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漲知識(shí)丨一文了解100億美元市場規(guī)模的光刻膠行業(yè)

2020/10/8 16:53:02??????點(diǎn)擊:

受益于半導(dǎo)體、顯示面板、PCB產(chǎn)業(yè)東移的趨勢,2019年中國光刻膠市場本土企業(yè)銷售規(guī)模約70億元,全球占比約10%,發(fā)展空間巨大。

  

光刻膠又稱光致抗蝕劑,是一種對(duì)光敏感的混合液體。其組成部分包括:光引發(fā)劑(包括光增感劑、光致產(chǎn)酸劑)、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑。


光刻膠可以通過光化學(xué)反應(yīng),經(jīng)曝光、顯影等光刻工序?qū)⑺枰奈⒓?xì)圖形從光罩(掩模版)轉(zhuǎn)移到待加工基片上。依據(jù)使用場景,這里的待加工基片可以是集成電路材料、顯示面板材料或者印刷電路板。

據(jù)第三方機(jī)構(gòu)智研咨詢統(tǒng)計(jì),至2022年全球光刻膠市場規(guī)模將超過100億美元。光刻膠按應(yīng)用領(lǐng)域分類,可分為 PCB 光刻膠、顯示面板光刻膠、半導(dǎo)體光刻膠及其他光刻膠。全球市場上不同種類光刻膠的市場結(jié)構(gòu)較為均衡,具體占比可以如下圖所示。

(全球光刻膠市場結(jié)構(gòu))

智研咨詢的數(shù)據(jù)還顯示,受益于半導(dǎo)體、顯示面板、PCB產(chǎn)業(yè)東移的趨勢,2019年中國光刻膠市場本土企業(yè)銷售規(guī)模約70億元,全球占比約10%,發(fā)展空間巨大。目前,中國本土光刻膠以PCB用光刻膠為主,平板顯示、半導(dǎo)體用光刻膠供應(yīng)量占比極低。中國本土光刻膠企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)可以如圖所示。


(中國本土光刻膠企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu))



光刻膠分類


在平板顯示行業(yè),主要使用的光刻膠有彩色及黑色光刻膠、LCD觸摸屏用光刻膠、TFT-LCD正性光刻膠等。在光刻和蝕刻生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,光刻膠涂覆于晶體薄膜表面,經(jīng)曝光、顯影和蝕刻等工序?qū)⒐庹郑ㄑ谀ぐ妫┥系膱D形轉(zhuǎn)移到薄膜上,形成與掩膜版對(duì)應(yīng)的幾何圖形。

(光刻膠膠涂工藝)

在PCB行業(yè),主要使用的光刻膠有干膜光刻膠、濕膜光刻膠、感光阻焊油墨等。干膜是用特殊的薄膜貼在處理后的敷銅板上,進(jìn)行曝光顯影;濕膜和光成像阻焊油墨則是涂布在敷銅板上,待其干燥后進(jìn)行曝光顯影。干膜與濕膜各有優(yōu)勢,總體來說濕膜光刻膠分辨率高于干膜,價(jià)格更低廉,正在對(duì)干膜光刻膠的部分市場進(jìn)行替代。


(液晶屏顯彩色濾光膜制造有賴于彩色光刻膠)

在半導(dǎo)體集成電路制造行業(yè),主要使用g線光刻膠、i線光刻膠、KrF光刻膠、ArF光刻膠等。在大規(guī)模集成電路的制造過程中,一般要對(duì)硅片進(jìn)行超過十次光刻。在每次的光刻和刻蝕工藝中,光刻膠都要通過預(yù)烘、涂膠、前烘、對(duì)準(zhǔn)、曝光、后烘、顯影和蝕刻等環(huán)節(jié),將光罩(掩膜版)上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。


(感光阻焊油墨用于 PCB)

光刻膠是集成電路制造的重要材料:光刻膠的質(zhì)量和性能是影響集成電路性能、成品率及可靠性的關(guān)鍵因素。光刻工藝的成本約為整個(gè)芯片制造工藝的35%,并且耗費(fèi)時(shí)間約占整個(gè)芯片工藝的40%-50%。光刻膠材料約占IC制造材料總成本的4%,市場巨大。因此光刻膠是半導(dǎo)體集成電路制造的核心材料。


(正性光刻膠顯影示意圖)

按顯示效果分類,光刻膠可分為正性光刻膠和負(fù)性光刻膠。負(fù)性光刻膠顯影時(shí)形成的圖形與光罩(掩膜版)相反;正性光刻膠形成的圖形與掩膜版相同。兩者的生產(chǎn)工藝流程基本一致,區(qū)別在于主要原材料不同。

(負(fù)性光刻膠顯影示意圖)

按照化學(xué)結(jié)構(gòu)分類;光刻膠可以分為光聚合型、光分解型、光交聯(lián)型和化學(xué)放大型。

(光刻膠分類總結(jié))



光刻膠材料制備壁壘高


光刻膠的生產(chǎn)工藝主要過程是將感光材料、樹脂、溶劑等主要原料在恒溫恒濕 1000 級(jí)的黃光區(qū)潔凈房進(jìn)行混合,在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下充分?jǐn)嚢瑁蛊涑浞只旌闲纬删嘁后w,經(jīng)過多次過濾,并通過中間過程控制和檢驗(yàn),使其達(dá)到工藝技術(shù)和質(zhì)量要求,最后做產(chǎn)品檢驗(yàn),合格后在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下包裝、打標(biāo)、入庫。整個(gè)工藝流程可以如下圖所示:

(光刻膠的生產(chǎn)工藝簡要流程)

光刻膠的技術(shù)壁壘包括配方技術(shù),質(zhì)量控制技術(shù)和原材料技術(shù)。配方技術(shù)是光刻膠實(shí)現(xiàn)功能的核心,質(zhì)量控制技術(shù)能夠保證光刻膠性能的穩(wěn)定性而高品質(zhì)的原材料則是光刻膠性能的基礎(chǔ)。

配方技術(shù):由于光刻膠的下游用戶是IC芯片和FPD面板制造商,不同的客戶會(huì)有不同的應(yīng)用需求,同一個(gè)客戶也有不同的光刻應(yīng)用需求。一般一塊半導(dǎo)體芯片在制造過程中需要進(jìn)行10-50道光刻過程,由于基板不同、分辨率要求不同、蝕刻方式不同等,不同的光刻過程對(duì)光刻膠的具體要求也不一樣,即使類似的光刻過程,不同的廠商也會(huì)有不同的要求。針對(duì)以上不同的應(yīng)用需求,光刻膠的品種非常多,這些差異主要通過調(diào)整光刻膠的配方來實(shí)現(xiàn)。因此,通過調(diào)整光刻膠的配方,滿足差異化的應(yīng)用需求,是光刻膠制造商最核心的技術(shù)。

質(zhì)量控制技術(shù):由于用戶對(duì)光刻膠的穩(wěn)定性、一致性要求高,包括不同批次間的一致性,通常希望對(duì)感光靈敏度、膜厚的一致性保持在較高水平,因此,光刻膠生產(chǎn)商不僅僅要配臵齊全的測試儀器,還需要建立一套嚴(yán)格的QA體系以保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。

原材料技術(shù):光刻膠是一種經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)的復(fù)雜、精密的配方產(chǎn)品,由成膜劑、光敏劑、溶劑和添加劑等不同性質(zhì)的原料,通過不同的排列組合,經(jīng)過復(fù)雜、精密的加工工藝而制成。因此,光刻膠原材料的品質(zhì)對(duì)光刻膠的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。對(duì)于半導(dǎo)體化學(xué)化學(xué)試劑的純度,際半導(dǎo)體設(shè)備和材料組織(SEMI)制定了國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),如下表中所示。


(SEMI 超凈高純?cè)噭?biāo)準(zhǔn))



美國和日本把持的市場


光刻膠行業(yè)具有極高的行業(yè)壁壘,因此在全球范圍其行業(yè)都呈現(xiàn)寡頭壟斷的局面。光刻膠行業(yè)長年被日本和美國專業(yè)公司壟斷。目前前五大廠商就占據(jù)了全球光刻膠市場 87%的份額,行業(yè)集中度高。其中,日本 JSR、東京應(yīng)化、日本信越與富士電子材料市占率加和達(dá)到72%。


并且高分辨率的 KrF 和 ArF 半導(dǎo)體光刻膠核心技術(shù)亦基本被日本和美國企業(yè)所壟斷,產(chǎn)品絕大多數(shù)出自日本和美國公司,如杜邦、JSR 株式會(huì)社、信越化學(xué)、東京應(yīng)化工業(yè)、Fujifilm,以及韓國東進(jìn)等企業(yè)。


整個(gè)光刻膠市場格局來看,日本是光刻膠行業(yè)的巨頭聚集地。


(全球光刻膠生產(chǎn)企業(yè)市場份額)

日韓材料摩擦:半導(dǎo)體材料國產(chǎn)化是必然趨勢;2019年7月份,在日韓貿(mào)易爭端的背景下,日本宣布對(duì)韓國實(shí)施三種半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)材料實(shí)施禁運(yùn),包含刻蝕氣體,光刻膠和氟聚酰亞胺。韓國是全球存儲(chǔ)器生產(chǎn)基地,顯示屏生產(chǎn)基地,也是全球晶圓代工基地,三星、海力士、東部高科等一大批晶圓代工廠和顯示屏廠都需要日本的半導(dǎo)體材料。這三種材料直接掐斷了韓國存儲(chǔ)器和顯示屏的經(jīng)濟(jì)支柱。


在禁運(yùn)之后,韓國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨空前危機(jī),一時(shí)間,三星半導(dǎo)體,海力士等全球存儲(chǔ)器龍頭都處于時(shí)刻停產(chǎn)危機(jī),三星本身的材料存貨只能支撐3個(gè)月的生產(chǎn)。三星、海力士高管也是頻頻去日本交涉。同為美國重要盟友的日韓之間尚且如此,尚在發(fā)展初期的中國科技產(chǎn)業(yè)更需要敲響警鐘。


目前中國大陸對(duì)于電子材料,特別是光刻膠方面對(duì)國外依賴較高。所以在半導(dǎo)體材料方面的國產(chǎn)代替是必然趨勢。


中美貿(mào)易摩擦:光刻膠國產(chǎn)代替是中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迫切需要;自從中美貿(mào)易摩擦依賴,中國大陸積極布局集成電路產(chǎn)業(yè)。在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域,光刻膠作為是集成電路制程技術(shù)進(jìn)步的“燃料”,是國產(chǎn)代替重要環(huán)節(jié),也是必將國產(chǎn)化的產(chǎn)品。


光刻是半導(dǎo)制程的核心工藝,對(duì)制造出更先進(jìn),晶體管密度更大的集成電路起到?jīng)Q定性作用。每一代新的光刻工藝都需要新一代的光刻膠技術(shù)相匹配。現(xiàn)在,一塊半導(dǎo)體芯片在制造過程中一般需要進(jìn)行10-50道光刻過程。其中不同的光刻過程對(duì)于光刻膠也有不一樣的具體需求。光刻膠若性能不達(dá)標(biāo)會(huì)對(duì)芯片成品率造成重大影響。


目前中國光刻膠國產(chǎn)化水平嚴(yán)重不足,重點(diǎn)技術(shù)差距在半導(dǎo)體光刻膠領(lǐng)域,有 2-3 代差距,隨著下游半導(dǎo)體行業(yè)、LED及平板顯示行業(yè)的快速發(fā)展,未來國內(nèi)光刻膠產(chǎn)品國產(chǎn)化替代空間巨大。當(dāng)今,中國通過國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金(大基金)撬動(dòng)全社會(huì)資源對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行投資和扶持。


同時(shí),國內(nèi)光刻膠企業(yè)積極抓住中國晶圓制造擴(kuò)產(chǎn)的百年機(jī)遇,發(fā)展光刻膠業(yè)務(wù),力爭早日追上國際先進(jìn)水平,打進(jìn)國內(nèi)新建晶圓廠的供應(yīng)鏈。光刻膠的國產(chǎn)化公關(guān)正在全面展開,在面板屏顯光刻膠領(lǐng)域,中國已經(jīng)出現(xiàn)了一批有競爭力的本土企業(yè)。


(國內(nèi)光刻膠主要生產(chǎn)企業(yè)及國產(chǎn)替代情況)

在半導(dǎo)體和面板光刻膠領(lǐng)域,盡管國產(chǎn)光刻膠距離國際先進(jìn)水平仍然有差距,但是在政策的支持和自身的不懈努力之下,中國已經(jīng)有一批光刻膠企業(yè)陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。更多濾芯膠請(qǐng)?jiān)L問s1l6e.cn