中國光刻膠行業報告

一、概述

1、簡介及工作原理

光刻膠(又稱光致抗蝕劑)，是指通過紫外光、準分子激光、電子束、離子束、x射線等光源的照射或輻射，其溶解度發生變化的耐蝕刻材料。光刻膠具有光化學敏感性，其經過曝光、顯影、刻蝕等工藝，可以將設計好的微細圖形從掩膜版轉移到待加工基片。因此光刻膠微細加工技術中的關鍵性化工材料，被廣泛應用於光電信息產業的微細圖形線路的加工製作。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、單體和其他助劑等。

2、光刻膠的分類

市場上，光刻膠產品依據不同標準，可以進行分類。依照化學反應和顯影原理分類，光刻膠可以分為正性光刻膠和負性光刻膠。使用正性光刻膠工藝，形成的圖形與掩膜版相同；使用負性光刻膠工藝，形成的圖形與掩膜版相反。

按照感光樹脂的化學結構分類，光刻膠可以分為①光聚合型，採用烯類單體，在光作用下生成自由基，進一步引發單體聚合，最後生成聚合物，具有形成正像的特點；②光分解型，採用含有疊氮醌類化合物的材料，其經光照後,發生光分解反應，可以製成正性膠；③光交聯型，採用聚乙烯醇月桂酸酯等作為光敏材料，在光的作用下，形成一種不溶性的網狀結構，而起到抗蝕作用，可以製成負性光刻膠。

按照曝光波長分類，光刻膠可分為紫外光刻膠（300~450nm）、深紫外光刻膠（160~280nm）、極紫外光刻膠（EUV，13.5nm）、電子束光刻膠、離子束光刻膠、X射線光刻膠等。不同曝光波長的光刻膠，其適用的光刻極限分辨率不同，通常來說，在使用工藝方法一致的情況下，波長越小，加工分辨率越佳。

3、光刻膠的應用

1975年，美國的國際半導體設備與材料協會首先為微電子工業配套的超淨高純化學品制定了國際統一標準——SEMI標準。1978年，德國的伊默克公司也制定了MOS標準。兩種標準對超淨高純化學品中金屬雜質和(塵埃)微粒的要求各有側重，分別適用於不同級別IC的製作要求。其中，SEMI標準更早取得世界範圍內的普遍認可。

3.1 印刷電路板領域應用

光刻膠廣泛應用於印刷電路板的設計與加工中。PCB光刻膠主要包括幹膜光刻膠、溼膜光刻膠和光成像阻焊油墨。自2006年，我國成為PCB的最大生產國和最大使用國。PCB光刻膠技術壁壘較低，但是我國PCB光刻膠的自給率仍僅佔10%左右。

3.2平面顯示器領域應用

平板顯示器領域，TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示器）是市場的主流，彩色濾光片是TFT-LCD實現彩色顯示的關鍵器件，佔面板成本的15%左右；彩色光刻膠和黑色光刻膠是製備彩色濾光片的核心材料，佔彩色濾光片成本的27%左右。TFT-LCD用光刻膠技術壁壘較高，市場基本被如JSR、住友化學、三菱化學等日韓公司佔領，佔有率可達90%。

3.3半導體領域應用

光刻膠應用於半導體產業鏈中的晶圓加工過程。隨著市場對半導體產品小型化、功能多樣化的要求，半導體用光刻膠需要不斷通過縮短曝光波長提高極限分辨率，從而達到集成電路更高密度的集積。

4、光刻加工分辨率與光刻膠

現代微電子(集成電路)工業按照摩爾定律在不斷髮展，芯片的特徵尺寸每3年縮小√2倍。柵極的寬度為典型的特徵尺寸，圖中的晶體管結構中，電流從Source(源極)流入Drain(漏級)，Gate(柵極)相當於閘門，主要負責控制兩端源極和漏級的通斷。電流會損耗，而柵極的寬度則決定了電流通過時的損耗，表現出來就是手機常見的發熱和功耗，寬度越窄，功耗越低。而柵極的最小寬度(柵長)，就是XXnm工藝中的數值。三星、intel、臺積電等公司先後在22nm、16nm、14nm工藝上發力，佈局10nm以下工藝。

晶體結構與特徵尺寸

光刻加工分辨率直接關係到芯片特徵尺寸大小，而光刻膠的性能關係到光刻分辨率的大小。限制光刻分辨率的是光的干涉和衍射效應。光刻分辨率與曝光波長、數值孔徑和工藝係數相關。

光刻膠的曝光波長由寬譜紫外向g線(436nm)→i線(365nm)→KrF(248nm)→ArF(193nm)→EUV(13.5nm)的方向移動。隨著曝光波長的縮短，光刻膠所能達到的極限分辨率不斷提高，光刻得到的線路圖案精密度更佳，而對應的光刻膠的價格也更高。

光刻光路的設計，有利於進一步提升數值孔徑，隨著技術的發展，數值孔徑由0.35發展到大於1。相關技術的發展也對光刻膠及其配套產品的性能要求變得愈發嚴格。

工藝係數從0.8變到0.4，其數值與光刻膠的產品質量有關。結合雙掩膜和雙刻飾等技術，現有光刻技術使得我們能夠用193nm的激光完成10nm工藝的光刻。

雙掩膜技術示意圖

為了實現7nm、5nm製程，傳統光刻技術遇到瓶頸，EUV(13.5nm)光刻技術呼之欲出，臺積電、三星也在相關領域進行佈局。EUV光刻光路基於反射設計，不同於上一代的折射，其所需光刻膠主要以無機光刻膠為主，如金屬氧化物光刻膠。上游的國外大型化工公司早已佈局了EUV光刻膠產業，而我國在這一領域仍未空白。

EUV光刻示意圖

二、產業鏈及市場容量

1、光刻膠產業鏈

光刻膠產業鏈覆蓋範圍廣，從上游的基礎化工材料行業、精細化學品行業，到下游電子加工商、各電子器產品應用終端；各行業分工明確，環環相扣，聯繫緊密。由於上游產品對最終下游企業的產品性能具有重大影響，下游行業企業對公司產品的質量和供貨能力十分重視，常採用認證採購的模式。考慮到採購成本和認證成本，上游供應商和下游採購商通常會形成比較穩固的合作模式，新的供應商加入供應鏈比較困難。

我國化工產品原料品種齊全，可以為光刻膠產業提供充足和價格低廉的基礎原料供給，但是由於資金和技術的差距，生產光刻膠的原料如引發劑、增感光刻膠樹脂等被外資壟斷導致光刻膠自給能力不足。當下電子產業鏈已經主要被日本、韓國、臺灣地區的大公司控制，我國電子化學品供應商要突破現有的產業格局需要在研發、市場開拓方面付出巨大的努力。

光刻膠產業鏈

2、光刻膠市場規模與發展趨勢

全球光刻膠市場擴增，對光刻膠的總需求不斷提升。據估計，2015年國際光刻膠市場達73.6億美元，其中PCB光刻膠佔比24.5%，LCD光刻膠佔26.6%，半導體光刻膠佔比24.1%。2010年到2015年期間，國際光刻膠市場年複合增長率約為5.8%；據中國產業信息網數據，2015年，PCB光刻膠、LCD光刻膠和半導體光刻膠的國際市場增速均在5%左右。在下游產業的帶動下，江瀚諮詢預計國際光刻膠市場規模在2022年可能突破100億美元。

2015年全球光刻膠應用品類分佈

2007-2015年我國光刻膠產量和需求量（單位：萬噸）

我國光刻膠市場規模2015年已達51.7億元，同比增長11%，高於國際市場增速，但全球佔比仍不足15%，發展空間巨大。2015年我國光刻膠產量為9.75萬噸，而需求量為10.12萬噸，依照需求量及產量增速預計，未來仍將保持供不應求的局面。據智研諮詢估計，得益於我國平面顯示和半導體產業的發展，我國光刻膠市場需求，在2022年可能突破27.2萬噸。在光刻膠生產種類上，我國光刻膠廠商主要生產PCB光刻膠，而LCD光刻膠和半導體光刻膠生產規模較小，相關光刻膠主要依賴進口。放眼國際市場，光刻膠也主要被日本合成橡膠（JSR）、東京應化（TOK）、住友化學、美國杜邦、德國巴斯夫等化工寡頭壟斷。

全球光刻膠市場份額

3、下游產業發展趨勢及需求

3.1 半導體及集成電路保持增長，國產半導體光刻膠成長空間巨大

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。光刻工藝的成本約為整個芯片製造工藝的35%，並且耗費時間約佔整個芯片工藝的40%到50%。光刻膠材料約佔IC製造材料總成本的4%，市場巨大。因此光刻膠是半導體集成電路製造的核心材料。

中國半導體產業穩定增長，全球半導體產業向中國轉移。據WSTS和SIA統計數據，2016年中國半導體市場規模為1659.0億美元，增速達9.2%，大於全球增長速度（1.1%）。2016年中國半導體制造用光刻膠市場規模為19.55億元，其配套材料市場規模為20.24億元。預計2017和2018年半導體制造用光刻膠市場規模將分別達到19.76億元和23.15億元，其配套材料市場規模將分別達到22.64億元和29.36億元。在28nm生產線產能尚未得到釋放之前，ArF光刻膠仍是市場主流半導體應用廣泛，需求增長持續性強。近些年來，全球半導體廠商在中國大陸投設多家工廠，如臺積電南京廠、聯電廈門廠、英特爾大連廠、三星電子西安廠、力晶合肥廠等。諸多半導體工廠的設立，也拉動了國內半導體光刻膠市場需求增長。

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%。預計2017和2018年全球半導體用光刻膠市場將分別達到15.3億美元和15.7億美元。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及其它先進光刻膠的需求量將快速增加。

全球半導體用光刻膠市場現狀及預測（億美元）

3.2 LCD面板產能增加，拉動國內LCD光刻膠增長

全球LCD面板總出貨面積增長，LCD光刻膠需求增加。據WitsView數據，雖然近三年國際LCD廠商面板出貨量有所下降，但是由於大屏顯示的市場擴增，LCD整體出貨面積變大，2016年出貨總面積達到1.7億平方米，同比增長4.6%。隨著LCD出貨面積的持續增長，中國產業信息網預測，未來幾年全球LCD光刻膠的需求量增長速度為4%~6%。隨著國內廠商佔據LCD市場比重越來越大，國內LCD光刻膠需求也會持續增長。

3.3 PCB產業穩定，光刻膠剛需強勁

PCB被譽為"電子產品之母"，廣泛應用於各個電子終端。2016年，全球PCB市場規模達542.1億美元。國外研究機構預測，PCB市場年複合增長率可達3%，到2020年，PCB全球市場規模將達到610億美元；中國在2020年PCB產值有望達到311億美元，在2015-2020年期間，年複合增長率略高於國際市場，為3.5%。得益於PCB行業發展剛需，我國PCB光刻膠需求空間巨大。