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日本光刻胶将断供,国产光刻胶厂商迅速填补市场空白

文涛 2021-05-30 0
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光刻胶是半导体光刻工艺的核心材料,可以决定半导体图形工艺的精密程度和良率。作为半导体制造重要材料,由于技术壁垒和客户壁垒较高,全球半导体光刻胶市场集中度一直很高,市场长期被日美厂商垄断。

 

由于日本信越化学KrF光刻胶产能不足等原因,导致中国大陆多家晶圆厂KrF光刻胶供应紧张,部分中小晶圆厂KrF光刻胶甚至出现断供,多家晶圆厂正在加速验证导入国内KrF光刻胶。受此消息影响,A股光刻胶板块南大光电、晶瑞股份、上海新阳大幅上涨。

 

近期国内外有不少晶圆厂在增加产能,光刻胶生产企业难以快速增产,而且光刻胶产品本身具有保质期,这些都是光刻胶供应紧张的因素。在晶圆厂中,越是先进的工艺,使用的光刻胶越多,虽然光刻胶市场规模不大,但是单价较高,利润率也较高,这成为光刻胶生产企业持续研发的动力,在国家02专项等政策扶持下,国内光刻胶近年来已取得不少进展。

 

其中,南大光电宣布ArF光刻胶25吨产线建设已完成,明年将量产,性能与日本产品同等,已经拿到首个订单;北京科华KrF光刻胶已通过包括中芯国际在内的部分客户认证,并实现批量供货;晶瑞股份g-line/i-line光刻胶量产,KrF光刻胶已进入客户测试阶段,即将研发ArF光刻胶;上海新阳的ArF干法、KrF厚膜等中试光刻胶产品已取得优异的客户端测试结果。

 

市场规模不大,但必不可少

 

今年2月,日本福岛近海发生7.3级地震,导致光刻胶大厂信越化学部分工厂停产。5月26日,集微网援引行业人士报道称,信越化学KrF光刻胶产线受到很大程度破坏,至今未完全恢复生产。

 

在产线受到影响和晶圆厂扩产等多方因素下,信越化学不得不停止向中国大陆几家晶圆厂供应KrF光刻胶。虽然东京应化填补了信越化学海外大部分缺失的KrF光刻胶产能,但目前仍存在不小的缺口。

 

除信越化学KrF光刻胶产线供应出问题外,更重要的原因是,在福岛地震前,KrF光刻胶的产能供应就较为紧张。据央视财经报道,今年年初以来半导体光刻胶供应极为短缺,以往企业每次采购的光刻胶量约在100kg,近期由于原材料短缺,每次只能买到很小的量。一瓶4公斤的光刻胶成本约4-5万元,价格也由于供应紧张开始上涨。

 

光刻胶1

 

信越化学官网截图

 

经观察者网梳理,光刻胶又称光致抗蚀剂,它是指由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分构成的对光敏感的混合液体。在紫外光、电子束、离子束、X射线等辐射的作用下,其感光树脂的溶解度及亲和性由于光固化反应而发生变化,经适当溶剂处理,溶去可溶部分可获得所需图像。

 

光刻胶主要成本构成如下图:

 

光刻胶2

 

华泰证券2020年11月研报

 

按应用领域分类,光刻胶可分为印制电路板(PCB)光刻胶、显示面板光刻胶、半导体光刻胶及其他光刻胶。目前,国内光刻胶以PCB用光刻胶为主,显示面板、半导体用光刻胶供应量占比极低。

 

光刻胶3

 

浙商证券2020年4月研报截图

 

依照曝光波长分类,光刻胶又可分为紫外光刻胶(300-450nm)、深紫外光刻胶(160-280nm)、极紫外光刻胶(EUV,13.5nm)、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。在不同曝光波长的情况下,光刻胶适用的光刻极限分辨率也不尽相同,在加工方法一致时,波长越小加工分辨率更佳。

 

因此,不同波长光源的光刻机需要搭配相应波长的光刻胶进去光刻。目前半导体光刻胶最常使用曝光波长分类,主要有g线、i线、KrF、ArF和最先进的EUV光刻胶,其中DUV光刻机分为干法和浸润式,所以ArF光刻胶也对应分为干法和浸润式两类。越先进制程相应需要使用越短曝光波长光刻胶,以达到特征尺寸微小化。

 

光刻胶4

 

华泰证券2020年11月研报

 

KrF光刻胶对应曝光波长为248nm,适用的逻辑制程工艺为0.25um-0.11um,晶圆尺寸为8英寸。而中芯国际目前可量产14nm工艺,该工艺需要采用更高端的ArF光刻胶。

 

国内半导体咨询机构“芯谋研究”企业定制项目一部研究总监王笑龙分析指出,KrF光刻胶主要是面向成熟工艺,而国内晶圆厂也是以成熟工艺为主,所以对KrF光刻胶的需求量还是比较大的。

 

光刻胶5

 

全球光刻胶应用结构

 

据电子材料市场研究与咨询服务公司TECHCET预测,2021年半导体制造所需的光刻胶市场规模将同比增长11%,达到19亿美元。从抗蚀剂类型来看,2020年和2021年的光刻胶市场,用于KrF和浸入式ArF的光刻胶市场较高。对于极紫外光刻(EUV),应用范围正在从逻辑芯片扩展到DRAM。2021年的EUV光刻胶市场将超过2000万美元,并且此后还将继续增长,预计到2025年将超过2亿美元。

 

而根据智研咨询预测,2022年中国大陆半导体光刻胶市场空间将会接近55亿元,是2019年的两倍。不过,相对半导体设备市场来说,光刻胶的规模要小的多。国际半导体产业协会(SEMI)公布的数据显示,中国大陆2020年半导体设备销售总额达到187.2亿美元(约合人民币1224.2亿元)。

 

光刻胶6

 

2019年-2020年中国纯晶圆代工市场规模

 

虽然市场规模不大,但是光刻胶在芯片制造中必不可少。作为光刻曝光的核心材料,光刻胶分辨率是光刻胶实现器件的关键尺寸(如器件线宽)的衡量值,光刻胶分辨率越高形成的图形关键尺寸越小。

 

目前,相同用途的光刻胶需要大量投资,行业退出壁垒较大、技术壁垒较高。与此同时,光刻胶厂家为了实现技术保密性,从而会与上游的原料供应商保持密切合作关系,共同研发新技术,增大了客户的转换成本。因此,光刻胶行业的上下游合作处于互相依赖、互相依存的关系,使得客户的进入壁垒较高。

 

华泰证券2020年11月的研报显示,全球半导体光刻胶市场主要被日本企业高度垄断,并且在越高端的市场垄断地位越明显。目前,全球半导体光刻胶龙头厂商是TOK(东京应化)、信越化学、JSR(日本合成橡胶)、住友化学、富士胶片等日企和美国陶氏化学,这些龙头企业总计占据各半导体光刻胶细分领域超过85%市场份额,其中头部日企在各个细分领域都占据主导地位。

 

最先进的EUV光刻胶领域则完全被日企所主导,日本的JSR、TOK、信越化学成为EUV光刻胶市场上仅有的实现量产的厂商。目前引入EUV工艺的仅有三星电子和台积电两家公司,日企也将工厂布局到韩国和中国台湾,以便以地理优势保持市场份额。

 

光刻胶7

 

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