北交所行业主题报告：光刻胶+原材料壁垒突破，“专精特新”企业助力国产替代加速

光刻胶是光刻工艺关键材料，半导体光刻胶原材料+制造技术壁垒高 光刻胶是利用光化学反应经曝光、显影、刻蚀等工艺将所需要的微细图形从掩模板转移到待加工基片上的图形转移介质。光刻胶按应用领域分类可分为PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶三大类，其中半导体光刻胶技术壁垒最高。 根据曝光波长的不同，半导体光刻胶可分为G线、I线、KrF、ArF和EUV五种类型。光刻胶曝光波长越短，则加工分辨率越高，能够形成更小尺寸和更精细的图案，目前最先进的光刻胶曝光波长已经达到了极紫外光波长范围为EUV光刻胶。半导体光刻胶技术壁垒主要集中于1）原材料端：光刻胶的原材料包括树脂、光酸、添加剂和溶剂，我国原材料自给率总体较低，特别树脂原材料，成本占比接近50%，且高端树脂国产化量产供应量极低。2）制造端：光刻胶的配方复杂，无法通过现有产品反推配方；同时验证周期长，需要与客户高度协同；此外，高端光刻机设备购置及维护成本高，对光刻胶企业设备投入要求较高。 中国晶圆厂建设加速+芯片制程提升，驱动半导体光刻胶市场空间快速增长全球半导体制程向着更先进、更精细化方向发展，驱动半导体制造对光刻胶需求增长。KrF光刻胶：随着3D NAND堆叠层数迅速增加，对光刻胶的使用量也将大幅提升；ArF光刻胶：主要用于先进制程的多重光刻工艺，其用量也随着市场对先进工艺产品的需求不断增长；EUV光刻胶：先进制程道次的增加，推动其使用量将大幅增加。截至2023年11月，中国晶圆厂已建成44座，预计至2024年底，将建立32座大型晶圆厂，且全部锁定成熟制程。预计2024-2026年中国大陆半导体光刻胶总体需求量增速将快速复苏，达到12.04%、11.50%和7.71%。 半导体光刻胶+原材料壁垒突破，“专精特新”企业助力国产进口替代加速 我国光刻胶行业发展起步较晚，生产能力主要集中在PCB光刻胶等中低端产品，高端半导体光刻胶被美日企业垄断。北交所作为“专精特新”中小企业的主阵地，新三板作为“专精特新”中小企业的重要后备力量，光刻胶领域聚集了一批具备稀缺性的优质公司，在细分领域上通过半导体光刻胶+原材料壁垒突破，助力光刻胶实现国产替代。佳先股份：子公司英特美实施建设年产700吨电子材料中间体项目，其中对乙酰氧基苯乙烯产能为500吨/年，可用于合成KrF和EUV光刻胶树脂主要成分聚对羟基苯乙烯；此外，公司加强同徐州博康的交流，并在此前达成的战略合作意向的基础上，进一步深化合作。2024Q1实现营收1.47亿元（+18.43%），归母净利润1091.03万元（-0.07%）。瑞红苏州：公司是目前我国唯一一家拥有全系列波长（ 436/365/248/193nm ）光刻机研发平台的光刻胶生产企业。KrF、ArF光刻胶生产及测试线已经建成，KrF光刻胶部分品种已量产。 截至2023年末公司已有多款ArF高端光刻胶在研并送样，多款KrF光刻胶批量出货半导体客户。2023年实现营收2.46亿元（+9.10%），归母净利润2639.58万元（-22.91%）。 风险提示：原材料波动风险、市场竞争风险、国际贸易争端风险。 1、光刻胶是光刻工艺关键材料，原材料+制造技术壁垒高 1.1、光刻胶是光刻工艺关键材料，半导体光刻胶技术壁垒高 光刻胶是利用光化学反应经曝光、显影、刻蚀等工艺将所需要的微细图形从掩模板转移到待加工基片上的图形转移介质。其中曝光是通过紫外光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射，使光刻胶的溶解度发生变化。 光刻胶主要用于微电子领域的精细线路图形加工，是微制造领域最为关键的材料之一，自1959年被发明以来，光刻胶就成为半导体工业的核心工艺材料，随后被改进运用到印制电路板的制造工艺，成为PCB生产的重要材料；二十世纪九十年代，光刻胶又被运用到LCD器件的加工制作，对LCD面板的大尺寸化、高精细化、彩色化起到了重要的推动作用；近年来，光刻胶成为了决定半导体芯片制程水平的关键原材料。 图1：光刻工艺中光刻胶及各类电子专用化学品使用场景 光刻胶行业具有上下游关联程度高、技术密集度高的特点，未来市场潜力较大。 光刻胶行业产业链上游为原材料、光刻胶单体与生产与检测设备，其中原材料包括成膜树脂、光引发剂等。生产与检测设备包括涂胶显影机、光学步进机等;中游为光刻胶的生产流程及应用分类，下游为应用场景与应用领域，应用场景包括彩色滤光片、晶圆制造等，此外，光刻胶的应用领域还包括消费电子、LCD面板、PCB、航空航天等领域。整个产业链上下游协同发展，共同促进产品性能提升。 图2：光刻胶行业具有上下游关联程度高的特点 光刻胶按应用领域分类可分为PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶三大类。光刻胶的分类光刻胶按化学反应机理可分为正性、负性两大类，涂层曝光并显影后，曝光部分被溶解，未曝光部分留下来，为正性光刻胶，反之则是负性光刻胶。 图3：光刻胶按应用领域可分为PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶 化学反应机理分类 光刻胶作为一种感光材料，在光线照射下会发生变化，是微电子技术中精细图形处理的重要环节，在电子信息、航空科技等行业得到广泛的应用。 （1）正性胶：一种在曝光前对某些有机溶剂不可溶，但在曝光后变为可溶的胶。当使用正性胶进行光刻时，在衬底表面将得到与光刻掩模版遮光图案完全相同的图形。 （2）负性胶：在曝光后，与掩腰版一样的图形被紫外光曝光后的区域经历了一种化学反应，在显影液中软化井可溶解在显影液中。曝光的负性光刻胶区域将在显影液中除去，而不透明的掩膜版下的没有被曝光的光刻胶仍留在硅片上。正性光刻胶与负性光刻胶相比具有更高的对比度、抗刻蚀比与热稳定性，性质更稳定，更适合微电子领域的应用。 图4：光刻胶按照化学反应机理分为正/负性胶 光刻胶按应用领域分类 （1）半导体光刻胶 根据曝光波长的不同，半导体光刻胶可分为G线、I线、KrF、ArF和EUV五种类型。光刻胶曝光波长越短，则加工分辨率越高，能够形成更小尺寸和更精细的图案。随着集成电路制造技术的不断进步和器件特征尺寸的不断缩小，目前最先进的光刻胶曝光波长已经达到了极紫外光波长范围，如EUV(13.5nm)。 G/I线光刻胶：G/I线光刻胶属于第一和第二代光刻胶技术，多数适用于6寸/8寸和 438nm / 365nm 波长光源，目前成熟应用于汽车电子、MEMS等领域。 KrF光刻胶：KrF准分子激光器可发射波长为 248nm 的光波，主要应用于逻辑电路和3DNAND堆叠架构中。随着堆叠层数的增加，使用量将大幅提升。 ArF光刻胶：ArF准分子激光器可发射波长为 193nm 的光波，其中ArF干法光刻利用ArF光源进行光刻的工艺，光刻透镜与光刻胶之间是空气，光刻胶直接吸收ArF光源发出的紫外辐射并发生光化学反应；ArF湿法光刻利用ArF光源进行光刻的工艺，光刻机镜头与光刻胶之间的介质是高折射率的液体（如水或其他化合物液体），光刻光源发出辐射通过该液体介质后发生折射，波长变短，进而可以提高光刻分辨率，ArF湿法光刻常用于更先进的技术节点，如20- 45nm 。 EUV光刻胶：EUV是最新第五代技术，可以应用于 7nm 以下集成电路。主要用于先进的逻辑芯片和存储DRAM芯片制造。随着先进制成工序数量的增加，使用量将快速提升。 图5：半导体光刻胶可分为g线、i线、KrF、ArF和EUV五种类型 半导体光刻胶在半导体制造中的工艺环节发挥重要作用。其中包括在品四上覆盖新的硅层或者其他材料层，用未曝光的光刻胶覆盖品圆，在光刻系统中使用光线在光刻胶上制作图案，将芯片图案通过掩模留在晶圆上，使用化学品或其他方法去除未受晶圆抗蚀剂保护的材料，通过离子注入改变半导体材料的物理或化学性质，移除光刻胶，完成光刻环节。目前，在半导体光刻工艺中，曝光光源从 436nm 的汞灯G线可见光发展到 365nm 的汞灯i线中的紫外光，再到 248nm 的氟化氪(KrF)及193 nm的氧化氩(ArF)准分子激光，目前发展到 13.5nm 的极紫外辐射(EUV)，曝光光源波长不断缩短，光刻技术分辨率不断提升。 图6：半导体光刻工艺与曝光光源波长关系 （1）PCB/LCD PCB光刻胶：印制电路板制造过程的关键材料，主要分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶和阻焊油墨。其中，干膜光刻胶被广泛应用在PCB制造过程中。在加热加压的条件下将干膜光刻胶压合在覆铜板上，通过曝光、显影将底片(掩膜板或阴图底版)上的电路图形复制到干膜光刻胶上再利用干膜光刻胶的抗蚀刻性能，对覆铜板进行蚀刻加工，最终形成印制电路板的精细铜线路。 图7：PCB制造过程中干膜光刻胶的应用 LCD光刻胶：平板显示行业中使用的一种光刻胶，一种对光敏感的混合液体，是微电子技术中微细图形加工的关键材料。它由光引发剂(光增感剂、光致产酸剂)、光刻胶树脂、溶材料剂、单体(活性稀释剂)和其他助剂组成。主要分为彩色及黑色光刻胶、LCD触摸屏用光刻胶、TFT-LCD正性光刻胶等。LCD光刻胶主要用于波晶显示器的生产过程中，用于制造液晶显示器的透明电极和非透明电极。 图8：LCD彩色光刻胶的应用流程 1.2、原材料：半导体光刻胶原材料性能要求高，技术难度大，依赖进口 光刻胶是由树脂、光引发剂、添加剂和溶剂四种主要成分组成的对光敏感的混合液体。在半导体光刻工艺中，用作抗腐蚀涂层材料。半导体材料在表面加工时，若采用适当的有选择性的光刻胶，可在表面上得到所需的图像。光刻胶主要应用于显示面板、集成电路和半导体分立器件等细微图形加工作业。光刻胶生产技术较为复杂，品种规格较多，在电子工业集成电路的制造中，对所使用光刻胶有着较为严格的要求。 在原材料成本结构中树脂成本占比最大。根据智研咨询数据，从成本结构来看，光刻胶树脂成本占比接近50%，其次添加剂（单体）成本占比约为35%，光引发剂及其他助剂成本占比15%。 表1：光刻胶是由树脂、光引发剂、添加剂和溶剂四种主要成分组成的对光敏感的混合液体 光刻胶树脂 光刻胶树脂是光刻胶的主要成分之一，是由成膜树脂等构成。成膜树脂用于将光刻胶中不同材料聚合在一起，构成光刻胶的骨架，决定光刻胶的硬度、柔韧性、附着力等基本属性。 光刻胶树脂是高分子聚合物，具有高分子的一些物理特性，如成膜特性、Tg（玻璃化温度）。光刻胶的树脂也有一定的化学特点，它必须可以与在光照下光致产酸剂产生的酸反应，或发生脱保护（化学放大型光刻胶），或与其他组分结合(传统G/I线光刻胶)，或发生交联(负胶），从而发生在显影液中溶解度的变化。以化学放大型光刻胶为例，树脂上有一个控制其在显影液中溶解的开关——不溶性悬挂基团，这个开关关闭时，树脂不在显影液中溶解；而在曝光过程中，光酸分解出的酸与不溶性悬挂基团反应，相当于把开关打开，使树脂能够在显影液中溶解，实现图形的转移。 晶圆上能够成功显现出刻画的图案，“开关”都在树脂上，可以说树脂是光刻胶的骨架，也是最核心的成分，因此光刻胶树脂对光刻胶的性能而言至关重要。树脂的结构设计涉及单体的种类和比例，会直接决定光刻胶在特定波长下可以达到的线宽（CD），也会影响ADR（碱溶解速率）的特性，从而决定曝光能量（EOP）等因素，甚至其他的性能，如EL（能量窗口），LWR (线宽边缘粗糙度）等等。此外，树脂的分子量、PDI（分散度）等也会影响光刻胶的胶膜厚度、耐刻蚀性、附着力等，即树脂的质量决定了光刻“成画”的水平，而树脂质量的稳定性决定了每一幅画的水平是否稳定。 G/I光刻胶：G线光刻胶用环化橡胶树脂；I线光刻胶用酚醛树脂，单体为甲基酚和甲醛，这个酚醛树脂需要是线性的酚醛树脂，国产化程度很低，主要是依赖进口。 KrF光刻胶：KrF光刻胶用聚对羟基苯乙烯类树脂，单体为对羟基苯乙烯的衍生物单体，此类树脂目前基本也是依赖进口，原因一是生产树脂需要的单体国内很少厂家供应，原因二是树脂的生产工艺也有一定的难度，特别是后处理的工艺。 ArF光刻胶：ArF用聚甲基丙烯酸酯类树脂，单体为甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯的衍生物单体，ArF的树脂由几