2019年光刻胶和光刻机市场引发一阵热潮,光刻机之所以广受关注,是因为它是芯片制造的核心设备。光刻胶是集成电路制造的关键材料之一,将光刻胶作涂层,就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。
光刻胶自 1959 年被发明以来一直是半导体核心材料,随后被改进运用到 PCB 板的制造,并于 20 世纪 90 年代运用到平板显示的加工制造。最终应用领域包括消费电子、家用电器、汽车通讯等。随着半导体图形越来越小,光刻工艺对光刻胶量的需求也越来越大,光刻胶在原材料中占比也稳步提升。
光刻胶主要由感光剂(光引发剂)、聚合剂(感光树脂)、溶剂与助剂构成。光引发剂是光刻胶的最关键成分,对光刻胶的感光度、分辨率起着决定性作用。光刻胶是图形转移介质,其利用光照反应后溶解度不同将掩膜版图形转移至衬底上。目前广泛用于光电信息产业的微细图形线路加工制作,是电子制造领域关键材料。
全球能够生产光刻胶的企业比较少,主要由美国Shipley(已被陶氏收购)、Futurrex;德国Microresist Technology、Allresist;日本东京应化、JSR、信越化学、住友化学;瑞士GES;韩国东进化学、东有精细化学;台湾长春集团、亚洲化学等,这些企业占据全球超过95%的市场份额。
光刻胶被日本、欧美公司垄断。前五大厂商占据了全球光刻胶市场87%的份额。而日本的JSR、东京应化、日本信越与富士电子材料四家公司的市占率总和就达到72%。
光刻胶一般按以下三种方式分类:
1)按化学反应原理和显影原理不同可分为正性光刻胶跟负性光刻胶;
2)按原材料化学结构不同,可分为光聚合型、光分解型与光交联型;
3)按下游应用 领域不同可分为半导体用光刻胶、面板用光刻胶、PCB 光刻胶。
光刻胶下游领域主要包括半导体、面板、PCB 以及 LED 等行业。光刻胶行业发展方向基本由下游需求决定,其中半导体领域是技术门槛最高的子领域。
一般一块半导体芯片在制造过程中需要进行 10-50 道光刻过程,由于基板不同、分辨率要求不同、蚀刻方式不同等,不同的光刻过程对光刻胶的具体要求也不一样,即使类似的光刻过程,不同的厂商也会有不同的要求。
光刻胶产品是电子化学品中技术壁垒最高的材料之一,其不仅具有纯度要求高、工艺复杂等特征,还需要相应光刻机与之配对调试。针对不同应用需求,光刻胶的品种非常多,这些差异主要通过调整光刻胶的配方来实现。因此,通过调整光刻胶的配方,满足差异化的应用需求,是光刻胶制造商最核心的技术。
EUV光刻胶或成下一代光刻胶材料的战略制高点
目前最为成熟的光刻技术是193nm浸没式光刻工艺,经多重曝光后其能够实现的特征尺寸已经可以达到30nm以下。但随着摩尔定律的不断推进,该工艺已很难满足22nm节点以下的光刻需求。与之配套的EUV光刻胶逐渐成为下一代光刻胶的研发重点!
在申请量前十的企业方面,日本企业占据七席,富士胶片、信越化学、住友化学排名前三,申请量遥遥领先,日本在EUV光刻胶领域的技术优势十分明显。
虽然EUV制程能够进一步减小芯片尺寸,提升器件性能,但是其前期巨大的资本和人力投入也让大部分厂商望而却步。EUV技术能够有效延长摩尔定律寿命,但是要想进一步释放下一代计算机潜能仍需找到颠覆性的材料和器件。
受行业技术壁垒高、国内起步晚等影响,目前国内企业在技术上远落后于日、美等国际大厂,光刻胶自给率仅10%。庆幸的是,国内企业已经开始实现光刻胶的突破,北京科华、苏州瑞红(晶瑞化学子公司)、飞凯材料、广信材料、容大感光等厂商已经在不同领域逐步推进国产替代,南大光电、上海新阳也重金投入193nm光刻胶的研发及产业化。
国内产业格局及主要企业
光刻胶行业主要的上市公司有:晶瑞股份(300655)、南大光电(300346)、飞凯材料(300398)、容大感光(300576)、永太科技(002326)、强力新材(300429)。
1 飞凯材料(300398.SZ)
飞凯材料是国内紫外光纤涂覆材料生产的龙头企业。其中,紫外固话光纤光缆涂覆材料为公司的核心产品,占据国内紫外光纤光缆涂覆材料市场的 60%。子公司和成显示是国产液晶材料龙头,是国内少有的能够突破国外专利封锁,并且在京东方、国星光电等主流 TFT 产线上实现国产替代的混晶材料供应商。
公司通过持续并购及日本、台湾地区海外人才引入,目前在半导体封装材料方面已经形成封装锡球、环氧塑封料、电镀液等多条业务线。
2 容大感光(300576.SZ)
容大感光是一家专业生产印刷电路板(PCB)感光油墨、光刻胶及配套化学品、特种油墨等感光电子化学品的研发、生产和销售为主业的企业。占据国内感光油墨市场 25%的份额、在阻焊油墨市场上占据了10%的国内市场。
感光油墨技术国内领先。公司通过多年的研发,掌握了感光油墨的核心技术,包括树脂合成技术、配方设计及工艺控制技术等。
经过十余年发展,感光产品种类日益丰富,是业内生产 PCB 感光油墨产品品种最齐全的企业之一,产品具有提高电子线路图形的精确度的优点,适应了 PCB 技术向高密度、高精度、多层化的发展趋势,确保容大在该细分领域的优势地位。
3 永太科技(002326.SZ)
永太科技是一家从事氟精细化学品研发、生产和销售的氟化工企业。按产品类别包括液晶化学品、医药化学品、农药化学品和其他化学品,按化学分子结构可划分为二氟、三氟、五氟、邻氟和对氟五个系列。
4 强力新材(300429.SZ)
光刻胶专用化学品国内领跑者。公司是国内少数专业从事光刻胶专用电子化学品研发、生产和销售的企业,与台湾长兴化学、日本旭化成等全球知名光刻胶生产企业建立了良好稳定的合作关系。
作为全球 PCB 光刻胶专用化学品的主要供应商之一,2010年进入LCD 光刻胶光引发剂领域,系列产品打破了跨国公司对该类产品的垄断,填补了国内空白,获得了中国国家知识产权局、韩国知识产权局、日本特许厅和欧洲专利局授权的多项发明专利,公司 LCD 光刻胶光引发剂系列产品已成功进入世界主要LCD 光刻胶生产厂商,并不断扩大份额。
5 晶瑞股份(300655)
晶瑞股份是一家生产销售微电子业用超纯化学材料和其他精细化工产品的上市企业。参股公司苏州瑞红是国内光刻胶龙头之一。
6 江化微(603078)
江阴江化微电子材料股份有限公司主要从事超净高纯试剂、光刻胶及光刻胶配套试剂等专用湿电子化学品的研发、生产和销售业务。公司产品主要适用于平板显示、半导体及LED、光伏太阳能以及硅片、锂电池、光磁等电子元器件微细加工的清洗、光刻、显影、蚀刻、去膜、掺杂等制造工艺过程中。
7 南大光电
江苏南大光电材料股份有限公司是工业园区与南京大学于2000年底合作研发的MO源高新技术产业化企业,专业生产各类高纯金属有机化合物产品(MO源)以及生化产品。是国内唯一有能力进行高纯度MO源商业化量产的企业。MO源是MOCVD技术生长化合物半导体超薄型膜材料的支撑材料。
8广信材料
12月12日,广信材料对外公布光刻胶技术开发项目的进展。 2018年11月,公司同中国台湾企业廣至新材料有限公司签订了《技术委托开发合同》合作开发可应用于印刷电路板柔性基板、LCD及LED显示面板、半导体元器件等领域的高分辨率紫外光型正型光刻胶,成功跻身光刻胶领域。
广信材料表示,公司深耕以专用油墨、专用涂料为主的电子化学品行业新材料领域,在优化已有优势产品的基础上进行战略性立体布局,通过积极拓展光刻胶应用领域作为现有光固化产品及技术的有效补充和延伸。
“光刻胶技术开发项目”作为公司布局光刻胶领域的重要组成部分,公司将根据战略布局、研发进度和市场情况,积极推进项目进展,丰富公司产品线,拓展应用领域,进一步提高公司市场竞争能力和盈利能力。
量产光刻机厂商
目前市场上提供量产商用的光刻机厂商只有三家:ASML,尼康,佳能。根据2007年的统计数据,在中高端光刻机市场,ASML占据大约60%的市场份额。而最高端市场(例如沉浸式光刻机),ASML大约目前占据80%的市场份额。
2014年,国务院发布了《国家集成电路产业发展推进纲要》,提出“研发光刻机、刻蚀机、离子注入机等关键设备,开发光刻胶、大尺英寸硅片等关键材料”。在国家政策与市场的双重驱动下,近年来,国内企业逐步向面板、半导体光刻胶发力,苏州瑞红、北京科华在分立器件、面板等部分产品实现了国产替代,但由于光刻胶市场资金和技术壁垒较高,长期被国外企业垄断,国内专业人才实在太少,国内企业要实现向高端光刻胶的突破并不容易,国产替代任重道远。
新型材料仍在研发阶段,仍有很多困难需要攻克,相信在半导体产业的积极推动下,性能更强的新一代半导体材料将不久面世。