高端国产替代系列：光刻胶：半导体制造核心材料，国产替代突围在即

2024年01月10日 电子 高端国产替代系列--光刻胶：半导体制造核心材料，国产替代突围在即 首选股票目标价（元）评级 行业专题 证券研究报告投资评级领先大市-A维持评级 光刻胶是光刻工艺的关键材料： 电子沪深300 32% 22% 12% 2% -8% -18% 2023-012023-052023-092024-01 行业表现 光刻胶按下游应用领域可分为PCB、LCD/OLED面板和半导体光刻胶，与光刻胶配套试剂一起在光刻工艺中作为耗材。其中半导体光刻胶壁垒最高，市场增速高于整体光刻胶市场增速。根据SEMI数据，2022年全球半导体光刻胶市场规模为26.4亿美元，同比增长6.82%；大陆半导体光刻胶市场规模为5.93亿美元，同比增长20.47%，增速远高于全球半导体光刻胶市场。 光刻胶产业链壁垒高，多环节亟待突破： 我们从产业链上中下游角度讨论半导体光刻胶的核心壁垒：①供给：树脂、单体、光引发剂等原料壁垒高，依赖进口国产化率低，进口难度大。高端光刻胶对树脂性能要求高，且需一一对应；单体合成技术难度大，稳定性、纯度要求高，价格贵；感光剂影响光刻胶性能，高端产品价格高。②制造：光刻胶的配方技术复杂、研发投入大，对产品的稳定性和洁净度要求高；光刻胶厂商的研发投入高，光刻机设备昂贵、进口限制高。③需求：光刻胶品类多，客户端导入及验证周期长。 晶圆厂扩产+制程节点升级，驱动国内市场扩增： ①晶圆厂扩产及稼动率提升，景气周期带动光刻胶耗材用量增加。②制程升级以及先进制程占比提升，带动光刻胶单位用量及单位面积价值量增加。我们基于晶圆厂的未来扩产规划，从需求端对国内半导体光刻胶市场规模进行敏感性测算：中性假设下，预计2025年国内年半导体光刻胶市场规模为8.84亿美元，2022-2025CAGR为14.23%。 海外厂商垄断市场，国产化需求迫切： 全球半导体光刻胶市场主要由日系及美韩厂商垄断，2021年CR5市占率近80%。我国半导体光刻胶自给率低，KrF不足5%，ArF不足1%，高端半导体光刻胶国产化需求迫切，“卡脖子”亟待突破。国产厂商积极布局，根据公告，目前彤程新材ArF胶已具备量产能力，晶瑞电材、上海新阳、鼎龙股份、南大光电均有ArF胶产品在验证中；彤程新材、晶瑞电材、上海新阳已有KrF胶形成销售；华懋科技投资徐州博康，拥有光刻胶全产业链能力。我们认为，随着中高端产品的研发进展快速推进、新产品导入上量，半导体光刻胶国产替代突围在即。 资料来源：Wind资讯 升幅% 1M 3M 12M 相对收益 -5.5 4.1 12.8 绝对收益 -8.6 -6.6 -5.1 马良 分析师 SAC执业证书编号：S1450518060001 maliang2@essence.com.cn 程宇婷分析师 SAC执业证书编号：S1450522030002 chengyt@essence.com.cn 相关报告高通推出第二代骁龙XR2+ 2024-01-07 平台，原生鸿蒙生态有望迎来快速发展华为、小米新车相继发布， 2024-01-01 全球首款商务AIPC亮相苹果MR发售在即，美光业绩 2023-12-24 超预期英特尔发布首款AIPC处理 2023-12-17 器，特斯拉Optimus二代性能进一步提升消费电子新材料、新工艺及 2023-12-16 投资机遇 投资建议：半导体光刻胶壁垒高、国产化率低，作为半导体关键材料，自主可控需求迫切。国内厂商积极布局光刻胶及其上游材料供应链，中高端“卡脖子”产品有望加速突破。建议关注国产光刻胶相关标的：彤程新材、鼎龙股份、晶瑞电材、华懋科技、上海新阳、南大光电、艾森股份、飞凯材料、雅克科技；光刻胶配套试剂及上游材料相关标的：强力新材、久日新材、圣泉集团、瑞联新材、万润股份、格林达等。 风险提示：下游客户验证不及预期的风险，政策变化的风险，晶圆厂扩产进度及稼动率不及预期的风险，行业竞争加剧的风险。 内容目录 1.光刻胶是光刻工艺的关键材料5 1.1.光刻胶按应用可分为半导体、PCB和显示三类，半导体光刻胶壁垒最高5 1.2.光刻胶市场持续扩容，半导体光刻胶市场国内增速高于全球8 2.光刻胶产业链高壁垒，多环节亟待突破10 2.1.供给端：上游原材料壁垒高、自给率低，国产化需求迫切10 2.1.1.树脂及单体、感光剂等材料性能要求高，技术难度大10 2.1.2.原材料依赖进口，国产供应商亟待突破13 2.2.制造端：高端光刻胶产品配方技术复杂，研发投入大，制备要求高14 2.3.需求端：半导体光刻胶品类需求多，导入认证周期长16 3.晶圆厂扩产+制程升级，驱动国内市场需求扩增18 3.1.驱动因素一：晶圆厂产能扩张，半导体光刻胶用量增加19 3.2.驱动因素二：制程节点升级&先进制程多次曝光，光刻胶需求量价齐升20 4.半导体光刻胶市场海外垄断，国产化空间大难度高21 4.1.全球市场海外寡头垄断，龙头厂商进展全面领先21 4.2.多重因素助力国产化，国内光刻胶厂商加速突破23 5.相关标的25 5.1.国内主要半导体光刻胶企业25 5.2.国内主要半导体光刻胶上游原材料及光刻胶配套试剂企业28 6.风险提示29 6.1.下游客户验证进展不及预期的风险29 6.2.政策变化的风险29 6.3.下游晶圆厂扩产进度及稼动率不及预期的风险29 6.4.行业竞争加剧的风险29 图表目录 图1.集成电路光刻工艺流程5 图2.光刻工艺示意图5 图3.正性光刻胶（正胶）与负性光刻胶（负胶）的区别5 图4.酚醛树脂基正性光刻胶受光辐照后可溶的化学反应6 图5.有无BARC的光刻胶反射光路图8 图6.全球光刻胶市场规模（单位：十亿美元）8 图7.中国光刻胶市场规模（单位：亿元）8 图8.2021年全球光刻胶市场结构9 图9.2022年国内光刻胶市场结构9 图10.2018-2022全球半导体光刻胶市场规模（亿美元）9 图11.2020-2022国内半导体光刻胶市场规模（亿美元）9 图12.2020-2025年全球细分半导体光刻胶市场规模（单位：百万美元）10 图13.2020-2025年全球细分半导体光刻胶市场结构10 图14.光刻胶产业链分布10 图15.光刻胶主要由树脂、感光剂、溶剂及添加剂构成11 图16.KrF光刻胶原材料成本占比11 图17.光刻胶制备流程：单体-树脂-光刻胶12 图18.光刻胶生产流程需保证产品洁净度、产品感度膜厚稳定16 图19.芯片制造过程会用到多种光刻胶17 图20.先进封装Bumping工艺中使用PSPI和厚膜光刻胶17 图21.2021-2026年12英寸晶圆厂月产能19 图22.2018-2025年8英寸晶圆厂月产能19 图23.NAND堆叠层数增加20 图24.先进制程全球出货量占比逐步提升20 图25.单位面积所使用的光刻胶价值量逐年上升20 图26.2021年全球光刻胶市场份额21 图27.2021年全球半导体光刻胶市场份额21 图28.TOK光刻胶产品覆盖全曝光波长22 图29.TOK2019-2022材料收入及息税前利润率（百万日元）22 表1：正性光刻胶（正胶）与负性光刻胶（负胶）对比6 表2：光刻胶的类型和品种7 表3：光刻胶配套试剂种类及用途7 表4：不同类型光刻胶对应不同成膜树脂12 表5：半导体光刻胶对应的感光剂主要分为PAC与PAG两种13 表6：高端光刻胶需要semi标准G4等级以上高纯试剂14 表7：已发表科研论文中的EUV光刻胶技术路线及性能汇总14 表8：光刻胶研发项目设备支出高昂（晶瑞电材2021年公告）15 表9：光刻机高端机型设备昂贵（ASML2022年年报）15 表10：半导体光刻胶适用制程节点18 表11：部分国内晶圆厂12寸规划产能19 表12：国内半导体光刻胶市场需求预测21 表13：全球主要光刻胶厂商22 表14：2022年彤程新材涉及政府补助的光刻胶项目（单位：元）24 表15：国内各光刻胶厂商产品进展（截至2023年12月31日）25 表16：国内厂商半导体KrF光刻胶、ArF光刻胶产品进展（截至2023年12月31日）.25 1.光刻胶是光刻工艺的关键材料 1.1.光刻胶按应用可分为半导体、PCB和显示三类，半导体光刻胶壁垒最高 光刻胶是光刻工艺的关键材料，光刻工艺是集成电路制造的核心工艺。光刻胶是利用光化学反应，经光刻工艺将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上的图形转移介质，是光刻工艺得以实现选择性刻蚀的关键材料，被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作。在大规模集成电路的制造过程中，光刻和刻蚀技术是精细线路图形加工中最重要的工艺，占芯片制造时间的40%-50%。以集成电路为例，光刻工艺的过程可概括为涂胶、曝光、显影等环节。（1）涂胶：在晶圆衬底片上涂覆光刻胶，并进行前烘去除溶剂；（2）曝光：透过掩膜版，经紫外光、深紫外光、电子束、离子束等光照或辐射曝光，使曝光部分的感光组分发生化学反应；（3）显影：烘烤后通过显影将光刻胶部分溶解，形成图形从掩膜版到衬底片的转移。 图1.集成电路光刻工艺流程 资料来源：：晶瑞电材公告，国投证券研究中心 图2.光刻工艺示意图图3.正性光刻胶（正胶）与负性光刻胶（负胶）的区别 资料来源：SK海力士官网，国投证券研究中心资料来源：SK海力士官网，国投证券研究中心 光刻胶按显示效果分为正性光刻胶和负性光刻胶，正胶通常用来绘制精细图形，负胶成本低、抗刻蚀能力强。光刻胶是一种受到光照后特性会发生改变的光敏材料，在光辐照的作用下，光敏化合物分解，激发光化学反应，在显影液中的溶解度发生变化，使得受光辐照的区域更 加容易溶解于显影液中(负胶情况相反)。因此按照曝光区域的去除或者保留区分，曝光后溶解度上升的物质称作正性光刻胶（正胶），反之则为负性光刻胶（负胶）。使用正胶形成的图形与掩膜版相同，负胶则图形相反。正胶经显影处理后溶解度上升，被曝光的区域溶于显影液，在后续的刻蚀、沉积等工艺中会被去除掉，而没有被曝光部分不会受后续工艺的影响。负胶经曝光而固化的部分，在显影过程中，因吸收部分显影液而容易膨胀、变形，不适合绘制精细图形。 图4.酚醛树脂基正性光刻胶受光辐照后可溶的化学反应 资料来源：《化工管理》，国投证券研究中心 表1：正性光刻胶（正胶）与负性光刻胶（负胶）对比 属性 正胶 负胶 曝光前 不可溶 可溶 曝光后 变成可溶 不可溶 图形形成 与掩模板遮光区相同 与掩模板遮光区相反 分辨率高 优点对比度好 粘附性差 缺点抗刻蚀能力差 高成本 良好的粘附能力抗刻蚀能力强感光速度快 显影时发生变形和膨胀，影响分辨率 灵敏度曝光区域光刻胶完全溶解时所需的能量 保留曝光区域光刻胶原始厚度的 50%所需的能量 资料来源：OLEDindustry，国投证券研究中心 光刻胶按照下游应用领域不同，可分为半导体光刻胶、PCB光刻胶和显示光刻胶。其中PCB 光刻胶的技术难度相对较低，半导体光刻胶的技术壁垒最高。 半导体光刻胶：包括紫外宽谱光刻胶、g线光刻胶、i线光刻胶、KrF光刻胶、ArF光刻胶和EUV光刻胶。半导体光刻胶根据曝光光源波长进行分类，经历了从紫外光源到深紫外光源，再到极紫外光源的发展过程，用于半导体器件的制备。 PCB光刻胶：包括干膜光刻胶、湿膜光刻胶和光成像阻焊油墨。干膜、湿膜光刻胶用于PCB印刷线路板中精细铜线路的加工，湿膜相对干膜的精度更高、成本更低，但设备成本高；光成像阻焊油墨在印刷版表面永久停留，具有绝缘作用，是用于预防焊锡搭线短路的保护层。 显示光刻胶：包括薄膜场效应晶体管（TFT）光刻胶、彩色光刻胶、黑色光刻胶和触摸屏用光刻胶。TFT光刻胶一般为正性胶，用于面板中TFT阵列的制备；彩色、黑色光刻胶 均为负性胶，用于彩色滤光片的制备，由于含有颜料，在制造过程中对于颜料分散稳定技术要求较高；触摸屏用光刻胶用于在玻璃基板上沉积氧化铟锡以制备触摸电极。 表2：光刻胶的类型和品种 光