半导体芯片之巅：光刻胶材料亟待国产化曙光
光刻是半导体加工中最重要的工艺之一，决定着芯片的性能。光刻占芯片制造时间的40%-50%，占其总成本的30%。光刻胶是光刻环节关键耗材，其质量和性能与电子器件良品率、器件性能可靠性直接相关。
光刻环节亟待国产化加速，实现产业链的真正自主可控方可规避海外半导体断供风险。
我国光刻胶生产要集中PCB光刻胶，高端半导体光刻胶被日美垄断，我国亟须突破高端领域海外垄断。
半导体光刻胶国产化存在上游原材料、中下游配方、设备、客户验证等多重壁垒，高端光刻胶突破首要在于原材料。
上游光刻胶原材料市场空间持续增长，国内企业应打通光刻胶上游材料全产业链自主供应布局，加速国产光刻胶导入。
长期以来，中国一直依赖进口芯片，这种依赖性使得中国在芯片领域面临着巨大的风险：目前全球高端半导体光刻胶市场主要被日本和美国公司垄断，日企全球市占率约80%，处于绝对领头羊，我国芯片市场一旦遭受制裁或断供，将对国家的经济和科技发展造成严重影响。
面对美日连续出台政策限制半导体产品出口，中国半导体断供风险提升，中国芯片行业被迫进行自主研发，自给率从过去不到10%的水平提升到了30%，在许多领域已达到了自给自足的程度。
按照SEMI（国际半导体产业协会）的多个方面数据显示，2022年中国晶圆厂商半导体设备国产化率较2021年显著提升，从21%提升至35%，进步明显。从具体的种类来看，我国在去胶、清洗、热处理、刻蚀及CMP领域内国产替代率均高于30%。
随着中国芯片行业的崛起，全球芯片产业逐渐呈现多极化的趋势，但中国芯片行业在技术水平和创造新兴事物的能力上仍存在差距。
制造半导体芯片分为晶圆加工、氧化、光刻、刻蚀、薄膜沉积、互连、测试、封装这几个步骤。其中光刻工艺成本约为整个半导体制造工艺的1/3，耗费时间约占比约40%～60%，是半导体制造中最重要的工艺步骤之一，其发展水平直接决定了集成电路的集成度。
长期以来，我国的光刻技术落后于先进国家，对国内半导体制造业界而言，不得不面对的严峻挑战是，光刻技术已遭西方国际巨头垄断，而且已被《瓦森纳协定》和美国政府列入出口管制名单。虽然国内已涌现出部分科研机构和产业企业攻坚卡脖子技术，填补了国内相关空白，但要实现产业链的真正自主可控、安全稳定，还有待更多业界力量投身其中，以在较为紧迫的国产化形势中扭转不利局面。
光刻过程可大致分为涂胶、曝光、显影、刻蚀、清洗等步骤，在制造芯片的过程中，除了光刻机外，光刻材料同样也扮演着必不可少的角色。光刻材料包括增粘材料、抗反射涂层、光刻胶、化学溶剂和显影液，以及抗水涂层等。
光刻胶是光刻工艺中最主要的、最关键的材料，被誉为电子化学品产业“皇冠上的明珠”，在业内又被称为光阻或光阻剂，是光刻机对硅膜片表明上进行曝光制程的必需品。
光刻胶在芯片制造材料成本中的占比高达12%，也是继大硅片、电子气体之后第三大IC制造材料，其本质是一类光敏感聚合物，在一定波长的光照下光子激发材料中的光化学反应，进而改变光刻胶在显影液中的溶解度，以此来实现图形化的目的。
国内半导体行业正在应对技术封锁的挑战，技术封锁会刺激国产替代的发展，但现实是国产光刻胶距离扛起大梁仍有一段距离。
光刻胶产业链上游为原树脂、单体、感光剂、溶剂等光刻胶原材料；中游为基于配方的光刻胶生产合成，依据应用场景范围不同分为PCB光刻胶、LCD光刻胶以及半导体光刻胶，其中半导体光刻胶对工艺技术要求更为精细；下游主要半导体、PCB、平板显示屏应用环节。
光刻胶按应用领域分类，可分为低端PCB光刻胶、中端LCD显示面板光刻胶、高端半导体光刻胶。
PCB光刻胶主要可分为干膜光刻胶、湿膜光刻胶和PCB光成像阻焊油墨三类。
根据新思界产业研究中心发布的《2022—2026年PCB光刻胶行业深度市场调查与研究及投资策略建议报告》显示，在全球PCB光刻胶市场中，中国份额占比达到94%左右。在中国PCB光刻胶市场中，国产PCB光刻胶份额占比达到63%。干膜光刻胶技术壁垒相比来说较高，国内以进口为主。
面板光刻胶大致上可以分为用于制备彩色滤光片的彩色光刻胶、黑色光刻胶、用于制作触摸电极的触摸屏用光刻胶和用于微细图形加工TFT-LCD正性光刻胶。
彩色和黑色光刻胶市场国产化率较低，触控屏光刻胶逐步实现国产化替代。触控屏光刻胶国产化率在30%—40%左右；彩色和黑色光刻胶行业壁垒较高，国产化率仅为6.36%、13.08%左右。
半导体光刻胶：全球高端半导体光刻胶市场被日本和美国公司垄断，国产替代率较低
半导体光刻胶根据波长可分为G线nm）、I线nm）、KrF光刻胶（248nm）、ArF光刻胶（193nm）、EUV光刻胶（13.5nm）等，分辨率逐步提升。曝光波长越短，光刻胶技术水平越高，适用的集成电路制程也更先进。目前全球高端半导体光刻胶市场主要被日本和美国公司垄断，国产替代率较低。
全球光刻胶市场中，LCD光刻胶占比27.3%，PCB光刻胶占比23%，半导体光刻胶占比21.9%，各类型光刻胶占比较为平均。但相比之下，我国光刻胶生产要集中PCB光刻胶；半导体光刻胶由于技术壁垒较高仅占2%。高端半导体光刻胶是生产28nm、14nm乃至10nm以下制程的关键，被国外巨头垄断，国产化任重道远。
为适应集成电路线宽不断缩小的要求，光刻胶波长也在不断缩短。截至2021年，KrF、ArF、ArFi市场规模为6.9亿美元、1.96亿美元和7.59亿美元，市场占比34.7%、9.9%和38.2%；G线%；EUV 光刻胶市场为0.51亿美元，市场占比2.6%。KrF、ArF光刻胶市场占比最高，覆盖了250nm-7nm的绝大部分制程，光刻胶细分市场趋于高端化。
由于光刻胶本身就是一种配方型的经验学科，又高度影响光刻环节的精度和良率，因此在光刻胶产业链的三个环节都存在较高壁垒。
光刻胶由树脂、光引发剂、溶剂和添加剂等混合而成。从光刻胶成本占比来看，树脂占比最大约50%，其次是添加剂占比约35%，剩余成本合计占比约15%。
上游原材料是影响光刻胶品质的主要的因素，但目前我国半导体光刻胶的上游核心原材料仍被国外厂商垄断，尤其是树脂和感光剂高度依赖于进口，高端产品树脂定制化程度较高，国际市场上仅能买到部分标准款，国内厂商较少供应生产KrF、ArF类树脂的单体国产化率很低。另外，由于高端光酸的合成和纯化难度较大，国内的光酸厂商在质量稳定性等方面仍与国外存在差距，目前国内主要的光刻胶公司大多还是用进口的光酸，由此增加了国内光刻胶生产所带来的成本以及供应链风险。
除上游原材料壁垒外，半导体光刻胶国产化还具有配方、设备、客户验证等多重壁垒：
配方壁垒：配方是光刻胶的核心技术。各厂商的配方难以通过一系列分析市场上的成品来获得。为实现与已有供应商产品的性能和参数的完全匹配，光刻胶厂商第一步是要对成百上千个树脂、光酸和添加剂进行排列组合，其次还要不断对各成分的比例做调整，以实现和现有产品关键参数的完全匹配，这需要足够的研发资源、经验积累。
配套光刻机：光刻胶一定要通过相应的光刻机来测试和调整，目前国际光刻机龙头厂商所在地区对我国实施技术封锁，国产光刻机产品较少，且技术水准与海外龙头有很大的差距，可供光刻胶厂商测试的资源较少。此外光刻机的购置和测试成本高昂，资产金额的投入要求极高。
量产稳定性壁垒：一是原材料的稳定供应，尤其是对于KrF、ArF等高端品种，其所需的单体、树脂种类较多，并且在国际市场中仅能购买到基础款，因此能否稳定获取质量合格的光刻胶树脂具有较大难度。二是在放大量产过程中金属离子的控制，由于存在环境控制效果不一样、树脂后处理产品量不同、配胶时混合速度不一样且均匀度也不一样等问题，需要更高水平的提纯技术和经验。
下游客户认证壁垒：由于光刻胶的品质会直接影响芯片性能、良率等，试错成本高，客户验证需要经过PRS（基础工艺考核）、STR（小批量试产）、MSTR（中批量试产）、RELEASE（量产）四个阶段，验证周期在两年以上；此外光刻胶厂商的原材料供应商也必须得到下游晶圆厂的认可，因此下游晶圆厂与光刻胶供应厂商的粘性较强，光刻胶产品替代验证的时间成本极高。
溶剂在光刻胶中占比最高，约50%-90%，因为光引发剂和添加剂都是固态物质，使用溶剂将其溶解形成流动性，方便将光刻胶均匀涂覆在元器件表面，使用的过程中先通过低速旋转使光刻胶在电子器件表面铺开形成均匀的薄层，再通过非常快速地旋转甩掉多余的光刻胶。
目前半导体和面板光刻胶所使用的溶剂主要是PGMEA（丙二醇甲醚醋酸酯或丙二醇甲醚乙酸酯PMA），国内自给率较高。根据观研网多个方面数据显示，2015-2021年我国丙二醇甲醚行业产能小幅上升，2021年实际产能达到45万吨，产量达到37.5万吨，需求量为 26.58万吨，国内市场规模波动上升，于2021年达到33.95亿元。
光引发剂占比在1%-6%之间，是光刻胶的核心部分，大多数都用在生产制造光固化配方产品，其在特定波长的光的辐射下会产生光化学反应，从而改变成膜树脂在显影液中的溶解度。
中国光引发剂产量增长迅速，中国感光学会辐射固化专业委员会统计多个方面数据显示，2019和2020年度我国光引发剂产量分别为3.84万吨4.54万吨，同比上升了18.23%。
成膜树脂占比在 10%—40%之间，是一种惰性的聚合物基质，其通常与光引发剂搭配使用，是将其他材料聚合在一起的粘结剂，是光刻胶中发挥感光作用的重要成分，决定了曝光后光刻胶的基本性能。
当前，全球光刻胶用成膜树脂主要几乎全部由海外垄断，虽然光刻胶用酚醛树脂方面，国内企业技术上取得突破，但产业高质量发展仍存在比较大的困难。首先是原料较少，国内企业树脂产品也多数用于相对低端的G线和I线光刻胶，对于高端市场的KrF、ArF和EUV光刻胶原料，国内厂家尚未有成熟的产能。其次是客户验证时间长，用户粘性强，光刻胶的新产品的客户试用验证周期较长，通常要18个月甚至更长时间，且为了保持生产战果的稳定，客户正常情况下不会轻易更换光刻胶产品，因此国内企业在产业上实现发展仍需要克服诸多困难。
5G、物联网、新能源汽车、人工智能等新兴领域的高速成长贡献半导体市场新的需求增长点。据SEMI统计，2022年全球硅晶圆出货面积达147.13亿平方英寸，同比增长 3.9%，销售额达138亿美元，同比增长9.5%，双双创历史上最新的记录。下游晶圆市场迅速增加驱动下，半导体材料市场同步保持快速地增长。根据SEMI数据，2022年全球半导体材料市场规模达727亿美元，同比增长8.9%，其中晶圆制造材料市场达447亿美元，同比增长10.5%。
大硅片占比提高叠加制程节点升级，驱动单位面积晶圆所需光刻胶价值量提升。根据SEMI数据，2000年以来在摩尔定律推动下，12英寸硅片出货面积持续提升，2021年市场占有率已大幅度提高至68.47%，成为半导体硅片市场的主流产品，预计到2022年市场占有率将接近70%。12英寸芯片所用制程通常在130nm以下，且在持续向先进制程转移。另外根据SUMCO统计，逻辑芯片中28nm以下先进制程占比由2012年的不足10%提高至2021年的60%以上。随着大硅片趋势和制程结构升级，高端光刻胶的需求将会促进提升，带动单位面积晶圆消耗的光刻胶价值量一直上升。
在晶圆产能持续扩张、单位面积晶圆耗用光刻胶价值量不断上升的驱动下，全球半导体光刻胶市场有望保持稳健增长。根据TECHCET数据，2021年全球光刻胶市场规模约为21.4亿美元，预计2022年将达到23.0亿美元，同比增长7.5%，2026年有望增长至 28.5亿美金。
根据TrendBank数据，2021年国内半导体光刻胶市场规模约29亿元，预计2022年将同比增长35%达到39.3亿元。伴随着第三次半导体产业转移，晶圆产能向大陆转移，我国大陆地区在全球半导体材料市场占比同步提升，预计未来国内半导体光刻胶市场将保持高于全球市场的增速持续成长，由此带动上游光刻胶原材料持续增长。
今年5月23日，日本经济产业省宣布对高端光刻胶进行出口管制。根据消息：日本某光刻胶大厂，对我国的某存储大厂断供KrF光刻胶。在国内半导体企业求生存、求发展的大环境下，作为关键制程材料的光刻胶国产化需求极度强烈，国内企业还需不断发力。
全球半导体光刻胶领域主要被日本JSR、TOK、住友化学、信越化学、富士材料及美国陶氏化学等头部厂商垄断，海外厂商掌握近90%的半导体光刻胶市场。其中，日本JSR 是全球最大、技术最领先的光刻胶有突出贡献的公司，其ArF高端光刻胶市场占有率全球第一，也是唯一有能力量产EUV光刻胶的企业，日本TOK光刻胶是全球最大的G线/I线、KrF光刻胶供应商。
国内光刻胶企业技术水平远落后世界先进厂商，但近年来国内企业积极研发已取得显著成果。我国半导体工业中，下游设计已基本进入全球第一梯队，中游光刻胶的制造也已经与全球头部厂家缩小了差距，而上游材料与海外有突出贡献的公司仍远落后于海外企业；但恰恰上游原材料技术，对于维护产品竞争力起着至关重要的作用，因此要实现光刻胶的国产替代，首先要可以在一定程度上完成原材料的自主供应。
根据前瞻产业研究院数据，目前从事半导体用光刻胶研发和产业化的企业则多以I线、G线年国内G线、I线%，KrF以上的高端光刻胶品种基本处于研发状态，国产化率仅为1%。2021年初，日本光刻胶龙头信越化学工厂遭遇地震产能受限，对国内部分晶圆厂限供/断供KrF光刻胶，即便其他国外厂商补充了部分产能，但仍存在比较大缺口。此外近年来全球地理政治学摩擦加剧，国内半导体产业对于关键材料自主可控的需求更加紧迫，国产光刻胶有望加速导入。
光刻胶是半导体制造的核心材料，其性能直接影响芯片性能和良率。 下游扩产预期+制程结构升级驱动光刻胶尤其是高端光刻胶需求提升，随着我们国家晶圆产能在全球占比的提高，国内光刻胶市场增速快于全球。
而在半导体光刻胶领域目前我国仍然依赖国外进口，特别是应用于较高制程的KrF、ArF光刻胶。长久来看，在突破光刻胶产业链壁垒后，我国光刻胶原材料生产企业有望迎来国产替代提速。
半导体产业链国产化对于我国化工企业是实现产品高端化的机遇，国内企业可充分的发挥在合成树脂斱面的技术和资源优势，研发目标汇聚于高端光刻胶原材料的自主供应，早日实现光刻胶国产替代目标。