光刻胶行业深度报告：光刻核心材料亟需替代，国产光刻胶黄金发展机遇已至

光刻工艺核心材料，助力制程持续升级。光刻胶发展至今已有百年历史，现已广泛用于集成电路、显示、PCB等领域。作为光刻工艺的核心材料，光刻胶帮助将掩膜版上的图形转移到衬底表面，其分辨率直接决定了特征尺寸的大小，其质量和性能直接影响制造产线的良率，高壁垒和高价值量是典型特征。 全球百亿美金市场，大陆增速远高于全球。根据Reportlinker数据，全球光刻胶市场预计2019-2026年CAGR有望达到6.3%，至2023年突破100亿美金，到2026年超过120亿美元。大陆市场增速高于全球，2022年规模有望超过百亿人民币，占全球光刻胶市场比例也将持续提升，到2026年占比有望从2019年15%左右提升到19.3%。从下游领域看，显示、PCB、IC是三大应用领域，半导体光刻胶技术难度最高，增速最快。SEMI统计数据显示，2021年全球IC光刻胶市场规模达24.7亿美元，较上年同期增长19.49%，大陆增速超全球两倍。LCD光刻胶市场稳健增长，2020年全球规模近14亿美金，2021-2026年CAGR为2%，大陆受益产业转移和本土面板厂崛起，2019-2023年CAGR达14.6%，高于全球水平。 大陆光刻胶自给率较低，国产替代空间广阔。就IC光刻胶而言，2020年我国IC光刻胶自给率低，其中g/i线光刻胶自给率小于10%，KrF光刻胶约5%，更高端的ArF及EUV光刻胶几乎空白。面板胶方面，LCD光刻胶的全球供应集中在日本、韩国、中国台湾等地区，我国彩色和黑色光刻胶市场国产化率仅为5%左右。 PCB光刻胶方面，感光油墨及湿膜光刻胶合计自给率约46%，但相对高端的干膜光刻自给率较低。我国光刻胶整体自给率偏低，大陆供应商替代空间广阔。 需求旺盛叠加龙头减产，大陆公司有望加速替代。全球光刻胶市场主要由美日企业主导，CR4约70%。近年来，随着光刻胶的需求攀升，叠加日本龙头减产，光刻胶出现供不应求的局面，部分中小晶圆厂甚至出现了“断供”现象。目前大陆企业在g/i线光刻胶已形成一定规模的销售，中高端光刻胶方面，彤程新材的KrF光刻胶产品已批量供应国内主要12英寸、8英寸晶圆厂，晶瑞电材KrF光刻胶加紧建设中，另有多家企业ArF光刻胶研发顺利进行，其中南大光电ArF产品已通过下游客户验证，有望在未来形成销售，光刻胶国产替代趋势显著。 投资建议：光刻胶是IC、面板、PCB制造必不可少的原材料，且难度大壁垒高。 建议关注有望实现国产替代的优质企业。 IC光刻胶：彤程新材（KrF光刻胶批量供应中芯、长存等多家下游客户，G线光刻胶的市场占有率达到60%），晶瑞电材（g/i线批量供应多年，KrF已通过测试）、华懋科技（投资徐州博康，拥有光刻胶全产业链能力）、上海新阳（KrF形成销售，ArF研发进展顺利）等。 面板光刻胶：雅克科技（接收了LG化学彩色光刻胶业务，控股韩国Cotem公司）、飞凯材料（5000吨/年TFT-LCD光刻胶项目已向客户稳定供货）等。 PBC光刻胶：容大感光（PCB感光油墨龙头，有望突干膜并实现国产替代）等 风险提示：下游需求不及预期、新产品研发不及预期、下游晶圆厂认证不及预期、 1光刻胶：光刻工艺所需核心材料，助力制程持续升级 光刻胶百年发展史，是光刻工艺所需关键材料。光刻胶被应用于印刷工业已经超过一个世纪。到20世纪20年代，开始被用于PCB领域，到20世纪50年代，开始被用于生产晶圆。20世纪50年代末，eastman kodak（伊士曼柯达公司）和Shipley（已被陶氏收购）分别设计出适合半导体工业所需的正胶和负胶。光刻胶用于光刻工艺，帮助将设计好的电路图形由掩膜版转移至硅片，从而实现特定的功能。光刻胶的质量和性能直接影响制造产线良率。 以集成电路为例，光刻工艺步骤和光刻胶的使用场景如下： 1）气体硅片表面预处理：在光刻前，硅片会经历一次湿法清洗和去离子水冲洗，目的是去除沾污物。在清洗完毕后，硅片表面需要经过疏水化处理，用来增强硅片表面同光刻胶（通常是疏水性的）的黏附性。 2）旋涂光刻胶，抗反射层：在气体预处理后，光刻胶需要被涂敷在硅片表面。涂敷的方法是最广泛使用的旋转涂胶方法，光刻胶（大约几毫升）先被管路输送到硅片中央，然后硅片会被旋转起来，并且逐渐加速，直到稳定在一定的转速上（转速高低决定了胶的厚度，厚度反比于转速的平方根）。 3）曝光前烘焙：当光刻胶被旋涂在硅片表面后，必须经过烘焙。烘焙的目的在于将几乎所有的溶剂驱赶走。这种烘焙由于在曝光前进行叫做“曝光前烘焙”，简称前烘，又叫软烘（soft bake）。前烘改善光刻胶的黏附性，提高光刻胶的均匀性，以及在刻蚀过程中的线宽均匀性控制。 4）对准和曝光：在投影式曝光方式中，掩膜版被移动到硅片上预先定义的大致位臵，或者相对硅片已有图形的恰当位臵，然后由镜头将其图形通过光刻转移到硅片上。对接近式或者接触式曝光，掩膜版上的图形将由紫外光源直接曝光到硅片上。 5）曝光后烘焙：曝光完成后，光刻胶需要经过又一次烘焙。后烘的目的在于通过加热的方式，使光化学反应得以充分完成。曝光过程中产生的光敏感成分会在加热的作用下发生扩散，并且同光刻胶产生化学反应，将原先几乎不溶解于显影液体的光刻胶材料改变成溶解于显影液的材料，在光刻胶薄膜中形成溶解于和不溶解于显影液的图形。由于这些图形同掩膜版上的图形一致，但是没有被显示出来，又叫“潜像”（latent image）。 6）显影：由于光化学反应后的光刻胶呈酸性，显影液采用强碱溶液。 一般使用体积比为2.38%的四甲基氢氧化铵水溶液。光刻胶薄膜经过显影过程后，曝过光的区域被显影液洗去，掩膜版的图形便在硅片上的光刻胶薄膜上以有无光刻胶的凹凸形状显示出来。 7）坚膜烘焙：在显影后，由于硅片接触到水分，光刻胶会吸收一些水分，这对后续的工艺，如湿发刻蚀不利。于是需要通过坚膜烘焙（hard bake）来将过多的水分驱逐出光刻胶。由于现在刻蚀大多采用等离子体刻蚀，又称为“干刻”，坚膜烘焙在很多工艺当中已被省去。 8）测量：在曝光完成后，需要对光刻所形成的关键尺寸以及套刻精度进行测量。关键尺寸的测量通常使用扫描电子显微镜，而套刻精度的测量由光学显微镜和电荷耦合阵列成像探测器承担。 图表1：集成电路光刻和刻蚀工艺步骤 制程升级是确定发展方向，光刻设备和光刻胶是核心因素。随着高集成度、超高速、超高频集成电路及元器件的开发，集成电路与元器件特征尺寸呈现出越来越精细的趋势，加工尺寸达到百纳米直至纳米级，光刻设备和光刻胶产品也为满足超微细电子线路图形的加工应用而推陈出新。光刻胶的分辨率直接决定了特征尺寸的大小，通常而言，曝光波长越短，分辨率越高，因此为适应集成电路线宽不断缩小的要求，光刻胶的曝光波长由紫外宽谱向ｇ线(436nm)→ｉ线(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→F2（ 157nm ）的方向转移，并通过分辨率增强技术不断提升光刻胶的分辨率水平。 图表2：IC集成度与光刻技术发展历程 图表3：不同曝光波长的光刻胶与芯片特征尺寸的对应关系 2全球百亿美金市场，显示+PCB+IC三大应用推动发展 全球市场持续扩容，2023年有望突破百亿美金。光刻胶作为制造关键原材料，随着未来汽车、人工智能、国防等领域的快速发展，全球光刻胶市场规模将有望持续增长。根据Reportlinker数据，全球光刻胶市场预计2019-2026年复合年增长率有望达到6.3%，至2023年突破100亿美金，到2026年超过120亿美元。 大陆市场增速高于全球，2022年有望超过百亿人民币。叠加产业转移因素，中国光刻胶市场的增长速度超过了全球平均水平。根据中商产业研究院数据，2021年中国光刻胶市场达93.3亿元，16-21年CAGR为11.9%，21年同比增长11.7%，高于同期全球光刻胶增速5.75%。随着未来PCB、LCD和半导体产业持续向中国转移，中国光刻胶市场有望不断扩大，占全球光刻胶市场比例也将持续提升，预计到2026年占比有望从2019年的15%左右提升到19.3%。 图表4：2019-2026年全球光刻胶市场规模 图表5：2016-2021中国光刻胶市场规模 显示、PCB、IC是三大应用领域，合计占比超70%。根据应用领域的不同，光刻胶可分为印刷电路板（PCB）用光刻胶、液晶显示（LCD）用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。根据Reportlinker数据，2019年PCB、半导体和平板显示光刻胶占比分别为27.8%、21.9%、23.0%，为前三大应用领域。 图表6：2019全球光刻胶下游应用 按显影过程中曝光区域的去除或保留分，分成正性光刻胶（正胶）和负性光刻胶（负胶），正负胶各有优势，但正胶分辨率更高，是主流光刻胶。1）正性光刻胶：正性光刻胶在紫外线等曝光源的照射下，将图形转移至光胶涂层上，受光照射后感光部分将发生分解反应，可溶于显影液，未感光部分不溶于显影液，仍然保留在衬底上，将与掩膜上相同的图形复制到衬底上。正性光刻胶响应波长为330～430纳米，胶膜厚为1～3微米，正性光刻胶的分辨率更高，无溶胀现象。因此，正性光刻胶的应用比负性光刻胶更为普及。2）负性光刻胶：负性光刻胶在紫外线等曝光源的照射下，将图形转移至光胶涂层上，在显影溶液的作用下，负性光刻胶曝光部分产生交联反应而不溶于显影液；未曝光部分溶于显影液，将与掩膜上相反的图形复制到衬底上。负性光刻胶响应波长为330～430纳米，胶膜厚0.3～1微米，负性光刻胶的分辨率比正性光刻胶低。 负胶占总体光刻胶比重较小，多用于特殊工艺。由于负胶耐热性强，多应用于高压功率器件、高耗能器件等，此外也常用于一些特殊工艺，因为负胶难以去除的特性，在芯片最后的封装阶段可以使用负胶，能起到绝缘、保护芯片的作用。 总的来说，正胶有以下主要优点：①高分辨率，高对比度；②使用暗场掩模减少了曝光图形的缺陷率，因为掩模大部分区域都是不透光的。③使用水溶性显影液；④去胶容易。因此，正胶普及率大于负胶。 图表7：正性光刻胶vs负性光刻胶 图表8：正性、负性光刻胶拥有不同特点，适用于不同工艺 2.1半导体光刻胶：技术难度最高，增速最快 全球半导体光刻胶市场增速远高于全球光刻胶平均水平，占比不断提升。据SEMI统计，2021年全球半导体光刻胶市场规模达24.71亿美元，较上年同期增长19.49%，2015-2021年CAGR为12.03%。 2019年全球半导体光刻胶市场规模分别为约为18亿美元，半导体光刻胶占整体光刻胶比重约21.9%，到2021年占比提升至26.85% 大陆半导体光刻胶增速超全球两倍。分地区看，中国大陆半导体光刻胶市场依旧保持着最快增速，2021年市场规模达到4.93亿美元，较上年同期增长43.69%，超过全年半导体光刻胶增速的两倍；中国占比全球半导体光刻胶市场比重也将从2015年约10.4%提升到2021年接近20%。 图表9：2015-25中国半导体光刻胶市场占全球比重 图表10：19-21年半导体光刻胶占比不断提升 图表11：全球半导体材料市场规模逐步提升（亿美元） 图表12：光刻胶约占半导体材料6%（2020年） 中国半导体光刻胶的快速崛起离不开中国整体半导体产业的发展。受益于5G大规模建设，以及2020年新冠疫情导致远程办公、网络直播等应用普及，全球集成电路行业发展迅猛，根据Frost&Sullivan数据，2013年集成电路市场规模为2518亿美元，到2019年集成电路市场规模高达3334亿美元，年复合增长率为4.79%。2019年全球集成电路市场规模有所下滑，主要系全球贸易摩擦、存储供需变化以及智能手机、服务器等产品需求下滑因素影响。预计到2025年，全球集成电路市场规模将达到4750亿美元,2020-2025年CAGR为6.02%。 我国集成电路行业起步较晚，但发展迅速。根据中国半导体行业协会数据，2013年中国集成电路销售收入为2508亿元，2019年达到7562亿元，年均复合增速达到20.2%