造过程的基础支撑产业，市场成长空间十分明确。 图13：全球代表性晶圆厂扩产计划及投产节奏统计 以台积电 28nm 晶圆厂为例，新建代工产能从开工到投产所需时间一般超过两年。 首先完成厂房建设周期1年起，然后进行设备安装、测试验证又需要近1年时间，最后量产爬坡仍需一定的时间窗口。从2020年下半年全球晶圆厂开始扩产计算，2022年下半年正是开始初步投产的阶段，伴随着新产线运转，半导体材料景气周期即将开启。 图14：台积电 28nm 晶圆厂从开工到投产步骤和周期 2.2.区域结构：中国晶圆代工增长迅速，IC光刻胶市场潜力大 受益半导体产业东移，未来五年中国市场晶圆代工产能大幅增长。基于中国市场庞大的半导体产业终端消费需求以及劳动力成本等优势，中国市场晶圆厂扩建速度领先全球，一方面来自于国外半导体企业大量晶圆产能涌入中国，另一方面也是国产替代趋势下本土晶圆厂快速崛起的贡献。根据IC Insight数据，截至2020年12月末，中国大陆市场晶圆代工产能约318万片/月，占全球晶圆厂产能15.3%。 并预计2020—2025年期间，随着外资晶圆厂产能进入和中资晶圆厂新建，中国大陆将是唯一一个能够获得晶圆代工产能份额百分比提升（增长3.7个百分点）的地区。 图15：全球各区域晶圆代工市场产能及占比变化 近两年来看，根据SEMI数据统计，全球半导体制造商在2021年和2022年将新建29座晶圆工厂，若全部建成投产后，每月可生产多达260万片晶圆(等效8英寸)。其中中国大陆和台湾地区将在新晶圆厂建设方面处于领先地位，各有8个。 图16：2021-2022年世界各地区新建晶圆厂数量 晶圆扩产为光刻胶市场需求提供长期增长动力，我国大陆IC光刻胶市场增速更快。 伴随晶圆厂的逐步扩产投建，我国大陆IC光刻胶市场需求量将稳步增加，且呈现出更快的增长潜力。根据TECHCET预测数据，2020—2025年，全球半导体光刻胶市场规模将从约17亿美元增长至24亿美元，复合增长率约6%；根据SIA统计数据2015—2020年我国大陆半导体光刻胶市场规模从1.3亿美元增长至3.5亿美元，CAGR达22%。假设2025年我国大陆晶圆厂产能占全球比19%，产能利用率超全球平均水平30%，在暂不考虑区域光刻胶产品结构差异的情况下，粗略测算我国大陆IC光刻胶2025年市场规模约40亿元，2020—2025复合增长率为11%。 图17：全球半导体光刻胶市场规模（亿美元） 图18：中国大陆半导体光刻胶市场规模（亿元） 2.3.产品结构：KrF与ArF光刻胶占据市场主流，EUV市场将逐步打开与工艺、设备相配套，光刻胶技术迭代推动制程进步。在性能提升、成本功耗降低，以及更大算力需求等多因素驱动下，长期以来芯片技术一直沿着摩尔定律向前发展。而制程的进步离不开材料、设备和工艺三方面共同的推进。 根据瑞利公式：分辨率R=K1*𝜆/NA，光刻工艺制程进步可通过改变工艺因子（K1）、曝光波长（𝜆）、物镜数值孔径（NA）三条路径实现，其中降低光源曝光波长是提高光刻分辨率的重要手段。回顾光刻技术发展历史，集成电路主流工艺尺寸与曝光波长呈现出同步缩小的趋势，而不同波长的光源正对应不同的光刻设备和光刻胶材料。 紫外光刻（UV）：主要包括g线（ 436nm ）和i线（ 365nm ），适用于0.5—0.6μm制程，主要应用在传感器领域。 深紫外光刻（DUV）：主要包括KrF(248nm)和ArF（ 193nm ），适用于0.25μm— 7nm 制程，基本涵盖当前主流芯片领域，包括大部分数字芯片和几乎所有的模拟芯片，在物流网、汽车电子、中低端手机、网络设备等领域中广泛应用。 极紫外光刻（EUV）：主要是采用波长为10- 14nm 极紫外光作为光源的最新一代光刻技术，主要应用在高端手机芯片、个人电脑/服务器CPU等对尖端场景中。 表1：不同制程节点对应的主流光刻胶选择制程节点0.5μm以上0.5-0.35μm曝光波长436nm 365nm适用光源汞灯汞灯 芯片制程分庭抗礼，各制程市占率均衡发展。以 28nm 为界，芯片工艺可分为先进制程与成熟制