|芯片产业链材料篇之光刻胶
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一、光刻胶介绍
在芯片制造的过程中 ， 并非是激光经过光掩膜就直接在硅片上刻出电路图 ， 而是需要进行特殊的加工处理 。 就像你拿光照到石头上一样 ， 关掉光源照样什么也没有 。 要想完成光刻 ， 必须有光刻胶 ， 必须事先在硅片上涂上光刻胶 。
先来看看芯片光刻原理图：
上图可以清晰的看出光刻胶所应用于生产工艺中的位置 。
那什么是光刻胶？光刻胶又称光致抗蚀剂 ， 是指通过紫外光、电子束、离子束等照射或辐射 ， 其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料 。
光刻原理具体是怎样的？先参照上图 。 首先在硅片上涂上光刻胶 ， 光刻机的激光透过光罩照在涂有光刻胶的硅片上 ， 于是光刻胶的溶解度就会发生变化 。
也就是说 ， 被光照到的地方和没被光照到的地方 ， 溶解度不同 。 接着 ， 再用化学品将多余的部分溶解清洗掉 ， 于是就形成了与光掩膜完全对应的电路图 ， 后面通过蚀刻将所需要的图形加工到硅片上 ， 于是硅片上的电路图就出来了 。
从性质上来讲 ， 光刻胶分为正光刻胶和负光刻胶 ， 被光照到使溶解度增加的是正光刻胶 溶解度减小的是负型光刻胶 。 不管是正是负 ， 总之就是要让被照到的和不被照到的地方形成溶解度不同的区域 ， 然后把不想要的那部分区域溶解去掉即可 。
通常 ， 光刻胶是由成膜树脂、感光化合物和溶剂三种主要成分组成具有光化学敏感性的混合液体 。 光刻胶的种类很多 ， 包括g线光刻胶、i线光刻胶、h线光刻胶、KrF（氟化氪）光刻胶、ArF（氟化氩）光刻胶和辐射线光刻胶等 。 （G线435nm ， I线365nm ， H线404nm对应高压汞灯光谱中波长不同的谱线 ， 波长越短 ， 光刻分辨率越高）不同种类的芯片 ， 不同制程的芯片 ， 使用的光刻胶不一样 ， 制作的难度也不一样 。
一、光刻胶行业
光刻胶属于半导体八大核心材料之一 ， 据全球半导体行业协会数据 ， 光刻胶在半导体材料价值中占比近6% ， 光刻辅助试剂占比6.2% ， 二者共占12.2% 。 两者合计份额几乎和光掩膜所占份额差不多 ， 继硅片、电子气体和光掩膜之外的第四大半导体材料 。
我们来看看光刻胶产业链图如下：
行业的技术门槛非常高 ， 光刻胶是一种经过严格设计的复杂、精密的配方产品 。 高端光刻胶对于产品的分辨率、对比度、敏感度等要求非常高 。 光刻胶的质量和性能是影响半导体产品性能、产品率、可靠性的关键因素 。
市场集中度高 。 光刻胶全球产量并不高 ， 全球半导体材料公开数据显示2019光刻胶市场规模17.7亿 ， 规模不大 ， 但种类却不少 。 而且重要性非常大 ， 没有光刻胶 ， 芯片这事还真就干不成 。 光刻胶产品用量虽然小、但对品质要求高 ， 而光刻胶本身的下游应用行业又非常少 。 只有三种：PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶 ， 而且下游的采购商全部属于大型芯片制造企业 ， 从而使得业内只有几家公司能生存 。
从光刻胶的全球市场格局来看 ， 整个市场也是呈现寡头垄断格局 。 全球前5大厂商分别为日本JSR（市占率28%）、东京应化（市占率21%）、美国的罗门哈斯（市占率15%）、信越化学（市占率13%）、富士电子（市占率10%） 。 全球五大厂商垄断了市场87%的份额 。 而这前5大厂商中只有一家美国企业 ， 其余4家均是日本企业 。 日本所在份额就高达72% 。
行业客户壁垒高 。 光刻胶和芯片一样 ， 产品更新换代快 ， 厂商出于保密的考虑 ， 通常都会和上游的材料供应商进行保密合作 ， 从而使得客户转换的难度增加 ， 行业的客户壁垒极高 。
光刻胶三大应用行业 。 从上图光刻胶的产业链可以看出 ， 光刻胶主要应用于三大行业：PCB光刻胶、LCD光刻胶、半导体光刻胶 。
从技术难度来看：PCB光刻胶＜LCD光刻胶＜半导体光刻胶；相应的国产化比重也越来越低 。
国内光刻胶基本情况 。 目前国内的企业依然以PCB光刻胶为主 ， 据产业信息网的数据 ， 目前国内生产的光刻胶94%都用于PCB ， 而真正技术难度最高的半导体光刻胶只占到2% 。
很多企业如：东方材料、北京力拓达、飞凯材料、鼎材科技等都是仅仅只能生产PCB光刻胶 ， 国内整体的技术水平距离美、日等巨头企业还有相当远的距离 。
三、国内光刻胶公司 。
目前国内半导体光刻胶生产和研发企业仅有五家 ， 分别为苏州瑞红（晶瑞股份子公司）、北京科华、南大光电、容大感光、上海新阳 。 以下从半导体的三代光刻技术对于上述五家公司进行对比（半导体行业中 ， 技术进程是唯一的护城河）：
1.UV ， g/i线光刻胶（436/365nm）：
国产化率15% ， 已量产公司：北京科华500吨/年、苏州瑞红120吨/年；容大感光产能建设中 ， 公司大亚湾光刻胶及其配套化学品募投项目设计的生产能力为年产1000吨；
2.DUV ， KrF/ArF光刻胶（248/193nm）:
几乎全部靠进口 ， 已量产公司：北京科华10吨/年；苏州瑞红进入产品中期测试阶段；南大光电 ， 正在建设中 ， 预计产能25吨/年；上海新阳预计6月份进入产品中期测试 。
3.极紫外（EUV光刻胶）：
目前国内只有北京科华处于早期研究阶段
综上所述国内半导体光刻胶龙头企业分别为：北京科华（未上市）、晶瑞股份、南大光电、容大感光、上海新阳 。
北京科华已经完成i线和g线光刻胶生产 ， 这两款光刻胶国内已经实现10%的自给率 。 北京科华的创始人是陈昕 。 陈昕1985年到美国读高分子专业研究生 ， 毕业后去一家美国光刻胶公司上班 。 2004年 ， 陈昕在国内创办北京科华微电子材料有限公司 ， 专做光刻胶 。 经过多年的努力 ， 北京科华已经成为中国第一家具有国际水准的光刻胶企业 。
晶瑞股份300655 。 苏州瑞红目前实现了半导体光刻胶中i线光刻胶的量产 。 2018年 ， 苏州瑞红已经获得中芯国际和扬杰科技的光刻胶订单 。 而在2018年 ， 晶瑞股份光刻胶业务收入不到9000万 ， 规模还小 ， 还有很大增长空间 。 目前 ， 晶瑞股份主营业务是超净高纯试剂和光刻胶等材料 。 在2018年 ， 南海成长将金瑞股份755万股转让给上海聚源聚芯 ， 上海聚源聚芯目前持有晶瑞股份4.99%的股份 ， 是晶瑞股份的第四大股东 。 上海聚源聚芯成立于2016年 ， 其中大基金出资占比45.09% ， 所以金瑞股份的股权转让实际上引入了大基金这个重量级的股东 。 目前 ， 晶瑞股份用于4-5英寸分立器件的光刻胶市占率高达60% ， 所以在光刻胶市场也算是细分龙头了 。
南大光电（300346） 。 公司在2015年 ， 出资4272万受让北京科华14.24%的股份 ， 之后向北京科华增资8000万 ， 增资后合计持有北京科华31.39%的股份 。 后来 ， 北京科华不断增资 ， 截止目前南大光电持有北京科华9.18%的股份 。 另外 ， A股的高盟新材（300200）也持有北京科华3.67%的股份 。 南大光电除了投资北京科华 ， 公司自身也在发展光刻胶业务 。 2018年 ， 南大光电新设了光刻胶事业部 ， 还成立了子公司宁波南大光电材料有限公司 ， 全力推进ArF光刻胶项目 。 同样是在2018年 ， 南大光电ArF光刻胶立项 ， 获得中央财政拨款1.33亿元 ， 而ArF光刻胶是用于12寸硅片的光刻胶 ， 技术水准非常高 。 目前 ， 南大光电投资的北京科华KrF光刻胶已经能实现小规模供货 。
上海新阳（300236） 。 公司主要业务是做电子化学品 ， 但是现在还拓展到硅片、设备和光刻胶领域 。 2018年 ， 上海新阳与邓海博士团队共同设立上海芯刻微材料技术有限责任公司 ， 主要进行ArF光刻胶项目 ， 目前上海新阳持有上海芯刻100%股权 。
另外值得一提的是 ， 有的公司虽然不生产光刻胶 ， 但是生产光刻胶化学品 ， 强力新材就是这样的公司 。
强力新材（300429） 。 公司是国内光刻胶专用化学品龙头 ， 公司成立于1997年 。 强力新材的产品主要有印制电路板、液晶显示器和半导体光刻胶专用光引发剂 。 什么是光引发剂？光引发剂又称光敏剂或光固化剂 ， 这种材料在被光照射后会吸收一定波长的能量 ， 引发单体聚合交联固化的化合物 。
总之 ， 就是被光照射后会固化 ， 还记得前面我们说的光刻胶特性吗 ， 被光照到和不被照到的地方溶解度不一样 ， 就是这个原理 。 目前 ， 强力新材的干膜光刻胶用光引发剂市场份额达到70% ， 全球第一 。 对于强力新材KrF光刻胶引发剂光酸及其中间体 ， 其中光酸打破了国际垄断 ， 目前市场份额已经排名全球第三 。 在2018年 ， 强力新材的营业收入为7.4亿元 。
【|芯片产业链材料篇之光刻胶】从2013年到2018年 ， 强力新材营收增长率都维持在两位数以上 ， 年均增速为26% 。 所以说强力新材虽然目前营业收入规模不大 ， 但是成长速度却很快 。 至于说 ， 为什么强力新材营业收入规模不大 ， 因为光刻胶的市场规模本来就不是非常大 。
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