半導(dǎo)體材料國(guó)內(nèi)自給不足進(jìn)口替代趨勢(shì)明顯分析

半導(dǎo)體材料國(guó)內(nèi)自給不足，進(jìn)口替代趨勢(shì)明顯分析半導(dǎo)體材料國(guó)內(nèi)自給不足，進(jìn)口替代趨勢(shì)明顯在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域，日本企業(yè)依然占據(jù)領(lǐng)先地位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光刻膠的壟斷。全球市場(chǎng)前五中除了美國(guó)杜邦，其余四家均為日本企業(yè)，分別為JSR、TOK、住友化學(xué)和信越化學(xué)，其中JSR、TOK的產(chǎn)品可覆蓋所有半導(dǎo)體光刻膠品種，系行業(yè)龍頭，尤其在高端EUV光刻膠領(lǐng)域居市場(chǎng)壟斷地位。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍以PCB光刻膠供應(yīng)為主，顯示面板、半導(dǎo)體光刻膠自給率相對(duì)較低。就半導(dǎo)體光刻膠而言，2020年我國(guó)半導(dǎo)體光刻膠自給率很低，其中g(shù)/i線光刻膠國(guó)產(chǎn)化率約為10%，KrF光刻膠約小于5%，更高端的ArF及EUV光刻膠幾乎處于市場(chǎng)空白。顯示面板光刻膠的全球供應(yīng)集中在日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等地區(qū)，我國(guó)TFT光刻膠市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化率僅為5%左右。半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)格局對(duì)于技術(shù)壁壘最高的半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)，ArF光刻膠與其他浸沒(méi)式光刻膠合起來(lái)占據(jù)了整個(gè)市場(chǎng)的52%。日本企業(yè)在半導(dǎo)體光刻膠市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。根據(jù)東京應(yīng)化公布的數(shù)據(jù)，2019年日本企業(yè)合計(jì)市場(chǎng)份額為69%，東京應(yīng)化（TOK）占比為25%。光刻膠發(fā)展迎來(lái)國(guó)產(chǎn)化機(jī)遇期客戶壁壘極高，客戶導(dǎo)入新供應(yīng)商意愿不高，過(guò)程繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)。企業(yè)在研發(fā)成功后需要不斷進(jìn)行送樣、問(wèn)題反饋和技術(shù)改進(jìn)等循環(huán)過(guò)程，此過(guò)程多達(dá)50次以上，完成整個(gè)客戶導(dǎo)入過(guò)程也因此需要2-3年時(shí)間。光刻膠廠商購(gòu)買(mǎi)原材料后通過(guò)調(diào)配進(jìn)行光刻驗(yàn)證，得到大致實(shí)驗(yàn)結(jié)果后再進(jìn)行微調(diào)，不斷重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程以達(dá)到客戶要求的性能數(shù)據(jù)，并適配客戶的產(chǎn)線，也因此光刻膠企業(yè)與客戶產(chǎn)生的粘性較高，客戶不愿意花費(fèi)時(shí)間導(dǎo)入其它供應(yīng)商。而為了加速驗(yàn)證過(guò)程及擁有自我驗(yàn)證能力，部分光刻膠企業(yè)選擇自購(gòu)光刻機(jī)。光刻機(jī)購(gòu)置成本極高，并且開(kāi)機(jī)成本幾乎與購(gòu)置成本相同，由于光刻機(jī)本身無(wú)法對(duì)光刻膠企業(yè)帶來(lái)任何利潤(rùn)，由此帶來(lái)的資金成本投入也是極高的。光刻機(jī)：驗(yàn)證光刻膠的必需設(shè)備開(kāi)發(fā)出的光刻膠是否滿足需求，需要光刻機(jī)來(lái)配合驗(yàn)證。光刻機(jī)，又名掩模對(duì)準(zhǔn)曝光機(jī)，是芯片光刻工藝的核心設(shè)備，發(fā)展至今集成了各種尖端科技，是現(xiàn)代精密科技的集大成者。從g線的436納米到EUV的13．5納米，隨著光源波長(zhǎng)的不斷縮短，對(duì)科技的要求也越來(lái)越高。目前高端光刻機(jī)市場(chǎng)90%的市場(chǎng)份額均屬于荷蘭公司ASML，最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)目前也只有ASML有能力生產(chǎn)。一臺(tái)最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)的售價(jià)高達(dá)26億元人民幣。光刻工藝的流程按照先后順序可分為：前處理、涂膠、軟烘烤、對(duì)準(zhǔn)曝光、PEB、顯影、硬烘烤、檢驗(yàn)等八步。每一步對(duì)于工藝都有極高的要求。極其細(xì)微的差錯(cuò)都有可能導(dǎo)致成品良品率的急劇下降。光刻膠是集成電路制造的核心材料。在集成電路制造工藝中，光刻的成本往往占到整個(gè)制造工藝35%，耗費(fèi)的時(shí)間則高達(dá)60%，光刻膠的質(zhì)量將直接影響集成電路制造成本、良率及性能。光刻膠：光刻工藝所需核心材料，助力制程持續(xù)升級(jí)光刻膠百年發(fā)展史，是光刻工藝所需關(guān)鍵材料。光刻膠被應(yīng)用于印刷工業(yè)已經(jīng)超過(guò)一個(gè)世紀(jì)。到20世紀(jì)20年代，開(kāi)始被用于PCB領(lǐng)域，到20世紀(jì)50年代，開(kāi)始被用于生產(chǎn)晶圓。20世紀(jì)50年代末，eastmankodak（伊士曼柯達(dá)公司）和Shipley（已被陶氏收購(gòu)）分別設(shè)計(jì)出適合半導(dǎo)體工業(yè)所需的正膠和負(fù)膠。光刻膠用于光刻工藝，幫助將設(shè)計(jì)好的電路圖形由掩膜版轉(zhuǎn)移至硅片，從而實(shí)現(xiàn)特定的功能。光刻膠的質(zhì)量和性能直接影響制造產(chǎn)線良率。以集成電路為例，光刻工藝步驟和光刻膠的使用場(chǎng)景：1）氣體硅片表面預(yù)處理：在光刻前，硅片會(huì)經(jīng)歷一次濕法清洗和去離子水沖洗，目的是去除沾污物。在清洗完畢后，硅片表面需要經(jīng)過(guò)疏水化處理，用來(lái)增強(qiáng)硅片表面同光刻膠（通常是疏水性的）的黏附性。2）旋涂光刻膠，抗反射層：在氣體預(yù)處理后，光刻膠需要被涂敷在硅片表面。涂敷的方法是最廣泛使用的旋轉(zhuǎn)涂膠方法，光刻膠（大約幾毫升）先被管路輸送到硅片，然后硅片會(huì)被旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并且逐漸加速，直到穩(wěn)定在一定的轉(zhuǎn)速上（轉(zhuǎn)速高低決定了膠的厚度，厚度反比于轉(zhuǎn)速的平方根）。3）曝光前烘焙：當(dāng)光刻膠被旋涂在硅片表面后，必須經(jīng)過(guò)烘焙。烘焙的目的在于將幾乎所有的溶劑驅(qū)趕走。這種烘焙由于在曝光前進(jìn)行叫做曝光前烘焙，簡(jiǎn)稱前烘，又叫軟烘（softbake）。前烘改善光刻膠的黏附性，提高光刻膠的均勻性，以及在刻蝕過(guò)程中的線寬均勻性控制。4）對(duì)準(zhǔn)和曝光：在投影式曝光方式中，掩膜版被移動(dòng)到硅片上預(yù)先定義的大致位臵，或者相對(duì)硅片已有圖形的恰當(dāng)位臵，然后由鏡頭將其圖形通過(guò)光刻轉(zhuǎn)移到硅片上。對(duì)接近式或者接觸式曝光，掩膜版上的圖形將由紫外光源直接曝光到硅片上。5）曝光后烘焙：曝光完成后，光刻膠需要經(jīng)過(guò)又一次烘焙。后烘的目的在于通過(guò)加熱的方式，使光化學(xué)反應(yīng)得以充分完成。曝光過(guò)程中產(chǎn)生的光敏感成分會(huì)在加熱的作用下發(fā)生擴(kuò)散，并且同光刻膠產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，將原先幾乎不溶解于顯影液體的光刻膠材料改變成溶解于顯影液的材料，在光刻膠薄膜中形成溶解于和不溶解于顯影液的圖形。由于這些圖形同掩膜版上的圖形一致，但是沒(méi)有被顯示出來(lái)，又叫潛像（latentimage）。6）顯影：由于光化學(xué)反應(yīng)后的光刻膠呈酸性，顯影液采用強(qiáng)堿溶液。一般使用體積比為2．38%的四甲基氫氧化銨水溶液。光刻膠薄膜經(jīng)過(guò)顯影過(guò)程后，曝過(guò)光的區(qū)域被顯影液洗去，掩膜版的圖形便在硅片上的光刻膠薄膜上以有無(wú)光刻膠的凹凸形狀顯示出來(lái)。7）堅(jiān)膜烘焙：在顯影后，由于硅片接觸到水分，光刻膠會(huì)吸收一些水分，這對(duì)后續(xù)的工藝，如濕發(fā)刻蝕不利。于是需要通過(guò)堅(jiān)膜烘焙（hardbake）來(lái)將過(guò)多的水分驅(qū)逐出光刻膠。由于現(xiàn)在刻蝕大多采用等離子體刻蝕，又稱為干刻，堅(jiān)膜烘焙在很多工藝當(dāng)中已被省去。8）測(cè)量：在曝光完成后，需要對(duì)光刻所形成的關(guān)鍵尺寸以及套刻精度進(jìn)行測(cè)量。關(guān)鍵尺寸的測(cè)量通常使用掃描電子顯微鏡，而套刻精度的測(cè)量由光學(xué)顯微鏡和電荷耦合陣列成像探測(cè)器承擔(dān)。制程升級(jí)是確定發(fā)展方向，光刻設(shè)備和光刻膠是核心因素。隨著高集成度、超高速、超高頻集成電路及元器件的開(kāi)發(fā)，集成電路與元器件特征尺寸呈現(xiàn)出越來(lái)越精細(xì)的趨勢(shì)，加工尺寸達(dá)到百納米直至納米級(jí)，光刻設(shè)備和光刻膠產(chǎn)品也為滿足超微細(xì)電子線路圖形的加工應(yīng)用而推陳出新。光刻膠的分辨率直接決定了特征尺寸的大小，通常而言，曝光波長(zhǎng)越短，分辨率越高，因此為適應(yīng)集成電路線寬不斷縮小的要求，光刻膠的曝光波長(zhǎng)由紫外寬譜向ｇ線（436nm）→ｉ線（365nm）→KrF（248nm）→ArF（193nm）→F2（157nm）的方向轉(zhuǎn)移，并通過(guò)分辨率增強(qiáng)技術(shù)不斷提升光刻膠的分辨率水平。面板光刻膠市場(chǎng)格局高端面板光刻膠市場(chǎng)依然被國(guó)外公司占據(jù)。根據(jù)富士經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)，2018年，TFT面板光刻膠市場(chǎng)，默克市場(chǎng)份額近半，韓企東進(jìn)世美肯及日企東京應(yīng)化各占約四分之一；LCD/TP襯墊料光刻膠市場(chǎng)，韓企三洋光學(xué)占34．3%，日企JSR及三菱化學(xué)分別占22．8%及21．0%；彩色光刻膠及黑色光刻膠市場(chǎng)也呈現(xiàn)日韓企業(yè)主導(dǎo)的格局。海外龍頭斷供提供良機(jī)日本信越化學(xué)光刻膠斷供產(chǎn)生供給缺口，為國(guó)產(chǎn)企業(yè)導(dǎo)入提供機(jī)會(huì)。由于2021年日本福島地震事件，信越化學(xué)光刻膠工廠暫停生產(chǎn)，引發(fā)新合約漲價(jià)事件。受地震影響，信越化學(xué)KrF光刻膠產(chǎn)線受到很大程度的破壞，2021年2月至今尚未完全恢復(fù)生產(chǎn)，雖然東京應(yīng)化（TOK）填補(bǔ)了信越化學(xué)海外大部分缺失的KrF光刻膠產(chǎn)能，但目前仍存在不小的缺口。另外，除了臺(tái)積電、三星、英特爾、聯(lián)電等晶圓廠積極擴(kuò)產(chǎn)外，SMIC、華虹宏力、廣州粵芯等多家本土晶圓廠積極擴(kuò)產(chǎn)和產(chǎn)能釋放，這也就導(dǎo)致國(guó)內(nèi)光刻膠需求量激增，供應(yīng)不足。2020年底美國(guó)商務(wù)部將SMIC列入實(shí)體清單，對(duì)SMIC實(shí)施出口限制，導(dǎo)致美國(guó)陶氏化學(xué)無(wú)法向SMIC供應(yīng)任何半導(dǎo)體材料，其中包括光刻膠。在國(guó)外廠商無(wú)法供應(yīng)的情況下，晶圓廠對(duì)導(dǎo)入新半導(dǎo)體材料供應(yīng)商的要求提升，利好國(guó)產(chǎn)光刻膠產(chǎn)業(yè)。原材料掐脖子對(duì)企業(yè)正常生產(chǎn)有潛在威脅。2019年日韓貿(mào)易戰(zhàn)中，日本對(duì)韓國(guó)半導(dǎo)體材料斷供，由于韓國(guó)對(duì)日本光刻膠依賴程度達(dá)84．5%，此舉讓韓國(guó)企業(yè)遭受巨大損失。2019年三季度，三星電子營(yíng)業(yè)利潤(rùn)從二季度12．8萬(wàn)億韓元，下降至7．7萬(wàn)億韓元，環(huán)比下降39．8%；SK海力士營(yíng)業(yè)利潤(rùn)從6316億韓元，下降至4100億韓元，環(huán)比下降35．1%。我國(guó)光刻膠對(duì)外依賴程度更為明顯，半導(dǎo)體光刻膠目前國(guó)產(chǎn)化率僅5%，因此我國(guó)存在極大的供應(yīng)鏈政策風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)光刻膠企業(yè)大部分供給G/I線光刻膠，僅彤程新材實(shí)現(xiàn)了KrF光刻膠商業(yè)化。我國(guó)的G/I線光刻膠已處于成熟量產(chǎn)階段，各企業(yè)仍處于擴(kuò)張KrF膠種類(lèi)以及打入客戶驗(yàn)證周期，僅產(chǎn)生極少量KrF膠收入。由于口徑不同原因，晶瑞電材將輔材并入光刻膠板塊收入，其光刻膠純膠收入基本由G/I線貢獻(xiàn)。光刻膠是圖形復(fù)刻加工技術(shù)中的關(guān)鍵性材料。光刻膠是利用光化學(xué)反應(yīng)經(jīng)光刻工藝將所需要的微細(xì)圖形從掩模版轉(zhuǎn)移到待加工基片上的圖形轉(zhuǎn)移介質(zhì)，由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等主要化學(xué)品成分和其他助劑組成，在紫外光、深紫外光、電子束、離子束等光照或輻射下，其溶解度發(fā)生變化，經(jīng)適當(dāng)溶劑處理，溶去可溶性部分，最終得到所需圖像。在光刻工藝中，光刻膠被均勻涂布在硅片、玻璃和金屬等不同的襯底上，經(jīng)曝光、顯影和蝕刻等工序?qū)⒀谀ぐ嫔系膱D形轉(zhuǎn)移到薄膜上，形成與掩膜版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形。雖然不同光刻膠的成分百分比有差異，但半導(dǎo)體光刻膠中的樹(shù)脂的含量一般在20%以下?？傮w來(lái)說(shuō)適用于波長(zhǎng)越短的光刻膠，樹(shù)脂的含量越低，溶劑的含量越高，溶劑含量高的能到80%。例如G線和I線光刻膠的樹(shù)脂含量在10-20%，KrF光刻膠樹(shù)脂含量10%以下，ArF及EUV光刻膠樹(shù)脂含量在5%以下。光刻膠歷經(jīng)七十年發(fā)展歷史。光刻膠起源于美國(guó)，柯達(dá)KTFR光刻膠為光刻膠工業(yè)的開(kāi)創(chuàng)者；1950s貝爾實(shí)驗(yàn)室嘗試開(kāi)發(fā)首塊集成電路，半導(dǎo)體光刻膠由此誕生；光刻膠不斷推進(jìn)產(chǎn)業(yè)演進(jìn)，i線/g線光刻膠的產(chǎn)業(yè)化始于上世紀(jì)70年代，KrF光刻膠的產(chǎn)業(yè)化也早在上世紀(jì)80年代就由IBM完成。光刻膠是光刻工藝中最重要的耗材，其品質(zhì)決定了成品的精度和良率。微小的誤差即可能付出成本高昂的代價(jià)。因此，半導(dǎo)體制造商更關(guān)注光刻膠的品質(zhì)、性能、不同批次間的一致性而非價(jià)格。正光刻膠是指在光刻過(guò)程中，暴露在光線下的部分可溶于光刻膠顯影劑，而未曝光部分仍然溶于顯影劑。負(fù)光刻膠剛好和正光刻膠相反，是指在光刻工藝中，暴露在光線下的部分不溶于顯影劑，未曝光部分則可以被光刻膠顯影劑所溶解。由于負(fù)光刻膠在曝光和顯影過(guò)程中容易發(fā)生變形，導(dǎo)致其分辨率精度不如正光刻膠。因此正光刻膠在高端半導(dǎo)體光刻膠，如ArF光刻膠及EUV光刻膠中應(yīng)用更為普遍。一直以來(lái)半導(dǎo)體工業(yè)使用的光刻膠均為聚合物光刻膠，這些光刻膠也被稱為化學(xué)增幅型光刻膠（ChemicallyAmplifiedResists:CAR），其原理是吸收光并產(chǎn)生質(zhì)子（酸），從而改變聚合物在蝕刻溶液中的溶解度。然而，聚