三大壁垒铸就光刻胶的护城河,国产光刻胶的春天何时来到?

电子放大镜 2022-06-06

光刻胶半导体市场壁垒

2760 字丨阅读本文需 7 分钟

2022年,国产半导体光刻胶有望开花结果实现放量。

光刻胶作为制造关键原材料,随着未来汽车、人工智能、国防等领域的快速发展,全球光刻胶市场规模将有望持续增长。

根据Reportlinker数据,全球光刻胶市场预计2019-2026年复合年增长率有望达到6.3%,至2023年突破100亿美金,到2026年超过120亿美元。

产业的快速发展也给国内企业带来了千载难逢的机遇。

三大壁垒

光刻胶壁垒极高,主要体现在三大方面,专利壁垒、客户壁垒、设备壁垒。

首先,光刻胶的选择和光刻胶工艺的研发是一项漫长而复杂的过程,一旦一种光刻工 艺被建立,一般不再改变。

从专利数看,日本美国合计占比超 70%,大陆发展迅速。根据智慧芽 数据,截至2021年9月,全球光刻胶第一大技术来源国为日本,专利 申请量占全球光刻胶专利总申请量的46%;美国则以25%的申请量位列第二。中国则以7%的申请量排在韩国之后。

从趋势上看,中国的光刻胶相关专利申请量正在快速增长,在2020年实现了对日本的反超。2020年,中国光刻胶专利申请量为1.29万项,日本光刻胶专利申请量下降至8982项。

另一方面,光刻胶种类多样,不同类别化学结构、性能有所区别。光刻胶下游不同客户的需求差异明显,即使同一客户的不同应用需求也不一致。这就导致光刻胶的整体生产缺乏统一的工艺,每一类光刻胶使用的原料在化学结构、性能上均有所区别,要求使用不同品质等级的专用化学品。这就迫使制造商需要有能力设计出符合不同需求设计不同配方,并有相应的生产工艺完成生产。这属于行业的核心技术之一,对企业的技术能力要求比较高。

最后,光刻胶生产商需要购致光刻机用于内部配方测试,根据验证结果调整配方。但光刻机设备昂贵,数量有限且供应可能受国外限制,尤其是EUV光刻机目前全球只有ASML能批量供应。

根据 ASML2021年财报,2021年公司共销售287台光刻系统,销售额约136.5 亿欧元,其中42台为EUV光刻系统机,销售额约62.8亿欧元,平均一台1.5 亿欧元。

所有这些因素促使中国大陆光刻胶国产化率极低。

半导体光刻胶需求在增长

2020年Q4,业内开始出现晶圆产能紧缺,进入到2021年,半导体器件乃至终端也出现了缺货的情况。这期间,许多晶圆厂相继铺开了非常规性晶圆产能扩产动作。相应地,对半导体光刻胶的需求也在增加,预估在晶圆厂新增产能陆续达产后,这种需求才能在市场中体现出来。

全球各地区半导体产能份额占比 数据来源:波士顿咨询集团、IC Insights

去年年初,波士顿咨询集团以工厂所在地为基础,统计了2020年全球各地区的半导体产能份额数据,其中中国台湾半导体产能占22%、韩国占21%、美国占12%、中国大陆和日本各占15%。

再看IC Insights 2020年12月统计的全球区域晶圆产能数据(根据工厂归属地来划分):中国大陆占15.3%,日本占15.8%,美国占12.6%,中国台湾占21.4%,韩国占20.4%,欧洲地区占5.7%,其他地区占8.9%。

从工艺节点来看,全球新增晶圆产能主要小于20nm,也包括了小于14nm的先进工艺节点。因美国对中国部分企业的“制裁”和“禁售”,让中国大陆在先进工艺节点上的发展受到一定的限制。不过,CINNO Research首席分析师周华认为,中国大陆市场对成熟工艺的需求依然很大,未来晶圆产能增加会在成熟工艺的占比较高。

对比波士顿咨询集团、IC Insights与Reportlinker的数据,可反映出我国半导体光刻胶无法满足半导体制造的需求,这注定了我国半导体光刻胶主要依赖进口的现状。

国产EUV光刻胶研发开启新征程

对光刻胶有一定了解的人都知道,这种化学材料对芯片制造可以起到决定性作用。不仅能保护衬底基座,还具备抗腐蚀的性能作用。但是光刻胶也是有性能区分的。

根据光源波长的不同,大致分为五种光刻胶品类,分别为G线、I线、KrF、ArF、EUV光刻胶。最顶级的就是EUV光刻胶了,适用于极紫外光源。

台积电,三星要想生产出高端芯片,EUV光刻胶是重中之重。而台积电,三星采购的EUV光刻胶均出自日本。日本掌握全球光刻胶垄断级市场,东京应化、信越化学、JSR等日本厂商长期占据中低端,高端光刻胶市场。

在少数寡头的垄断下,各国想要获得EUV光刻胶,只能与日本厂商做交易。不过这样的情况可能在将来会发生改变,因为中企官宣好消息,也要入局EUV光刻胶了。

这家中企名为上海新阳,在5月22日的业绩说明会上,上海新阳表示现在已经开始对EUV光刻胶展开前期探索性基础研发。具体的研发布局包括EUV 光刻胶的基础理论、形成机理、性能观察、制备方法等。

从上海新阳透露的信息可以得知,国产EUV光刻胶研发开启征程了,尽管还处在前期探索性阶段,但任何技术的突破,产业进步都是从无到有,从有到更好的过程。上海新阳的入局,让国产EUV迈出了关键一步。

EUV看似遥不可及,关键的产业话语权,技术体系都掌握在ASML、东京应化、JSR这些厂商手中。

可实际上,国内在EUV技术领域并非没有探索。具体是怎么样的呢?

上下游企业中的佼佼者

2022年,国产半导体光刻胶有望开花结果实现放量。

从A股上市公司在光刻胶原材料的布局情况来看,大陆企业在上、中游均有布局。

溶剂方面有百川股份、怡达股份等,单体有华懋科技 (投资徐州博康)、联瑞新材等,树脂有彤程新材、圣泉集团、强力新材等,光引发剂有强力新材等。

在中游制造方面已经取得了里程碑式的突破,涌现出一批优秀企业,在半导体光刻胶方面,有彤程新材、晶瑞电材、上海新阳 、华懋科技等。

彤程新材是全球领先的新材料综合服务商,外延并购北京科华、北旭电子发力高端光刻胶,已实现从电子酚醛树脂到成品光刻胶的完整布局。公司公告显示,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,批量供应 KrF 光刻胶;北旭电子是国内面板光刻胶领先企业, TFT正性光刻胶在京东方占有 45%以上的份额。

2021年,彤程新材的半导体光刻胶业务实现营业收入1.15亿元,同比增长 28.80%;公司半导体用G/I线光刻胶产品较上年同期增长50.22%;KrF光刻胶产品较上年同期增长265.80%。报告期内,公司G线光刻胶的市场占有率达到 60%;I线光刻胶和KrF光刻胶批量供应于中芯国际、华虹宏力、长江存储、华力微电子、武汉 新芯、华润上华等13家12寸客户和17家8寸客户。子公司北京科华的I线光刻胶已接近国际先进水平,其种类涵盖国内14nm以上大部分 工艺需求;KrF产品在 Poly、AA、Metal等关键层工艺完成了重大突破,获得客户批量使用;同时TM/TV、Thick、Implant、ContactHole 等工艺市占率持续提升。

晶瑞电材的光刻胶产品覆盖度广,立足g/i线光刻胶发展高端 KrF、ArF光刻 胶。子公司苏州瑞红拥有负型光刻胶系列、宽谱正胶系列、g 线系列、i线光刻胶系列、KrF光刻胶系列等数十个型号产品。i线光刻胶已向国内中芯国际、合肥长鑫等知名大尺寸半导体厂商供货,是我国供应半导体光刻胶出货量最大的本土企业之一。

南大光电的ArF光刻胶率先通过下游客户认证,公司正在自主研发和产业化 的 ArF光刻胶(包含干式及浸没式)可以达到90nm-14nm 的集成电路工艺节点。2017及2018年,公司分别获得国家02专项“高分辨率光 刻胶与先进封装光刻胶产品关键技术研发”和“ArF 光刻胶产品的开发 和产业化”项目立项,项目分别于2020年和2021年通过国家02专项专家组的验收。公司建成了ArF 光刻胶产品(包括干式和浸没式)的质量控制平台、年产25吨的生产线,研发的 ArF光刻胶产品分别通过 一家存储芯片制造企业和一家逻辑芯片制造企业客户认证,为ArF光刻胶的规模化量产奠定了坚实的基础。

在5G和新兴产业的发展带动下,如汽车电子行业和物联网的推动下,中国集成电路行业市场规模将不断扩大,预计到2025年,我国集成电路市场规模将达到 18932亿元,2020-2025年CAGR为16.22%。

广阔的市场规模是产业发展的前提,中国光刻胶的机会已经来了。

来源:每日财报,颂科记,国际电子商情

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