1、概述:光刻胶是半导体制造核心材料,行业壁垒高筑
◆光刻胶:光刻时用于接收图像的介质
光刻胶是一种有机化合物,受特定波长光线曝光作用后其化学结构改变,在显影液中的溶解度会发生变化,因此又称光致抗蚀剂。正胶在曝光后发生光化学反应,可以被显影液溶解,留下的薄膜图形与掩膜版相同;而负胶经过曝光后变成不可溶物质,非曝光部分被溶解,获得的图形与掩膜版相反。
主要成分:光刻胶是光刻工艺的核心材料,主要由树脂、感光剂、溶剂、添加剂等组成,其中树脂和感光剂是最核心的部分。
◆光刻技术是半导体制造最关键的技术
光刻技术用于电路图形生成和复制,是半导体制造最为关键的技术。光刻技术的进步是集成电路技术遵循摩尔定律更新的重要技术先导,其先进程度决定了半导体制造技术水平的高低。光刻工艺贯穿半导体器件和集成电路制造工艺始终,当代超大规模集成电路制作需要几十次乃至上百次光刻才能完成,光刻的最小线条尺寸是集成电路发展水平的标志。基本光刻工艺流程包括表面处理、涂胶、前烘、对准和曝光、显影、后烘等工序,将所需要的微细图形从光罩转移到待加工基片上。
◆半导体光刻胶是光刻胶重要应用领域之一
光刻胶应用分类:光刻胶按照下游应用领域划分,主要可分为PCB、面板、半导体三类,每一类光刻胶又有各自细分品类。其中半导体光刻胶技术门槛最高,按照光源波长的从大到小,可分为紫外宽谱(300-450nm)、g线(436nm)、i线(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)、EUV(13.5nm) 等主要品类,每一种品类的组分、适用的IC制程技术节点也不尽相同。
◆技术演进|与光刻技术曝光波长适配下的分辨率提升
曝光波长的减小是提高光刻分辨率最有效的途径:根据著名的瑞利判据公式——分辨率R=K1*/NA,光刻工艺分辨率的提升可以通过减小光源波长、增加光刻物镜数值孔径NA、减小工艺因子K1三方面实现,而后两者的变动范围相对有限,因此波长的减小是提高光刻分辨率最有效的途径。
发展路径清晰:制程节点进化的需求是光刻胶行业发展的驱动因素,光刻胶和光刻机技术的相辅相成、兵合一处是制程得以进步、摩尔定律得以实现的关键。相应的,光刻胶的光化学反应与光刻机曝光波长的适配是提高光刻工艺分辨率的关键。
2、市场:晶圆厂扩建拉动需求,但长期被日企垄断
◆市场空间|2022年全球光刻胶市场有望达到123亿美元
全球光刻胶市场规模:据前瞻产业研究院数据显示,2019年全球光刻胶市场为82亿美元,预计2026年有望达123亿美元,2019-2026年年复合增速约为6%。
中国光刻胶市场规模:得益于PCB、LCD、半导体等产业制造产能的东移,国内上游的电子材料产业快速发展。据中商产业研究院数据,中国光刻胶市场规模从2016年的53.2亿元增长至2020年的84亿元,预计2021年为93.3亿元,同比增长11%。
◆市场空间|2025年中国半导体光刻胶市场有望达100亿元
全球半导体光刻胶市场规模:据TECHCET预测,2021年全球半导体光刻胶市场规模将同比增长11%,达到19亿美元。在全球缺货的大环境下,芯片制造,尤其是晶圆代工产能供不应求为半导体光刻胶提供了持久的增长动力。未来几年,全球半导体光刻胶市场将保持稳定的增长。
中国半导体光刻胶市场规模:据SEMI数据显示,中国光刻胶半导体市场规模从2015年的1.3亿美元增长至2020年的3.5亿美元。随着国内晶圆代工产能的不断提升,2025年中国光刻胶半导体市场规模有望达到100亿元,2020-2025年年复合增速将达到35%,明显高于全球市场增速。
◆需求端|晶圆厂扩产是拉动行业增长的重要驱动因素
SEMI的数据显示,2017-2020年间全球投产的半导体晶圆厂为62座,其中有26座设于中国大陆,占全球总数的42%。预计从2020年到2024年至少新增38个12英寸晶圆厂,其中中国将新建19座(中国台湾11座,中国大陆8座)。8吋晶圆月产能至2024年也将达660万片规模。光刻胶等半导体材料供应商将有望受益于扩产浪潮。
◆需求端|中国半导体材料市场突飞猛进,光刻胶增长强劲
全球半导体材料市场规模:半导体材料分为前道晶圆制造材料和后道封装材料两类,以前者为主,主要包括硅片、光刻胶、掩膜版、溅射靶材、电子特气、湿电子化学品、CMP抛光材料等。根据SEMI的数据,2020年,全球半导体材料市场规模增长至553.1亿美元,其中晶圆制造材料为349亿美元;中国大陆市场规模快速增长至97.6亿美元,首次成为全球第二大市场,增速12%,增幅跃居全球第一。
光刻胶增长强劲:在晶圆制造材料细分市场中,增长最为强劲的是光刻胶和光刻胶配套材料、湿化学品以及CMP抛光材料。据统计,光刻胶和光刻胶配套试剂分别占晶圆制造材料市场的6%和8%。
◆行业趋势|光刻胶市场结构变化,EUV增速最快
全球半导体光刻胶市场呈结构性增长,据TECHCET数据显示,2020年和2021年,用于KrF和ArFi的光刻胶市场较高,而EUV的应用范围正在从逻辑芯片扩展到 DRAM,预计2021年EUV光刻胶市场超过2000万美元,到2025年将超过2亿美元,年复合增速超过50%。然而目前,EUV光刻胶的市场几乎被日本的TOK、信越化学 和JSR三分天下。
◆业绩靓眼|ASML光刻机供不应求,布局下一代EUV
设备供不应求,预计2022年销售额将继续增长20%:近日,荷兰光刻机巨头ASML 发布了2021年度财报,实现186.1亿欧元销售收入,同比增长33%;实现净利润58.8亿欧元,同比增长65.6%。2021年,ASML共交付了42台EUV光刻机,贡献营收63亿欧元,营收占比33.85%,平均每台售价1.5亿欧元。此外,ASML还销售了 81台ArFi光刻机、131台KrF光刻机。由于当前需求量比最大供给量高出40%-50%,ASML预计2022年销售额将继续增长20%。此外,ASML宣布已收到英特尔对下一代光刻机EXE:5200的订单,该光刻机单价将超过3.4亿美元。
◆竞争格局|市场高度集中,长期被日企垄断
日本称霸,寡头垄断:全球光刻胶市场长期被日美高度垄断,数据显示,日本的合成橡胶(JSR)、东京应化(TOK)位居一二,CR5高达87%。在半导体光刻胶领域,日本企业依然占据领先地位,实现了对半导体光刻胶的垄断。前五中除了美国杜邦,其余四家均为日本企业。其中JSR、TOK的产品可以覆盖所有半导体光刻胶的品种,是绝对的龙头,尤其在高端的EUV市场高度垄断。目前国内市场仍主要以PCB用光刻胶供应为主,面板、半导体用光刻胶自给率依然很低。
◆竞争格局|国内中高端产品与国外差距较大,自给率严重不足
细分市场格局:从细分品类来看,目前国内厂商主要以紫外宽谱、G线、I线等低端领域产品为主,毛利率相对较低,国内厂商的产品已经占据了一定的市场份额。而高端领域的KrF、ArF、EUV光刻胶在技术、产品、产能方面均与国外存在较大差距,目前仍主要依赖于进口,处于被国外巨头垄断的现状,国内公司量产层面近乎空白,尤其是EUV光刻胶,国内尚无一家企业有产品问世。
◆复盘启发|历史市场份额变化的背后是行业发展的关键因素
复盘光刻胶产业从美国转移到日本并由日本企业主导,即使在半导体产业转移、日本光刻机企业失去地位后依然能称霸全球的历史,启发我们找到背后行业发展的关键因素有——行业需求、配套的光刻机技术、制程适配度以及产业链集群等。
3、趋势:国产替代迫在眉睫,国内企业追风赶月
◆背景及政策|政策持续加码,国产替代乃大势所趋
政策频出,为国产替代浪潮推波助澜:光刻胶是集成电路领域微加工的关键性材料,为推动光刻胶等半导体材料行业的发展,国家、地方层面政策先后出台。其中,既有国家层面印发的战略性、鼓励性、支持性政策等,也有各个省市进一步落实国家政策发布的规划、意见、指导目录等。尤其在中美贸易冲突的影响下,产业供应链安全和自主可控成为重中之重,国产替代迫在眉睫,乃行业发展的大势所趋。
◆供给端|信越断供,国内厂商迎来窗口期
大基金持续加码,核心材料国产化刻不容缓:除了政策扶持,还有资金在持续加码。早在一期国家大基金就投资了晶瑞电材等公司,二期更是将半导体材料作为重点布局领域,例如作为战略投资者参与南大光电定增。此外,2019年7月起,日本限制向韩国出口光刻胶的举动也给国内敲响了警钟。光刻胶保质期通常在6个月以内,无法囤货,一旦断供可能会引起停产的严重局面,由此核心材料国产化重要性更加凸显。
短期供给受限,国内厂商迎来导入窗口期:2021年5月,由于受到前期地震的影响,日本信越化学的产能遭到冲击,向中国大陆多家一线晶圆厂限制供货KrF光刻胶,部分中小晶圆厂甚至遭遇断供,这反而给了国内厂商绝佳的客户验证、产品导入窗口期。
◆追风赶月莫停留,平芜尽处是春山
面对契机,国内厂商已经开始布局中高端产品,加大研发投入,同时纷纷积极建设生产线,扩建光刻胶及其配套试剂的产能,同步进行客户验证,并向产业链上游原材料领域延伸,与上下游公司紧密合作开展业务,旨在实现核心材料一体化,以减少供应链风险同时降低成本。此外,在内生的基础上,企业也注重开展外延并购和外部合作,加快提升自身核心竞争力。例如彤程新材旗下的北京科华与杜邦达成了战略合作,开展先进光刻胶和其它光刻材料的合作;上海新阳与贺利氏开展合作共同开发半导体用光刻胶产品和相关材料。
4、投资分析
市场表现:光刻胶指数大幅跑赢市场 ,wind光刻胶概念指数8841237。自2019年7月1日指数发布以来,虽经历过调整,但仍大幅跑赢市场。除了受到整个半导体板块走势的影响之外,国家政策和资金的扶持、国内外断供事件、行业缺货涨价、相关企业购入光刻机等事件在不同程度上对指数表现产生了一定影响。
光刻胶是半导体制造的核心材料,行业壁垒高:光刻胶是半导体制造工艺中光刻技术的核心材料,其品质直接影响集成电路的性能,也是驱动摩尔定律得以实现的关键材料。光刻胶按照应用领域可以分为PCB、面板、半导体光刻胶三大类,其中半导体光刻胶技术门槛最高,专利技术、原材料、设备验证、客户认证使得行业壁垒高筑。
日本雄霸天下,市场高度垄断:全球晶圆厂的扩产扩建驱动行业需求快速增长,2021年全球半导体光刻胶市场约19亿美元。2020年中国半导体光刻胶市场约3.5亿美元,随着国内晶圆代工产能的不断提升,预计2025年有望达到100亿元人民币。竞争格局上,市场长期被国外高度垄断,尤其在中高端光刻胶方面,日企独占鳌头。
国产替代成为长期趋势,国内厂商追风赶月:目前国内半导体光刻胶国产化率依然较低,且主要以低端产品为主,技术水平与国外差距甚远。但在多项国家政策支持和大基金注资的背景下,今后国产替代将成为长期趋势。国内产业链企业逐渐意识到供应链安全及自主可控的重要性,主动寻求核心材料国产化。国内厂商也在积极研发中高端产品、加速客户和产品导入、新建扩建相关产能,在探索中砥砺前行,从而抓住国产化的契机,目前已有少数企业已开始崭露头角,实现从0到1的突破。