漲知識丨一文了解100億美元市場規(guī)模的光刻膠行業(yè)
受益于半導體、顯示面板、PCB產(chǎn)業(yè)東移的趨勢，2019年中國光刻膠市場本土企業(yè)銷售規(guī)模約70億元，全球占比約10%，發(fā)展空間巨大。
光刻膠又稱光致抗蝕劑，是一種對光敏感的混合液體。其組成部分包括：光引發(fā)劑（包括光增感劑、光致產(chǎn)酸劑）、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑。
光刻膠可以通過光化學反應，經(jīng)曝光、顯影等光刻工序?qū)⑺枰奈⒓殘D形從光罩（掩模版）轉(zhuǎn)移到待加工基片上。依據(jù)使用場景，這里的待加工基片可以是集成電路材料、顯示面板材料或者印刷電路板。
（全球光刻膠市場結(jié)構(gòu)）
智研咨詢的數(shù)據(jù)還顯示，受益于半導體、顯示面板、PCB產(chǎn)業(yè)東移的趨勢，2019年中國光刻膠市場本土企業(yè)銷售規(guī)模約70億元，全球占比約10%，發(fā)展空間巨大。目前，中國本土光刻膠以PCB用光刻膠為主，平板顯示、半導體用光刻膠供應量占比極低。中國本土光刻膠企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)可以如圖所示。
（中國本土光刻膠企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)）
光刻膠分類
在平板顯示行業(yè)，主要使用的光刻膠有彩色及黑色光刻膠、LCD觸摸屏用光刻膠、TFT-LCD正性光刻膠等。在光刻和蝕刻生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，光刻膠涂覆于晶體薄膜表面，經(jīng)曝光、顯影和蝕刻等工序?qū)⒐庹郑ㄑ谀ぐ妫┥系膱D形轉(zhuǎn)移到薄膜上，形成與掩膜版對應的幾何圖形。
（光刻膠膠涂工藝）
在PCB行業(yè)，主要使用的光刻膠有干膜光刻膠、濕膜光刻膠、感光阻焊油墨等。干膜是用特殊的薄膜貼在處理后的敷銅板上，進行曝光顯影；濕膜和光成像阻焊油墨則是涂布在敷銅板上，待其干燥后進行曝光顯影。干膜與濕膜各有優(yōu)勢，總體來說濕膜光刻膠分辨率高于干膜，價格更低廉，正在對干膜光刻膠的部分市場進行替代。
（液晶屏顯彩色濾光膜制造有賴于彩色光刻膠）
在半導體集成電路制造行業(yè)，主要使用g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠等。在大規(guī)模集成電路的制造過程中，一般要對硅片進行超過十次光刻。在每次的光刻和刻蝕工藝中，光刻膠都要通過預烘、涂膠、前烘、對準、曝光、后烘、顯影和蝕刻等環(huán)節(jié)，將光罩（掩膜版）上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。
（感光阻焊油墨用于 PCB）
光刻膠是集成電路制造的重要材料：光刻膠的質(zhì)量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關(guān)鍵因素。光刻工藝的成本約為整個芯片制造工藝的35%，并且耗費時間約占整個芯片工藝的40%-50%。光刻膠材料約占IC制造材料總成本的4%，市場巨大。因此光刻膠是半導體集成電路制造的核心材料。
（正性光刻膠顯影示意圖）
按顯示效果分類，光刻膠可分為正性光刻膠和負性光刻膠。負性光刻膠顯影時形成的圖形與光罩（掩膜版）相反；正性光刻膠形成的圖形與掩膜版相同。兩者的生產(chǎn)工藝流程基本一致，區(qū)別在于主要原材料不同。
（負性光刻膠顯影示意圖）
按照化學結(jié)構(gòu)分類；光刻膠可以分為光聚合型、光分解型、光交聯(lián)型和化學放大型。
（光刻膠分類總結(jié)）
光刻膠材料制備壁壘高
光刻膠的生產(chǎn)工藝主要過程是將感光材料、樹脂、溶劑等主要原料在恒溫恒濕 1000 級的黃光區(qū)潔凈房進行混合，在氮氣氣體保護下充分攪拌，使其充分混合形成均相液體，經(jīng)過多次過濾，并通過中間過程控制和檢驗，使其達到工藝技術(shù)和質(zhì)量要求，最后做產(chǎn)品檢驗，合格后在氮氣氣體保護下包裝、打標、入庫。整個工藝流程可以如下圖所示：
（光刻膠的生產(chǎn)工藝簡要流程）
光刻膠的技術(shù)壁壘包括配方技術(shù)，質(zhì)量控制技術(shù)和原材料技術(shù)。配方技術(shù)是光刻膠實現(xiàn)功能的核心，質(zhì)量控制技術(shù)能夠保證光刻膠性能的穩(wěn)定性而高品質(zhì)的原材料則是光刻膠性能的基礎。
配方技術(shù)：由于光刻膠的下游用戶是IC芯片和FPD面板制造商，不同的客戶會有不同的應用需求，同一個客戶也有不同的光刻應用需求。一般一塊半導體芯片在制造過程中需要進行10-50道光刻過程，由于基板不同、分辨率要求不同、蝕刻方式不同等，不同的光刻過程對光刻膠的具體要求也不一樣，即使類似的光刻過程，不同的廠商也會有不同的要求。針對以上不同的應用需求，光刻膠的品種非常多，這些差異主要通過調(diào)整光刻膠的配方來實現(xiàn)。因此，通過調(diào)整光刻膠的配方，滿足差異化的應用需求，是光刻膠制造商最核心的技術(shù)。
質(zhì)量控制技術(shù)：由于用戶對光刻膠的穩(wěn)定性、一致性要求高，包括不同批次間的一致性，通常希望對感光靈敏度、膜厚的一致性保持在較高水平，因此，光刻膠生產(chǎn)商不僅僅要配臵齊全的測試儀器，還需要建立一套嚴格的QA體系以保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。
原材料技術(shù)：光刻膠是一種經(jīng)過嚴格設計的復雜、精密的配方產(chǎn)品，由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等不同性質(zhì)的原料，通過不同的排列組合，經(jīng)過復雜、精密的加工工藝而制成。因此，光刻膠原材料的品質(zhì)對光刻膠的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。對于半導體化學化學試劑的純度，際半導體設備和材料組織（SEMI）制定了國際統(tǒng)一標準，如下表中所示。
（SEMI 超凈高純試劑標準）
美國和日本把持的市場
光刻膠行業(yè)具有極高的行業(yè)壁壘，因此在全球范圍其行業(yè)都呈現(xiàn)寡頭壟斷的局面。光刻膠行業(yè)長年被日本和美國專業(yè)公司壟斷。目前前五大廠商就占據(jù)了全球光刻膠市場 87%的份額，行業(yè)集中度高。其中，日本 JSR、東京應化、日本信越與富士電子材料市占率加和達到72%。
并且高分辨率的 KrF 和 ArF 半導體光刻膠核心技術(shù)亦基本被日本和美國企業(yè)所壟斷，產(chǎn)品絕大多數(shù)出自日本和美國公司，如杜邦、JSR 株式會社、信越化學、東京應化工業(yè)、Fujifilm，以及韓國東進等企業(yè)。
整個光刻膠市場格局來看，日本是光刻膠行業(yè)的巨頭聚集地。
（全球光刻膠生產(chǎn)企業(yè)市場份額）
日韓材料摩擦：半導體材料國產(chǎn)化是必然趨勢；2019年7月份，在日韓貿(mào)易爭端的背景下，日本宣布對韓國實施三種半導體產(chǎn)業(yè)材料實施禁運，包含刻蝕氣體，光刻膠和氟聚酰亞胺。韓國是全球存儲器生產(chǎn)基地，顯示屏生產(chǎn)基地，也是全球晶圓代工基地，三星、海力士、東部高科等一大批晶圓代工廠和顯示屏廠都需要日本的半導體材料。這三種材料直接掐斷了韓國存儲器和顯示屏的經(jīng)濟支柱。
在禁運之后，韓國半導體產(chǎn)業(yè)面臨空前危機，一時間，三星半導體，海力士等全球存儲器龍頭都處于時刻停產(chǎn)危機，三星本身的材料存貨只能支撐3個月的生產(chǎn)。三星、海力士高管也是頻頻去日本交涉。同為美國重要盟友的日韓之間尚且如此，尚在發(fā)展初期的中國科技產(chǎn)業(yè)更需要敲響警鐘。
目前中國大陸對于電子材料，特別是光刻膠方面對國外依賴較高。所以在半導體材料方面的國產(chǎn)代替是必然趨勢。
中美貿(mào)易摩擦：光刻膠國產(chǎn)代替是中國半導體產(chǎn)業(yè)的迫切需要；自從中美貿(mào)易摩擦依賴，中國大陸積極布局集成電路產(chǎn)業(yè)。在半導體材料領(lǐng)域，光刻膠作為是集成電路制程技術(shù)進步的“燃料”，是國產(chǎn)代替重要環(huán)節(jié)，也是必將國產(chǎn)化的產(chǎn)品。
光刻是半導制程的核心工藝，對制造出更先進，晶體管密度更大的集成電路起到?jīng)Q定性作用。每一代新的光刻工藝都需要新一代的光刻膠技術(shù)相匹配?，F(xiàn)在，一塊半導體芯片在制造過程中一般需要進行10-50道光刻過程。其中不同的光刻過程對于光刻膠也有不一樣的具體需求。光刻膠若性能不達標會對芯片成品率造成重大影響。
目前中國光刻膠國產(chǎn)化水平嚴重不足，重點技術(shù)差距在半導體光刻膠領(lǐng)域，有 2-3 代差距，隨著下游半導體行業(yè)、LED及平板顯示行業(yè)的快速發(fā)展，未來國內(nèi)光刻膠產(chǎn)品國產(chǎn)化替代空間巨大。當今，中國通過國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金（大基金）撬動全社會資源對半導體產(chǎn)業(yè)進行投資和扶持。
同時，國內(nèi)光刻膠企業(yè)積極抓住中國晶圓制造擴產(chǎn)的百年機遇，發(fā)展光刻膠業(yè)務，力爭早日追上國際先進水平，打進國內(nèi)新建晶圓廠的供應鏈。光刻膠的國產(chǎn)化公關(guān)正在全面展開，在面板屏顯光刻膠領(lǐng)域，中國已經(jīng)出現(xiàn)了一批有競爭力的本土企業(yè)。
（國內(nèi)光刻膠主要生產(chǎn)企業(yè)及國產(chǎn)替代情況）
在半導體和面板光刻膠領(lǐng)域，盡管國產(chǎn)光刻膠距離國際先進水平仍然有差距，但是在政策的支持和自身的不懈努力之下，中國已經(jīng)有一批光刻膠企業(yè)陸續(xù)實現(xiàn)了技術(shù)突破。更多濾芯膠請訪問jbmtpc.com
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