湿膜显影液(半导体光刻胶行业分析：适逢其会，龙头崛起)

Posted 2023-06-01

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湿膜显影液(半导体光刻胶行业分析：适逢其会，龙头崛起)

（报告出品方/作者：长江证券，马太）

光刻胶是发展半导体行业不可或缺的产品

组成结构复杂，性能要求高

组成结构复杂，产品壁垒高企。光刻胶(photoresist)又称光致抗蚀剂，是指通过紫外光、电子束、离子束、X 射线等的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料，主要由光刻胶树脂、增感剂（光引发剂+光增感剂+光致产酸剂）、单体、溶剂和其他助剂组成。由于应用场景颇多，不同用途的光刻胶在曝光光源、制造工艺、成膜特性等性能要求不同，对材料的溶解性、耐蚀刻性和感光性能等要求不同，不同原料的占比会有很大幅度变化，其中光刻胶树脂是光刻胶主要成分，成本占比达到 50%。光刻胶为集成电路中极为重要的材料，作为图形媒介物质，用于芯片制造的光刻环节，是必不可缺的关键材料。

正性和负性光刻胶由于曝光反应存在差异：正性光刻胶在曝光后，曝光部分会溶于显影液，未曝光部分显影后会留存，正性光刻胶分辨率对比度高，更适用于小型图形，也因此高端光刻胶以正性为主。负性光刻胶则相反，曝光后曝光部分形成交联结构，硬化并留存在基底形成图形，未曝光部分将溶解。负性光刻胶拥有更好的粘滞性和抗蚀性，因其具有更好感光性所以添加的感光剂更少，成本更低，也更适用于低成本低价质量的芯片。半导体光刻胶市场中正性胶占比为绝大多数，负性胶占比极低。

光刻胶按应用领域分为 PCB、面板和半导体光刻胶。PCB 光刻胶主要分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶和阻焊油墨；面板光刻胶主要分为 TFT-LCD 正性光刻胶、彩色&黑色负性光刻胶; 半导体集成电路制造行业主要使用 G/I 线光刻胶、KrF 光刻胶、ArF 光刻胶和 EUV 光刻胶等。根据 Cision, 2019 年全球光刻胶市场规模约 91 亿美元，至 2022 年市场规模将超过 105 亿美元，年化增长率约 5%，其中，面板光刻胶，PCB 光刻胶和半导体光刻胶的应用占比分别为 27.8%、23.0%和 21.9%。

半导体光刻胶将成为光刻胶市场主要增长因素。在下游 PCB 和面板二者复合增速缓慢的情况下，半导体光刻胶将在半导体市场的快速增长下，叠加其单位价值量相较于 PCB 光刻胶和面板光刻胶更高的特性，有望成为全球光刻胶市场增长的主要因素。随着 IC 制程的不断提高，为了满足集成电路对电路密度和集成水平更高要求，光刻胶通过不断缩短曝光波长，不断提升图形的分辨率。经过几十年的研发，按照曝光波长，目前光刻胶的波长由紫外宽谱逐步至 G 线（436nm）、I 线（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）（KrF 和 ArF 合计称为 DUV 光刻胶）、以及最先进的 EUV (<13.5nm) 水平。

半导体光刻胶存差异，应用于不同芯片制程。随着曝光波长缩短，光刻胶达到的极限分辨率不断提高，得到的精密度更佳。目前市场上能得到分辨率最高的是 EUV 光刻胶，用于 14nm 以下先进制程，由于整体较高的壁垒，仅 G/I 线有少量国产份额，KrF 和 ArF 国产化率极低，EUV 方面仅荷兰的 ASML 能制造 EUV 光刻机，国内尚无企业拥有先进制程芯片产能，因此国内并没有 EUV 光刻胶市场，目前国内市场大多集中在 G 线/I 线 KrF/ArF 等用于 28nm 以上成熟制程的半导体光刻胶。

半导体光刻胶并不完全仅用于其对应电路尺寸。以 KrF 胶为例，虽然其对应的最精细工艺范围为 0.13-0.35μm，但是 KrF 胶仍然可以用于 0.13μm 以下节点，包括 28nm，原因在于 28nm 制程的芯片并不是每处都达到了精细度极限，由于 ArF 胶价格是 KrF 胶的几倍，下游客户出于节省成本目的，在芯片精细度较低的区域仍将使用用于低制程的光刻胶，也因此 KrF 胶成为全种类半导体光刻胶中，消耗量极高的胶种类，肩负起承上启下的作用。

终端市场蓬勃发展，光刻胶需求快速增长

终端需求强劲，带动半导体光刻胶需求增长。根据 IC Insights，在 2021 年经济从 2020 年爆发的新冠疫情危机中反弹后，全球半导体营收增长 25%，预计 2022 年半导体总销售额将持续增长并达到创纪录的 6806 亿美元，其中光电、传感器、执行器和分立器件（统称 OSD 设备）将达到创纪录的 1155 亿美元。半导体产品销售的强势增长，为半导体材料市场提供厚实基础，作为耗材，其每年的需求量整体稳步上升。SMIC 的招股说明书中，光阻（光刻胶及配套试剂）成本占比在所有原材料中占第二大，为 14.4%，处在较高地位。因此综合整体半导体材料端的需求增长及光刻胶自身在材料中极高的地位，未来光刻胶市场需求也将不断稳定扩大。

晶圆制造产能扩张，光刻胶需求高增长

半导体光刻胶作为关键材料，晶圆厂产能变化预示光刻胶需求变化。SMIC 的 8 寸晶圆出货量与我国整体半导体材料销售额呈现高度正相关，因此晶圆产能的扩张节奏，可以作为整个半导体材料的景气度风向标。

我国在世界晶圆产能占比逐步提高，半导体光刻胶需求随之提升。未来随着我国积极推动芯片自主化政策，晶圆厂产能大幅提升，2010、2019 年分别超越欧洲、北美，2020 年接近日本，月产能约 318.4 万片（折合 8 寸晶圆），全球市占率约 15.3%，排名全球第四。此外，2020~2025 年间受惠当地业者不断投资，以及三星、SK 海力士等内存大厂进驻，中国大陆晶圆厂月产能将持续增加，预计将增加 3.7 个百分点，达到世界占比接近 20%，有望升至全球第二。

大晶圆消耗更多光刻胶。未来中国大陆规划的晶圆厂产能以 12 寸晶圆为主，预计国内芯片巨头 SMIC 以及其子公司中芯北方、中芯南方 12 英寸晶圆产能总计可达每月 9.6 万片。除 SMIC 外，产能规模前三名厂商分别是 SK 海力士、华虹和三星电子。截至 2020 年 5 月，SK 海力士 12 英寸晶圆总计产能可达 17.0 万片/月，华虹 12 英寸晶圆总计产能可达 11.8 万片/ 月，三星电子 12 英寸晶圆产能总计可达 10.0 万片/月。当前我国境内晶圆工厂 12 英寸晶圆已投产能在 86 万片/月以上，在建产能达 26 万片/月以上，更多的大尺寸晶圆厂将带来额外的光刻胶消耗量。（报告来源：未来智库）

制程整体提高提升光刻胶单位价值量

新增晶圆厂将极大提升 KrF 和 ArF 光刻胶需求量。根据 Gartner 预测，预计 2022 年 20nm 及以下占比 12%, 28nm 至 90nm 占比 41%，0.13μm 及以上的微米级制程占比 47%。目前，90nm 以下主要使用 12 寸晶圆，90nm 以上使用 8 寸或更小尺寸晶圆。由于 KrF 和 ArF 胶主要应用于 0.35μm 以下，应用晶圆为 8 寸或 12 寸，随着未来我国整体晶圆新增产能集中在 12 寸线，相比于 g/i 线价值量更高的 KrF 和 ArF 光刻胶将成为未来我国光刻胶需求增长的绝对主流。

未来我国半导体光刻胶市场 KrF 和 ArF 胶的占比将继续提升。根据 Trend Bank 数据， 2020 年我国 ArF 和 KrF 胶占比分别为 44.0%和 37.0%，占比最高，预计 2021 年我国半导体光刻胶规模达到 29.0 亿元。由于我国在建的晶圆产能基本为 8 寸和 12 寸产能， ArF 和 KrF 胶的占比将会持续增高。

未来我国半导体光刻胶增速将远超世界增速。由于世界新增晶圆产能大部分在中国大陆，光刻胶需求也将随之增长。根据 Techcet 预测，2021 年全球半导体光刻胶市场规模约 19 亿美元，预计到 2025 年超过 24 亿美元，年化增长率为 6%以上。根据 Trend Bank, 我国 2021 年半导体光刻胶市场预计 29.0 亿元。中国作为未来全球晶圆产能增长的主力军，当前到 2025 年在建和计划 8 寸和 12 寸晶圆产能总共达到 84 万/片，增幅为当前的 60%，结合到 2021-2025 年五年时间完全达产，给予平均每年 12%作为我国半导体光刻胶中性复合增速；由于我国的芯片产能结构将整体提高，2020 年 KrF 和 ArF 的占比分别为 37.0%和 44.0%，给予二者未来更大的占比假设，KrF 胶占比 40.0%，ArF 胶占比 45.0%。综上情况和假设判断到 2025 年，我国半导体光刻胶市场规模将保守在 40 亿元，乐观 50 亿元以上。

光刻胶发展迎来国产化机遇期

两大壁垒：研发和客户

客户壁垒极高，客户导入新供应商意愿不高，过程繁琐，耗时长。企业在研发成功后需要不断进行送样、问题反馈和技术改进等循环过程，此过程多达 50 次以上，完成整个客户导入过程也因此需要 2-3年时间。光刻胶厂商购买原材料后通过调配进行光刻验证，得到大致实验结果后再进行微调，不断重复实验过程以达到客户要求的性能数据，并适配客户的产线，也因此光刻胶企业与客户产生的粘性较高，客户不愿意花费时间导入其它供应商。而为了加速验证过程及拥有自我验证能力，部分光刻胶企业选择自购光刻机。光刻机购置成本极高，并且开机成本几乎与购置成本相同，由于光刻机本身无法对光刻胶企业带来任何利润，由此带来的资金成本投入也是极高的。

日本企业垄断，头部聚集效应明显

整个行业呈现出集中度较高的现状。纵观全球半导体光刻胶供给端，除美国陶氏化学以外，其余头部半导体光刻胶企业均为日本企业，并且技术要求越高的光刻胶头部聚集效应越明显。

海外企业垄断光刻胶原料，国内企业逐步崛起。目前大部分原材料均为国外进口，原材料企业日本占到 47%，尽管中国的原材料企业位列全球第二，但大部分目前处于研发和布局阶段，成熟材料供应企业均来自日本和美国。中国企业如万润股份、圣泉集团、强力新材等在原材料树脂、感光剂等方面均有国产突破，但大部分仍属于低端产能或者高端产量极为有限，爬坡较为缓慢。

回溯日本光刻胶发展史：产业协同发展与半导体产业转移共同助力

日本光刻胶产业链的蓬勃发展归因于以下几点：

半导体产业在上世纪向日本迁移。光刻胶起源于美国，柯达为光刻胶工业的开创者，光刻胶跟随摩尔定律不断演进。上个世纪由于美国企业意识到其生产效率不高，人员成本高，开始逐渐将人员设备密集型产业向外迁移，采取委外代工的方式，留下技术密集型的设计产业在美国。

日本企业在关键结点完成研发突破。IBM 在 1980s 早期就突破了 KrF 光刻胶，并在 1980s 早期至 1995 年的十余年时间一直保持垄断地位。但在此期间，KrF 光刻胶的市场增速缓慢，并未大规模放量，我们认为主要由于 1980s-1995 年，半导体工艺节点主要集中在 1.5μm-0.35μm，这一范围的工艺可以用 I 线光刻胶实现，从而使 KrF 光刻胶成为了“早产儿”，半导体工业的发展尚未到达需要 KrF 光刻胶大规模放量的时代。1995 年日本东京应化（TOK）成功突破了高分辨率 KrF 正性光刻胶 TDUR-P007/009 并实现了商业化销售，打破了 IBM 对于 KrF 光刻胶的垄断，而与此同时，半导体工艺节点发展到了 0.25-0.35μm，逼近了 I 线（365nm 波长，已经与特征尺寸 0.35μm 接近）光刻的极限。光刻机市场也由此前美国厂商主导逐步演变为佳能、尼康为龙头的时代。天时地利俱备的情况下，日本 KrF 光刻胶迅速放量占据市场，光刻胶市场也正式进入了日本厂商的霸主时代。

日本光刻胶产业已形成高度分工协作的产业集群。上个世纪以来，围绕光刻胶及其上游树脂、光引发剂、溶剂&单体各领域，涌现一批大中小企业。经过长期技术积累或兼并收购，光刻胶企业与上游共同建立起技术壁垒，形成寡头竞争格局，并和下游制造公司形成稳定合作关系。由于光刻胶本身的产品性质技术高壁垒、客户导入周期长，这样的行业性质特点意味行业内竞争厮杀无意义，产业链抱团互相合作才是长久发展之计。因此下游应用厂商扶持上游光刻胶成品企业共同进步，甚至下游领域企业包括英特尔、三星参与投资 3100 万美元至上游光刻胶龙头 JSR 子公司 Inpria 研发 EUV 光刻胶，长期来看日本光刻胶企业建立了非常高的产业地位。

目前我国正在经历第三次半导体产业转移。上海微电子已经成功研发 90nm 极紫外线光刻机，因此我国的半导体光刻胶也迎来一次良好的配合发展窗口。同时，国家大基金一期总额约 1047.14 亿元，已于 2019 年结束，进入回收期，目前二期基金投资正在进行中，预计投资超过 2000 亿元。一期投资总共撬动社会投资约 6500 亿元，预期二期投资将撬动社会投资超过 10000 亿元进入半导体行业，并且投资领域重心将逐渐向一期忽视的设备以及材料方面转移。

海外龙头断供提供国产替代良机

日本信越化学光刻胶断供产生供给缺口，为国产企业导入提供机会。由于 2021 年日本福岛地震事件，信越化学光刻胶工厂暂停生产，引发新合约涨价事件。受地震影响，信越化学 KrF 光刻胶产线受到很大程度的破坏，2021 年 2 月至今尚未完全恢复生产，虽然东京应化（TOK）填补了信越化学海外大部分缺失的 KrF 光刻胶产能，但目前仍存在不小的缺口。另外，除了台积电、三星、英特尔、联电等晶圆厂积极扩产外，SMIC、华虹宏力、广州粤芯等多家本土晶圆厂积极扩产和产能释放，这也就导致国内光刻胶需求量激增，供应不足。2020 年底美国商务部将 SMIC 列入实体清单，对 SMIC 实施出口限制，导致美国陶氏化学无法向 SMIC 供应任何半导体材料，其中包括光刻胶。在国外厂商无法供应的情况下，晶圆厂对导入新半导体材料供应商的要求提升，利好国产光刻胶产业。

原材料“掐脖子”对企业正常生产有潜在威胁。2019 年日韩贸易战中，日本对韩国半导体材料断供，由于韩国对日本光刻胶依赖程度达 84.5%，此举让韩国企业遭受巨大损失。 2019 年三季度，三星电子营业利润从二季度 12.8 万亿韩元，下降至 7.7 万亿韩元，环比下降 39.8%；SK 海力士营业利润从 6316 亿韩元，下降至 4100 亿韩元，环比下降 35.1%。我国光刻胶对外依赖程度更为明显，半导体光刻胶目前国产化率仅 5%，因此我国存在极大的供应链政策风险。

我国光刻胶企业大部分供给 G/I 线光刻胶，仅彤程新材实现了 KrF 光刻胶商业化。我国的 G/I 线光刻胶已处于成熟量产阶段，各企业仍处于扩张 KrF 胶种类以及打入客户验证周期，仅产生极少量 KrF 胶收入。由于口径不同原因，晶瑞电材将辅材并入光刻胶板块收入，其光刻胶纯胶收入基本由 G/I 线贡献。（报告来源：未来智库）

国产光刻胶重点公司分析

彤程新材：收购北京科华和北旭电子，进军光刻胶领域

彤程新材是全球领先的酚醛树脂供应商，光刻胶是酚醛树脂的高端运用领域，公司目前全面实现各种电子级酚醛树脂的量产，橡胶助剂企业和橡胶用酚醛树脂排名中公司排名第一位，2021 年市占率达 26.7%；公司与巴斯夫合作，在上海化工园区落地 10 万吨/ 年可生物降解材料项目（一期），未来满足高端生物可降解制品在购物袋、快递袋、农业地膜方面的应用，目前该项目处于建设阶段。

公司于 2021 年 3 月 26 日完成对北京科华 55.6%股权收购，正式踏入半导体光刻胶领域。公司与 Meng Tech 合计持有科华微电子约 70%股权，与 Meng Tech 公司派出的董事合计占科华微电子董事成员 7 席中的 6 席（其中彤程电子占 4 席，Meng Tech 占 2 席）。北京科华董事长陈昕持有 Meng Tech 股份，与公司合作关系良好，北京科华是唯一被 SEMI 列入全球光刻胶八强的中国光刻胶公司，拥有 KrF（248nm）、g 线、i 线、半导体负胶、封装胶等产品，是中国大陆销售额最高的国产半导体光刻胶公司，是 KrF 光刻胶国家 02 专项的承担单位，是目前国内唯一可以批量供应 KrF 光刻胶给本土 8 寸和 12 寸的晶圆厂客户的企业。

2021 年北京科华营收 1.15 亿元，是国内 KrF 胶业绩最高的公司。目前北京科华已进入国内主力晶圆厂客户，包括 SMIC、长江存储科技、武汉新芯、上海华虹宏力等。公司上海的新工厂预计将于 2022 年 6 月份正式建成，预计将于四季度正式出货，公司光刻胶业绩预计在 2023 年有望迎来新一轮爆发式增长。

完成对北旭电子收购，涉足面板光刻胶业务。北旭电子为国产面板显示光刻胶龙头，其生产的 TFT 正性光刻胶在国内头部面板企业京东方占有 45%以上的份额，目前公司产品已覆盖 TFT-LCD 面板所有层，预计 2021 年全年出货将超过 3000 吨。

彤程电子在上海化工区投资建设年产 1.1 万吨半导体、平板显示用光刻胶及 2 万吨相关试剂生产线预期在 2022 年一季度开始分批完成，同时公司在该园区投资建设电子级酚醛树脂生产线，设计产能 5000 吨，计划年内投产；公司与杜邦在 ArF 光刻胶领域的合作目前正在开展之中。

晶瑞电材：历史最为悠久的国产光刻胶企业

晶瑞电材从事微电子业用超纯化学材料和其他精细化工产品，主要产品包括 G5 级硫酸、氨水和双氧水，电池粘结剂 SBR，EMC 和 NMP 溶剂。公司的光刻胶产品由子公司苏州瑞红生产，其耕耘光刻胶领域 30 余年，产品应用于面板以及半导体领域，公司拥有国际先进水平的光刻胶生产线。

公司在光刻胶领域不断拓宽用户，作为承接 g 线的“02 专项光刻胶项目” 公司，公司已与上海华虹宏力、合肥长鑫、长江存储等形成良好合作关系，公司的紫外负胶、宽谱正胶以及 g 线光刻胶已供应市场数十年，i 线在近年也开始逐渐导入头部芯片公司，KrF 光刻胶完成中试。同时公司与三菱化学在苏州设立 LCD 彩色光刻胶研究所，并于 2019 年批量生产供应。公司购买 ASML 1900Gi ArF 侵入式光刻机，用于研发最高分辨率 28nm 的光刻胶；公司发行可转债，将募集 3.13 亿元用于高端光刻胶研发项目，以实现批量 ArF 光刻胶为目的，相关技术指标满足 90-28nm 工艺。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站